Способ контроля сплошности изоляционного покрытия металлических объектов и устройство для его осуществления

 

Изобретение, относится к дефектоскопии диэлектрических покрытий металлических объектов. Цель изобретения - повышение достоверности контроля при обеспечении экономичности. Для этого частота следования высоковольтных импульсов напряжения, воздействующих на изоляционное покрытие, выбирается в зависимости от толщины покрытия, формы поперечного сечения щупа и скорости его перемещения по покрытию.- Устройство для контроля сплошности изоляционного покрытия содержит источник 1 электропитания постоянного тока, преобразователь 2 с узлом изменения его выходного напряжения в виде переключателя 3, высоковольтный генератор 4, генератор 14 импульсов, щуп 8, детектор 11 электрического пробоя, узел 12 индикации дефекта покрытия. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 31/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ I KHT СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4679125/21 (22) 14.03.89 (46) 23.03.92. Бюл, М 11 (71) Инженерный центр Всесоюзного научно-исследовательского института по строительству магистральных трубопроводов (72) В.P.Àíäðèàíoâ (53) 621.317.79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Q 1153173, кл. G 01 R 31/14, 1985. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СПЛОШНОСТИ

ИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ЫЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к дефектоскопии диэлектрических покрытий металлических объектов. Цель изобретения Ы 1721556 А1 — повышение достоверности контроля при обеспечении экономичности. Для этого частота следования высоковольтных импульсов напряжения, воздействующих на изоляционное покрытие, выбирается в зависимости от толщины покрытия, формы поперечного сечения щупа и скорости его перемещения по покрытию.. Устройство для контроля сплошности изоляционного покрытия содержит источник 1 электропитания постоянного тока, преобразователь 2 с узлом изменения его выходного напряжения в виде переключателя 3, высоковольтный генератор 4, генератор 14 импульсов, щуп 8, детектор 11 электрического пробоя, узел 12 индикациидефекта покрытия. 2 с. и1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1721556

Изобретение относится к дефектоскопии диэлектрических покрытий металлических объектов, преимущественна труб и трубопроводов, и может быть использовано для контроля сплошности покрытий и обнаружения мест ее нарушения.

Известен способ контроля сплошности диэлектрических (изоляционных) покрытий металлических объектов, состоящий в воздействии на контролируемое покрытие высоковольтного напряжения, прикладываемаго между перемещающимися по покрытию щупом и металлическим основанием обьекта, и фиксации электрических пробоев воздушного зазора между щупом и основанием покрытия, возникающих в местах нарушения его сплошности. Известны также устройства (электроискровые дефектоскопы) для контроля сплошности изоляционных покрытий, реализующие указанный способ контроля.

Наиболее близким к предлагаемому является электроискровой дефектоскоп, содержащий источник электропитания постоянного тока, преобразователь, накопительный конденсатор, тиристор, управляющий электрод которого соединен с выходом генератора импульсных сигналов, и высоковольтный трайсформатор, в цепь вторичной обмотки которого подключен щуп и детектор электрического пробоя, подсоединенный к узлу индикации дефекта покрытия.

Недостатком указанного электроискрового дефектоскопа как и других известных электроискровых дефектоскопов с импульсной формой напряжения на щупе является недостаточная достоверность проводимого с их помощью контроля сплошности диэлектрических покрытий металлических объектов. Этот недостаток вызывается тем, что частота следования импульсов напряжения на щупе дефектоскопов из соображений энергетической экономичности ограничивается значением порядка 30-35 Гц, что обеспечивает выявление точечных дефектов s покрытиях без их пропусков лишь при скорости перемещения щупа не более 0,25-0,5 м/с (0,9-1,8 км/ч) в зависимости от толщины покрытия.

Вероятность пропуска дефектов покрытия тем большая, чем большая скорость перемещения щупа. Поэтому для обеспечения высокой достоверности контроля при скоростях перемещения щупа, сравнимых со скоростью перемещения пешехода (4-6 км/ч), необходимо увеличить частоту следования импульсов напряжения на щупе в 3 — 5 раз (в зависимости от толщины покрытия).

Однако для переносных дефектоскопов, в которых из-за весогабаритных ограничений в качестве источника электропитания применяются малогабаритные аккумуляторные батареи с ограниченной электроемкостью, 5 такое решение оказывается неприемлемым из-за увеличения потребляемой мощности и убыстряющегося разряда аккумуляторной батареи.

