Магистральный проходной магнитный дефектоскоп
Изобретение относится к области неразрушающего контроля состояния заглубленных магистральных трубопроводов. Магистральный проходной магнитный дефектоскоп содержит цилиндрическое основание с опорной и тянущей манжетами. Систему намагничивания, включающую два блока поперечного намагничивания в виде кольцевых поясов, размещенных на цилиндрическом основании, содержащих магнитные модули с попарно встречными направлениями магнитного поля и расположенных со смещением друг относительно друга на πd/2n, где d - диаметр кольцевого пояса системы намагничивания, n - число полюсов кольцевого пояса блока намагничивания, систему съема информации, содержащую датчики магнитного поля рассеяния, размещенные в упругих эластичных элементах, установленных в межполюсном пространстве магнитных модулей системы намагничивания с возможностью контакта с внутренней поверхностью трубопровода, дистанциирующие элементы виде щеток из магнитомягкого материала, установленные на блоках поперечного намагничивания, блок питания, блок обработки и накопления информации, блок измерения скорости движения дефектоскопа. Магнитные модули системы намагничивания выполнены в виде постоянных магнитов замкнутой формы, в отверстиях которых установлены упругие эластичные элементы с датчиками магнитного поля, причем расстояние между датчиками составляет не более 3,5 мм, а магнитные модули установлены на основании по образующим или под углом к ним не более 10°. Изобретение направлено к ним не более 10°. Изобретение направлено на повышение эффективности и достоверности контроля при снижении габаритов устройства. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к области неразрушающего контроля состояния заглубленных магистральных трубопроводов с помощью магнитных полей рассеивания и может быть использовано для выявления коррозионных, стресс-коррозионных дефектов и трещин в стенках трубопроводов.
Известно устройство для магнитной дефектоскопии трубопроводов, содержащее цилиндрическое основание с опорно-ходовыми узлами, расположенную на основании систему намагничивания, образованную кольцевым магнитопроводом, расположенными на обоих концах магнитопровода по его поперечным периметрам постоянными магнитами и кольцевыми щеточными полюсными наконечниками, между полюсными наконечниками размещен многозвенный преобразователь, состоящий из отдельных магниточувствительных элементов, равномерно распределенных по периметру трубопровода, а также аппаратный отсек с блоком питания, обработки и регистрации информации (патент RU 2133032, опублик. 10.07.1999).
В известном устройстве используется продольное намагничивание трубопровода, что затрудняет выявление продольно ориентированных дефектов.
Наиболее близким к заявленному является магнитный проходной дефектоскоп, содержащий цилиндрическое основание с опорной и тянущей манжетами, систему намагничивания, включающую два блока поперечного намагничивания в виде кольцевых поясов, размещенных на цилиндрическом основании, содержащих магнитные модули с попарно встречными направлениями магнитного поля и расположенных со смещением друг относительно друга, систему съема информации, содержащую датчики магнитного поля, размещенные в упругих эластичных элементах с шагом не более 4 мм, установленных в межполюсном пространстве магнитных модулей системы намагничивания, выполненных в виде П-образных электромагнитов, с возможностью контакта с внутренней поверхностью трубопровода, дистанциирующие элементы, установленные на блоках поперечного намагничивания, блок питания, блок обработки и накопления информации, блок измерения скорости движения дефектоскопа (патент RU 2144182, опублик. 10.01.2000).
Известный дефектоскоп не обеспечивает достаточной достоверности восстановления поля рассеивания дефектов и надежности определения опасности выявленных дефектов при установке преобразователей на расстоянии, соответствующем области верхней границы указанного в патенте диапазона. Кроме того, хотя в известном дефектоскопе предусмотрены меры по отстройке влияния магнитных полей рассеивания полюсов намагничивающей системы на датчики магнитного поля, однако они недостаточно эффективны и приводят к увеличению габаритов дефектоскопа. Кроме того, в известном дефектоскопе достаточно сложно организована система, обеспечивающая его вращение и сканирование поверхности трубопровода по винтовой линии.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение недостатков известных дефектоскопов.
Техническим результатом является повышение эффективности и достоверности контроля при снижении габаритов устройства и повышении его надежности.
Решение поставленной задачи с достижением указанного технического результата обеспечивается тем, что магистральный проходной магнитный дефектоскоп, содержащий цилиндрическое основание с опорной и тянущей манжетами, систему намагничивания, включающую два блока поперечного намагничивания в виде кольцевых поясов, размещенных на цилиндрическом основании, содержащих магнитные модули с попарно встречными направлениями магнитного поля и расположенных со смещением друг относительно друга на πd/2n, где d - диаметр кольцевого пояса системы намагничивания, n - число полюсов кольцевого пояса блока намагничивания, систему съема информации, содержащую датчики магнитного поля, размещенные в упругих эластичных элементах, установленных в межполюсном пространстве магнитных модулей системы намагничивания с возможностью контакта с внутренней поверхностью трубопровода, дистанциирующие элементы виде щеток из магнитомягкого материала, установленные на блоках поперечного намагничивания, блок питания, блок обработки и накопления информации, блок измерения скорости движения дефектоскопа отличается тем, что магнитные модули системы намагничивания выполнены в виде постоянных магнитов замкнутой формы, в отверстиях которых установлены упругие эластичные элементы с датчиками магнитного поля, причем расстояние между датчиками составляет не более 3,5 мм, а магнитные модули установлены на основании по образующим или под углом к ним не более 10°.
