Внутритрубный многоканальный профилемер с использованием вихретоковых датчиков

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля магистральных трубопроводов на основе вихретоковой дефектоскопии. Технический результат заключается в повышении точности дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что внутритрубный многоканальный профилемер содержит по крайней мере один пояс подпружиненных измерительных рычагов, в который интегрированы блоки вихретоковых датчиков, при этом каждый блок вихретоковых датчиков состоит из вихретокового преобразователя и интерфейсной электроники. Вихретоковый преобразователь состоит из пяти пар катушек индуктивности: четыре пары катушек меньшего диаметра предназначены для улучшения разрешающей способности внутритрубного инспекционного прибора и одна пара катушек - для повышения точности измерения расстояния между стенкой трубопровода и измерительным рычагом, связанного с дефектами и особенностями трубопровода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля магистральных нефте-, газо- и продуктопроводов путем пропуска внутри обследуемого трубопровода внутритрубного инспекционного прибора, продвигающегося внутри трубопровода с потоком транспортируемой среды с целью сбора информации о поперечном сечении трубопровода.

Известен внутритрубный многоканальный профилемер [см. патент на изобретение № RU 2529820 от 27.09.2014 г.], в котором используется пояс измерительных подпружиненных рычагов, предназначенных для измерения внутреннего профиля трубопровода. На конце каждого подпружиненного измерительного рычага закреплена полиуретановая накладка, при этом накладка прижата к внутренней поверхности трубопровода.

Недостатком известного изобретения является то, что полиуретановая накладка, контактирующая с внутренней поверхностью трубопровода, имеет значительную площадь, уменьшение которой приводит к повышению истирания в процессе движения по трубопроводу. Таким образом разрешающая способность внутритрубного инспекционного прибора по поверхности трубопровода определяется площадью накладки.

Вторым недостатком известного изобретения являются отскоки имеющих конечную массу и инерционность измерительных рычагов на геометрических особенностях и сварных швах трубопровода, тем большей величины, чем больше масса рычагов и скорость движения внутритрубного инспекционного прибора, что вносит значительную погрешность в измерения профиля трубопровода.

Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, присуща известному устройству магнитной измерительной системы для дефектоскопа с продольным намагничиванием на основе блоков датчиков комбинированных [см. патент на полезную модель № RU 141521 от 10.06.2014 г.].

В прототипе использованы в том числе вихретоковые датчики, состоящие из двух катушек индуктивности, объединенных в модуль и расположенных соосно, одна над другой. При этом одна из катушек индуктивности является эталонной, так как помещена в экранированный отсек, изолированный от внешней среды по электромагнитному полю. Катушки индуктивности выполнены в печатном исполнении, и катушки модуля включены в два последовательных контура, образующие мост, соединенный с генератором высокой частоты. Для обеспечения электромагнитной связи катушек с поверхностью трубопровода в защитной неферромагнитной пластине блока датчиков комбинированного введены отверстия, закрытые керамическими вставками. Работа вихретокового датчика основана на принципе возбуждения вихревых токов в стенке трубопровода. Искажения геометрии внутренней стенки и сопутствующий отход блоков датчиков приводят к изменению распределения вихревых токов, которое регистрируется приемной катушкой. Недостатком прототипа является то, что он не позволяет одновременно измерять отскоки (отходы) блоков датчиков от стенки трубопровода и определять особенности поверхности трубопровода с высоким разрешением. Это связано с тем, что максимальный отход, который может быть измерен с помощью вихретокового датчика, определяется радиусом его рабочей катушки: чем больше радиус, тем больше измеряемый отход, но тем ниже разрешающая способность.

Описанные недостатки устраняются заявляемым изобретением.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества профилеметрических диагностических данных и повышении точности определения особенностей трубопровода при проведении внутритрубной диагностики. Технический результат достигается за счет улучшения разрешающей способности внутритрубного инспекционного прибора.

Технический результат изобретения достигается тем, что внутритрубный многоканальный профилемер содержит корпус, задающий центральную ось, на котором установлены опорные диски, колесные блоки подвески, манжеты и по крайней мере один пояс подпружиненных измерительных рычагов, распределенных по окружности вокруг центральной оси, на конце которых закреплены полиуретановые накладки. В измерительные рычаги интегрированы блоки вихретоковых датчиков, состоящие из вихретокового преобразователя и интерфейсной электроники. В свою очередь каждый вихретоковый преобразователь состоит из пары катушек индуктивности, расположенных соосно одна над другой, при этом одна из катушек индуктивности является эталонной и помещена в экранированный отсек, изолированный от внешней среды по электромагнитному полю, а вторая является рабочей и имеет контакт по электромагнитному полю с поверхностью трубопровода. На рабочей поверхности вихретокового преобразователя закреплена износоустойчивая пластина. Дополнительно каждый вихретоковый преобразователь содержит четыре пары катушек индуктивности, при этом всего вихретоковый преобразователь состоит из пяти пар катушек индуктивности, выполненных в печатном исполнении, четыре из которых предназначены для улучшения разрешающей способности и одна для повышения точности измерения расстояния между стенкой трубопровода и измерительным рычагом. Кроме того, каждая из пары катушек индуктивности расположена соосно одна над другой, при этом одна из катушек индуктивности является эталонной и помещена в экранированный отсек, изолированный от внешней среды по электромагнитному полю, а вторая рабочей и имеет контакт по электромагнитному полю с поверхностью трубопровода, для обеспечения которого вихретоковый преобразователь содержит защитную неферромагнитную пластину, в которой выполнены отверстия, закрытые керамическими или полимерными износоустойчивыми вставками. Кроме того, катушки каждой пары включены в последовательные контуры, образующие мост, соединенный с генератором высокой частоты. При этом четыре рабочих катушки индуктивности для улучшения разрешающей способности имеют меньший радиус, чем радиус рабочей катушки для повышения точности измерения расстояния между стенкой трубопровода и измерительным рычагом.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показана конструкция измерительного рычага.

