Внутритрубный многоканальный профилемер

Предложение относится к области неразрушающего контроля, в частности к устройствам для внутритрубной диагностики геометрических форм и размеров трубопроводов (газопроводов или нефтепроводов) и может быть использовано при мониторинге действующих трубопроводов.

Внутритрубный многоканальный профилемер для контроля профиля полости трубопровода, включает в себя корпус, переднюю и заднюю центрирующие эластичные манжеты, закрепленные на корпусе, пояс измерительных рычагов, осесимметрично установленных на корпусе по периметру в поперечном сечении трубопровода. Измерительные рычаги прижаты концами к внутренней поверхности трубопровода и снабжены датчиками угла поворота, которые подключены к средствам обработки и хранения результатов измерений, Прижим измерительных рычагов профилемера к внутренней поверхности трубопровода осуществляется с помощью эластичного полиуретанового кольца, расположенного в периферической области эластичной манжеты, позади нее, которое по своему периметру равномерно крепится к каждому из указанных измерительных рычагов и выступам манжеты, осесимметрично расположенным в периферической внутренней области эластичной манжеты между указанными рычагами. Предложенная конструкция позволяет производить диагностику геометрических форм и внутренних размеров трубопроводов без ошибок измерения, связанных с «отскоком» измерительных рычагов от внутренней поверхности трубопровода при столкновении их с кольцевыми швами, подкладными кольцами и другими препятствиями при высоких скоростях движения профилемера.

Предложение относится к области неразрушающего контроля, в частности к устройствам для внутритрубной диагностики геометрических форм и размеров трубопроводов (газопроводов или нефтепроводов), и может быть использовано при мониторинге действующих трубопроводов.

Известен внутритрубный профилемер, подлежащий пропуску внутри обследуемого трубопровода, - заявка ФРГ DE 3624717, МПК: G01B 5/20, дата публикации 28.01.88 (эквивалент: европейская заявка ЕР 0254144, МПК: G01B 5/20, дата публикации 27.01.88), содержащий корпус, две эластичные манжеты, измеритель профиля сечения трубы, два измерителя пройденной дистанции, источник питания, электронную систему, при этом манжеты имеют тарельчатую форму и установлены на корпусе профилемера, источник питания и электронная система профилемера установлены в корпусе профилемера, электронная система профилемера содержит средства измерений и обработки данных, измеритель профиля сечения трубы содержит два пояса рычагов, закрепленных на корпусе профилемера вокруг его оси симметрии и прижимаемых к внутренней поверхности трубы при пропуске профилемера внутри обследуемого трубопровода, а также измеритель угла поворота рычагов, подключенный к средствам измерения электронной системы профилемера, при этом каждый рычаг выполнен способным поворачиваться в плоскости, проходящей через ось симметрии профилемера, вокруг оси, проходящей через точку закрепления рычага на корпусе профилемера. Рычаги одного пояса смещены относительно рычагов второго пояса вокруг оси симметрии профилемера. На периферийных концах рычагов установлены опорные колеса, способные катиться по внутренней поверхности трубы при пропуске профилемера внутри трубопровода.

Известен также внутритрубный профилемер, подлежащий пропуску внутри обследуемого трубопровода - патент США US 5,088,336, МПК: G01B 5/00, дата публикации 18.02.92 (см. также патент США US 4,953,412, МПК: G01B 5/00, дата публикации 04.09.90), содержащий корпус, две эластичные манжеты, измеритель профиля сечения трубы и два или три одометрических измерителя пройденной дистанции, установленные на корпусе профилемера, а также источник питания и электронную систему, установленные в корпусе профилемера, электронная система профилемера содержит средства измерений и обработки данных, измеритель профиля сечения трубы содержит один пояс рычагов, закрепленных на корпусе профилемера вокруг его оси симметрии и прижимаемых к внутренней поверхности одной из манжет, которая установлена в хвостовой части профилемера, измеритель профиля сечения трубы содержит также измеритель угла поворота рычагов, подключенный к средствам измерения электронной системы профилемера, при этом каждый рычаг выполнен способным поворачиваться в плоскости, проходящей через ось симметрии профилемера, вокруг оси, проходящей через точку закрепления рычага на корпусе профилемера.

