Дефектоскоп-снаряд для внутритрубного обследования трубопроводов

 

Использование: в устройствах для внутритрубного обследования состояния стенок и/или геометрической формы, и/или пространственного положения трубопроводов, преимущественно предназначенных для дальнего транспорта природного газа (магистральных газопроводов). Сущность изобретения: дефектоскоп-снаряд состоит из помещаемых в обследуемый трубопровод и перемещаемых по нему потоком транспортируемого продукта механически связанных и расположенных на основании (основаниях) транспортирующего блока, энергетического блока, дефектоскопического блока, блока регистрации и устройств определения координат дефектов. Достигается это за счет того, что дефектоскоп-снаряд снабжен дополнительно введенными байпасным патрубком для пропуска транспортируемого по обследуемому трубопроводу продукта и системой автоматического регулирования скорости перемещения, содержащей датчик скорости, блок управления и один либо два регулирующих органа, один из которых выполнен в виде запорно-регулирующего устройства, установленного в байпасном патрубке, а другой - в виде взаимодействующего с трубопроводом тормозного устройства. В зависимости от числа (один либо два) и характера согласования работы указанных регулирующих органов возможны 4 варианта системы автоматического регулирования скорости перемещения. Дефектоскоп-снаряд снабжен также генератором сигналов обнаружения ("маяком") и схемой особого управления его работой в предаварийном и аварийном режимах работы при возможных застреваниях в трубопроводе. 18 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к устройствам для внутритрубных обследований трубопроводов (именуемым дефектоскопами-снарядами, интеллегентными поршнями, внутритрубными диагностическими или дефектоскопическими комплексами и т.п.), рассчитанными на перемещение по обследуемому трубопроводу потоком транспортируемого по нему продукта, и может быть использовано для контроля технического состояния и/или геометрической формы стенок, и/или пространственного положения трубопроводов, предназначенных преимущественно для дальнего транспорта природного газа (т.н. магистральных газопроводов).

Аналогами заявляемого устройства являются: устройство по патенту СССР N 745386, кл. G 01 N 27/82, приоритет 05.05.78, опубл. 30.06.80 г. БИ N 24; устройство по патенту США N 3539915, кл. G 01 R 33/12, приоритет 10.10.70 г.

устройство по патенту ФРГ N 2156434, кл. G 01 N 27/86, приоритет 5.06.75 г.

устройство по патенту ФРГ N 2423113, кл. G 01 N 27/87, приоритет 15.11.84 г.

а также промышленно выпускаемые дефектоскопы-снаряды зарубежных фирм "Пайптропикс" (бывшая "Ипел Копп", Канада, ФРГ), "Ветко Тьюбоскоп" (США), "Бритиш Гэс" (Великобритания), "Германн Розен" (ФРГ) и отечественной фирмы "Саратовгазприборавтоматика" АО "Газавтоматика".

Прототипом заявляемого дефектоскопа-снаряда является устройство по патенту ФРГ N 2423113.

Недостатком всех известных дефектоскопов-снарядов указанного типа является совпадение скорости их перемещения со скоростью транспортируемого по обследуемому трубопроводу продукта. Это вызывается полным перекрытием этими дефектоскопами-снарядами живого сечения трубопроводов и действием известного принципа неразрывности потока в напорных трубопроводах. Указанное обстоятельство в определенной мере не очень существенно при проведении обследования нефтепроводов, в которых скорость перекачиваемой нефти ограничивается значениями 1,5-2 м/с, но приобретает значительную остроту при проведении обследования магистральных газопроводов, в которых скорость транспортируемого газа имеет значения от 8 до 15 м/с в зависимости от режима работы, температуры газа и удаленности от компрессорной станции. При таких скоростях перемещения нашедшие широкое применение в дефектоскопах-снарядах магнитные дефектоскопические преобразователи существенно снижают свою дефектоскопическую эффективность из-за возрастающего влияния вихревых токов, наводимых намагничивающей системой в стенках трубопроводов, а также ограниченности динамических возможностей преобразователей. Последнее ограничение присуще не только магнитным дефектоскопическим преобразователям, но и преобразователям других типов. В связи с этим производители дефектоскопов-снарядов указывают, как правило, в эксплуатационных документах желательность их эксплуатации при оптимальных скоростях перемещения, имеющих значения, например, для дефектоскопов-снарядов фирмы "Пайптроникс" от 7 до 10 км/ч (т.е. 1,9-2,8 м/с), для дефектоскопов-снарядов фирмы "Германн Розен" 1-2 м/с.