Целью изобретения является усовер10 шенствование способа и устройства для контроля сплошности изоляционного покрытия металлическихабъектов, повышающие достоверность контроля при обеспечении его энергетической экономичности, 15 Указанная цель достигается тем„что частота следования высоковольтных импульсов напряжения на щупе выбирается в зависимости от толщины покрытия, формы поперечного сечения щупа и скорости его

20 перемещения по покрытию в соответствии с соотношени--ми

А v

F - - m1-ч — для щупа с прямоВ угольным поперечным сечением;

25 А ч

А.ч

Зи л12 ч2 О -(К вЂ” 1) и,/u„

30 для щупа с круглым поперечным сечением, где F — частота следования высоковольтных импульсов напряжения на щупе, Гц;

А А

5 г т1 ° п12

А

2 О.(К 1) U /О оффиц

40 енты пропорциональности;

А > 1 — безразмерный коэффициент запаса по частоте; ч — скорость перемещения щупа, м/с;

 — ширина поперечного сечения пря45 моугольного щупа, м;

0 — диаметр поперечного сечения круглого щупа, м;

К вЂ и — коэффициент запаса по

ЕВ а

- 0 напряжению на щупе;

Ощ- напряжение на щупе, кВ;

Ее — электрическая прочность воздуха, кВ/м;

t — толщина покрытия, м;

-55 0 — нормируемое значение напряжения на щупе, приходящееся на единицу толщины покрытия (обычно 4-5 кВ/мм), кВ/м.

Устройство может быть выполнено в виде электроискрового дефектоскопа, садер1721556

Электроискровой дефектоскоп мо-. жет быть выполнен с щупом круглого поперечного сечения, узлом дискретного изменения выходного напряжения преобразователя и узлами дискретного и плавного изменения частоты следования импульсных сигналов генератора, причем узлы дискретного изменения выходного напряжения преобразователя и частоты следования импульсных сигналов генератора сблокированы (спарены) так, что изменения частоты следования импульсных сигналов генератора и выходного напряжения преобразователя синхронизированы.

Синхронные дискретные изменения выходного напряжения преобразователя и частоты следования импульсных сигналов генератора производятся оператором при настройке дефектоскопа на контроль покрытия известной толщины, а плавные изменения частоты следования импульсных, сигналов генератора производятся оператором в зависимости от скорости перемещения щупа.

На чертеже представлена структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа. жащего источник электропитания постоянного тока, преобразователь с узлом изменения его выходного напряжения, высоковольтный генератор, генератор импульсов, щуп, детектор электрического пробоя, узел индикации дефекта покрытия, причем источник электропитания соединен с преобразователем, выход которого соединен с первым входом высоковольтного генератора, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход высоковольтного генератора через детектор электрического пробоя соединен с щупом, выход детектора электрического пробоя соединен с входом узла индикации дефекта покрытия, при этом в устройство дополнительно введен узел изменения частоты генератора импульсов. Узел может быть выполнен как в виде обособленного функционального узла, выход которого соединен с входом генератора импульсов, так и в виде регулируемого элемента собственно генератора импульсов.

Дефектоскоп содержит источник электропитания постоянного тока (аккумуляторную батарею) 1. подключенный к нему через выключатель (не обозначен) преобразователь 2, обеспечивающий преобразование низковольтного напряжения источника 1 электропитания в повышенное напряжение постоянного или пульсирующего тока,.узел дискретного изменения выходного напряжения преобразователя в виде переключа5 теля 3, высоковольтный генератор 4, содержащий токоограничительный элемент в виде индуктивного дросселя 5. накопительный конденсатор 6, высоковольтный трансформатор 7 (к одному из концов вто10 ричной обмотки которого подключен щуп 8, контактирующий с поверхностью диэлектрического покрытия 9 металлического объекта, например трубы 10, имеющего электрическую связь с вторым концом вто15 ричной обмотки трансформатора 7, в цепь которой включен детектор 11 электрического пробоя, подсоединенный к узлу 12 инди-, кации дефекта), тиристор 13, управляющий электрод которого подключен к выходу гене20 ратора 14 импульсов.

