Устройство для контроля и регистрации нарушений гладкости внутренней поверхности труб и пространственно-геометрических параметров трубопроводов Советский патент 1991 года по МПК F17D5/00 G01B17/02 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для оценки радиуса продольного изгиба и профиля поперечного сечения магистральных трубопроводов.

Целью изобретения является повышение надежности и производительности за счет использования бесконтактного метода измерения внутренних размеров трубопровода.

На фиг.1 изображена конструкция устройства; на фиг.2 - структурная схема; на фиг.З - схема определения радиуса продольного изгиба трубы.

Устройство для контроля и регистрации нарушений гладкости внутренней поверхности труб и пространственно-геометрических параметров трубопроводов содержит герметичный контейнер 1, эластичные манжеты 2, жестко закрепленные в носовой и хвостовой частях контейнера 1, последовательно соединенные датчик 3 пути, установ- ленный на внешней поверхности контейнера 1, и размещенные внутри контейнера 1 блок 4 вычислений и управления и регистратор 5, п ультразвуковых (УЗ) измерителей расстояний, каждый из которых состоит из УЗ - приемопередающего

О

го чэ о

00

со

преобразователя 6 и измерительного модуля 7, выполненного из последовательно соединенных генератора 8 зондирующих импульсов, селективного усилителя 9, RS- триггера 10, S-вход которого подключен к входу генератора 8 зондирующих импульсов, счетчика 11 и шинного коммутатора 12, дешифратор 13 управляющих сигналов и генератор 14 эталонной частоты, выход которого подключен к счетным входам счетчиков 11, каждый из п выходов дешифратора 13 управляющих сигналов подключен к управ- ляющему входу соответствующего шинного коммутатора 12, (п+1)-й выход - к входам генератора 8 зондирующих импульсов, (п+2)-й выход - к входам Сброс счетчиков 11, выходы данных каждого шинного коммутатора 12 подключены к шине ввода блока 4 вычислений и управления, кодовые входы дешифратора 13 управляющих сигналов подключены к управляющей шине блока 4 вычислений и управления, а УЗ приемопередающие преобразователи 6 расположены попарно диаметрально на внешней поверхности контейнера 1 и подключены к входам соответствующих селективных усилителей 9.

На фиг.1 обозначены также источник 15 питания и труба 16.

Устройство работает следующим обра- зом.

Устройство вводится внутрь трубы. В трубу подается сжатый газ. Газ давит на эластичные манжеты 2, жестко укрепленные на корпусе контейнера 1, и двигает устрой- ство по трубе. Колесо датчика 3 пути прижимается к стенке трубы 16 и катится по ней. Датчик 3 пути выдает сигналы о количестве оборотов колеса в блок 4 вычислений и управления, который вычисляет пройденный колесом, а следовательно устройством, путь.

После включения электропитания блок 4 вычислений и управления выдает на дешифратор 13 код установки в нулевое исход- ное состояние счетчиков 11. Сигнал установки выдается одновременно на все измерительные модули 7 (число п модулей определяется необходимой сплошностью контроля по периметру трубы).

При движении устройства программа блока 4 вычислений и управления ведет контроль измерения пути. Если путь изменился на величину, равную заданной дискретности контроля вдоль трубы, то блок 4 вычис- лений и управления выдает в дешифратор 13 код включения шинного коммутатора 12 сначала первого измерительного модуля 7, затем второго, третьего и т.д. до перебора всех п модулей. С выходов дешифратора 13

на соответствующие шинные коммутаторы 12 поступают сигналы выдачи данных.

При включении шинного коммутатора 12 на шину данных блока 4 вычислений и управления передается код с выходов разрядов счетчика 11. Код вводится в блок 4 вычислений и управления. В начале работы этот код нулевой. После опроса всех измерительных модулей 7 блок 4 вычислений и управления выдает на дешифратор 13 код сброса счетчиков 11 в состояние нуль. После дешифровки этого кода на (п+2)-м выходе дешифратора 13 появляется сигнал, который поступает одновременно на все измерительные модули 7 и устанавливает одновременно все счетчики 11 в нулевое состояние.

