Способ акустоэмиссионного контроля стенки трубопровода и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества материалов и изде- лий и может быть использовано в трубопроводном транспорте для обнаружения дефектов в стенке действующего трубопровода по сигналам акустической эмиссии (АЭ) изменения его технологического режима работы

Известен способ акустоэмиссионного контроля стенки трубопровода, основанный на возникновении волнового акустического излучения в процессе обрл пнания и развития дефектов «лруктури чк-риала трубопровода. При этом отрывают шурф в Земле, вскрывая участок трубопровода, зачищают его поверхность от изоляции и устанавливают на ней акустический преобразователь, соединенный проводниками с акустоэмис- сионной аппаратурой. Затем, провоцируют подрастание дефекта, нагружая трубопровод повышенным внутренним давлением Подрастающий дефект генерирует акустоэ- миссионную волну, которая принимается и преобразуется акустическим преобразователем в электрический сигнал, по параметрам которого судят о наличии и опасности дефекта

vj

;vi -ч

о

iho

Устройство для реализации способа состоит из акустического преобразователя, предварительного усилителя, селективного усилителя, формирователя, амплитудного анализатора, цифро-печатающего устройства, амплитудного дискриминатора, интен- симетра и самописца.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ акустоэмиссионного контроля стенки трубопровода, заключающийся в том, что осуществляют локальное силовое нагружение стенки, перемещают область локального на- гружения, принимают сигналы АЭ из области локального нагружения и по параметрам сигналов АЭ судят о степени повреждения трубопровода.

Устройство акустоэмиссионного контроля, реализующее указанный способ, содержит механизм перемещения, механизм нагружения щупа для механического взаимодействия со стенкой трубопровода и блок регистрации из соединенных последовательно акустического преобразователя, усилителя и полосового фильтра.

Недостатком указанного способа и устройства экустоэмиссионного контроля стенки трубопровода является низкая достоверность контроля дефектов стенки, так как могут быть выявлены только дефекты, выходящие из контролируемую поверхность, при этом контролируемой поверхностью может быть лишь внешняя поверхность трубопровода в случае, если к ней возможен свободный доступ.

Целью изобретения является повышение достоверности независимо от длины контролируемого участка трубопровода без нарушения его технологического режима.

Эта цель в способе акустоэмиссионного контроля стенки трубопровода, заключающемся в том, что осуществляют локальное силовое нагружение стенки, перемещают область локального нагружения, принимают сигналы АЭ из области локального нагружения и по параметрам сигналов АЭ судят о степени повреждения трубопровода, достигается за счет того, что нагружение стенки и прием сигналов АЭ осуществляют изнутри трубопровода, область локального силового нагружения образуют системой из п последовательно расположенных и перемещающихся вдоль ось трубопровода кольцевых зон, нагружение осуществляют кольцевыми зонами в радиальном направлении увеличивающейся по амплитуде нагрузкой в каждой последующей кольцевой зоне, а качестве параметра АЭ регистрируют число m пиков энергии сигналов АЭ, превышающих заданный пороговый уровень, а о степени повреждения трубопровода судят по числу пиков m п, величине энергии пиков и периоду Т 1 /N между ними, где V

- скорость перемещения кольцевых зон.

Эта цель в устройстве акустоэмиссионного контроля стенки трубопровода, содержащем механизм перемещения, механизм нагружения щупа для механического воз0 действия со стенкой, трубопровода и блок регистрации из соединенных последовательно акустического преобразователя, усилителя и полосового фильтра, достигается за счет того, что механизм перемещения

5 выполнен в виде цилиндрического блока со сквозным осевым каналом и нормально закрытым клапаном, механизм нагружения выполнен в виде выступающих радиально из цилиндрического блока щупов, располо0 женных по окружности и образующих п кольцевых рядов, щупы соединены с силовыми элементами, каждый из которых состоит из полости и поршня, диаметры поршней увеличиваются с номером ряда,