Общий диапазон эксплуатационных скоростей для последних составляет от 0,3 до 5 м/с, а для дефектоскопов-снарядов "Лайналог" фирмы "Ветко Тьюбоскоп" от 0,5 до 3,25 м/с. Для отечественного дефектоскопа-снаряда типа "Крот" регламентируется предельно допустимая скорость движения на уровне 6 м/с, которая в 1,5-2,5 раза меньше возможных реальных скоростей его перемещения в газопроводах.

В свете изложенного представляется очевидным, что применение известных дефектоскопов-снарядов для обследования магистральных газопроводов приводит либо к необходимости резкого снижения скорости перекачиваемого газа и соответствующего снижения производительности газопровода на период обследования (что организационно-технически и экономически малоприемлемо) либо к значительному снижению достоверности результатов обследования. Кроме того, применение дефектоскопов-снарядов со скоростями перемещения в трубопроводе 8-15 м/с вызывает повышенные динамические нагрузки на их узлы и выступающие внутрь элементы трубопровода, а полное перекрытие поперечного сечения трубопроводов дефектоскопом-снарядом в случае наезда на возможные препятствия в трубопроводе (типа неполностью открытого крана) приводит к возникновению колоссальных усилий в многие сотни и даже свыше тысячи тонн, могущих вызвать разрушение как самого дефектоскопа-снаряда (что неоднократно и наблюдалось на практике), так и повреждение обследуемого трубопровода.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков, присущих известным дефектоскопам-снарядам, предназначенным для обследования трубопроводов с их транспортировкой потоком перекачиваемого продукта, а именно повышение достоверности результатов обследования трубопроводов, а также надежности работы дефектоскопа-снаряда и обследуемого трубопровода (в период его обследования) за счет снижения и стабилизации скорости перемещения дефектоскопа-снаряда по трубопроводу.

Указанная цель достигается тем, что дефектоскоп-снаряд для внутритрубного обследования трубопроводов, размещаемый в обследуемом трубопроводе и перемещаемый потоком транспортируемого по нему продукта, содержащий опирающееся на внутреннюю поверхность трубопровода опорными узлами основание, транспортирующий блок в виде закрепленной на основании и контактирующей с внутренней поверхностью трубопровода упругой манжеты, энергетический блок, дефектоскопический блок, содержащий закрепленные на основании и взаимодействующие со стенками трубопровода дефектоскопические или/и измерительные преобразователи, блок регистрации информации, а также устройства определения координат дефектов, он дополнительно снабжен байпасным патрубком для пропуска транспортируемого по трубопроводу продукта и системой автоматического регулирования скорости его перемещения, содержащей блок управления с задатчиком скорости перемещения, подключенный ко входу блока управления датчик скорости перемещения, а также регулирующий орган в виде установленного в байпасном патрубке запорно-регулирующего устройства, снабженного подключенным к выходу блок управления приводом, или/и закрепленного на основании и взаимодействующего с трубопроводом тормозного устройства, снабженного подключенным к выходу блока управления приводом.

Упомянутые опорные узлы, поддерживающие основание в трубопроводе, могут быть выполнены в виде ходовых колес либо дополнительных упругих манжет, либо сочетания колес и манжет.

Энергетический блок может быть выполнен, например, в виде аккумуляторной батареи, заключенной в установленной на основании герметичный отсек. Энергетический блок может также содержать электрогенераторы с приводом от ходовых колес. Предполагается также, что энергетический блок содержит при необходимости преобразователи напряжения, обеспечивающие необходимые параметры электропитания всех энергопотребляющих блоков и узлов дефектоскопа-снаряда.

Дефектоскопический блок может быть выполнен в виде системы магнитов (электромагнитов), намагничивающих стенки обследуемого трубопровода до состояния технического насыщения, а также расположенных между полюсами магнитов магниточувствительных элементов, например индукционных катушек.

