Автономный магнитный дефектоскоп наружного контроля трубопроводов
1. Полезная модель относится к технике неразрушающего контроля труб магистрального трубопроводного транспорта. 2. Полезная модель позволяет повысить эксплуатационную надежность магистральных трубопроводов. 3. Поставленная цель достигается тем, что осуществлен принцип полной автономности магнитного дефектоскопа за счет использования двигателя внутреннего сгорания, беспроводной передачи информации о дефектах, магнитно-поисковой системы высокой чувствительности. Движение дефектоскопа осуществляется по спиральной поверхности за счет поворота осей колес, что дает возможность быстрой переналадки дефектоскопа для контроля различных диаметров труб и позволяет удерживать дефектоскоп на трубе магнитными силами магнитно-поисковой системы, а также осуществлять контроль без снятия изоляционного покрытия труб и производить наблюдение за процессом контроля труб в реальном масштабе времени.
Полезная модель относится к области неразрушающего контроля, в частности, труб трубопроводного транспорта, может быть эффективно применена как для диагностирования при их переизоляции, так и для контроля трубопроводов компрессорных станций.
Известны в неразрушающем контроле сканирующие устройства, переносимые, передвигаемые вручную или с электроприводом.
Известна система в неразрушающем контроле (см. приложение), в которой сканер передвигается по специальному путепроводу (гибкому рельсу), который предварительно прокладывают вдоль сварного шва. Недостатком такой системы является необходимость прокладки путепровода, крепления его на трубе так, чтобы сканер удерживался на трубе при проходе нижних участков трубы.
Известен также самоходный сканер на магнитных колесах (ТС 2000) (см. приложение). Недостатком этого устройства являются проводная связь для приема информации о дефектах с внешним источником питания и ограниченное расстояние движения по трубе, которое определяется длиной кабеля 15 м. Кроме этого, минимальная ширина трещины, которая обнаруживается этим устройством, составляет 2 мм, тогда как при трещинах даже значительно меньшего раскрытия происходит разрушение трубы.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является «Автономный магнитный дефектоскоп наружного контроля трубопроводов» по патенту полезной модели №51230 (Бюл. №03, 2006 г) (см. приложение). Недостатком этого устройства является то, что оно рассчитывается и создается применительно к трубе одного диаметра и не может быть использовано на трубе другого диаметра, хотя в эксплуатации часто возникает необходимость контроля трубопроводов различных диаметров. Кроме того, а данном устройстве резиновые надувные (пневматические) колеса по-разному деформируются при нахождении дефектоскопа на верхней и на нижней частях трубы. При этом изменяется расстояние между датчиками и поверхностью трубы, что
приводит к изменению чувствительности контроля и возникновению дополнительных помех.
Предлагается полезная модель, которая не имеет указанных недостатков и обладает всеми достоинствами полезной модели по патенту №51230.
Дополнительные достоинства предлагаемой полезной модели состоят в следующем:
- возможность оперативной переналадки дефектоскопа для контроля труб, имеющих разный диаметр;
- оперативное изменение угла винтовой поверхности, по которой движется дефектоскоп, путем изменения угла наклона осей колес дефектоскопа;
- устойчивое снятие информации о дефектах за счет замены пневматических шин на шины из твердой резины.
- повышение показателя «сигнал-помеха» за счет измерения датчиками нормальной (а не тангенциальной) составляющей напряженности магнитного поля в области дефектов.
Целью создания предлагаемой полезной модели является повышение эксплуатационной надежности магистральных трубопроводов за счет использования автономного магнитного дефектоскопа с повышенной надежностью контроля и возможностью перенастройки его на трубы разных диаметров для обнаружения опасных дефектов в магистральных трубопроводах, а также для проведения ремонта и последующей изоляции или переизоляции проверенных участков труб.
Поставленная цель достигается сплошным сканированием датчиками Холла поверхности трубопровода путем движения по винтовой траектории дефектоскопа, имеющего беспроводную связь с оператором, двигатель внутреннего сгорания, магнитно-поисковую систему, которая создает магнитные поля над дефектами и, кроме того, позволяет удерживать дефектоскоп на трубе без использования дополнительных устройств. Перенастройка дефектоскопа на разные диаметры осуществляется путем регулировки угла поворота осей колес дефектоскопа. Повышение надежности обнаружения дефектов обеспечивается измерением нормальной составляющей поля дефектов и установлением оптимального расстояния между магнитными блоками с датчиками магнитного поля и поверхностью трубы.
На фигуре 1 изображено и обозначено:
1. Плита магнитного модуля;
2. Магнитные блоки;
3. Гайка для изменения зазора между трубой и блоком;
5. Двигатель внутреннего сгорания;
6. Цепные передачи вращения от двигателя к осям;
7. Оси колес;
8. Колеса;
9. Шестерни вращения оси;
10. Ролики для предотвращения уменьшения зазора между блоками и трубой;
11. Проверяемая труба;
12. Промышленный компьютер;
13. Устройство беспроводной связи;
14. Блок аккумуляторов;
15. АЦП;
16, 17. Узлы крепления осей;
18. Твердое резиновое покрытие;
19. Панель корпуса дефектоскопа;
20. Вал двигателя внутреннего сгорания;
- угол поворота осей в вертикальной плоскости для движения дефектоскопа по винтовой траектории по трубе с углом 
;
Описание конструкции автономного магнитного дефектоскопа.