Генератор 14 импульсных сигналов выполнен, например, по известной схеме блокинг-генератора с общим эмиттером на транзисторе 15, трансформаторе 16 с кол25 лекторной, базовой и нагрузочной обмотками и хронирующих элементах 17 (Ro) и 18 (Cs, Со)-Сsn). Генератор 14 выполнен многочастотным за счет применения не менее двух хронирующих конденсаторов 18 (Co) и

30 двух переключателей 19, 20, выполняющих функции двух узлов дискретного изменения частоты следования импульсных сигналов на выходе генератора, один из которых 20 служит для изменения параметров схемы

35 при переходе с одного вида щупа на другой, а второй 19 — для изменения параметров схемы в зависимости от толщины контролируемого покрытия при работе с щупом круглого сечения.

40 Кроме того, частота следования импульсных сигналов может изменяться за счет переменного резистора 17 (Rg), выполняющего функцию узла плавного изменения частоты импульсов. Переключатели 19 и 4

45 сблокированы и переключаются одновременно.

Дефектоскоп работает следующим образом.

Перед началом работы переключатель

50 20 устанавливается в одно из двух положений в зависимости от вида щупа, с которым работает дефектоскоп: положение! соответствует работе с щупом круглого поперечного сечения; положение It — работе с щупом, 55 имеющим прямоугольную или близкую к ней форму поперечного сечения; сблокированные переключатели 3,19 устанавливаются в положение, соответствующее толщине контролируемого покрытия, а ползунок переменного резистора 17 в положение, соот1721556 ветствующее ожидаемой скорости перемещения щупа.

После выполнения указанных операций дефектоскоп готов к работе. При включении и реобразователя 2 к источнику 1 электропитания на его выходе образуется повышенное напряжение постоянного или пульсирующего тока, под действием которого накопительный конденсатор 6 заряжается. через переключатель 3, дроссель 5 и первичную обмотку трансформатора 7 до определенного напряжения, величина которого зависит от положения переключателя 3.

Одновременно включается блокинг-генератор 14 (цепи питания которого не показаны), с выхода которого на управляющий электрод тиристора 13 поступает последовательность коротких импульсов. При поступлении такого импульса тиристор 13 открывается, вследствие чего происходит разряд накопительного конденсатора 6 через открытый тиристор и первичную обмотку трансформатора 7. При этом на вторичной обмотке трансформатора возникает короткий импульс высокого напряжения, приложенного между щупом 8 и трубой 10. Дроссель 5 служит для ограничения тока преобразователя через открытый тиристор.

После разряда конденсатора 6 тиристор

13 закрывается (чему способствует обратная полуволна напряжения на первичной обмотке трансформатора 7) и происходит очередной цикл заряда конденсатора 6 от преобразователя 2. Таким образом, процессы заряда и разряда накопительного конденсатора 6 периодически повторяются с частотой, определяемой частотой поступления импульсов с выхода генератора 14 на управляющий электрод тиристора 13. При этом в каждом цикле заряда-разряда конденсатора 6 на вторичной обмотке трансформатора 7 и щупе 8 появляются импульсы высокого напряжения, величина которого зэ счет конструктивных параметров преобразователя 2,.трансформатора 7 и установленного положения переключателя 3 устанавливается равной значению

Ощ = Он t.. (1) где Ощ — величина напряжения на щупе, кВ;

Он — нормируемое удельное значение напряжения иа щупе, приходящееся на каждый миллиметр толщины покрытия, кВ/мм;

1 — толщина покрытия, мм.

При перемещении щупа 8 вдоль трубы

10 осуществляется последовательный контроль сплошности всего покрытия 9, При попадании в зону действия щупа 8 локального нарушения сплошности покрытия 9 (в вйде (4в) сквозных отверстий, трещин, порезов) воз" никает электрический пробой воздушного промежутка между щупом 8 и трубой 10, который детектором 11 преобразуется в

5 электрический сигнал, поступающий на вход узла 12 индикации дефекта, осуществляющего его фиксацию и индикацию.

В связи с импульсной формой напряжения на щупе 8 он периодически

10 обесточивается на время, определяемое соотношением тнк- Т -t))) =Т = — )

F (2) где снк — время отсутствия напряжения на

15 щупе в каждом цикле формирования импульсного напряжения, с;

Т и F — соответственно период и частота следования импульсов напряжения на щупе,с, Гц;

20 t « Т вЂ” длительность импульса, с.

За указанное время t«перемещаемый по обьекту щуп успевает переместиться на расстояние

)нк v тнк =—

«ч

25 (3) где 4к — расстояние, проходимое щупом междудвумя последовательными импульсами напряжения на щупе, м;

v — скорость перемещения щупа, м/с.