Эластичные упругие элементы могут быть снабжены сменными защитными насадками, а концы щеток дистанциирующих элементов наконечниками из износостойкого материала.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен магистральный проходной дефектоскоп, на фиг.2 показана развертка поясов магнитной системы, на фиг.3-6 представлены формы выполнения магнитных модулей, на фиг.7 - расположение магнитных модулей магнитной системы на основании дефектоскопа, на фиг.8 - топология магнитного поля рассеивания от дефекта типа продольная трещина, перпендикулярная намагничивающему полю, на фиг.9 - распределение магнитного поля рассеивания дефекта в сечении, перпендикулярном продольной трещине.
Магистральный проходной магнитный дефектоскоп (фиг.1) содержит цилиндрическое основание 1 с опорной (центрирующей) манжетой 2 и тянущей манжетой 3. На цилиндрическом основании 1 размещены первый и второй блоки намагничивания 4,5 в виде кольцевых поясов, расположенных на расстоянии друг от друга по оси устройства. Блоки намагничивания 4 и 5 состоят из магнитных модулей - постоянных магнитов 6. Магнитные модули 6 имеют замкнутую в плане форму. Внутренний контур (отверстие) магнитного модуля 6 может иметь прямоугольную, округлую или эллиптическую форму (фиг.3-6). Магниты 6 обращены друг к другу одноименными полюсами (фиг.2) и имеют попарно встречное направление магнитного поля. Магниты 6 установлены на основании по образующим или под углом α к ним не более 10° (фиг.7). Кольцевые пояса блоков намагничивания 4 и 5 смещены друг относительно друга на πd/2n, где d - диаметр кольцевых поясов, n - число полюсов магнитных модулей кольцевого пояса блока намагничивания. Блоки намагничивания снабжены дистанциирующими узлами 7, выполненными в виде щеток из магнитомягкого материала. Щетки контактируют с внутренней поверхностью трубопровода и замыкают магнитную цепь между источником магнитного поля - блоками намагничивания и трубопроводом. Для увеличения срока службы дистанциирующих узлов - щеток 7 их концы снабжены наконечниками из износостойкого материала (высокоуглеродистых сплавов). В межполюсном пространстве - отверстии магнитных модулей 6 расположены упругие эластичные элементы - ласты 8, которые контактируют с внутренней поверхностью трубопровода. В ластах 8 размещены датчики 9 магнитного поля (датчики Холла). Датчики 9 расположены в виде матрицы около внутренней поверхности трубопровода на расстоянии друг от друга не более 3,5 мм. Ласты 8 могут быть выполнены из износостойкого полиуретана и снабжены сменными защитными накладками. В ласты 8 могут быть встроены аналого-цифровые преобразователи и элементы системы обработки для увеличения помехозащищенности информации, снимаемой с датчиков 9 магнитного поля. Датчики 9 связаны с блоком 10 обработки и накопления информации, расположенным в герметичном отсеке цилиндрического основания 1. В герметичном отсеке расположен также блок питания 11, содержащий аккумуляторы. На тянущей манжете 3 установлено байпасное устройство 12, с помощью которого регулируется перепад давления на тянущей манжете 3 в зависимости от изменения скорости движения дефектоскопа, измеряемой с помощью одометров 13.
Дефектоскоп работает следующим образом.
