RU2106569C1

RU2106569C1 - Device for check of profile of inner surface of pipe line, its spacing and stressed state

Info

Publication number: RU2106569C1
Application number: RU96100440A
Authority: RU
Inventors: М.Ф. Эмдин; П.М. Вайсберг; Н.П. Корнилов; Э.А. Петухов; С.Г. Прошкин; А.Н. Бадаев; А.И. Лебедев; В.В. Лебедев
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт "Гидроприбор"
Priority date: 1996-01-03
Filing date: 1996-01-03
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: nondestructive testing, check of geometric parameters and stressed state of pipe lines. SUBSTANCE: data from measuring height and plan marks equipment of distance covered, speed of motion, acceleration, coordinates of longitudinal axis and angles of inclination of pipe line and of characteristics of working medium - pressure and temperature are fed to register: delivered from measuring module are data on distance to wall of pipe and on sound velocity in working medium. Each measurement is performed at definite period of time and is recorded in memory; actual state of pipe line is estimated on this basis after repeated processing. To this end, device is provided with automatic control unit, height and plan marks measuring equipment which includes digital computer complex and two-degree-of-freedom gyro stabilizer with gyro and accelerometer located inside container and the following sensors mounted on the container outside along its generatrix: second path-control sensor, pressure and temperature sensors, motion speed sensors and sensors showing sound velocity in working medium. Power supply unit is connected via automatic control unit with height and plan marks measuring equipment connected in its turn with path-control and motion speed sensors, pressure and temperature sensors; it is also connected with measuring module is connected in its turn with ultrasonic converters and sensors showing sound velocity in working medium with register connected with plan and height marks measuring equipment and measuring module. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля за состоянием геометрических параметров трубопроводов. The invention relates to non-destructive testing and can be used to monitor the state of the geometric parameters of pipelines.

Известно устройство, позволяющее контролировать состояние внутренней поверхности трубопроводов [1]. Оно позволяет обнаруживать вмятины, выемки, коррозию, однако точность определения места и размеров дефектов недостаточна. A device is known that allows you to control the condition of the inner surface of the pipelines [1]. It allows you to detect dents, grooves, corrosion, however, the accuracy of determining the location and size of defects is insufficient.

Известно также устройство для контроля и регистрации нарушений гладкости внутренней поверхности труб и пространственно-геометрических параметров трубопроводов, принятое за прототип [2]. Оно содержит герметичный контейнер, на котором установлены эластичные манжеты, датчик пути и приемопередающие преобразователи. Внутри контейнера размещены блок вычисления и управления, регистратор, ультразвуковые измерители расстояний. There is also known a device for monitoring and recording violations of the smoothness of the inner surface of the pipe and the spatial and geometric parameters of the pipelines, adopted as a prototype [2]. It contains a sealed container on which elastic cuffs, a path sensor and transceiver transducers are installed. Inside the container there is a calculation and control unit, a recorder, and ultrasonic distance meters.

Анализ отказов трубопроводов показывает, что их причиной служат дефекты и повреждения, являющиеся концентраторами напряжений и в локальных зонах металла трубопровода, поэтому от точности определения места и размеров дефекта, знания напряженного состояния зависит оценка опасности. An analysis of pipeline failures shows that they are caused by defects and damage, which are stress concentrators in local zones of the pipeline metal, so the hazard assessment depends on the accuracy of determining the location and size of the defect, and knowledge of the stress state.