На фиг.2 показано расположение катушек индуктивности вихретокового преобразователя (вид сверху).

Внутритрубный многоканальный профилемер содержит измерительные рычаги 1, в которые интегрированы блоки вихретоковых датчиков 2. На конце каждого подпружиненного измерительного рычага закреплена полиуретановая накладка 3. Блок вихретоковых датчиков состоит из вихретокового преобразователя и интерфейсной электроники. При этом в одном вихретоковом преобразователе используется комплекс катушек индуктивности разного диаметра.

Всего вихретоковый преобразователь состоит из пяти пар катушек индуктивности: четыре пары катушек меньшего диаметра 4 предназначены для улучшения разрешающей способности внутритрубного инспекционного прибора и одна пара катушек 5 - для повышения точности измерения расстояния между стенкой трубопровода и измерительным рычагом, связанного с дефектами и особенностями трубопровода.

Каждая из пары катушек индуктивности расположена соосно, одна над другой. При этом одна из катушек индуктивности является эталонной, так как помещена в экранированный отсек, изолированный от внешней среды по электромагнитному полю, а вторая - рабочей, имеющей контакт по электромагнитному полю с поверхностью трубопровода. Катушки индуктивности выполнены в печатном исполнении. Катушки каждой пары включены в последовательные контуры, образующие мост, соединенный с генератором высокой частоты.

Вихретоковый преобразователь защищен от механического воздействия при движении своей рабочей поверхностью по поверхности трубопровода при помощи неферромагнитной пластины, в которой выполнены отверстия, закрытые керамическими или полимерными износоустойчивыми вставками (на фиг.1 не показана).

Устройство работает следующим образом.

При изменении расстояния от рабочей катушки до поверхности трубы, связанном с внутренним дефектом, прохождением вмятины или другим искажением геометрии внутренней поверхности трубопровода, изменяется индуктивность рабочей катушки, что приводит к нарушению баланса моста и появлению сигнала на выходе интерфейсной электроники для данной пары катушек. Изменение индуктивности связано с возникновением вихревых токов на внутренней поверхности трубы, которые изменяют электромагнитный поток через катушку. Вблизи со стальной стенкой напряжение на катушке изменяется как по амплитуде, так и по фазе по сравнению с положением в свободном пространстве.

Сигналы с блоков вихретоковых датчиков записываются на цифровой носитель профилемера вместе с сигналами датчиков измерительных рычагов, а затем подвергаются совместному анализу при обработке диагностических данных после пропуска профилемера по трубопроводу.

Максимальное расстояние, которое может быть измерено с помощью вихретокового датчика, определяется радиусом его рабочей катушки. Четыре катушки блока вихретоковых датчиков с малым радиусом 4 позволяют получить информацию о состоянии стали и расстоянии до стенки трубопровода, связанным с особенностями и дефектами геометрии трубопровода с разрешением в четыре раза большим, чем информация с измерительного рычага прототипа. Катушка блока вихретоковых датчиков с большим радиусом 5 позволяет получить информацию об отскоке измерительного рычага профилемера на особенностях и дефектах геометрии трубопровода, которая позволяет снизить погрешность профилеметрических данных, вызванную отходом измерительного рычага от стенки трубопровода.

1. Внутритрубный многоканальный профилемер, содержащий корпус, задающий центральную ось, на котором установлены опорные диски, колесные блоки подвески, манжеты и по крайней мере один пояс подпружиненных измерительных рычагов, распределенных по окружности вокруг центральной оси, на конце которых закреплены полиуретановые накладки, при этом в каждый измерительный рычаг интегрирован блок вихретоковых датчиков, состоящий из вихретокового преобразователя и интерфейсной электроники, причем каждый вихретоковый преобразователь состоит из пары катушек индуктивности, расположенных соосно одна над другой, при этом одна из катушек индуктивности является эталонной и помещена в экранированный отсек, изолированный от внешней среды по электромагнитному полю, а вторая является рабочей и имеет контакт по электромагнитному полю с поверхностью трубопровода, при этом на рабочей поверхности вихретокового преобразователя закреплена износоустойчивая пластина, отличающийся тем, что каждый вихретоковый преобразователь дополнительно содержит четыре пары катушек индуктивности, при этом всего вихретоковый преобразователь состоит из пяти пар катушек индуктивности, выполненных в печатном исполнении, четыре из которых предназначены для улучшения разрешающей способности и одна для повышения точности измерения расстояния между стенкой трубопровода и измерительным рычагом, кроме того, каждая из пары катушек индуктивности расположена соосно одна над другой, при этом одна из катушек индуктивности является эталонной и помещена в экранированный отсек, изолированный от внешней среды по электромагнитному полю, а вторая - рабочей и имеет контакт по электромагнитному полю с поверхностью трубопровода, для обеспечения которого вихретоковый преобразователь содержит защитную неферромагнитную пластину, в которой выполнены отверстия, закрытые керамическими или полимерными износоустойчивыми вставками, кроме того, катушки каждой пары включены в последовательные контуры, образующие мост, соединенный с генератором высокой частоты.

2. Внутритрубный многоканальный профилемер по п. 1, отличающийся тем, что четыре рабочих катушки индуктивности для улучшения разрешающей способности имеют меньший радиус, чем радиус рабочей катушки для повышения точности измерения расстояния между стенкой трубопровода и измерительным рычагом.