Средства контроля труб, подвижное устройство для их использования и способ контроля труб

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Средства контроля труб, которые могут быть установлены с возможностью вращения на средствах перемещения, выполненных с возможностью перемещения в трубе, и которые содержат основание, на котором установлены, по меньшей мере, первый и второй приемно-излучательные акустические блоки, каждый из которых выполнен с возможностью возбуждения в трубе поперечных ультразвуковых волн и их приема, отличающиеся тем, что, по меньшей мере, первый из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в перпендикулярном к поверхности трубы направлении, по меньшей мере, второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол, и указанные, по меньшей мере, первый и второй блоки выполнены с возможностью одновременного возбуждения поперечных ультразвуковых волн.

2. Средства по п.1, отличающиеся тем, что указанные первый и второй блоки содержат общие средства намагничивания области стенки трубы, а каждый из указанных блоков содержит преобразователь электромагнитного поля.

3. Средства по п.1, отличающиеся тем, что указанные блоки выполнены с возможностью возбуждения поперечных ультразвуковых волн в одной точке.

4. Средства по п.1, отличающиеся тем, что указанный острый угол составляет 30°.

5. Средства по п.1, отличающиеся тем, что, по меньшей мере, первый и/или второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн с линейной поляризацией.

6. Средства по п.2, отличающиеся тем, что средства намагничивания области стенки трубы и преобразователи электромагнитного поля каждого из блоков при работе расположены таким образом, что через них проходит по меньшей мере одно поперечное сечение трубы.

7. Средства по п.1, отличающиеся тем, что преобразователь электромагнитного поля содержит катушку индуктивности.

8. Средства по п.1, отличающиеся тем, что они содержат по меньшей мере одно устройство взрывозащиты.

9. Средства по п.8, отличающиеся тем, что устройство взрывозащиты содержит оптопару и пластину, которая при работе расположена между одним из указанных блоков и соответствующей областью стенки трубы и на которую нанесена по меньшей мере часть питающей цепи источника излучения оптопары таким образом, что разрыв указанной цепи приводит к прекращению работы соответствующего преобразователя электромагнитного поля.

10. Средства по п.9, отличающиеся тем, что пластина выполнена с возможностью пропускания электромагнитного поля.

11. Средства по п.10, отличающиеся тем, что пластина выполнена керамической.

12. Средства по любому из пп.1-11, отличающиеся тем, что они содержат средства визуального контроля стенок труб.

13. Средства по п.12, отличающиеся тем, что они содержат по меньшей мере один узел подвеса приемно-излучательного акустического блока, соединенный с основанием посредством манипулятора.

14. Средства по п.13, отличающиеся тем, что манипулятор выполнен телескопическим.

15. Средства по п.13 или 14, отличающиеся тем, что узел подвеса соединен с манипулятором с возможностью вращения вокруг трех перпендикулярных осей.

16. Подвижное устройство для контроля труб, содержащее средства перемещения, выполненные с возможностью перемещения в трубе, и средства контроля труб, установленные с возможностью вращения на средствах перемещения и содержащие основание, на котором установлены, по меньшей мере, первый и второй приемно-излучательные акустические блоки, каждый из которых выполнен с возможностью возбуждения в трубе поперечных ультразвуковых волн и их приема, отличающееся тем, что, по меньшей мере, первый из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в перпендикулярном к поверхности трубы направлении, по меньшей мере, второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол, и указанные, по меньшей мере, первый и второй блоки выполнены с возможностью одновременного возбуждения поперечных ультразвуковых волн.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанные первый и второй блоки содержат общие средства намагничивания области стенки трубы, а каждый из указанных блоков содержит преобразователь электромагнитного поля.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанные блоки выполнены с возможностью возбуждения поперечных ультразвуковых волн в одной точке.

19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанный острый угол составляет 30°.

20. Устройство по п.16, отличающееся тем, что, по меньший мере, первый и/или второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн с линейной поляризацией.

21. Устройство по п.16, отличающееся тем, что средства намагничивания области стенки трубы и преобразователи электромагнитного поля каждого из блоков при работе расположены таким образом, что через них проходит по меньшей мере одно поперечное сечение трубы.

22. Устройство по п.16, отличающееся тем, что преобразователь электромагнитного поля содержит катушку индуктивности.

23. Устройство по п.16, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одно устройство взрывозащиты.

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что устройство взрывозащиты содержит оптопару и пластину, которая при работе расположена между одним из указанных блоков и соответствующей областью стенки трубы и на которую нанесена по меньшей мере часть питающей цепи источника излучения оптопары таким образом, что разрыв указанной цепи приводит к прекращению работы соответствующего преобразователя электромагнитного поля.

25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что пластина выполнена с возможностью пропускания электромагнитного поля.

26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что пластина выполнена керамической.

27. Устройство по любому из пп.16-26, отличающееся тем, что средства контроля труб содержат средства визуального контроля стенок труб.