5 насоса с эксцентриковым приводом, напорная линия которого соединена с полостями силовых элементов, каждый щуп соединен с соответствующим поршнем силового элемента, другой конец щупа снабжен контак0 тным роликом, блок регистрации снабжен звуководом, одним торцом соединенным с корпусом механизма перемещения, а другим торцом - с акустическим преобразователем, соединенными последовательно

5 амплитудным детектором, аналого-цифровым преобразователем, блоком возведения в квадрат, накапливающим сумматором, соединенными последовательно пороговым блоком, одновибратором и запоминающим

0 блоком, генератором тактовых импульсов, датчиком оборотов, счетчиком оборотов, счетчиком адреса и узлом отображения информации, выход полосового фильтра соединен с входом амплитудного детектора,

5 вход порогового блока соединен с выходом амплитудного детектора, вход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом счетчика адреса, с входом сброса накапливающего сумматора и с выходом

0 одновибратора, выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и накапливающего сумматора, выход датчика оборотов соединен с входом счетчика обо5 ротов, вход данных запоминающего блока соединен с выходами накапливающего сумматора и счетчика оборотов, вход узла отображения информации соединен с выходом запоминающего блока, а его выход - с вторым входом счетчика адреса

На чертеже представлена структурная схема устройства акустоэмиссионного контроля стенки трубопровода.

Устройство акустоэмиссионного контроля стенки трубопровода содержит механизм 1 перемещения, механизм 2 нагружения щупа для механического взаимодействия со стенкой трубопровода и блок 3 регистрации, из соединенных последовательно акустического преобразователя 4, усилителя 5, и полосового фильтра 6. Механизм 1 перемещения устройства выполнен в виде цилиндрического блока 7 со сквозным осевым каналом и нормально закрытым клапаном 8, механизм 2 нагружения выполнен в виде выступающих радиально из цилиндрического блока 7 щупов 9, расположенных по окружности и образующих п кольцевых рядов, щупы 9 соединены с силовыми элементами 10, каждый из которых состоит из полостей 11 и поршня 12, диаметры поршней 12 увеличиваются с номером ряда, насоса 13 с эксцентриковым приводом, напорная линия 11 которого соединена с полостями силовых элементов 10, каждый щуп 9 соединен с соответствующим поршнем 12 силового элемента 10, другой конец щупа 9 снабжен контактным роликом

15,Блок 3 регистрации снабжен звуководом

16,одним торцом соединенным с корпусом механизма 1 перемещения, а другим торцом - с акустическим преобразователем 4, соединенными последовательно амплитудным детектором 17, аналого-цифровым преобразователем 18, блоком 18 возведения в квадрат, накапливающим сумматором 20, соединенными последовательно пороговым блоком 21 одновибратором 22 и запоминающим блоком 23, генератором 24 тактовых импульсов, датчиком 25 оборотов, счетчиком 26 оборотов, счетчиком 27 адреса и узлом 28 отображения информации, выход полосового фильтра 6 соединен с входом амплитудного детектора 17, вход порогового блока 21 соединен с выходом амплитудного детектора 17, вход генератора 24 тактовых импульсов соединен с первым входом счетчиком 26 адреса, с входом сброса накапливающего сумматора 20 и с выходом одновибратора 22-, выход генератора 24 тактовых импульсов соединен с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя 18 и накапливающего сумматора 20, выход датчика 25 оборотов соединен с входом счетчика 26 оборотов, вход данных запоминающего блока 23 соединен с выходами накапливающего сумматора 20 и счетчика 26 оборотов, вход узла 28 отображения информации соединен с выходом запоминающего блока 23, а его выход - с вторым входом счетчика 26 адреса

Способ экустоэмиссионного контроля стенки трубопровода осуществляют следу- 5 ющим образом.