Известен внутритрубный аппарат для получения данных о состоянии внутренней поверхности диагностируемого трубопровода (патент ЕР 0999428 (А1) (заявка GB 19980024141), МПК: G01B 7/13; G01B 7/16; G01B 7/28, дата публикации 10.05.2000). Данный аппарат включает в себя корпус, переднюю и заднюю эластичные манжеты и измеритель профиля сечения трубы. Измеритель профиля сечения трубы содержит пояс измерительных рычагов с тензометрическими датчиками, которые упруго прижаты к внутренней поверхности трубопровода. На периферийных концах измерительных рычагов установлены опорные колеса, способные катиться по внутренней поверхности трубы при пропуске профилемера внутри трубопровода.

Известен «Внутритрубный многоканальный профилемер» (Патент РФ 2164661, МПК: G01B 7/28, G01B 7/34, дата публикации 27.03.2001), состоящий из цилиндрического корпуса с четырьмя рядами эластичных манжет тарельчатого типа и двумя поясами подпружиненных сенсоров рычажного типа, расположенных в шахматном порядке в переднем и заднем рядах для обеспечения полного контроля внутренней поверхности трубы. Профилемер снабжен колесными одометрами, источником электропитания и регистрирующей аппаратурой.

Известна группа полезных моделей внутритрубных профилемеров в соответствии с патентом РФ 49221, МПК: G01B 7/12, дата публикации 10.11.2005, пропускаемых внутри трубопровода для обследования его профиля. Профилемер содержит корпус, электронную систему, включая средства измерений и цифровой обработки данных, а также автономный источник питания. На корпусе профилемера установлены эластичные манжеты, одометры и измеритель профиля сечения трубы. Измеритель профиля сечения трубы содержит, по меньшей мере, один пояс измерительных рычагов, упруго прижатых к внутренней поверхности трубопровода.

Известно устройство для измерения внутреннего диаметра трубопровода, которое входит в состав внутритрубного аппарата для проверки проходимости трубопровода или в состав внутритрубного аппарата для очистки трубопровода (Заявка Японии JP 2001-103489, эквивалент: патент США US 6,895,681 от 24.05.2005, МПК: G01B 7/13, G01B 7/28,). Оно включает по крайней мере одну герметизирующую манжету, скользящую вдоль внутренней поверхности трубопровода, измерительное устройство расстояния, пройденного им по трубопроводу, детектор угла колебания аппарата для определения угла колебания корпуса аппарата во время прохождения по трубопроводу, чувствительные датчики (тензометры), каждый из которых расположен радиально относительно внутренней поверхности герметизирующей манжеты внутритрубного снаряда, вычислительную часть для того, чтобы вычислить выходные данные каждого из указанных средств и средства для записи данных, полученных с помощью вычислительной части. Тензометры образуют кольцо в поперечном сечении трубы и упруго прижаты к внутренней поверхности герметизирующей манжеты.

Известен внутритрубный инспекционный прибор (заявка США US 20100790839, дата приоритета 2010.05.30, эквивалент СА 2706036 (А1)), который включает: корпус, имеющий передний и задний конец, эластичную герметизирующую манжету, расположенную на переднем конце корпуса прибора, множество измерительных подпружиненных рычагов, контактирующих с внутренней (задней) поверхностью герметизирующей манжеты, которые снабжены датчиками для измерения внутренних размеров трубы, по которой перемещается прибор, поддерживающую манжету, расположенную на заднем конце корпуса прибора, по крайней мере один одометр и процессор для записи измеренных данных.

Известен многоканальный профилемер (патент США US 7,421,914 от 09.09.2008, МПК: G01B 7/12). Аппарат включает по крайней мере два независимых узла профилемера (два пояса датчиков), способные к формированию данных о внутренней поверхности трубопровода, причем каждый пояс датчиков включает независимые чувствительные датчики - сенсоры рычажного типа, которые при помощи пружин упруго прижаты к внутренней поверхности трубопровода.