Дефектоскопический блок может содержать также измерительные преобразователи для контроля диаметра трубопровода, выполненные, например, в виде установленных на основании и контактирующих с внутренней поверхностью трубопровода подпружиненных щупов, связанных с преобразователями перемещения, например, потенциометрического типа.

Дефектоскопический блок может содержать также измерительные преобразователи для определения пространственного положения оси обследуемого трубопровода, выполненные, например, в виде гироскопических датчиков направления.

Блок регистрации информации может быть выполнен, например, в виде многоканального магнитографа.

Устройство определения координат может быть выполнено, например, в виде одометра, снабженного подпружиненным мерным колесом, контактирующим с внутренней поверхностью трубопровода.

Устройство определения координат может содержать также приемник сигналов внешнего реперного устройства, выполненного, например, в виде соленоида с током, располагаемого в определенных местах над трубопроводом.

В качестве байпасного патрубка в заявляемом дефектоскопе-снаряде может быть использовано основание, выполненное в виде полого открытого с торцов цилиндра либо нескольких подобных цилиндров, механически связанных между собой посредством шарниров либо упругих проставок с возможностью углового смещения их относительно друг друга.

Упомянутое цилиндрическое основание может быть дополнено пристыкованными к его концам расширяющимися конусными участками, образующими в хвостовой и носовой частях байпасного патрубка соответственно конфузор и диффузор, обеспечивающими уменьшение потерь давления на байпасном патрубке.

Запорно-регулирующее устройство может быть выполнено в виде расположенного в байпасном патрубке дискового затвора (поворотной заслонки), кинематически связанного с электрическим реверсивным двигателем.

Тормозное устройство может быть выполнено в виде закрепленных на основании электромагнитов, содержащих щеточные полюсные наконечники, контактирующие с внутренней поверхностью трубопровода, и обмотки, подключенные непосредственно или через дополнительно введенный преобразователь напряжения к энергетическому блоку через регулятор тока, управляемый реверсивным электродвигателем привода запорно-регулирующего устройства либо вторым независимым электродвигателем.

Упомянутый регулятор тока может быть выполнен в виде транзистора, в коллекторную цепь которого подключены обмотки электромагнитов, в цепь эмиттера включен токостабилизирующий резистор, а база подключена к выходу подключенного к источнику напряжения потенциометра, движок которого кинематически связан с реверсивным электродвигателем.

Гибкая манжета на транспортирующем блоке может быть расположена в его носовой части, а тормозящее устройство в его хвостовой части. Такое решение обеспечивает более благоприятную для работы дефектоскопа-снаряда, и особенно составного основания байпасного патрубка, схему приложения сил, растягивающих основание.

Датчик скорости перемещения может быть выполнен в виде закрепленного на основании с возможностью перемещения подпружиненного мерного колеса, контактирующего с внутренней поверхностью трубопровода и кинематически связанного с индукционным тахогенератором.

В дефектоскопе-снаряде, снабженном одометром, в качестве мерного колеса датчика скорости перемещения может быть использовано мерное колесо одометра.

Задатчик скорости перемещения в блоке управления может быть выполнен в виде делителя напряжения (потенциометра), подключенного к источнику напряжения, а блок управления может быть снабжен усилителем сигналов рассогласования, вход которого подключен непосредственно либо через дополнительно введенный узел сравнения сигналов к выходам датчика и задатчика скорости перемещения, а выход усилителя подключен к реверсивному электродвигателю привода запорно-регулирующего или/и тормозного устройства с возможностью увеличения посредством запорно-регулирующего устройства живого сечения байпасного патрубка, а посредством тормозного устройства тормозного усилия при скорости перемещения, превышающей заданное задатчиком значение, и уменьшения живого сечения байпасного патрубка посредством запорно-регулирующего устройства, а посредством тормозного устройства - тормозного усилия при скорости перемещения, меньшей заданного задатчиком значения.

Имеется в виду, что сравнение сигналов датчика и задатчика скорости перемещения и получение сигнала их рассогласования могут быть осуществлены как посредством специального узла сравнения, так и без такового.

В качестве узла сравнения сигналов может быть применен узел сложения аналоговых сигналов на операционном усилителе либо дифференциальный усилитель с симметричным входом. В последнем случае упомянутый дифференциальный усилитель может рассматриваться как входной каскад усилителя сигналов рассогласования, ко входу которого непосредственно подключены выходы датчика и задатчика скорости перемещения.

