Ультразвуковое устройство для автоматического контроля качества металла трубопроводов

 

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии и может быть использовано для контроля состояния магистральных и других трубопроводов. Цель изобретения - повышение достоверности контроля путем выявления разноориентированных трещин в каждой точке обследуемого трубопровода. Сущность изобретения: акустическая приемно-излучающая система выполнена в виде N акустических блоков, состоящих из М совмещенных приемно-излучающих пьезопреобразователей, подключенных электрически параллельно между собой, через коммутатор к генератору возбуждения импульсов и каждый из пьезопреобразователей к соответствующему каналу приемно-усилительного блока, пьезоэлектрические преобразователи в каждом блоке установлены на корпусе таким образом, что точки выхода их акустических осей расположены по на окружности, сами оси пересекаются в одной точке, являющейся акустическим фокусом соответствующего блока, а преобразователи равноудалены от фокуса этого блока, фокусы акустических блоков равномерно расположены на другой окружности, плоскость которой перпендикулярна плоскости первой окружности. 4 ил.

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии и предназначено для диагностики магистральных и других продуктопроводов.

Известна внутритрубная ультразвуковая установка для контроля состояния трубопроводов, состоящая из транспортного модуля, несущего систему пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), электронные устройства возбуждения ПЭП, приема, усиления и обработки сигналов, а также блок определения местонахождения контроля и кабель для передачи информации в накопительное устройство, расположенное вне трубопровода. Круговая решетка преобразователей (ПЭП) расположена на некотором расстоянии от внутренней стенки трубы и жидкость в трубе, обычно вода или нефть, обеспечивает надежный акустический контакт [1] Применение этого устройства ограничено, так как практически длина обычного передающего кабеля не может быть больше 2000 м, а волоконнооптического 1500 м. Кроме того, расположенные по кругу ПЭП одинаково ориентированные к внутренней поверхности трубы так, что акустические оси их перпендикулярны поверхности трубы не позволяют выявлять трещины в металле, что приводит к низкой достоверности результатов контроля.

Известна автономная установка для дефектоскопии трубопроводов, перемещающаяся с потоком жидкого продукта, содержащая транспортировочное устройство, на котором размещены магнитные датчики, приемно-усилительное устройство, устройства обработки и накопления информации [2] Эта установка также способна обнаружить только поперечные трещины и компактные дефекты, но не способна выявить продольные и другие трещиноподобные дефекты, ориентация которых отлична от поперечных, хотя и лишена недостатков, связанных с кабельной системой передачи информации.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматического контроля дефектов металла трубопроводов, содержащее транспортный модуль и установленный в нем измерительный модуль, включающий в себя акустическую приемно-излучающую систему, состоящую из пьезоэлектрических преобразователей, закрепленную на корпусе транспортного модуля, последовательно соединенные синхронизатор, генератор возбуждающих импульсов, многоканальный приемно-усилительный блок, блок первичной обработки информации, блоки определения местонахождения контроля, накопления информации и энергообеспечения [3] Это устройство позволяет за счет большого числа ПЭП и плотного их расположения повысить достоверность контроля диагностируемого трубопровода.

Однако, продольные и другие трещины, отличные от поперечных, не могут быть обнаружены. Так как ПЭП хотя и перекрывают друг друга, но не направлены под одними углами к поверхности, и поэтому неблагоприятно ориентированные по отношению к их акустическим осям трещины не могут быть зафиксированы.

Задача изобретения повышение достоверности контроля путем выявления разноориентированных трещин в каждой точке обследуемого трубопровода.