Осуществляют локальное силовое на- гружение стенки, перемещают область локального нагружения, принимают сигналы АЭ из области локального нагружения и по

10 параметрам сигналов АЭ судят о степени повреждения трубопровода. Нагружение стенки и прием сигналов АЭ осуществляют изнутри трубопровода, область локального силового нагружения образуют системой из

15 п последовательно расположенных и перемещающихся вдоль оси трубопровода кольцевых зон, нагружение осуществляют кольцевыми зонами в радиальном направлении увеличивающейся по амплитуде на0 грузкой в каждой последующей кольцевой зоне, в качестве параметра АЭ регистрируют число m пиков энергии сигналов АЭ, превышающих заданный пороговый уровень, а о степени повреждения трубопровода судят

5 по числу пиков m п, величине энергии пиков и периоду Т 1/V между ними, где V - скорость перемещения кольцевых зон.

Устройство акустоэмиссионного контроля стенки трубопровода работаетследую0 щим образом.

Механизм 1 перемещения движется поступательно вдоль оси трубопровода. При этом насос 13 с эксцентриковым приводом засасывает перекачиваемый продукт с на5 порную линию 14 и полости 11 силовых элементов 10. Перекачиваемый продукт, находящийся в полостях 11, оказывает давление на поршни 12. При этом поршни 12, перемещаясь совместно со щупами 9 и кон0 тактными роликами 15, оказывают на стенку трубопровода радиальные сосредоточенные нагрузки. Величина нагрузок дозируется давлением, создаваемым насосом 13 с эксцентриковым приводом в напорной ли5 нии 14 и площадью поршней 10. Под давлением роликов 15 на стенки трубопровода с дефектом происходит увеличение размеров дефекта, сопровождаемое возникновением и распространением акустических волн. Эти

0 волны через звуковод 16 воздействуют на акустический преобразователь 4, который преобразует их в электрический сигнал. Аку- стоэмиссионный сигнал усиливается усилителем 5 и поступает на вход полосового

5 фильтра 6. который осуществляет фильтрацию с целью подавления помех, обусловленных низкочастотной вибрацией механического оборудования. Амплитудный детектор 17 выделяет огибающую аку- гггоэмиссионного сигнала. При превышении

огибающей порогового уровня пороговый блок 21 срабатывает и запускает одновиб- ратор 22, который формирует импульс, по длительности равный времени прохождения ролика 15 по зоне повреждения. В течение этого времени производится измерение энергии акустоэмиссионных сигналов путем периодической оцифровки огибающей сигналов с помощью аналого-цифрового преобразователя 18, возведение полученных значений в квадрат блоком 19 возведения в квадрат с последующим суммированием и накоплением значения энергии в накапливающем сумматоре 20. Периодическая оцифровка и накопление осуществляется с частотой, определяемой генератором 24 тактовых импульсов, работа которого разрешается выходным импульсом одновибратора 22. После окончания импульса одновибратора 22 происходит запись измеренной величины энергии и выходного кода счетчика 26 оборотов в запоминающий блок 23, обнуляется накапливающий сумматор 20, а также содержимое счетчика 27 адреса увеличивается на единицу. Счетчик 26 оборотов подсчитывает число импульсов, вырабатываемых датчиком 25 оборотов и определяется, тем самым, координаты устройства в текущий момент времени относительно контролируемого трубопровода. Аналогичным образом, под воздействием следующего ряда роликов, обеспечивающих другое усилие нагруже- ния, в следующей ячейке запоминающего блока 23 будет зарегистрировано значение энергии акустоэмиссионных сигналов, соответствующее прохождению этого ряда роликов по зоне повреждения.

Таким образом, при прохождении всех рядов роликов устройства по зоне повреждения, регистрация энергии в ячейках запоминающего блока 23 будет производится для тех рядов роликов, которые обеспечивают такую степень нагружения материала, при которой огибающая акустоэмиссионно- го сигнала превышает пороговый уровень. По числу и величине зарегистрированных значений энергии для одной зоны контроля судят о степени повреждения. После окончания процесса контроля стенки трубопровода информация о всех зарегистрированных дефектах, хранящаяся в запоминающем блоке 23, может быть прочитана с помощью-узла 28 отображения информации, После считывания содержимого каждой ячейки запоминающего блока 23 значение счетчика 27 адреса изменяется на единицу.

Таким образом, способ позволяет повысить достоверность контроля за счет регистрации числа и величины пиков энергии.