Предполагается также, что система автоматического регулирования скорости перемещения в дефектоскопе-снаряде может содержать один регулирующий орган (запорно-регулирующее или тормозное устройство) или два упомянутых регулирующих органа, приводы которых снабжены одним общим реверсивным электродвигателем либо отдельными электродвигателями.

Выбор варианта выполнения системы автоматического регулирования скорости перемещения зависит от соотношения требуемой скорости перемещения дефектоскопа-снаряда и скорости транспортируемого по трубопроводу продукта, а также от конструктивных параметров дефектоскопа-снаряда.

Так, например, при небольших различиях в скоростях перемещения дефектоскопа-снаряда и транспортируемого по трубопроводу продукта можно ограничиться вариантом системы автоматического регулирования с одним регулирующим органом в виде запорно-регулирующего устройства. При больших различиях в скоростях перемещения и затруднениях в обеспечении относительно большой площади поперечного сечения байпасного патрубка целесообразно применить систему с регулирующим органом в виде тормозного устройства. Наконец, при ее больших различиях в скоростях перемещения оправданным является вариант системы с двумя регулирующими органами обозначенного типа. При этом для исключения нежелательного влияния одновременной работы указанных регулирующих органов на работу системы и предотвращения возможности потери ее устойчивости приводы обоих регулирующих органов объединены общим электродвигателем.

Возможности системы автоматического регулирования в варианте с двумя регулирующими органами могут быть существенно расширены, если запорно-регулирующее и тормозное устройства будут иметь приводы с раздельными электродвигателями и будут снабжены дополнительно введенными датчиками их начальных положений, соответствующих максимальному живому сечению байпасного патрубка и минимальному тормозному усилию тормозного устройства, а блок управления будет снабжен дополнительно введенными узлом коммутации с исполнительной и управляющей цепями и узлом его управления, причем узел коммутации будет включен между выходом усилителя и реверсивными электродвигателями приводов запорно-регулирующего и тормозного устройств с возможностью в первом положении узла коммутации подключения к выходу усилителя реверсивного электродвигателя привода запорно-регулирующего устройства, а во втором положении узла коммутации подключения к выходу усилителя реверсивного электродвигателя привода тормозного устройства, при этом выходы датчика и задатчика скорости перемещения, а также выходы датчиков начальных положений запорно-регулирующего и тормозного устройств подключены ко входам узла управления, а управляющая цепь узла коммутации подключена к выходу узла управления, выполненного с возможностью установки узла коммутации в первое положение при скорости перемещения, меньшей заданного задатчиком значения, и начальном положении тормозного устройства, и во второе положение при скорости перемещения, большей заданного задатчиком значения, и начальном положении запорно-регулирующего устройства.

Датчики начального положения запорно-регулирующего и тормозного устройств могут быть выполнены в виде концевых переключателей, подключенных к источнику напряжения с возможностью получения напряжения (сигнала высокого логического уровня) на выходе датчиков в начальном положении упомянутых устройств и отсутствия напряжения (сигнал низкого логического уровня) во всех других положениях этих устройств.

Узел коммутации в блоке управления может быть выполнен в виде поляризованного электромагнитного реле с переключающим контактом и двумя управляющими обмотками, а узел управления может быть выполнен содержащим два компаратора напряжений, два логических элемента И-НЕ, логический элемент НЕ и два выходных (согласующих) узла, причем первые (опорные) входы обоих компараторов напряжений подключены к выходу датчика скорости перемещения, первый вход первого логического элемента И-НЕ подключен к выходу первого компаратора, а второй вход первого логического элемента И-НЕ подключен к выходу датчика начального положения запорно-регулирующего устройства, первый вход второго логического элемента И-НЕ подключен к выходу логического элемента НЕ, оба входа которого подключены к выходу второго компаратора, а второй вход второго логического элемента И-НЕ подключен к выходу датчика начального положения тормозного устройства, выходы первого и второго логических элементов И-НЕ подключены соответственно ко входам первого и второго выходных узлов, выходы которых подключены соответственно к первой и второй управляющим обмоткам поляризованного реле.