По мнению заявителей, данное устройство является прототипом для заявленного внутритрубного многоканального профилемера.

Недостатком указанных известных устройств является недостаточно надежное огибание препятствий измерительными рычагами профилемеров, в процессе их движения по трубопроводу, что приводит к появлению неконтролируемых зон на трубе около кольцевых швов и других препятствий, где наблюдается отскок опорных колес измерительных рычагов при высоких скоростях движения внутритрубных инспекционных снарядов.

Техническим результатом, достигнутым при реализации данного предложения, является снижение числа неконтролируемых зон внутренней поверхности трубопровода при проведении диагностики с использованием предлагаемого многоканального внутритрубного профилемера.

Предлагаемый внутритрубный многоканальный профилемер включает в себя корпус с защитным передним бампером и герметичным отсеком для размещения электронного блока, источник питания, подключенный к средствам обработки и хранения результатов измерений, одометрическое устройство, переднюю и заднюю центрирующие эластичные манжеты, снабженные выступами с армированными в них элементами крепления в виде резьбовых шпилек в периферийной части задней поверхности, пояс измерительных рычагов с датчиками угла поворота и опорными колесами на их концах, эластичное кольцо из полиуретана, расположенное в периферической области эластичной манжеты, позади нее, которое по всему периметру равномерно крепится к каждому из указанных измерительных рычагов и выступам манжеты. Крепление кольца из эластичного материала к указанным выступам эластичной манжеты осуществляется с помощью резьбовых шпилек, армированных в выступы и прижимных планок. Указанные выступы манжеты осесимметрично расположены в периферической области задней поверхности эластичной манжеты между измерительными рычагами. Эластичное кольцо из полиуретана, деформируясь при отклонении измерительных рычагов, поглощает кинетическую энергию ударов рычагов о препятствия на внутренней поверхности трубопровода за счет внутреннего трения в материале кольца. В результате поглощения энергии удара измерительных рычагов исключается потеря контакта концов измерительных рычагов со стенкой трубопровода.

Профилемер может включать в себя второй пояс измерительных рычагов, расположенный аналогично первому поясу измерительных рычагов, позади другой, например, передней эластичной манжеты, при этом указанные пояса рычагов разнесены по главной оси трубопровода и ориентированы между собой со смещением вокруг главной оси трубопровода так, что указанные рычаги двух поясов полностью перекрывают внутреннюю поверхность трубопровода, а число измерительных рычагов в каждом из указанных поясов не менее 3.

Измерительные рычаги одними своими концами симметрично закреплены на корпусе по его периметру в поперечном сечении трубопровода и упруго прижаты другими своими концами к внутренней поверхности трубопровода с регулярными промежутками между собой.

Каждый измерительный рычаг выполнен способным поворачиваться в плоскости, проходящей через ось симметрии профилемера, вокруг оси, проходящей через точку шарнирного закрепления указанного рычага на корпусе профилемера.

Каждый из датчиков угла поворота выполнен в герметичном отсеке корпуса и включает в себя постоянный магнит и измеритель на основе датчика Холла.

Концы измерительных рычагов, упруго прижатые к внутренней поверхности трубопровода выполнены в виде опорных колес.

Совокупность перечисленных существенных признаков полезной модели обеспечивает достижение технического результата - позволяет уменьшить число неконтролируемых зон внутренней поверхности трубопровода при проведении диагностики, за счет предотвращения отскоков измерительных рычагов при наезде на возможные дефекты и препятствия внутренней поверхности трубопровода.

Сущность предложения представлена на чертежах, где на фиг.1 - общий вид многоканального внутритрубного профилемера.

На фиг.2 приведен вид сзади на заднюю эластичную манжету профилемера.

На фиг.3 приведен разрез А-А по оси измерительного рычага профилемера.

На фиг.1 - фиг.3 приняты следующие обозначения:

1 - корпус профилемера;

2 - защитный передний бампер;

3 - передняя центрирующая эластичная манжета;

4 - задняя центрирующая эластичная манжета;

5 - измерительные рычаги с опорными колесами;

6 - эластичное кольцо из полиуретана;

7 - резьбовые шпильки, армированные в выступы эластичной манжеты;

8 - прижимные планки;

9 - выступы эластичной манжеты;

10 - герметичный отсек корпуса для электронного блока;

11 - датчик угла поворота измерительного рычага;

12 - стенка трубопровода.

