RU54197U1 - AUTONOMOUS MAGNETIC DEFECTOSCOPE OF EXTERNAL PIPELINE MONITORING - Google Patents

Abstract

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.1. The utility model relates to the technique of non-destructive testing of pipes of a main pipeline transport. 2. The utility model allows to increase the operational reliability of trunk pipelines. 3. The goal is achieved by the fact that the principle of complete autonomy of a magnetic flaw detector is implemented through the use of an internal combustion engine, wireless transmission of defect information, and a high-sensitivity magnetic search system. The flaw detector moves along a spiral surface due to the rotation of the axles of the wheels, which makes it possible to quickly change the flaw detector to control various pipe diameters and allows the flaw detector to be held on the pipe by the magnetic forces of the magnetic search system, as well as to monitor without removing the pipe insulation coating and to monitor the process real-time pipe monitoring.

Description

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.The utility model relates to the field of non-destructive testing, in particular, pipes of pipeline transport, can be effectively applied both for diagnosis during their re-insulation, and for monitoring pipelines of compressor stations.

Известны в неразрушающем контроле сканирующие устройства, переносимые, передвигаемые вручную или с электроприводом.Scanning devices portable, movable manually or electrically driven are known in non-destructive testing.

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.A known system in non-destructive testing (see the appendix), in which the scanner moves along a special overpass (flexible rail), which is preliminarily laid along the weld. The disadvantage of such a system is the need to lay an overpass, fastening it to the pipe so that the scanner is held on the pipe when passing the lower sections of the pipe.

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.Also known is a self-propelled scanner on magnetic wheels (TC 2000) (see appendix). The disadvantage of this device is a wired connection for receiving information about defects with an external power source and the limited distance of movement along the pipe, which is determined by the cable length of 15 m. In addition, the minimum crack width detected by this device is 2 mm, while even with cracks much smaller opening is the destruction of the pipe.

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 The closest technical solution to the proposed utility model is "Autonomous magnetic flaw detector for external monitoring of pipelines" according to the patent of utility model No. 51230 (Bull. No. 03, 2006) (see the appendix). The disadvantage of this device is that it is calculated and created in relation to a pipe of one diameter and cannot be used on a pipe of another diameter, although operation often necessitates monitoring pipelines of different diameters. In addition, in this device, rubber inflatable (pneumatic) wheels are deformed differently when the flaw detector is located on the upper and lower parts of the pipe. In this case, the distance between the sensors and the pipe surface changes, which

приводит к изменению чувствительности контроля и возникновению дополнительных помех.leads to a change in the sensitivity of control and the occurrence of additional interference.

Предлагается полезная модель, которая не имеет указанных недостатков и обладает всеми достоинствами полезной модели по патенту №51230.A utility model is proposed that does not have these drawbacks and has all the advantages of a utility model according to patent No. 51230.

Дополнительные достоинства предлагаемой полезной модели состоят в следующем:Additional advantages of the proposed utility model are as follows:

- возможность оперативной переналадки дефектоскопа для контроля труб, имеющих разный диаметр;- the possibility of operational readjustment of the flaw detector for monitoring pipes having different diameters;

- оперативное изменение угла винтовой поверхности, по которой движется дефектоскоп, путем изменения угла наклона осей колес дефектоскопа;- operational change in the angle of the helical surface along which the flaw detector moves by changing the angle of inclination of the axles of the flaw detector wheels;

- устойчивое снятие информации о дефектах за счет замены пневматических шин на шины из твердой резины.- sustainable removal of information about defects by replacing pneumatic tires with tires made of hard rubber.

- повышение показателя «сигнал-помеха» за счет измерения датчиками нормальной (а не тангенциальной) составляющей напряженности магнитного поля в области дефектов.- an increase in the “signal-to-noise” indicator due to the measurement by sensors of the normal (and not tangential) component of the magnetic field in the region of defects.

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.The purpose of creating the proposed utility model is to increase the operational reliability of pipelines through the use of an autonomous magnetic flaw detector with increased monitoring reliability and the ability to reconfigure it to pipes of different diameters to detect dangerous defects in pipelines, as well as to carry out repairs and subsequent insulation or re-isolation of checked pipe sections .