Приведенный вариант системы автоматического регулирования скорости перемещения дефектоскопа-снаряда с двумя раздельно работающими (во времени) регулирующими органами расширяет диапазон возможных скоростей транспортируемого по трубопроводу продукта, в котором обеспечивается стабилизация скорости перемещения дефектоскопа-снаряда, а также позволяет реализовать особый режим его работы в предаварийных и аварийных ситуациях при застревании в трубопроводе. Для этого в него может быть дополнительно введен генератор сигналов обнаружения, именуемый далее маяком, а блок управления может быть снабжен дополнительно введенными вторым узлом коммутации с управляющей цепью и исполнительной цепью в виде нормально замкнутого и нормально разомкнутого контактов, а также вторым узлом управления, содержащим задатчик порогового уровня скорости перемещения (который может отсутствовать), третий компаратор напряжения, третий логический элемент И-НЕ, второй логический элемент НЕ, узел временной задержки сигнала, третий выходной (согласующий) узел, причем первый (опорный) вход третьего компаратора подключен к задатчику порогового уровня скорости перемещения либо к общей ("земляной") шине, второй вход третьего компаратора подключен к выходу датчика скорости, выход третьего компаратора подключен через логический элемент НЕ (с параллельно включенными входами) ко входу узла временной задержки сигнала, выход которого подключен к первому входу третьего логического элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу датчика начального положения запорно-регулирующего устройства, а выход подключен ко входу третьего выходного узла, к выходу которого подключена управляющая цепь второго узла коммутации, нормально замкнутые контакты которого включены в цепь электропитания маяка, а нормально разомкнутые контакты включены в цепь электропитания всех других энергопотребляющих узлов и блоков и зашунтированы дополнительно введенной пусковой кнопкой с замыкающим контактом с самовозвратом.

При этом упомянутый задатчик порогового уровня скорости перемещения может быть выполнен в виде делителя напряжения (потенциометра), подключенного к источнику напряжения; упомянутый узел временной задержки сигнала в блоке управления может быть выполнен в виде соединенных последовательно первой дифференцирующей цепочки, первого одновибратора, логического элемента НЕ второй дифференцирующей цепочки и второго одновибратора; упомянутый второй узел коммутации может быть выполнен в виде электромагнитного реле; упомянутый маяк может быть выполнен в виде низкочастотного генератора, выход которого через согласующий трансформатор и щеточные токоподводы подсоединены к участкам трубопровода, разнесенным по его оси.

Приведенные технические решения обеспечивают в случае снижения скорости перемещения дефектоскопа-снаряда ниже заданного задатчиком порогового значения (которое, в частности, может быть нулевым в случае, когда первый вход третьего компаратора подключен к общей шине) при его застреваниях в трубопроводе работу запорно-регулирующего устройства в циклическом режиме ("открыто-закрыто") в течение заданного времени. Это приводит к возникновению приложенных к дефектоскопу-снаряду дополнительных толчкообразных осевых усилий, увеличивающих вероятность преодоления препятствий на пути перемещения дефектоскопа-снаряда. В случае возобновления перемещения дефектоскопа-снаряда в течение упомянутого заданного времени система автоматического регулирования скорости перемещения продолжает функционировать в нормальном режиме. Если же по прошествии указанного времени перемещение дефектоскопа-снаряда не возобновляется, система включит маяк и отключит от энергетического блока все другие энергопотребляющие узлы и блоки дефектоскопа-снаряда.

Важно отметить при этом, что указанное обесточивание узлов и блоков происходит в момент полного открытия запорно-регулирующего устройства в байпасном патрубке, что обеспечивает близкий к нормальному режим работы обследуемого трубопровода и расширяет временные рамки проведения работ по извлечению из трубопровода дефектоскопа-снаряда.

Следует также иметь в виду, что запорно-регулирующее устройство должно обеспечивать работу в циклическом режиме при одностороннем вращении выходного вала реверсивного электродвигателя в его приводе. Это условие соблюдается, например, при выполнении запорно-регулирующего устройства в виде дискового затвора с неограниченным углом поворота его диска. Возможно также выполнение этого условия за счет введения в привод устройства дополнительных узлов для автоматического реверса перемещения его рабочего органа в его крайних положениях.