30 Для отсутствия пропуска дефектов покрытия должно выполняться условие

1нк SB (4а) или

35 У (4б) или

v<8F, или ч

40 3 (4r) или

F=

В (4д) где  — эффективный линейный размер по45 перечного сечения щупа определяющий зону его действия, м;

А 1 — безразмерный коэффициент запаса по частоте.

В предлагаемом дефектоскопе частота

50 следования импульсов напряжения на щупе определяется частотой выходных импульсов блокинг-генератора 14, которая выражается соотношением

F =p RGB, (5)

55 где р — безразмерный коэффициент, зависящий от параметров транзистора 15 и режима его работы;

Яб и Сэ — величины хронирующих элементов 17, 18.

1721556

Из сопоставления (5) и (4д) следует, что частота выходных импульсов блокинг-генератора 14 обеспечивает условие отсутствия пропусков дефектов покрытия, выражаемое соотношением (4д), при выполнении равен- 5 ства

А ч р Вб СбВ (ба) или

Кб Сб = р.В (66)

Указанное равенство выполняется, например, если выбрать величину хронирующей емкости из соотношения

С,= к.Д (7а) 15 р В а величину хронирующего резистора из соотношения

Яб =—

20 где к — коэффициент размерности.

Входящий в соотношении (4), (6) и (7) эффективный поперечный размер щупа 8 зависит от формы его поперечного сечения и для щупов с прямоугольным сечением в 25 первом приближении совпадает с шириной сечения (см. фиг.2), Для щупов с круглым поперечным сечением, наиболее употребительных при контропе сплошности защитных покрытий 30 трубопроводов, этот размер определяется сложной зависимостью, выводимой с помощью расчетной схемы, приведенной на фиг.3, на которой показано поперечное сечение круглого щупа 8 на покрытии 9 метал- 35 лического объекта 10.

Как непосредственно следует из указанной схемы

-=rr 7

В или DX +,2, (8а) (86) где R и 0 — соответственные внешний ради- 45 ус и диаметр щупа;

Х вЂ” максимальное радиальное расстояние от щупа до сквозного дефекта в покрытии, которое может быть перекрыто электрическим разрядом за счет запаса по 50 напряжению на щупе (все входящие в формулы 8а, Зв величины берутся в одних и тех же единицах измерения длины).

Из-за понятных ограничений запас по напряжению на щупе имеет значения по- 55 рядка 1,3-1,5. Поэтому величина Х существенно меньше толщины покрытия t, которая в свою очередь много меньше приемлемых по конструктивным соображениям диаметров щупов О. Поэтому соотношение 86 можно представить в упрощенном виде

В =2Л) Г (8в)

Далее можно записать очевидно соотношение

X+t 0л (9)

Е, ° с где Ощ — напряжение на щупе, кВ;

Ea — электрическая прочность воздуха, кВ/мм;

t — толщина покрытия, мм.

Из (9) и (1) получают ч К (10)

Ев t Ев т Ев где К > 1 — коээфициент запаса по напряжению на щупе, откуда

Х =(К-1) t. (11)

Из(8в) и 11 сле ет,что в =2 (— 1).с. (12)

Из изложенного следует, что условие отсутствия пропусков дефектов; выражаемое соотношением (4д) может быть записано в виде соотношений для щупов с прямоугольным сечением

F= (12а) где  — ширина поперечного сечения, м; а для щупов с круглым поперечным сечением

А ч (13) (обозначения те же, что и в предыдущих формулах), Диаметр круглых щупов обычно имеет значение(30+.5) мм, Коэффициент запаса по напряжению на щупе для толщин покрытий

1-4 мм имеет значения 1,5Ю,2. При таких значениях указанных параметров величина эффективного поперечного размера круглого щупа определяется соотношением

В =8 Тмм, (14) где t — толщина покрытия, мм.

Таким образом, эта величина имеет значения от 8 до 16 мм для толщин покрытия от

1 до 4 мм. При этом скорость перемещения щупа при частоте следования импульсов напряжения на щупе 30 Гц не должна превышать значений, см. (4в):

0,24 м/с для t = 1 мм и 0,48 м/с для t =4 мм.