Описание конструкции заявленного профилемера в качестве примера реализации.

Предлагаемый профилемер содержит корпус 1 с защитным передним бампером 2 и герметичным отсеком 10 для размещения электронного блока и источник питания, подключенный к средствам обработки и хранения результатов измерений. На корпусе 1 установлены передняя 3 и задняя 4 центрирующие эластичные манжеты, которые снабжены выступами 9 с армированными в них элементами крепления в виде резьбовых шпилек 7 в периферийной части задней поверхности указанных манжет. Передняя 3 и задняя 4 центрирующие, эластичные манжеты, снабжены выступами 9 с армированными в них элементами крепления в виде резьбовых шпилек 7 в периферийной части задней поверхности указанных манжет. Пояс измерительных рычагов 5 с датчиками угла поворота 11 размещен осесимметрично на корпусе 1 позади эластичной манжеты 4 (фиг.1). Профилемер может включать в себя второй пояс измерительных рычагов 5, расположенный аналогично первому поясу измерительных рычагов, позади передней эластичной манжеты 3 (на фиг.1 не показан). При этом указанные пояса рычагов разнесены по главной оси трубопровода и ориентированы между собой со смещением вокруг главной оси трубопровода так, что указанные рычаги двух поясов полностью перекрывают внутреннюю поверхность трубопровода, а число измерительных рычагов 5 в каждом из указанных поясов не менее 3.

Каждый измерительный рычаг 5 способен поворачиваться в плоскости, проходящей через ось симметрии профилемера, вокруг оси, проходящей через точку шарнирного закрепления указанного рычага на корпусе профилемера.

Измерительные рычаги 5 одними своими концами симметрично закреплены на корпусе 1 по его периметру в поперечном сечении трубопровода и упруго прижаты другими своими концами к внутренней поверхности трубопровода с регулярными промежутками между собой.

Каждый из датчиков угла поворота 11 выполнен в герметичном отсеке 10 корпуса и включает в себя постоянный магнит и измеритель на основе датчика Холла.

Концы измерительных рычагов 5, упруго прижатые к внутренней поверхности трубопровода выполнены в виде опорных колес.

Кроме того, профилемер включает хотя бы одно эластичное кольцо 6 из полиуретана, расположенное в периферической области эластичной манжеты, позади нее, которое по всему периметру равномерно крепится к каждому из указанных измерительных рычагов 5 и выступам 9 манжеты. Крепление кольца 6 из эластичного материала к указанным выступам 9 эластичной манжеты осуществляется с помощью резьбовых шпилек 7, армированных в указанные выступы 9 и прижимных планок 8. Указанные выступы 9 манжеты осесимметрично расположены в периферической области задней поверхности эластичной манжеты между измерительными рычагами 5. Количество колец 6 соответствует числу поясов измерительных рычагов.

Средства измерения длины пути, пройденного профилемером внутри трубопровода, выполнены в виде одометрического устройства, которое может включать в себя один или несколько одометров (на чертежах не показано).

Предлагаемый профилемер работает следующим образом.

Профилемер помещают в трубопровод и включают перекачку продукта (нефти, газа) по трубопроводу. При движении профилемера по трубопроводу измерительные рычаги 5 прижимаются к внутренней поверхности трубопровода. При наличии дефекта полости трубопровода соответствующий измерительный рычаг 5 отклоняется от своего нормального положения. С помощью датчика угла поворота 11 измеряется угол между измерительным рычагом 5 и главной осью трубопровода. Эластичное полиуретановое кольцо 6 выполняет функцию пружины и демпфера для измерительных рычагов 5. Оно позволяет измерительным рычагам 5 перемещаться в плоскости, проходящей через ось симметрии профилемера, вокруг оси, проходящей через точку шарнирного закрепления указанного рычага 5 на корпусе 1 профилемера.