28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что средства контроля труб содержат по меньшей мере один узел подвеса приемно-излучательного акустического блока, соединенный с основанием посредством манипулятора.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что манипулятор выполнен телескопическим.

30. Устройство по п.28 или 29, отличающееся тем, что узел подвеса соединен с манипулятором с возможностью вращения вокруг трех перпендикулярных осей.

31. Способ контроля труб, включающий

возбуждение в стенке трубы поперечных ультразвуковых волн;

прием указанных волн;

определение изменений амплитуды указанных волн при их распространении в стенке трубы и/или времени их распространения в стенке трубы для контроля состояния труб и/или определения толщины стенок труб,

отличающийся тем, что

возбуждение и прием указанных поперечных ультразвуковых волн включают соответственно возбуждение и прием посредством средств контроля труб первых поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в перпендикулярном к поверхности трубы направлении, и возбуждение и прием посредством указанных средств контроля труб вторых поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол, а указанное определение изменений амплитуды и/или времени распространения включает определение изменений амплитуды указанных первых и вторых волн при их распространении в стенке трубы и/или времени их распространения в стенке трубы.

32. Способ по п.31, отличающийся тем, что указанный острый угол устанавливают равным 30°.

33. Способ по п.31, отличающийся тем, что указанные первые и/или вторые волны линейно поляризуют.

34. Способ по п.31, отличающийся тем, что возбуждение и прием указанных первых и вторых волн осуществляют посредством, по меньшей мере, первого и второго приемно-излучательных акустических блоков соответственно, которые расположены с рабочим зазором по отношению к стенке трубы и имеют общие средства намагничивания области стенки трубы и каждый из которых содержит преобразователь электромагнитного поля.

35. Способ по п.34, отличающийся тем, что величина рабочего зазора составляет от 0 до 0,5 мм.