Далее блок 4 вычислений и управления выдает на дешифратор 13 код запуска УЗ измерителей расстояния. После дешифрации кода на (п+1)-м выходе дешифратора 13 появляется сигнал Запуск измерителей расстояния, поступающий одновременно на все измерительные модули 7.

Указанный сигнал в измерительном модуле 7 поступает на S-вход RS-триггера 10 и на запускающий вход генератора 8 зондирующих импульсов. RS-триггер переходит в состояние с высоким уровнем на выходе и разрешает счетный режим счетчика 11.

На счетный вход счетчика 11 каждого измерительного модуля 7 поступают импульсы с генератора 14 эталонной частоты. Счетчики 11 всех измерительных модулей начинают счет времени распространения акустической волны.

Одновременно с включением RS-триггера 10 сигналом запуска измерителей расстояния с дешифратора 13 запускается ждущий мультивибратор (не показан) в генераторе 8 зондирующих импульсов, и в течение времени длительности импульса, формируемого мультивибратором, работает высокочастотный генератор (не показан). Этот импульс короче сигнала Запуск измерителей расстояния с дешифратора 13, и поэтому воздействия сигналов с выхода усилителя 9 на RS-триггер 10 нет.

Радиоимпульс с генератора 8 зондирующих импульсов каждого измерительного модуля 7 поступает на соответствующий ему ультразвуковой приемопередающий преобразователь 6. Последний преобразует электрический сигнал в акустическую волну, которая распространяется в сторону стенки трубы, отражается от нее и возвращается на поверхность УЗ преобразователя 6.

Время Т двойного хода акустической волны от УЗ преобразователя 6 к стенке трубы и обратно зависит от расстояния Н

между УЗ преобразователем. 6 и стенкой трубы 16:

Т-2Я 1 V

где V - скорость распространения ультразвуковой волны в газе.

Время Т подсчитывается счетчиком 11 при его заполнении импульсами расстояния от генератора 14 эталонной частоты,

Отраженная ультразвуковая волна воздействует на поверхность УЗ преобразователя б, и на его обкладках возникает переменное напряжение, которое усиливается селективным усилителем 9 и ограничивается его последним каскадом.

Сформированный импульс с выхода усилителя 9 поступает на R-вход RS-тригге- ра 10. К этому времени прекращается импульс Запуск измерителей расстояния и RS-триггер 10 переводится в состояние с низким уровнем выходного сигнала, что приводит к выключению режима счета счетчика 11.

На разрядах последнего сохраняется код, соответствующий времени Т распространения акустической волны от УЗ преобразователя 6 до трубы и обратно в данном измерительном канале.

После очередного обнаружения изменения пути на заданную величину блок 4 вычислений и управления выдает на дешифратор 13 поочередно коды включения шинных коммутаторов 12 каждого из измерительных модулей 7 и вводит информацию со счетчиков 11 в свою память.

Затем из блока 4 вычислений и управления выдается на дешифратор 13 код сброса счетчиков 11 всех измерительных модулей 7, а следом выдается код запуска измерителей расстояния для всех измерительных модулей 7. Далее процесс повторяется.

В промежутках между измерениями блок 4 вычисления и управления осуществляет вычисления и формирует описание сигналов в каждом из каналов.

Вычисления состоят в определении среднего значения сигнала для каждого канала, в определении протяженности отрезка пути, на котором наблюдается отклонение сигнала от среднего значения, и в определении для каждого канала наибольшего значения отклонения сигнала от среднего значения.

Величина выступов и вмятин на внутренней поверхности стенки трубы вычисляется по формуле

н,,

где Ti - время двойного хода ультразвуковой волны от поверхности УЗ преобразователя до препятствия и обратно;

Ti - среднее значение времени двойно- го хода ультразвуковой волны от поверхности УЗ преобразователя до стенки трубы и обратно;

V - скорость распространения звука; Н - высота выступа, обнаруженного 1-м каналом.