Дефектоскоп помещают в трубопровод. Под действием перепада давления, возникающего на тянущей манжете 3, дефектоскоп начинает двигаться с определенной скоростью. Скорость движения дефектоскопа зависит от многих факторов, а особенно от перепадов высот по трассе трубопровода. Одометры 13 измеряют скорость движения дефектоскопа. При изменении скорости движения за счет перепуска газа через регулируемые отверстия байпасного устройства 12 поддерживается в определенных пределах скорость движения дефектоскопа. В процесс движения дефектоскопа магнитные модули - постоянные магниты 6 кольцевых поясов 4 и 5 системы намагничивания через дистанциирующие узлы 7 намагничивают стенку трубопровода в поперечном направлении до состояния технического насыщения. В местах, где имеется нарушение сплошности материала трубопровода, например в виде продольной трещины, магнитное поле, «обтекая» дефект, выходит за стенку трубопровода, образуя поле рассеивания дефекта с топологией, показанной на фиг.8, и распределением тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля Нτ, показанной на фиг.9. При этом, чем глубже и опаснее дефект, тем больше пиковое значение напряженности магнитного поля над дефектом. При прохождении места дефекта системой съема информации - ластами 7 и опросе датчиков 9 магнитного поля на датчиках, находящихся в зоне магнитного «следа» дефекта, появляются сигналы, обусловленные наличием дефекта, которые оцифровываются и поступают в блок обработки и накопления информации. Очевидно, что, чем ближе расположены датчики 9, тем более точно можно восстановить распределение магнитного поля рассеивания над дефектом, а тем самым идентифицировать дефект и не пропустить наиболее опасные из них. Необходимо иметь, по крайней мере, три точки съема информации в зоне магнитного следа дефекта в поперечном сечении, чтобы не пропустить максимальное значения напряженности магнитного поля. Установлено, что для этого датчики должны быть расположены на расстоянии не более 3,5 мм. Помимо магнитного поля рассеивания дефекта на датчики 9 действует магнитное поле рассеивания намагничивающей системы 4 и 5. Поэтому сигнал, снятый с датчика 9, является суммой сигнала от магнитного поля рассеивания магнитной системы и сигнала от магнитного поля рассеивания дефекта. При незамкнутой форме магнитный модулей, выполненных, как правило, в виде П-образных магнитов, поле рассеивания магнитной системы неоднородно и имеет максимальное значение у полюсов. Поэтому датчики, расположенные в разных точках по отношению к полюсам, находятся под действием значительно отличающегося по величине напряженности намагничивающего поля.
Для снижения влияния поля рассеивания магнитной системы на показания датчиков их устанавливают с возможностью максимальной отстройки от полей рассеивания системы намагничивания, что увеличивает габариты устройства, и обеспечивают электрическую отстройку по каждому каналу измерения и учетом величины магнитного поля рассеивания магнитной системы в зоне расположения преобразователя, что усложняет устройство дефектоскопа, в частности системы обработки. В заявленном дефектоскопе используются магнитные модули в виде постоянных магнитов 6 замкнутой формы (фиг.2, 3). Это обеспечивает более равномерное распределение поля в зоне расположения датчиков, что упрощает его учет при обработке информации и позволяет снизить габариты дефектоскопа. Информация, считываемая с датчиков 9 в определенном порядке, поступает в блок 10 обработки и накопления информации. В результате обработки считанной информации формируется модель пространственного распределения полей рассеивания, по которой определяют наличие, вид, ориентацию и параметры дефектов. В блок 10 обработки и накопления информации записывается также служебная информация (телеметрия), которая позволяет производить анализ исправности снаряда, правильности записи данных, а также анализ геодезической информации, позволяющей производить привязку расположения дефектов по местности на трассе трубопровода.
Для обеспечения вращения дефектоскопа и сканирования поверхности трубопровода по винтовой линии магнитные модули 6 располагают по углом образующей цилиндрического основания, не превышающем 10°. При этом за счет возникновения поперечной силы давления газа на стенки модулей 6 появляется вращающий момент, обеспечивающий вращение дефектоскопа вокруг оси. Такая система обеспечения вращения дефектоскопа проста и не требует использования дополнительных элементов. Сканирование поверхности трубопровода по винтовой линии позволяет улучшить выявление дефектов ориентации, отличной от продольной.
1. Магистральный проходной магнитный дефектоскоп, содержащий цилиндрическое основание с опорной и тянущей манжетами, систему намагничивания, включающую два блока поперечного намагничивания в виде кольцевых поясов, размещенных на цилиндрическом основании, содержащих магнитные модули с попарно встречными направлениями магнитного поля и расположенных со смещением друг относительно друга на πd/2n, где d - диаметр кольцевого пояса системы намагничивания, n - число полюсов кольцевого пояса блока намагничивания, систему съема информации, содержащую датчики магнитного поля, размещенные в упругих эластичных элементах, установленных в межполюсном пространстве магнитных модулей системы намагничивания с возможностью контакта с внутренней поверхностью трубопровода, дистанциирующие элементы в виде щеток из магнитомягкого материала, установленные на блоках поперечного намагничивания, блок питания, блок обработки и накопления информации, блок измерения скорости движения дефектоскопа, отличающийся тем, что магнитные модули системы намагничивания выполнены в виде постоянных магнитов замкнутой формы, в отверстиях которых установлены упругие эластичные элементы с датчиками магнитного поля, причем, расстояние между датчиками составляет не более 3,5 мм, а магнитные модули установлены на основании по образующим или под углом к ним не более 10°.
2. Дефектоскоп по п.1, отличающийся тем, что эластичные упругие элементы снабжены сменными защитными насадками.
3. Дефектоскоп по п.1, отличающийся тем, что концы щеток дистанциирующих элементов снабжены наконечниками из износостойкого материала.