36. Способ по п.34 или 35, отличающийся тем, что он дополнительно включает определение длительности реверберационно-шумовой характеристики первых волн, причем при увеличении указанной длительности определяют увеличение рабочего зазора, а при ее уменьшении определяют уменьшение рабочего зазора.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ТРУБ, ПОДВИЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТРУБ Предложены средства контроля труб, которые могут быть установлены с возможностью вращения на средствах перемещения, выполненных с возможностью перемещения в трубе, и которые содержат, по меньшей мере, первый и второй приемно-излучательные акустические блоки. Первый из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в перпендикулярном к поверхности трубы направлении,а второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол. Использование для контроля труб акустических волн, распространяемых в двух направлениях, позволяет увеличить надежность обнаружения дефектов, а также обеспечивает возможность определения вида обнаруженного дефекта. 017013 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к устройствам и способам для диагностики состояния материалов и конструкций и может быть использовано при обследовании технологических и магистральных трубопроводов. Уровень техники Известно большое количество устройств для контроля трубопроводов, например диагностические снаряды, самоходные установки колесного или гусеничного типа и т.п. Из заявки на патент США 2005/0072237 известен диагностический снаряд, перемещаемый в контролируемом трубопроводе потоком транспортируемого продукта. Диагностический снаряд содержит измерительный модуль, имеющий акустическую приемно-излучающую систему, содержащую по меньшей мере один электромагнитно-акустический преобразователь (ЭМАП) и выполненную с возможностью установки на требуемом расстоянии от поверхности контролируемого объекта для обеспечения постоянного акустического контакта. Однако в силу ограниченной маневренности этот диагностический снаряд не может быть использован для контроля сложных трубопроводных обвязок. Кроме того, для обеспечения достоверности и необходимой производительности контроля труб большого диаметра требуется использовать большое количество электромагнитно-акустических преобразователей, что повышает стоимость данного устройства. Кроме того, данный снаряд способен выявлять только трещиноподобные дефекты, ориентированные вдоль трубы. В заявке на патент США 2006/0164091 описано устройство для электромагнитного контроля труб,устанавливаемое с возможностью вращения на средства перемещения в трубе, снабженные узлом вращения. Устройство содержит основание, которое соединено с узлом вращения средств перемещения в трубе и на котором установлены средства намагничивания стенки трубы, выполненные в виде магнитных полюсов, расположенных на концах магнитопроницаемой штанги, закрепленной на основании. Кроме того, устройство содержит массив преобразователей электромагнитного поля, также установленных на основании устройства на некотором расстоянии от средств намагничивания вдоль продольной оси трубы. Преобразователи электромагнитного поля выполнены в виде датчиков Холла. Основание устройства выполнено в виде вала, который соединен с узлом вращения средств перемещения в трубе и расположен соосно с продольной осью трубы. Кроме того, штанга выполнена телескопической, что позволяет выполнять обследование труб различного диаметра. Однако разнесение датчиков и магнитов вдоль оси трубы, что необходимо для реализации технологии электромагнитной диагностики, не позволяет создать компактное устройство, которое при прохождении по трубопроводу способно преодолевать участки, имеющие большой угол поворота. Кроме того, данное устройство имеет низкую чувствительность к дефектам. Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является патент РФ на полезную модель 66547. В этом патенте раскрыты средства контроля труб, которые могут быть установлены с возможностью вращения на средствах перемещения, выполненных с возможностью перемещения в трубе, и содержащие приемно-излучательные акустические блоки, каждый из которых выполнен с возможностью возбуждения поперечных ультразвуковых волн и их приема. В указанном патенте также раскрыто соответствующее подвижное устройство для контроля труб,используемое совместно с упомянутыми средствами контроля. В средствах контроля по патенту 66547 для возбуждения и приема акустической волны в исследуемом объекте применен электромагнитоакустический принцип, что позволяет, с одной стороны, увеличить достоверность контроля по сравнению с вышеописанными решениями, а с другой - благодаря единому премно-излучательному акустическому блоку - обеспечить необходимую компактность устройства и, следовательно, возможность контроля участков трубопроводов с большим углом поворота. Следует, однако, отметить, что дефекты труб в трубопроводах могут быть различных видов, иметь различную структуру, форму и размеры. Различные виды дефектов имеют различные причины возникновения и различное влияние на качество труб, поэтому классификация дефектов при контроле состояния труб имеет важное значение. С помощью средств по патенту 66547 затруднительно определять вид дефекта, что делает проводимый анализ состояния труб ограниченным. Кроме того, некоторые виды дефектов, например стресс-коррозийные трещины, не могут быть обнаружены этими средствами с достаточной надежностью. Таким образом, очевидна потребность в дальнейшем совершенствовании средств контроля труб для увеличиения надежности оценки состояния трубопроводов и обеспечения возможности определения вида дефектов. Следовательно, насущной задачей является разработка средств и способов контроля труб,которые бы могли решить обозначенные проблемы.