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.This goal is achieved by continuous scanning by the Hall sensors of the pipeline surface by moving along the helical path of the flaw detector, which has a wireless connection with the operator, an internal combustion engine, a magnetic search system that creates magnetic fields over the defects and, in addition, allows you to hold the flaw detector on the pipe without using additional devices. Reconfiguration of the flaw detector to different diameters is carried out by adjusting the angle of rotation of the axles of the flaw detector wheels. Improving the reliability of defect detection is provided by measuring the normal component of the defect field and establishing the optimal distance between the magnetic blocks with magnetic field sensors and the pipe surface.

На фигуре 1 изображено и обозначено:The figure 1 shows and indicated:

1. Плита магнитного модуля;1. The plate of the magnetic module;

2. Магнитные блоки;2. Magnetic blocks;

3. Гайка для изменения зазора между трубой и блоком;3. Nut to change the gap between the pipe and the block;

5. Двигатель внутреннего сгорания;5. The internal combustion engine;

6. Цепные передачи вращения от двигателя к осям;6. Chain transmission of rotation from the engine to the axles;

7. Оси колес;7. Axles of wheels;

8. Колеса;8. Wheels;

9. Шестерни вращения оси;9. Gear rotation axis;

10. Ролики для предотвращения уменьшения зазора между блоками и трубой;10. Rollers to prevent a decrease in the gap between the blocks and the pipe;

11. Проверяемая труба;11. Checked pipe;

12. Промышленный компьютер;12. Industrial computer;

13. Устройство беспроводной связи;13. Wireless device;

14. Блок аккумуляторов;14. Battery pack;

15. АЦП;15. ADC;

16, 17. Узлы крепления осей;16, 17. Axle attachment points;

18. Твердое резиновое покрытие;18. Hard rubber coating;

19. Панель корпуса дефектоскопа;19. Panel of the flaw detector housing;

20. Вал двигателя внутреннего сгорания;20. The shaft of the internal combustion engine;

β - угол поворота осей в вертикальной плоскости для движения дефектоскопа по винтовой траектории по трубе с углом α;β is the angle of rotation of the axes in the vertical plane for the flaw detector to move along a helical path along a pipe with an angle α;

Описание конструкции автономного магнитного дефектоскопа.Description of the design of an autonomous magnetic flaw detector.

Предлагаемый дефектоскоп содержит:The proposed flaw detector contains:

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 4.1. Magnetic modules. The magnetic module contains a plate 1 (see Fig. 1) and three magnetic blocks 2 mounted on it. A line of sensors is inserted into each magnetic block to measure the normal component of the magnetic field in the defect zone. The case of the magnetic unit is made in the form of a sealed stainless steel box, in which the magnetic system and sensors are placed. The force of attraction of the magnetic module to the pipe is at least 6000 N. The gap between the surface of the pipe and the magnetic blocks is set using nuts 3 and screws 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.2. Internal combustion engine 5. The engine through a chain gear 6 is connected to the axles 7 of the wheels 8 through gears (or pulleys) 9 and chain or belt-wedge belts.

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.3. Safety rollers 10 are installed on each module. If the curvature of the pipe 11 or its significant deformation changes, the rollers prevent the gap between the module and the pipe surface from decreasing to an unacceptable value.

4. На корпусе дефектоскопа размещены промышленный компьютер 12, устройство беспроводной связи 13, блок аккумуляторов 14 и АЦП 15.4. An industrial computer 12, a wireless communications device 13, a battery pack 14 and an ADC 15 are placed on the flaw detector housing.

5. Колеса 8 на осях крепятся к дефектоскопу с помощью узлов 16 и 17, конструкция которых позволяет поворачивать оси в вертикальной плоскости на угол β для создания устойчивого движения дефектоскопа по винтовой траектории с заданным углом α винтовой линии.5. The wheels 8 on the axes are attached to the flaw detector using nodes 16 and 17, the design of which allows the axes to be rotated in a vertical plane by angle β to create a steady flaw detector movement along a helical path with a given angle α of the helix.