Поставленная задача решается за счет того, что в установке, содержащей транспортный модуль и установленный в нем измерительный модуль, включающий в себя акустическую приемно-излучающую систему, состоящую из пьезоэлектрических преобразователей, закрепленную на корпусе транспортного модуля, последовательно соединенные синхронизатор, генератор возбуждающих импульсов, многоканальный приемно-усилительный блок, блок первичной обработки информации, блоки определения местонахождения контроля, накопления информации и энергообеспечения, акустическая приемно-излучающая система выполнена в виде N акустических блоков, состоящих каждый из М совмещенных приемно-излучающих ПЭП, подключенных электрически параллельно между собой, через коммутатор к генератору возбуждающих импульсов и каждый из пьезопреобразователей к соответствующему каналу приемно-усилительного блока, пьезоэлектрические преобразователи в каждом блоке установлены на корпусе таким образом, что точка выхода их акустических осей расположена на окружности, сами оси пересекаются в одной точке, являющейся акустическим фокусом соответствующего блока, а преобразователи равноудалены от фокуса этого блока, фокусы N акустических блоков равномерно расположены на другой окружности, плоскость которой перпендикулярна плоскости первой окружности.

Технический результат достигается за счет определенного расположения в каждом акустическом блоке ПЭП, их взаимосвязи между собой и взаимосвязи с другими элементами установки.

Синхронно работающие в каждом акустическом блоке ПЭП одновременно излучают в направлении фокуса блока ультразвуковые импульсы. Фокус блока точка пересечения акустических осей ПЭП находится на внутренней поверхности исследуемого трубопровода. Так как УЗИ направлены под углом в одну точку с разных сторон, трещина любой ориентации в этом месте будет зарегистрирована с высокой достоверностью.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 размещение блоков устройства на корпусе и размещение всего устройства в трубе при проведении контроля; на фиг. 3 схема, поясняющая конструкцию блока ПЭП и ход УЗ лучей; на фиг. 4 принцип формирования новых лепестков результирующей диаграммы направленности.

Ультразвуковое устройство для автоматического контроля качества металла трубопроводов содержит акустическую приемно-излучающую систему, включающую последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор возбуждения импульсов 2, коммутатор 3, приемно-излучающие пьезоэлектрические преобразователи 4 (ПЭП), скомпонованные в акустические блоки 5, многоканальный приемно-усилительный тракт 6 с блоком автоматической регулировки усиления 7, блок первичной обработки информации 8, блок определения местоположения контроля 9, блок накопления информации 10 и блок энергообеспечения 11.

Акустическая приемно-излучающая система размещена на корпусе 12 транспортного модуля, устанавливаемого с возможностью передвижения под действием транспортируемого в трубе продукта внутри обследуемого трубопровода 14.

Приемно-излучающие пьезоэлектрические преобразователи 4 имеют центральное расположение акустических осей 15, где центры 16 являются точками выхода этих солей. Центры 16 расположены на окружности 17 и равноудалены от точки пересечения акустических осей 15, являющейся фокусом 18 для каждого акустического блока 5. Фокусы 18 расположены на окружности 19, диаметр которой равен внутреннему диаметру трубопровода 14.

Устройство работает следующим образом.

Транспортный модуль 13 помещается в обследуемый трубопровод 14 и под действием потока среды перекачиваемого продукта перемещается внутри него. Одновременно с транспортировкой перекачиваемая среда обеспечивает надежную передачу ультразвуковых импульсов к стенке трубопровода 14.

В процессе перемещения транспортного модуля 13, размещенный в корпусе 12 синхронизатор 1, определяя ритм работы акустической приемо-излучающей системы выдает последовательность ультразвуковых импульсов. Эти импульсы поступают на генератор 2, который возбуждает через коммутатор 3 приемно-излучающие ПЭП 4. Установленные на корпусе 12 ПЭП 4 излучают ультразвуковые импульсы на внутреннюю поверхность трубопровода 14 под углом β Излученные ультразвуковые импульсы распространяются по акустическим осям 15, которые, пересекаясь в фокусе блока 18, попадают на внутреннюю поверхность трубопровода 14, образуя на ней пятно. При этом проекции диаграмм направленности ПЭП 4 на поверхность трубопровода 14 образуют многолепестковую розетку. Сигнал, преломляясь на границе внутренняя поверхность трубы среда, входит в металл, проходя в металле трубы до наружной поверхности трубы, отражается от нее и при отсутствии дефекта уходит в направлении отражения, не попадая на ПЭП 4. В этом случае отраженные сигналы не регистрируются.