-1 017013 Раскрытие изобретения Задачей настоящего изобретения является создание средств и способа контроля труб, которые позволяют с высокой точностью определять наличие дефектов как на наружной поверхности трубы, так и в теле трубы, измерять толщину стенок трубопровода, а также обеспечивать возможность определения вида дефектов. При этом необходимо обеспечить подвижное устройство, с которым могут быть использованы указанные средства. Поставленная задача решена благодаря тому, что в средствах контроля труб, которые могут быть установлены с возможностью вращения на средствах перемещения, выполненных с возможностью перемещения в трубе, и которые содержат, по меньшей мере, первый и второй приемно-излучательные акустические блоки, каждый из которых выполнен с возможностью возбуждения в трубе поперечных ультразвуковых волн и их приема, по меньшей мере, первый из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в перпендикулярном к поверхности трубы направлении, а, по меньшей мере, второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол. Таким образом, в указанных средствах используют два канала, а именно каналы прямого ввода, в котором возбуждают ультразвуковые волны в перпендикулярном к поверхности трубы направлении, и наклонного ввода, в котором возбуждают ультразвуковые волны по острым углом к нормали к поверхности трубы. Анализ сигналов, связанных с каждым из каналов, позволяет, во-первых, увеличить достоверность анализа за счет выявления дефектов, которые могут не быть обнаружены при использовании только одного канала, а во-вторых, определить тип дефектов, например трещиноподобный дефект или язвенная коррозия. Указанные первый и второй блоки обычно содержат общие средства намагничивания области стенки трубы, а каждый из указанных блоков содержит преобразователь электромагнитного поля. Средства контроля труб предпочтительно содержат основание, на котором установлены указанные блоки. Указанные блоки целесообразно выполнить с возможностью одновременного возбуждения поперечных ультразвуковых волн в одной точке. Указанный острый угол в предпочтительном варианте реализации составляет 30. По меньшей мере, первый и/или второй из указанных блоков, как правило, выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн с линейной поляризацией. Средства намагничивания области стенки трубы и преобразователи электромагнитного поля каждого из блоков при работе предпочтительно расположены таким образом, что через них проходит по меньшей мере одно поперечное сечение трубы. Обычно преобразователь электромагнитного поля содержит катушку индуктивности. Средства контроля труб могут содержать по меньшей мере одно устройство взрывозащиты, которое предпочтительно содержит оптопару и пластину, которая при работе расположена между одним из указанных блоков и соответствующей областью стенки трубы и на которую нанесена по меньшей мере часть питающей цепи источника излучения оптопары таким образом, что разрыв указанной цепи приводит к прекращению работы соответствующего преобразователя электромагнитного поля. Указанная пластина обычно выполнена с возможностью пропускания электромагнитного поля и,например, может быть выполнена керамической. Средства контроля труб обычно содержат средства визуального контроля стенок труб. Средства контроля труб, как правило, содержат по меньшей мере один узел подвеса приемноизлучательного акустического блока, соединенный с основанием посредством манипулятора, который предпочтительно выполнен телескопическим. Узел подвеса может быть соединен с манипулятором с возможностью вращения вокруг трех перпендикулярных осей. Указанная задача также решена посредством того, что в подвижном устройстве для контроля труб,содержащем средства перемещения, выполненные с возможностью перемещения в трубе, и средства контроля труб, установленные с возможностью вращения на средствах перемещения и содержащие, по меньшей мере, первый и второй приемно-излучательные акустические блоки, каждый из которых выполнен с возможностью возбуждения в трубе поперечных ультразвуковых волн и их приема, по меньшей мере, первый из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в перпендикулярном к поверхности трубы направлении, а, по меньшей мере, второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол. Поставленная задача также решена благодаря тому, что в способе контроля труб, включающем возбуждение в стенке трубы поперечных ультразвуковых волн; прием указанных волн; определение изменений амплитуды указанных волн при их распространении в стенке трубы и/или времени их распространения в стенке трубы для контроля состояния труб и/или определения толщины стенок труб, возбужде-2 017013 ние и прием указанных поперечных ультразвуковых волн включают соответственно возбуждение и прием первых поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в перпендикулярном к поверхности трубы направлении, и возбуждение и прием вторых поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол, а указанное определение изменений амплитуды и/или времени распространения включает определение изменений амплитуды указанных первых и вторых волн при их распространении в стенке трубы и/или времени их распространения в стенке трубы. Предпочтительно указанный острый угол устанавливают равным 30. Указанные первые и/или вторые волны обычно линейно поляризуют. Возбуждение и прием указанных первых и вторых волн, как правило, осуществляют посредством,по меньшей мере, первого и второго приемно-излучательных акустических блоков соответственно, которые расположены с рабочим зазором по отношению к стенке трубы и имеют общие средства намагничивания области стенки трубы и каждый из которых содержит преобразователь электромагнитного поля. Величина указанного рабочего зазора может составлять от 0 до 0,5 мм. Способ может дополнительно включать определение длительности реверберационно-шумовой характеристики первых волн, причем при увеличении указанной длительности определяют увеличение рабочего зазора, а при ее уменьшении определяют уменьшение рабочего зазора. Краткое описание фигур Ниже приведено подробное описание варианта осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых: фиг. 1 изображает вид спереди средств контроля труб; фиг. 2 изображает вид сбоку подвеса приемно-излучательных акустических блоков; фиг. 