Целью изобретения является повышение точности определения местоположения дефекта, геометрических параметров и оценка напряженного состояния трубопровода. The aim of the invention is to improve the accuracy of determining the location of the defect, geometric parameters and assessment of the stress state of the pipeline.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для контроля и регистрации нарушений гладкости внутренней поверхности труб и пространственно-геометрических параметров трубопровода, содержащее герметичный контейнер, на котором установлены эластичные манжеты, ультразвуковые преобразователи и датчик пути, а внутри его размещены измерительный модуль, регистратор, источник питания, вводятся расположенные внутри контейнера блок автоматики, аппаратура измерения плановых и высотных отметок, состоящая из цифрового вычислительного комплекса и трехосного гидростабилизатора с гидроблоком и акселерометром, и установленные на наружной поверхности контейнера второй датчик пути, датчики давления, температуры, скорости движения, скорости звука в рабочей среде, установленные друг напротив друга вдоль образующей контейнера, при этом источник питания через блок автоматики соединен с аппаратурой измерения плановых и высотных отметок, к которой присоединены датчики пути, скорости движения, давления и температуры с измерительным модулем, к которому присоединены ультразвуковые преобразователи и датчики скорости звука в рабочей среде с регистром, к которому присоединены аппаратура измерения плановых и высотных отметок и измерительный модуль. This goal is achieved by the fact that in the known device for monitoring and recording violations of the smoothness of the inner surface of the pipe and the spatial and geometric parameters of the pipeline, containing a sealed container on which are installed elastic cuffs, ultrasonic transducers and a track sensor, and inside it there is a measuring module, a recorder, a power source, the automation unit located inside the container, the instrument for measuring the planned and altitude marks, consisting of digital calculate a complex and a triaxial hydrostabilizer with a hydraulic unit and an accelerometer, and a second track sensor installed on the outer surface of the container, pressure sensors, temperature, speed, sound velocity in the working medium, mounted opposite each other along the generatrix of the container, while the power source is connected through an automation unit with equipment for measuring the planned and elevations, to which the sensors of the path, speed, pressure and temperature are connected with the measuring module to which the ultrasound is connected sound transducers and sound velocity sensors in a working environment with a register, to which are attached the equipment for measuring the target and altitude marks and the measuring module.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - структурная схема аппаратуры измерения плановых и высотных отметок. In FIG. 1 shows the proposed device; figure 2 is a structural diagram of the equipment for measuring the target and elevations.

Устройство для контроля профиля внутренней поверхности, пространственного положения и напряженного состояния трубопровода содержит герметичный контейнер 1, эластичные манжеты 2, датчики пути 3, регистратор 4, блок автоматики 5, измерения высотных и плановых отметок 6, датчики скорости движения 7, датчики скорости звука 8, измерительный модуль 9, ультразвуковые приемопередающие преобразователи 10, источник питания 11, датчик давления 12, датчик температуры 13, цифровой вычислительный комплекс 14, трехосный гиростабилизатор 15 с входящим в него гидроблоком 17, а также трубопровод 18. A device for monitoring the profile of the inner surface, spatial position and stress state of the pipeline contains a sealed container 1, elastic cuffs 2, track sensors 3, recorder 4, automation unit 5, measurement of elevation and plan elevations 6, speed sensors 7, sound speed sensors 8, measuring module 9, ultrasonic transceivers 10, power source 11, pressure sensor 12, temperature sensor 13, digital computer complex 14, triaxial gyrostabilizer 15 with a guide included roblokom 17, and also the pipeline 18.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Внутрь обследуемого трубопровода 18 через камеру запуска запасовывается герметичный контейнер 1. После подачи рабочей среды и достижения заданного давления, которое воздействует на эластичные манжеты 2, начинается движение герметичного контейнера 1 по трубопроводу 18, срабатывает блок автоматики 5, через который подается питание от источника питания 11 на аппаратуру измерения высотных и плановых отметок 6, на регистратор 4 и на измерительный модуль 9. Дальнейшая работа блока автоматики 5 осуществляется согласно командам, поступающим от регистратора, например: отключение силового канала при повышении температуры, повторное включение при восстановлении работоспособности, выключение силовых каналов при остановке снаряда, включение канала при возобновлении движения. Колеса одометрических датчиков пути, прижатые к стенке трубопровода 18, катятся по ней и выдают сигналы о количестве оборотов в аппаратуру измерения высотных и плановых отметок 6, где производится запись пройденного пути. Одометрические датчики пути 3 (их установлено два) различаются по принципам физической реализации, позволяющей одному из них исключить явления отскоков мерных колес, при движении на неровных участках, а другому исключить явления заклинивания. Они применяются для вспомогательных целей - формирования строба, сопоставления длины пути, получаемых с других датчиков. Основными датчиками для определения пути являются допплеровские датчики скорости движения 7, информация с которых поступает на аппаратуру измерения высотных и плановых отметок 6, они обеспечивают получение при вторичной обработке абсолютного значения пути с точностью порядка несколько сотых долей процента, принцип работы которых состоит в том, что установленный на снаряде совмещенный электроакустический преобразователь излучает под углом к вертикали θ_o акустический высокочастотный импульс с частотой заполнения f_n. Этот импульс достигает стенки трубопровода, рассеивается на ней, и часть рассеянной энергии вновь принимается тем же преобразователем, работающим теперь в режиме приема. В результате обработки полученных данных определяется скорость движения