При наличии дефекта сигнал отражается от его поверхности, возвращается обратным путем или близким к нему на свой или парный ему ПЭП 4 и, проходя через приемно-усилительный тракт 6, блок первичной обработки информации 8, попадает в блок накопления информации 10. Одновременно с приходом сигнала от дефекта в блок накопления информации 10 поступает сигнал из блока местоположения контроля 9.

В каждом из N акустических блоков 5 М ПЭП 4 установлены таким образом, что их центры 16 точки выхода акустических осей 15 расположены на окружности 17, радиус которой выбирается из соотношения r_y h˙ sin β где h расстояние от центра 16 ПЭП 4 до внутренней поверхности трубопровода 14; β угол падения ультразвукового сигнала на названную поверхность.

Все N акустических блоков 5, установленные на корпусе 12 по окружности, при одновременной работе образуют на внутренней поверхности трубопровода 14 сплошную кольцевую полосу из частично перекрывающих друг друга многолепестковых розеток. Фокусы блоков 18 при этом находятся на окружности 17, радиус которой равен внутреннему радиусу трубопровода 14. Так как М ПЭП 4 в каждом из N акустических блоков 5, благодаря их параллельной взаимосвязи, работают синхронно друг с другом, и направлены с разных сторон под углом β обеспечивающим ввод в металл трубы поперечных УЗ колебаний в каждый отдельный момент времени в одну зону фокальное пятно на внутренней поверхности трубопровода 14, происходит выявление разноориентированных дефектов в металле.

Важным моментом в предлагаемом решении является то, что выявление разноориентированных дефектов в металле трубопровода производится не за счет простого увеличения числа датчиков, каждый из которых регистрирует определенно ориентированную трещину, а за счет того, что различные комбинации двух ПЭП 4 из акустического блока 5, работая в синхронном режиме и имея каждый свою акустическую ось 15 и лепесток диаграммы направленности, образуют новую совместную акустическую ось и новый лепесток. Это приводит к возникновению нового эффекта увеличению числа лепестков в результирующей диаграмме направленности, более чем в два раза. Например, при h 5 диаграмма имеет 13 лепестков.

Это позволяет выявить дополнительные дефекты в металле, которые с помощью отдельно работающих ПЭП 4 выявить было бы невозможно. При этом выявление разноориентированных трещин в металле трубопровода 14 производится с помощью числа пьезоэлектрических преобразователей 4.

Формула изобретения

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА ТРУБОПРОВОДОВ, содержащее транспортный модуль и установленный в нем измерительный модуль, включающий в себя акустическую приемно-излучающую систему, состоящую из пьезоэлектрических преобразователей, закрепленную на корпусе транспортного модуля, последовательно соединенные синхронизатор, генератор возбуждающих импульсов, многоканальный приемно-усилительный блок, блок первичной обработки информации, блоки определения местонахождения контроля, накопления информации и энергообеспечения, отличающийся тем, что акустическая приемно-излучающая система выполнена в виде N-акустических блоков, состоящих из M совмещенных приемно-излучающих пьезопреобразователей, подключенных электрически параллельно между собой, через коммутатор к генератору возбуждающих импульсов и каждый из пьезопреобразователей к соответствующему каналу приемно-усилительного блока, пьезоэлектрические преобразователи в каждом блоке установлены на корпусе таким образом, что точки выхода их акустических осей расположены на окружности, сами оси пересекаются в одной точке, являющейся акустическим фокусом соответствующего блока, а преобразователи равноудалены от фокуса этого блока, фокусы акустических блоков равномерно расположены на другой окружности, плоскость которой перпендикулярна плоскости первой окружности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4