3 изображает вид снизу подвеса приемно-излучательных акустических блоков; фиг. 4 изображает вид сбоку в разрезе электромагнитно-акустического преобразователя; фиг. 5 изображает вид сбоку в разрезе телевизионной камеры; фиг. 6 изображает пластину с нанесенной на нее частью питающей цепи источника излучения оптопары; фиг. 7 иллюстрирует принцип работы электромагнитно-акустического преобразователя. Осуществление изобретения Предлагаемые средства контроля труб содержат модуль 35 ультразвукового контроля, представленный на фиг. 1, и основание (не показано), на котором он закреплен. Модуль 35 и основание установлены с возможностью вращения на средствах перемещения в трубе, выполненных в виде гусеничных средств перемещения. Гусеничное средство перемещения имеет два нижних трака, присоединенных к платформе и выполненных с возможностью настройки под диаметр трубопровода, и верхний выдвижной трак для распора при движении по вертикальным участкам. Такое конструктивное выполнение средства перемещения позволяет осуществлять внутритрубную диагностику горизонтальных, наклонных и вертикальных участков технологических трубопроводов различного диаметра. Кроме того, средство перемещения имеет узел вращения, соединенный с основанием и обеспечивающий круговое перемещение основания и модуля 35 в трубе. Модуль 35 содержит герметичный корпус 1, на котором с диаметрально противоположных сторон установлены два телескопических манипулятора 2. На конце каждого манипулятора 2 установлен с возможностью вращения подвес 4 (фиг. 1-3), в котором закреплены первый и второй приемно-излучательные акустические блоки, выполненные в виде электромагнитно-акустического преобразователя (ЭМАП) 5. Выполнение манипуляторов 2 телескопическими позволяет устанавливать подвесы 4 на поверхность контролируемого трубопровода и обеспечивать постоянный акустический контакт ЭМАП и поверхности трубы при диагностики труб разного диаметра, а также в случае овальности контролируемого трубопровода. Манипуляторы 2 можно раздвигать и складывать при помощи общего привода (не показан). Каждый манипулятор 2 содержит пружину 6, позволяющую компенсировать неравномерность расстояния от корпуса 1 до поверхности контролируемого объекта при проведении диагностического обследования. Благодаря такой конструкции манипулятора 2 между ЭМАП 5 и поверхностью трубопровода обеспечен рабочий зазор от 0 до 0,5 мм. Подвесы 4 содержат тележку 7 с колесами 8. Подвесы 4 подпружинены посредством пружин 6 манипуляторов 2, так что колеса 8 уперты во внутреннюю поверхность трубы и обеспечивают перемещение подвесов 4 по этой поверхности в направлении, перпендикулярном оси трубы. Тележка 7 содержит кронштейн 9 с шарниром 10 и раму 11. ЭМАП 5 закреплен на раме 11 через прокладку 12, что позволяет регулировать величину рабочего зазора между рабочей поверхностью ЭМАП 5 и поверхностью контролируемого объекта. Отверстие 28 шарнира 10 предназначено для установки штанги манипулятора 2. Благодаря тому что манипуляторы 2 выполнены телескопическими, обеспечено поступательное перемещение подвесов 4 вдоль оси этих манипуляторов. Благодаря шарниру 10, к которому прикреплена-3 017013 штанга манипулятора 2, обеспечена возможность вращения подвесов 4 вокруг точки их крепления к манипулятору 2 вокруг трех перпендикулярных осей с обеспечением поворота, наклона и качания. Такая конструкция подвеса 4 позволяет проходить неровности в трубе при постоянном рабочем зазоре. Кабели 13 каждого подвеса 4, показанные на фиг. 1, проведены в корпус 1 через гермовводы 14 и подключены к электронным узлам (не показаны), расположенным в корпусе 1 и обеспечивающим работу ЭМАП 5,управление приводом выдвижения манипуляторов 2 и обзорными камерами 3, установленными в корпусе 1 и предназначенными для осуществления контроля за наведением ЭМАП 5 на контролируемую область стенки трубопровода, как более подробно описано ниже. Как показано на фиг. 4, ЭМАП 5 содержит магнитную систему, включающую постоянные магниты 15, например на основе сплава Nd-Fe-B, и два преобразователя электромагнитного поля, которые включают две плоские высокочастотные катушки индуктивности (не показаны), расположенные одна над другой параллельно друг другу непосредственно под магнитной системой. Одна из катушек является спиральной и обеспечивает возбуждение в трубе поперечных ультразвуковых волн в направлении, перпендикулярном к поверхности трубы, т.е. в направлении по нормали к этой поверхности, и прием указанных волн. Таким образом, посредством спиральной катушки реализован канал прямого ввода. Вторая катушка является меандровой и обеспечивает возбуждение в трубе поперечных ультразвуковых волн,распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол, предпочтительно 30, и прием указанных волн. Таким образом, посредством меандровой катушки реализован канал наклонного ввода. Магниты 15 размещены в корпусе 16, а высокочастотные катушки расположены на подложке 17 одна над другой и залиты слоем 21 полиуретана толщиной 0,2 мм. Таким образом, сформированы первый и второй приемно-излучательные акустические блоки, которые имеют общую магнитную систему и каждый из которых содержит соответствующую катушку. Корпус 16 и подложка 17 соединены между собой посредством винтов (не показаны). В корпусе 16 предусмотрено уплотнительное кольцо 20, предотвращающее попадание в этот корпус влаги. ЭМАП 5 также содержит крышку 18 с гермовводом 19 и кабели 13 в защитной оболочке с гермовводом 14. Диаметр рабочей зоны ЭМАП составляет 10 мм. ЭМАП 5 выполняет как функции излучателя ультразвуковых волн, так и их приемника. При этом вышеописанная конструкция ЭМАП, в которой две катушки индуктивности расположены друг над другом с образованием двух приемно-излучательных акустических блоков с общей магнитной системой,обеспечивает одновременное возбуждение указанными блоками поперечных ультразвуковых волн в одной точке. Кроме того, магнитная система и катушки каждого из блоков при работе расположены таким образом, что через них проходит по меньшей мере одно поперечное сечение трубы. Это