,
где
f_q - доплеровский сдвиг принятого сигнала относительно излучаемого;
θ_o - угол излучения к вертикали;
с - скорость звука в газе, заполняющем трубопровод, поступает с датчика скорости звука 8.An airtight container 1 is stored inside the pipeline 18 through the start chamber, after supplying the working medium and reaching the specified pressure, which acts on the elastic cuffs 2, the movement of the airtight container 1 begins along the pipe 18, the automation unit 5 is activated, through which power is supplied from the power source 11 on the equipment for measuring elevation and planned elevations 6, on the recorder 4 and on the measuring module 9. Further work of the automation unit 5 is carried out according to the commands received from reg trattoria example: disabling the channel power with increasing temperature, re-enabling the reduction of efficiency, power off when stopping the projectile channels, channel switching when resuming motion. The wheels of odometric track sensors pressed against the wall of the pipeline 18 roll along it and give signals about the number of revolutions to the equipment for measuring elevation and plan marks 6, where the distance traveled is recorded. Odometric sensors of the path 3 (there are two of them) differ according to the principles of physical implementation, which allows one of them to exclude the phenomena of rebounds of measuring wheels when driving on uneven sections, and the other to exclude phenomena of jamming. They are used for auxiliary purposes - forming a strobe, comparing the path length obtained from other sensors. The main sensors for determining the path are Doppler speed sensors 7, the information from which is fed to the equipment for measuring elevation and planned elevations 6, they provide the secondary processing of the absolute value of the path with an accuracy of the order of several hundredths of a percent, the principle of which is that mounted on the projectile combined electro-acoustic transducer emits at an angle to the vertical θ _o acoustic high-frequency pulse with a filling frequency f _n . This impulse reaches the pipe wall, is scattered on it, and part of the scattered energy is again received by the same converter, which is now working in the receiving mode. As a result of processing the received data, the speed of movement is determined

,
Where
f _q - Doppler shift of the received signal relative to the emitted;
θ _o is the angle of radiation to the vertical;
C is the speed of sound in the gas filling the pipeline, comes from the sound velocity sensor 8.

С аппаратуры измерения высотных и плановых отметок 6 фиг. 2, включающей в себя цифровой вычислительный комплекс 14 и трехосновный тростабилизатор 15 с гироблоком 16 и акслерометром 17, в регистратор 4 поступают координаты продольной оси трубопровода; углы наклона, технические характеристики перекачиваемого продукта - давление с датчика давления 12 и температура - с датчика температуры 13, ускорение с акселерометра 17 и пройденный путь с датчиков пути 3. Акселерометры введены в систему для повышения точности измерений при вторичной обработке, т.к. кратковременно они обладают высокой точностью - порядка 9•10^-4% от ускорения силы тяжести.With equipment for measuring elevation and target elevations 6 of FIG. 2, which includes a digital computer complex 14 and a three-base stabilizer 15 with a gyro block 16 and an accelerometer 17, the coordinates of the longitudinal axis of the pipeline are received in the recorder 4; tilt angles, technical characteristics of the pumped product - pressure from the pressure sensor 12 and temperature - from the temperature sensor 13, acceleration from the accelerometer 17 and the distance traveled from the sensors of the path 3. Accelerometers are introduced into the system to increase the accuracy of measurements during secondary processing, as for a short time they have high accuracy - of the order of 9 • 10 ^-4 % of the acceleration of gravity.

Однако к недостаткам можно отнести то, что погрешность эта накапливается. However, the disadvantages include the fact that this error accumulates.