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 β рассчитывается по формуле:6. The wheels have a hard rubber coating 18, which eliminates the change in the gap between the pipe and the sensors in the upper and lower position of the flaw detector on the pipe. The angle of rotation of the axes β is calculated by the formula:

Δh=X₁-X₂+X₃;Δh = X ₁ -X ₂ + X ₃ ;

φ₁=γ-90+α;φ ₁ = γ-90 + α;

φ₂=γ+90-α;φ ₂ = γ + 90-α;

β - угол поворота оси колес в вертикальной плоскости для обеспечения возможности движения дефектоскопа по винтовой траектории с углом α_i=90-α.β is the angle of rotation of the axis of the wheels in a vertical plane to enable the flaw detector to move along a helical path with an angle α _i = 90-α.

D - диаметр трубы;D is the pipe diameter;

q - ширина "захвата";q is the width of the "capture";

Р₂ - расстояние между осями колес;P ₂ - the distance between the axles of the wheels;

P₁ - расстояние между колесами на одной оси.P ₁ - the distance between the wheels on the same axle.

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 The work of the flaw detector is as follows. To re-insulate, the section of the pipelines is freed from the ground, raised about 1 meter above the ground and held by special cranes. The flaw detector is installed on the tested section of the pipeline, the engine is started, the industrial computer is turned on, and the sensors are powered. Engage the engine clutch. The flaw detector will move in a spiral, reading signals from sensors and writing information to the on-board computer, which is transmitted to the main control computer wirelessly. On the main computer, the analysis and processing of the received information is performed. The real-time signals are displayed on the monitor screen allowing the operator to identify and recognize various types of defects in the pipeline. If necessary, a flaw detector can

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.stop and re-enable its movement. The installed magneto-search system ensures the detection of any kind of defects, including stress-corrosion cracks with a depth of 10% of the pipe thickness and more, which corresponds to the technical specifications.

Пример выполнения полезной модели.An example of a utility model.

Изготовлен действующий макет автономного магнитного дефектоскопаA working model of an autonomous magnetic flaw detector was manufactured

Макет дефектоскопа имеет следующие технические характеристики.The model of the flaw detector has the following specifications.

Расстояние между колесами на одной оси составляет 800 мм.The distance between the wheels on the same axle is 800 mm.

Расстояние между осями - 1000 мм. Угол винтовой линии, по которой движется дефектоскоп, составляет α₁=13°. Рассчитанный угол поворота оси колес β=2.9°.The distance between the axles is 1000 mm. The angle of the helix along which the flaw detector moves is α ₁ = 13 °. The calculated angle of rotation of the axis of the wheels β = 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.Used engine capacity of 1.6 hp The supply of gas in the tank is sufficient to operate for 3 hours. Information from the on-board to the main computer is transmitted wirelessly. The flaw detector makes one revolution on a pipe with a diameter of 1420 mm in 20 seconds, while the width of the scanned surface is 250 mm. Flaw detector installation time on the pipe 10 min. Type of industrial computer EC-271. Type ADC E-440. Overall dimensions of the flaw detector 1000 × 800 mm. Diameter of wheels is 600 mm. When testing the layout, cracks were identified in accordance with the technical specifications for pipe inspection. Industrial production of the proposed autonomous flaw detectors for their use will increase the reliability of gas and oil pipelines.

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.Thus, the above and justified set of features of the proposed device is necessary and sufficient to increase the reliability of the main pipeline in connection with the creation and use of an autonomous magnetic flaw detector used to control pipes and, in particular, for their re-insulation and repair.

Claims (1)

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.

An autonomous magnetic flaw detector for external monitoring of pipelines, comprising a housing, a magnetic search system, a wireless communication device, an internal combustion engine connected to a drive with two pairs of wheels, characterized in that the wheels have the same diameter with a solid rubber rim, the axes of which are mounted at an angle to the horizontal the plane of the flaw detector, and the field sensors are located in the interpolar space of the magnetic system in a position for measuring the normal component of the magnetic field strength of the defect.