обеспечивает компактность устройства и возможность прохождения изогнутых участков трубопроводов с большими углами изгиба. Подложка 17 содержит окно, в которое вклеена пластина 36, изображенная на фиг. 6. Пластина 36 выполнена с возможностью пропускания электромагнитного поля. Пластина 36, например, может быть выполнена из керамики. На пластину 36 в виде змейки напылена или нанесена иным способом часть 37 питающей цепи источника излучения оптопары, например светодиода. При разрыве указанной цепи на фотоприемник оптопары перестает поступать соответствующее излучение со светодиода, что, в свою очередь, приводит к прекращению подачи импульсов на высокочастотные катушки индуктивности ЭМАП 5. В гнездах 23 корпуса 1 установлены две обзорные камеры 3, закрепленные при помощи уплотнительных прокладок 24 (фиг. 1). Каждая камера 3 содержит ПЗС-модуль и объектив 25, установленный в герметичном взрывозащищенном корпусе 26, как показано на фиг. 5. ПЗС-модуль обеспечивает преобразование светового потока от контролируемого объекта в телевизионный сигнал. В корпусе 26 также установлены светодиодные осветители 27, обеспечивающие освещение контролируемого объекта. Передняя часть корпуса 26 закрыта съемной крышкой 28, которая обеспечивает пропускание света к входному окну объектива и света от осветителей 27. Крышка 28 снабжена прокладкой 29, которая обеспечивает герметичность конструкции камеры. Из задней части корпуса 26 выходят соединительные провода, на которых установлен выходной разъем 30 для подключения камеры к источникам питания и приемнику телевизионного сигнала (не показаны). Камеры 3 позволяют осуществлять контроль за наведением ЭМАП 5 на контролируемую область стенки трубопровода. Средства контроля труб работают следующим образом. Для проведения процедуры контроля модуль 35 закрепляют на основании, которое устанавливают на средствах перемещения, соединяя его с узлом вращения, обеспечивающим круговое перемещение модуля 35 по внутренней поверхности трубопровода. Возможны два варианта проведения контроля состояния трубы: сплошное спиральное сканирование с заданным шагом, обеспечиваемое равномерным передвижением средств перемещения в трубопроводе и одновременным круговым перемещением ЭМАП 5 по внутренней поверхности трубопровода в направлении, перпендикулярном его оси; поэтапное кольцевое сканирование сечения трубопровода с периодическим перемещением средств перемещения на заданный шаг и последующим круговым перемещением ЭМАП 5 по внутренней по-4 017013 верхности трубопровода в направлении, перпендикулярном его оси. До начала процедуры контроля средства перемещения с установленным на них модулем 35 для ультразвукового контроля загружают в трубопровод с помощью штатных приспособлений через места загрузки, приводят средства перемещения в рабочее состояние и располагают его в зоне контроля. Приведение указанных средств в рабочее состояние включает разворот траков под требуемый диаметр трубы, подъем платформы до требуемой высоты и прижим в случае необходимости верхнего трака. После этого проводят визуальный осмотр места контроля с помощью обзорных камер 3. Далее устанавливают подвесы 4 вблизи контролируемого объекта, выставляя требуемый зазор между ним и ЭМАП 5 путем выдвижения телескопических манипуляторов 2. Для обеспечения устойчивой работы ЭМАП 5 величина воздушного зазора между ЭМАП 5 и контролируемой поверхностью должна составлять от 0 до 0,5 мм. В случае спирального сканирования тела трубы производят поступательное перемещения средств перемещения вдоль продольной оси трубы и вращение модуля 35. Во время такого перемещения ЭМАП 5 осуществляют возбуждение и прием ультразвуковых колебаний. При кольцевом сканировании сначала перемещают средства перемещения на заданный шаг вдоль оси трубопровода, после чего поворачивают модуль 35 на один оборот по поверхности трубопровода в направлении, перпендикулярном оси трубопровода. При повороте ЭМАП 5 возбуждает и принимает ультразвуковые колебания. Поэтапное кольцевое сканирование используют для более детального исследования участков с подозрением на дефекты, появившиеся при спиральном сканировании. Принцип работы ЭМАП 5 проиллюстрирован на фиг. 7. Для наглядности на чертеже показана только первая, спиральная, катушка 33, но следует отметить, что в соответствии с настоящим изобретением ЭМАП 5 также содержит вторую, меандровую, катушку, расположенную вблизи первой катушки таким образом, что указанные катушки лежат в параллельных плоскостях. Когда ЭМАП 5 подводят к контролируемому объекту 32, происходит его намагничивание под действием магнитной системы 31. На высокочастотную спиральную катушку 33 индуктивности подают переменный ток, и она начинает вырабатывать колебания, что приводит к возбуждению упругих колебаний на поверхности объекта 32 с частотой,равной частоте тока, а также индуцированию в контролируемом объекте высокочастотных вихревых токов 34. Так как силы взаимодействия вихревых токов с магнитным полем параллельны поверхности, в стенке трубы возбуждается поперечная ультразвуковая волна (SH-волна) с линейной поляризацией, распространяемая в направлении, перпендикулярном стенке трубы. Указанная волна отражается от противоположной стенки трубы или от дефектов внутри стенки. Преобразование отраженной акустической волны в конечный электрический сигнал происходит в катушке ЭМАП 5 за счет взаимодействия поля постоянного магнита с движущимся проводником, которым является поверхность объекта контроля. Аналогично, подают переменный ток на вторую, меандровую, высокочастотную катушку индуктивности. Здесь имеют место те же процессы, что и в случае спиральной катушки, но благодаря меандровой конфигурации этой катушки обеспечено возбуждение поперечной ультразвуковой волны (SH-волны) с линейной поляризацией, распространяемой в направлении, составляющем с нормалью к стенке трубы острый угол, предпочтительно 30. Указанная волна отражается от дефектов в стенке трубы, а преобразование отраженной акустической волны в конечный электрический сигнал выполняют аналогично соответствующему