Предлагаемый дефектоскоп содержит:
1. Магнитные модули. Магнитный модуль содержит плиту 1 (см. фиг.1) и укрепленные на ней три магнитных блока 2. В каждый магнитный блок вставляется линейка датчиков для измерения нормальной составляющей напряженности магнитного поля в зоне дефектов. Корпус магнитного блока выполнен в виде герметичной коробки из нержавеющей стали, в котором размещены магнитная система и датчики. Сила притяжения магнитного модуля к трубе составляет не менее 6000 Н. Зазор между поверхностью трубы и магнитными блоками устанавливается с помощью гаек 3 и винтов 4.
2. Двигатель внутреннего сгорания 5. Двигатель через цепную передачу 6 связан с осями 7 колес 8 через шестерни (или шкивы) 9 и цепные или ременно-клиновые ленты.
3. Предохранительные ролики 10 установлены на каждом модуле. В случае изменения кривизны трубы 11 или ее значительной деформации ролики предотвращают уменьшение зазора между модулем и поверхностью трубы до недопустимой величины.
4. На корпусе дефектоскопа размещены промышленный компьютер 12, устройство беспроводной связи 13, блок аккумуляторов 14 и АЦП 15.
5. Колеса 8 на осях крепятся к дефектоскопу с помощью узлов 16 и 17, конструкция которых позволяет поворачивать оси в вертикальной плоскости на угол для создания устойчивого движения дефектоскопа по винтовой траектории с заданным углом винтовой линии.
6. Колеса имеют твердое резиновое покрытие 18, что исключает изменение зазора между трубой и датчиками в верхнем и нижнем положении дефектоскопа на трубе. Угол поворота осей рассчитывается по формуле:
h=X1-X2+X 3;
1=
-90+;
2=+90-;
- угол поворота оси колес в вертикальной плоскости для обеспечения возможности движения дефектоскопа по винтовой траектории с углом i=90-.
D - диаметр трубы;
q - ширина "захвата";
Р2 - расстояние между осями колес;
P1 - расстояние между колесами на одной оси.
Работа дефектоскопа состоит в следующем. Для переизоляции участок трбопровода освобождают от грунта, поднимают над землей примерно на 1 метр и удерживают специальными кранами. Дефектоскоп устанавливают на проверяемый участок трубопровода, запускают двигатель, включают промышленный компьютер, питание датчиков. Включают муфту сцепления двигателя. Дефектоскоп будет двигаться по спирали, считывая сигналы с датчиков и записывая на бортовой компьютер информацию, которая передается на основной управляющий компьютер по беспроводной связи. На основном компьютере производится анализ и обработка полученной информации. На экран монитора в реальном масштабе времени выводятся сигналы позволяющие оператору выявлять и распознавать различные виды дефектов на трубопроводе. При необходимости дефектоскоп можно
остановить и вновь включить его движение. Установленная магнитопоисковая система обеспечивает выявление любого вида дефектов, в том числе стресс-коррозионных трещин глубиной 10% от толщины трубы и более, что соответствует ТУ.
Пример выполнения полезной модели.
Изготовлен действующий макет автономного магнитного дефектоскопа
Макет дефектоскопа имеет следующие технические характеристики.
Расстояние между колесами на одной оси составляет 800 мм.
Расстояние между осями - 1000 мм. Угол винтовой линии, по которой движется дефектоскоп, составляет 1=13°. Рассчитанный угол поворота оси колес =2.9°.
Использован двигатель мощностью 1,6 л.с. Запас бензина в бачке достаточен для работы в течение 3-х часов. Информация с бортового на основной компьютер передается по беспроводной связи. Один оборот на трубе диаметром 1420 мм дефектоскоп совершает за 20 секунд, при этом ширина сканируемой поверхности 250 мм. Время установки дефектоскопа на трубу 10 мин. Тип промышленного компьютера ЕС-271. Тип АЦП Е-440. Габаритные размеры дефектоскопа 1000×800 мм. Диаметр колес 600 мм. При испытании макета были выявлены трещины в соответствии ТУ на контроль труб Промышленный выпуск предлагаемых автономных дефектоскопов на их применение повысит надежность магистральных газо- и нефтепроводов.
Таким образом, приведенная и обоснованная совокупность признаков предлагаемого устройства является необходимой и достаточной для повышения надежности магистрального трубопровода в связи с созданием и применением автономного магнитного дефектоскопа, используемого для контроля труб и, частности, для их переизоляции и ремонта.
Автономный магнитный дефектоскоп наружного контроля трубопроводов, содержащий корпус, магнитно-поисковую систему, устройство беспроводной связи, двигатель внутреннего сгорания, связанный приводом с двумя парами колес, отличающийся тем, что колеса имеют одинаковый диаметр с твердым резиновым ободом, оси которых установлены под углом к горизонтальной плоскости дефектоскопа, а датчики поля расположены в межполюсном пространстве магнитной системы в положение для измерения нормальной составляющей напряженности магнитного поля дефекта.