При этом эластичное полиуретановое кольцо 6, прижатое одновременно к измерительным рычагам 5 и к выступам 9 задней эластичной манжеты 4 предотвращает отскоки измерительных рычагов 5 при наезде на возможные дефекты и препятствия (неровности, вмятины и т.п.), что позволяет снизить число неконтролируемых зон внутренней поверхности трубопровода при проведении диагностики.

Данные измерений, полученных с помощью датчиков угла поворота 11 измерительных рычагов 5, обрабатываются и записываются в бортовом компьютере (в формуле - средства обработки и хранения результатов измерений).

По завершении контроля заданного участка трубопровода профилемер извлекают из трубопровода и переносят накопленные в процессе диагностического пропуска данные на компьютер вне профилемера.

Последующий анализ записанных данных позволяет сделать вывод о наличии дефектов, идентифицировать их и определить их параметры.

Датчик угла поворота 11 на основе элемента Холла, чувствительного к повороту измерительного рычага вокруг оси, проходящей через полупроводниковый элемент Холла, позволяет избежать проблем, связанных с нестабильностью контактов в потенциометрах.

Таким образом, из описания следует, что совокупность перечисленных существенных признаков полезной модели обеспечивает достижение технического результата - позволяет уменьшить число неконтролируемых зон внутренней поверхности трубопровода при проведении диагностики, за счет предотвращения отскоков измерительных рычагов при наезде на возможные дефекты и препятствия внутренней поверхности трубопровода.

Указанный технический результат подтвержден в ходе натурных испытаний экспериментального образца предлагаемого внутритрубного многоканального профилемера.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию «новизны».

1. Внутритрубный многоканальный профилемер для контроля профиля полости трубопровода, включающий корпус с герметичным отсеком и установленные на нем, как минимум, переднюю и заднюю центрирующие эластичные манжеты, одометрическое устройство, по крайней мере, один пояс измерительных рычагов, одними своими концами симметрично закрепленных на корпусе по его периметру в поперечном сечении трубопровода, упруго прижатых другими своими концами к внутренней поверхности трубопровода, с регулярными промежутками между измерительными рычагами, множество датчиков угла поворота указанных измерительных рычагов, средства обработки и хранения результатов измерений, источник питания, подключенный к средствам обработки и хранения результатов измерений, отличающийся тем, что включает в себя, по крайней мере, одно кольцо из эластичного материала, например из полиуретана, расположенное в периферической области эластичной манжеты, позади нее, которое по своему периметру равномерно крепится к каждому из указанных измерительных рычагов и выступам манжеты, осесимметрично расположенным в периферической области задней поверхности эластичной манжеты между измерительными рычагами.

2. Внутритрубный многоканальный профилемер по п.1, отличающийся тем, что содержит второй пояс измерительных рычагов, расположенный аналогично первому поясу измерительных рычагов, позади другой, например передней эластичной манжеты, при этом указанные пояса рычагов разнесены по главной оси трубопровода и ориентированы между собой со смещением вокруг главной оси трубопровода так, что указанные рычаги двух поясов полностью перекрывают внутреннюю поверхность трубопровода, а число измерительных рычагов в каждом из указанных поясов не менее 3.

3. Внутритрубный многоканальный профилемер по п.1, отличающийся тем, что каждый измерительный рычаг выполнен способным поворачиваться в плоскости, проходящей через ось симметрии профилемера, вокруг оси, проходящей через точку шарнирного закрепления указанного рычага на корпусе профилемера.

4. Внутритрубный многоканальный профилемер по п.1, отличающийся тем, что каждый из датчиков угла поворота выполнен в герметичном отсеке корпуса и включает в себя постоянный магнит и измеритель на основе датчика Холла.

5. Внутритрубный многоканальный профилемер по п.1, отличающийся тем, что концы измерительных рычагов, упруго прижатые к внутренней поверхности трубопровода, выполнены в виде опорных колес.

6. Внутритрубный многоканальный профилемер по п.1, отличающийся тем, что крепление кольца из эластичного материала к указанным выступам эластичной манжеты осуществляется с помощью резьбовых шпилек, армированных в указанные выступы.