преобразованию в первой катушке. При отсутствии дефектов волна, возбужденная с помощью меандровой катушки, продолжает распространение в трубе, многократно отражаясь от ее стенок,и, соответственно, катушка ее не фиксирует. Ультразвуковые волны, распространяемые перпендикулярно к поверхности трубы и под углом к нормали к поверхности трубы, возбуждают одновременно и в одной точке. По характеру отраженного сигнала судят о наличии или отсутствии дефектов и их параметрах. В частности, определяют изменения амплитуды волн при их распространении в стенке трубы и/или времени их распространения в стенке трубы, что позволяет проводить контроль состояния труб и/или определять толщину стенок труб. Так, в канале прямого ввода определяют время распространения волны в теле трубы до противоположной поверхности трубы и обратно, что позволяет определить толщину стенки трубы, а также состояние поверхности трубы, т.е. наличие дефектов, уменьшающих толщину стенки трубы. Также посредством анализа сигнала в канале прямого ввода можно контролировать величину рабочего зазора. Для этого определяют длительность реверберационно-шумовой характеристики волн в этом канале, при этом увеличение указанной длительности свидетельствует об увеличении рабочего зазора, а ее уменьшение свидетельствует об уменьшении рабочего зазора. Анализ сигнала в канале наклонного ввода наряду с анализом сигнала в канале прямого ввода позволяет, во-первых, увеличить надежность определения дефектов в трубе, а во-вторых, получить информацию о виде обнаруженного дефекта. Например, наличие сигнала, соответствующего отраженной волне, в канале наклонного ввода при отсутствии сигнала, соответствующего отраженной от дефекта волне, в канале прямого ввода может свидетельствовать о присутствии стресс-коррозийных трещин. При этом при использовании только канала прямого ввода такой дефект может не быть обнаружен. С другой стороны, наличие обоих указан-5 017013 ных сигналов может свидетельствовать об объемном дефекте в теле трубы. Оценка изменений амплитуды волны при ее распространении в трубе также позволяет оценить выраженность дефектов. При работе пластина 36 действует как устройство взрывозащиты. Например, при плотном контакте ЭМАП 5 со стенкой трубопровода возможно механическое повреждение цепей высокочастотных катушек индуктивности или разрыв этих цепей. Это может привести, в свою очередь, к искрообразованию и взрыву при наличии в трубопроводе взрывоопасной газовой смеси. Расположение пластины 36 с нанесенной на нее частью 37 питающей цепи светодиода между ЭМАП 5 и намагничиваемой областью трубы приводит при таком контакте сначала к разрыву указанной питающей цепи. В этом случае на фотоприемник оптопары перестает поступать соответствующее излучение, что в свою очередь приводит к отключению цепей катушек, например цепи катушки 33, т.е. к опережающему отключению их питания при опасности механического разрыва цепи. Это обеспечивает взрывозащиту предлагаемых средств для контроля труб и возможность их безопасного использования во взрывоопасных средах. Предлагаемые средства контроля труб позволяют измерять толщину труб, а также выполнять диагностику технического состояния материала тела трубы. В частности, устройство позволяет определять потерю металла на наружной поверхности трубы, внутренние дефекты тела трубы и измерять уменьшение толщины стенки трубы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Средства контроля труб, которые могут быть установлены с возможностью вращения на средствах перемещения, выполненных с возможностью перемещения в трубе, и которые содержат основание,на котором установлены, по меньшей мере, первый и второй приемно-излучательные акустические блоки, каждый из которых выполнен с возможностью возбуждения в трубе поперечных ультразвуковых волн и их приема, отличающиеся тем, что, по меньшей мере, первый из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в перпендикулярном к поверхности трубы направлении, по меньшей мере, второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол, и указанные, по меньшей мере, первый и второй блоки выполнены с возможностью одновременного возбуждения поперечных ультразвуковых волн. 2. Средства по п.1, отличающиеся тем, что указанные первый и второй блоки содержат общие средства намагничивания области стенки трубы, а каждый из указанных блоков содержит преобразователь электромагнитного поля. 3. Средства по п.1, отличающиеся тем, что указанные блоки выполнены с возможностью возбуждения поперечных ультразвуковых волн в одной точке. 4. Средства по п.1, отличающиеся тем, что указанный острый угол составляет 30. 5. Средства по п.1, отличающиеся тем, что, по меньшей мере, первый и/или второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн с линейной поляризацией. 6. Средства по п.2, отличающиеся тем, что средства намагничивания области стенки трубы и преобразователи электромагнитного поля каждого из блоков при работе расположены таким образом, что через них проходит по меньшей мере одно поперечное сечение трубы. 7. Средства по п.1, отличающиеся тем, что преобразователь электромагнитного поля содержит катушку индуктивности. 8. Средства по п.1, отличающиеся тем, что они содержат по меньшей мере одно устройство взрывозащиты. 9. Средства по п.8, отличающиеся тем, что устройство взрывозащиты содержит оптопару и пластину, которая при работе расположена между одним из указанных блоков и соответствующей областью стенки трубы и на которую нанесена по меньшей мере часть питающей цепи источника излучения оптопары таким образом, что разрыв указанной цепи приводит к прекращению работы соответствующего преобразователя электромагнитного поля. 10. Средства по п.9, отличающиеся тем, что пластина выполнена с возможностью пропускания электромагнитного поля. 11. Средства по п.10, отличающиеся тем, что пластина выполнена керамической. 12. Средства по любому из пп.1-11, отличающиеся тем, что они содержат средства визуального контроля стенок труб. 13. Средства по п.12, отличающиеся тем, что они содержат по меньшей мере один узел подвеса приемно-излучательного акустического блока, соединенный с основанием посредством манипулятора. 