Датчики скорости звука 8 в рабочей среде, излучающий и приемный преобразователи которого установлены друг напротив друга вдоль образующей контейнера, в процессе продвижения по трубопроводу в каждый момент времени фиксируют истинное значение скорости звука, зависящее от температуры и давления окружающей среды. Эти данные используются при вторичной обработке для получения необходимой точности определения местонахождения дефекта. The sound velocity sensors 8 in the working medium, the emitting and receiving transducers of which are mounted opposite each other along the generatrix of the container, during the process of moving along the pipeline at each moment in time, record the true value of the speed of sound, depending on the temperature and pressure of the environment. These data are used in secondary processing to obtain the necessary accuracy of determining the location of the defect.

Ультразвуковые приемопередающие преобразователи 10 излучают акустические импульсы, распространяющиеся в радиальном направлении. Импульсы достигают стенки трубы, отражаются от нее и вновь приходят на преобразователи, работающие в режиме приема, где усиливаются и подаются в измерительный модуль 9. В измерительном модуле 9 вырабатываются числовые данные, соответствующие расстоянию до стенки трубы. Эти данные поступают в регистратор 4, где производится запись в память, которая хранится в течение полного времени работы. Ultrasonic transceivers 10 emit acoustic pulses propagating in the radial direction. The pulses reach the pipe wall, are reflected from it and again come to the converters operating in the receiving mode, where they are amplified and fed to the measuring module 9. In the measuring module 9, numerical data corresponding to the distance to the pipe wall are generated. These data go to the recorder 4, where it is written to the memory, which is stored for the full time.

После прихода устройства в камеру приема снимается давление в ней и тем самым отключается питание. Производится выемка его из приемной камеры. Пропуск контейнера по трубопроводу не является завершающим этапом обследования, т. к. следует анализ, обработка и предоставление результата диагностирования. After the device arrives in the receiving chamber, the pressure in it is removed and thereby the power is turned off. It is removed from the receiving chamber. Passing the container through the pipeline is not the final stage of the examination, since analysis, processing and provision of the diagnostic result follows.

Используемая в изобретении принципиально иная схема определения пройденного пути позволяет значительно повысить точность определения местонахождения дефектов, иметь точную информацию о геометрических параметрах трубопроводов - сужении, гофры, вмятины, изгибы, повороты, а также о давлении и температуры перекачиваемой среды. Результатом решения навигационных задач является построение плановых и высотных отметок, которые задаются таблицей координат для линии оси трубопровода в плане и профиле. По полученным данным рассчитывается напряженное состояние трубопровода в любом сечении по всей длине
На основании полученных данных производится оценка фактического состояния и положения в пространстве трубопровода, изменения его во времени между проверками, что позволит оценить объем ремонтно-восстановительных работ. Все это позволяет установить действительную опасность дефекта, т.к. берутся не все выявленные дефекты, а только те, которые способны в ходе эксплуатации развиться до размеров, при которых произойдет разрушение.Used in the invention, a fundamentally different scheme for determining the distance traveled can significantly improve the accuracy of determining the location of defects, have accurate information about the geometric parameters of pipelines - narrowing, corrugations, dents, bends, turns, as well as pressure and temperature of the pumped medium. The result of solving navigation problems is the construction of plan and elevations, which are set by the coordinate table for the pipeline axis line in the plan and profile. According to the data obtained, the stress state of the pipeline is calculated in any section along the entire length
Based on the data obtained, an assessment is made of the actual state and position in the space of the pipeline, its changes in time between inspections, which will allow us to estimate the volume of repair and restoration work. All this allows you to establish the actual danger of the defect, because not all detected defects are taken, but only those that can develop during operation to the size at which destruction will occur.

Claims

A device for monitoring the profile of the inner surface, spatial position and stress state of the pipeline, containing a sealed container on which are installed elastic cuffs, ultrasonic transducers and a path sensor, and inside it there is a measuring module, a recorder, a power source, characterized in that the located inside the container there is an automation unit, equipment for measuring target and elevations, consisting of a digital computer complex and triaxial gyrostabilization an ora with a gyro block and an accelerometer, and a second track sensor, a pressure, temperature, speed sensor, sound velocity sensors in the working medium located opposite each other along the generatrix of the container installed on the outer surface of the container, while the power source is connected to the measurement equipment through an automation unit elevations and elevations to which speed, path, pressure and temperature sensors are connected, with a measuring module to which ultrasonic transducers and speed sensors are connected sound growth in a working environment, with a recorder, to which are connected the equipment for measuring the planned and altitude marks and the measuring module.