В предлагаемом дефектоскопе частота следования импульсов напряжения на щупе устанавливается с помощью двух хронирующих элементов (C6 и Re) в блокинг-генераторе согласно соотношению (для круглого щупа, см. (4д), (14): (15) 1721556

При этом величины хронирующих конденсаторов С6 (18) в блокинг-генераторе подобраны так, чтобы их переключение соответствовало изменению толщины покрытия 1 в формуле (15), а величина переменкого резистора Рь (17) устанавливается в соответствии с ожидающимся значением скорости перемещения щупа ч в той же формуле (1 5), Например, для толщины покрытия 1 мм и ожидающейся скорости перемещения щупа, равной 1 м/с (3,6 км/ч), частота импульсов блокинг-генератора составляет (при коэффициенте запаса по частоте А - 1,1)

1,1 1м/с 1З8 г ц

8 10 м

При этом гарантируется отсутствие пропусков дефектов, т.е. возрастает достоверноСть контроля.

При увеличении частоты следования импульсов напряжения на шупе возрастает и потребляемая дефектоскопом мощность, основная часть которой расходуется на потери, связанные с процессами заряда-разряда накопительного конденсатора 6 и определяется соотношением

С 0

P- F, (16) где С вЂ” величина емкости накопительного конденсатора,Ф;

U — величина напряжения на накопительном конденсаторе перед его разрядом, В; - кпд.

Из (16) и (4д) следует

C Я А ч

2 В

° U3 А где m - — конструктивный коэф2 В фициент.

Затраты энергии источника электропитания в процессе контроля могут быть определены из соотношения

Э- ) P.dt-,":m.v(tz-11) mL (18)

t1 ti где ti и l2 — соответственно время начала и окончания контроля;

L — протяженность проконтролированного участка.

Как следует из (18), затраты энергии источника электропитания при контроле сплош ности покрытий электроискровыми дефектоскопами рассматриваемого вида не зависят в первом приближении от частоты следования импульсов напряжения на щупе при соблюдении условия, выражаемого соотношением (15), а определяются лишь протяженностью зоны контроля. Следовательно, энергетическая экономичность предлагаемого дефектоскопа не ухудшается по сравнению

5 с базовым вариантом несмотря на многократный выигрыш в производительности при обеспечении высокой достоверности контроля сплошности покрытий.

Применение предлагаемых способа и

10 устройства для контроля сплошности изоляционных покрытий металлических объектов позволит получить значительный техникоэкономический эффект за счет повышения эффективности контроля качества антикор15 розионных покрытий металлических сооружений.

Формула изобретения

1. Способ контроля сплошности изоляционного покрытия металлических объек2Î тов. состоящий в воздействии на изоляционное покрытие высоковольтными импульсами напряжения и фиксации мест пробоев, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля

25 при обеспечении экономичности, частота следования высоковольтных импульсов выбирается в зависимости от толщины покрытия, формы поперечного сечения щупа и скорости его перемещения по покрытию в

ЗО соответствии с соотношениями

F - -Av/B - пцч — для щупа с прямоугольным поперечным сечением;

А v ()

А ч — пи ч2 О. (К вЂ” 1) Ц бЦ„ для щупа с круглым поперечным сечением, 40 где à — частота следования высоковольтных импульсов напряжения на щупе, Гц;

Ali, вг — коэффициенты пропорциональности;

А — безразмерный коэффициент запа45 са по частоте; ч — скорость перемещения щупа, м/с;

 — ширина поперечного сечения прямоугольного щупа, м;

D — диаметр поперечного сечения круг50 лого щупа, м;

К - Ощ/(Ев t) — коэффициент запаса по напряжению на щупе;

Ощ-напряжение на щупе, кВ;

Е() — электрическая прочность воздуха, 55 кВ/м;

t - толщина покрытия, м; 0н — нормируемое значение напряжения на щупе, приходящееся на единицу толщины покрытия.

13

1721556

Составитель В. Андрианов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Малец

Редактор А. Мотыль

Заказ 951 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2. Устройство для контроля сплошности изоляционного покрытия металлических объектов, содержащее источник электропитания постоянного тока, преобразователь с узлом изменения его выходного напряжения, высоковольтный генератор, генератор импульсов, щуп, детектор электрического пробоя, узел индикации дефекта покрытия, причем источник электропитания соединен с преобразователем, выход которого соединен с первым входом высоковольтного генератора, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов,.выход высоковольтного генератора через детектор электрического пробоя соединен с щупом, выход детектора электрического пробоя — с входом узла индикации дефекта покрытия, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

5 повышения достоверности контроля при обеспечении экономичности, в него введен узел изменения частоты генератора импульсов, 10 3. Устройство по п.2 с щупом круглого сечения, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что узлы изменения выходного напряжения преобразователя и изменения частоты генератора импульсов сблокированы.