14. Средства по п.13, отличающиеся тем, что манипулятор выполнен телескопическим. 15. Средства по п.13 или 14, отличающиеся тем, что узел подвеса соединен с манипулятором с возможностью вращения вокруг трех перпендикулярных осей.-6 017013 16. Подвижное устройство для контроля труб, содержащее средства перемещения, выполненные с возможностью перемещения в трубе, и средства контроля труб, установленные с возможностью вращения на средствах перемещения и содержащие основание, на котором установлены, по меньшей мере,первый и второй приемно-излучательные акустические блоки, каждый из которых выполнен с возможностью возбуждения в трубе поперечных ультразвуковых волн и их приема, отличающееся тем, что, по меньшей мере, первый из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в перпендикулярном к поверхности трубы направлении, по меньшей мере, второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол, и указанные, по меньшей мере, первый и второй блоки выполнены с возможностью одновременного возбуждения поперечных ультразвуковых волн. 17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанные первый и второй блоки содержат общие средства намагничивания области стенки трубы, а каждый из указанных блоков содержит преобразователь электромагнитного поля. 18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанные блоки выполнены с возможностью возбуждения поперечных ультразвуковых волн в одной точке. 19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанный острый угол составляет 30. 20. Устройство по п.16, отличающееся тем, что, по меньший мере, первый и/или второй из указанных блоков выполнен с возможностью возбуждения и приема поперечных ультразвуковых волн с линейной поляризацией. 21. Устройство по п.16, отличающееся тем, что средства намагничивания области стенки трубы и преобразователи электромагнитного поля каждого из блоков при работе расположены таким образом,что через них проходит по меньшей мере одно поперечное сечение трубы. 22. Устройство по п.16, отличающееся тем, что преобразователь электромагнитного поля содержит катушку индуктивности. 23. Устройство по п.16, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одно устройство взрывозащиты. 24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что устройство взрывозащиты содержит оптопару и пластину, которая при работе расположена между одним из указанных блоков и соответствующей областью стенки трубы и на которую нанесена по меньшей мере часть питающей цепи источника излучения оптопары таким образом, что разрыв указанной цепи приводит к прекращению работы соответствующего преобразователя электромагнитного поля. 25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что пластина выполнена с возможностью пропускания электромагнитного поля. 26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что пластина выполнена керамической. 27. Устройство по любому из пп.16-26, отличающееся тем, что средства контроля труб содержат средства визуального контроля стенок труб. 28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что средства контроля труб содержат по меньшей мере один узел подвеса приемно-излучательного акустического блока, соединенный с основанием посредством манипулятора. 29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что манипулятор выполнен телескопическим. 30. Устройство по п.28 или 29, отличающееся тем, что узел подвеса соединен с манипулятором с возможностью вращения вокруг трех перпендикулярных осей. 31. Способ контроля труб, включающий возбуждение в стенке трубы поперечных ультразвуковых волн; прием указанных волн; определение изменений амплитуды указанных волн при их распространении в стенке трубы и/или времени их распространения в стенке трубы для контроля состояния труб и/или определения толщины стенок труб,отличающийся тем, что возбуждение и прием указанных поперечных ультразвуковых волн включают соответственно возбуждение и прием посредством средств контроля труб первых поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в перпендикулярном к поверхности трубы направлении, и возбуждение и прием посредством указанных средств контроля труб вторых поперечных ультразвуковых волн, распространяемых в направлении, составляющем с нормалью к поверхности трубы острый угол, а указанное определение изменений амплитуды и/или времени распространения включает определение изменений амплитуды указанных первых и вторых волн при их распространении в стенке трубы и/или времени их распространения в стенке трубы. 32. Способ по п.31, отличающийся тем, что указанный острый угол устанавливают равным 30. 33. Способ по п.31, отличающийся тем, что указанные первые и/или вторые волны линейно поляризуют. 34. Способ по п.31, отличающийся тем, что возбуждение и прием указанных первых и вторых волн-7 017013 осуществляют посредством, по меньшей мере, первого и второго приемно-излучательных акустических блоков соответственно, которые расположены с рабочим зазором по отношению к стенке трубы и имеют общие средства намагничивания области стенки трубы и каждый из которых содержит преобразователь электромагнитного поля. 35. Способ по п.34, отличающийся тем, что величина рабочего зазора составляет от 0 до 0,5 мм. 36. Способ по п.34 или 35, отличающийся тем, что он дополнительно включает определение длительности реверберационно-шумовой характеристики первых волн, причем при увеличении указанной длительности определяют увеличение рабочего зазора, а при ее уменьшении определяют уменьшение рабочего зазора.

МПК / Метки

МПК: G01N 29/26, G01N 29/04

Метки: способ, использования, средства, труб, подвижное, контроля, устройство

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/10-17013-sredstva-kontrolya-trub-podvizhnoe-ustrojjstvo-dlya-ih-ispolzovaniya-i-sposob-kontrolya-trub.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Средства контроля труб, подвижное устройство для их использования и способ контроля труб</a>

Похожие патенты