Радиус продольного изгиба трубы вычисляется с учетом наибольшей величины стрелки прогиба дуги, включенной на базовом расстоянии, ограниченном эластичны- ми манжетами (фиг.3).

Ориентация изгиба определяется направлением диаметра, проходящего через два противоположно расположенных на контейнере 1 УЗ преобразователя 6, в кана- лах которых измеренные отклонения от среднего уровня равны по величине, но с противоположными знаками. Выпуклая сторона изгиба расположена со стороны положительного отклонения, вогнутая - со стороны отрицательного.

Радиус изгиба вычисляется по формуле, легко выводимой для треугольника ОАВ (фиг.З):

30

RI - (о) Ь (Ri - Hmax) I

11

-2RiHmax + Нтах 0;

§

8Н

max

+ 1/2Нтах,

отсюда радиус кривизны

(V/2,

где D к - диаметр контейнера предлагаемого устройства;

Т, - среднее значение времени двойного хода ультразвукового импульса для данного (i-ro) канала:

V - скорость звука в газе.

Вычисленные значения величины выступа или радиуса изгиба вместе со значением величины пути, на котором обнаружены указанные отклонения, выдаются из блока 4 вычислений и управления в

регистратор 5 и запоминаются.

Таким образом, использование в устройстве бесконтактного метода определения расстояний от УЗ приемопередающего преобразователя до внутренней стенки трубопровода исключает тарировку датчиков

На эталонном образце перед пуском устройства и устраняет появление ложной информации о наличии изгиба трубы при наезде контейнера на препятствие.

Формула изобретения Устройство для контроля и регистрации нарушений гладкости внутренней поверхности труб и пространственно-геометричв ских параметров трубопроводов, содержащее герметичный контейнер, эластичные манжеты, жестко закрепленные в носовой и хвостовой частях контейнера, последовательно соединенные датчик пути, установленный на внешней поверхности контейнера, и размещенные внутри контейнера блок вычислений и управления и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и производительности, оно снабжено п ультразвуковыми измерителями расстояний, каждый из которых состоит из ультразвукового приемопередающего преобразователя и измерительного модуля, выполненного из последовательно соединенных генератора

0

5

0

5

зондирующих импульсов, селективного усилителя, RS-триггера, S-сход которого подключен к входам генератора зондирующих импульсов, счетчика и шинного коммутатора, дешифратором управляющих сигналов и генератором эталонной частоты, выход которого подключен к счетным входам счетчиков, каждый из п выходов дешифратора управляющих сигналов подключен к управляющему входу соответствующего шинного коммутатора, (п+1)-й выход - к входам генераторов зондирующих импульсов, (п+2)-й выход - к входам Сброс счетчиков, выходы данных каждого шинного коммутатора подключены к шине ввода блока вычислений и управления, кодовые входы дешифратора управляющих сигналов подключены к управляющей шине блока вычислений и управления,аультразвуковые приемопередающие преобразователи расположены попарно диаметрально противоположно на внешней поверхности контейнера и подключены к входам соответствующих селективных усилителей.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для оценки радиуса продольного изгиба и профиля поперечного сечения магистральных трубопроводов. Цель изобретения - повышение надежности и производительности за счет использования бесконтактного метода измерения внутренних размеров трубопровода. При движении устройства по трубопроводу по поступающим сигналам с датчика пути блоком вычислений и управления производится контроль пройденного пути, измеряются расстояния от ультразвуковых преобразователей до внутренней поверхности трубы. В блоке вычислений и управлений вычисляются средние значения показаний каждого измерителя расстояний и определяются отклонения от среднего значения, по которым судят о выступах и вмятинах на внутренней поверхности стенки трубопровода, а по отклонениям диаметрально расположенных ультразвуковых преобразователей вычисляют радиус изгиба трубы. 3 ил.

Ко 2-fy каналу К п-ну каналу

Фиг. 2

Фм.З