Формула изобретения

1.Способ акустоэмиссионного контроля стенки трубопровода, заключающийся в том, что осуществляют локальное силовое

нагружение стенки, перемещают область локального нагружения, принимают сигналы акустической эмиссии из области локального нагружения и по параметрам сигналов акустической эмиссии судят о степени повреждения трубопровода, отличающий- с я тем, что, с целью повышения достоверности независимо от длины контролируемого участка трубопровода без нарушения его технологического режима, нагружение

стенки и прием сигналов акустической эмиссии осуществляют изнутри трубопровода, область локального силового нагружения образуют системой из п последовательно расположенных и перемещающихся вдоль

оси трубопровода кольцевых зон, нагружение осуществляют кольцевыми зонами в радиальном направлении увеличивающейся по амплитуде нагрузкой в каждой последующей кольцевой зоне, в качестве параметра

акустической эмиссии регистрируют число m пиков энергии сигналов акустической эмиссии, превышающих заданный пороговый уровень, а о степени повреждения трубопровода судят по числу пиков m п,

величине энергии пиков и периоду Т 1/V между ними, где V - скорость перемещения кольцевых зон.2,Устройство акустоэмиссионного кон- троля стенки трубопровода, содержащее

механизм перемещения, механизм нагружения щупа для механического взаимодействия со стенкой трубопровода и блок регистрации из соединенных последовательно акустического преобразователя, усилителя и полосового фильтра, отличающееся тем, что механизм перемещения выполнен в виде цилиндрического блока со сквозным осевым каналом и нормально закрытым клапаном, механизм нагружения выполнен в виде выступающих радиально из цилиндрического блока щупов, расположенных по окружности и образующих п кольцевых рядов, щупы соединены с сило0 выми элементами, каждый из которых состоит из полости и поршня, диаметры поршней увеличиваются с номером ряда, насоса с эксцентриковым приводом, напорная линия которого соединена с полостями

5 силовых элементов, каждый щуп соединен с соответствующим поршнем силового элемента, другой конец щупа снабжен контактным роликом, блок регистрации снабжен звуководом, одним торцом соединенным с корпусом механизма перемещения, а другим торцом с акустическим преобразователем, соединенными последовательно амплитудным детектором, аналого-цифровым преобразователем, блоком возведения в квадрат, накапливающим сумматором, соединенными последовательно пороговым блоком, одновибратором и запоминающим блоком, генератором тактовых импульсов, датчиком оборотов, счетчиком оборотов, счетчиком адреса и узлом отображения информации, выход полосового фильтра соединен с входом амплитудного детектора, вход порогового блока соединен с выходом амплитудного детектора, вход генератора

0

тактовых импульсов соединен с первым входом счетчика адреса, с входом сброса накапливающего сумматора и с выходом одновибратора, выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и накапливающего сумматора, выход датчика оборотов соединен с входом счетчика оборотов, входданных запоминающего блока соединен с выходами накапливающего сумматора и счетчика оборотов, вход узла отображения информации соединен с выходом запоминающего блока, а его выход - с вторым входом счетчика адреса.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества материалов и изделий методом акустической эмиссии и быть использовано в трубопроводном транспорте для обнаружения дефектов в стенке действующего трубопровода. Целью изобретения является повышение достоверности независимо от длины контролируемого участка трубопровода без нарушения его технологического режима Нагружают стенку трубопровода изнутри системой из последовательно расположенных и перемещающихся вдоль оси трубопровода кольцевых зон увеличивающейся по амплитуде нагрузкой в каждой зоне, регистрируют пики энергии акустической эмиссии, о степени повреждения трубопровода судят по числу пиков, величине энергии пиков и периоду между ними. Перечисленные операции реализуются устройством, содержащим механизм перемещения, механизм нагружения и блок регистрации сигналов акустической эмиссии. При контроле трубопровода устройство помещается во внутрь трубопровода и перемещается за счет энергии транспортируемого продукта 2 с.п. ф-лы, 1 ил. (/) С

115 9 Ю 17

ч . / / / /

8