Для расширения временных рамок проведения работ по поиску места застревания дефектоскопа-снаряда в трубопроводе он может быть снабжен дополнительно введенным источником аварийного электропитания маяка, выполненным в виде установленной в байпасном патрубке турбинки и соединенного с ней электрогенератора.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема дефектоскопа-снаряда с байпасным патрубком и системой автоматического регулирования скорости перемещения с одним регулирующим органом в виде установленного в байпасном патрубке дискового затвора.

На фиг. 2 приведена функциональная схема системы автоматического регулирования скорости перемещения для варианта дефектоскопа-снаряда по конструктивной схеме, приведенной на фиг. 1.

На фиг. 3 приведена конструктивная схема дефектоскопа-снаряда с байпасным патрубком и системой автоматического регулирования скорости перемещения с одним регулирующим органом в виде электромагнитного тормозного устройства.

На фиг. 4 приведена функциональная схема системы автоматического регулирования скорости перемещения для варианта дефектоскопа-снаряда по конструктивной схеме, приведенной на фиг. 3.

На фиг. 5 приведена конструктивная схема дефектоскопа-снаряда с байпасным патрубком и системой автоматического регулирования скорости перемещения с двумя регулирующими органами (в виде дискового затвора в байпасном патрубке и электромагнитного тормозного устройства), работающими одновременно от одного реверсивного электродвигателя.

На фиг. 6 приведена функциональная схема системы автоматического регулирования скорости перемещения для варианта дефектоскопа-снаряда по конструктивной схеме, приведенной на фиг. 5.

На фиг. 7 приведена конструктивная схема дефектоскопа-снаряда с байпасным патрубком, системой автоматического регулирования скорости перемещения с двумя регулирующими органами (дисковым затвором в байпасном патрубке и электромагнитным тормозным устройством), работающими поочередно от двух раздельных переключаемых реверсивных электродвигателей, маяком и генератором аварийного электропитания с приводом от турбинки в байпасном патрубке.

На фиг. 8 приведена функциональная схема системы автоматического регулирования скорости перемещения для варианта дефектоскопа-снаряда по конструктивной схеме, приведенной на фиг. 7.

На фиг. 9 приведена принципиальная схема регулятора тока в обмотке электромагнита тормозного устройства.

На фиг. 10 приведена принципиальная схема узла временной задержки сигнала в блоке управления системы автоматического регулирования скорости перемещения, приведенной на фиг. 8.

В соответствии с изложенным предлагаемый дефектоскоп-снаряд содержит размещаемые в обследуемом трубопроводе 1 основание с цилиндрической средней частью 2, диффузором 3 в его носовой части и конфузором 4 в его хвостовой части, опирающееся на внутреннюю поверхность трубопровода 1 посредством опорных ходовых колес 5. В носовой части дефектоскопа-снаряда на диффузоре 3 основания закреплена упругая манжета 6, образующая транспортирующий блок, а на цилиндрической части основания 2 закреплены энергетический блок 7, дефектоскопический блок 8, блок регистрации 9, а также одометр 10.

Основание с цилиндрической средней частью 2, диффузором 3 и конфузором 4 выполнено полым с открытыми торцами и образует, таким образом, байпасный патрубок 11, через который пропускается весь поток транспортируемого по трубопроводу 1 продукта.

Кроме перечисленных выше известных блоков и узлов, дефектоскоп-снаряд снабжен дополнительно введенной системой автоматического контроля и регулирования скорости перемещения, содержащей датчик перемещения 12 (в виде тахогенератора, кинематически связанного с мерным колесом одометра 10), блок управления 13 с задатчиком скорости перемещения 14 и регулирующий орган (регулирующие органы) в виде расположенного в байпасном патрубке 11 дискового затвора 15 или/и взаимодействующего с трубопроводом тормозного устройства 16 в виде электромагнитов с щеточными полюсными наконечниками и обмотками 17. Дисковый затвор 15 снабжен приводом с реверсивным электродвигателем 18 и датчиком начального (полностью открытого) положения затвора 19.

Обмотки 17 электромагнитов 16 подключены к энергетическому блоку 7 через регулятор тока 20, управляемый либо реверсивным электродвигателем 18, либо обособленным вторым реверсивным электродвигателем 21. В последнем случае регулятор тока 20 снабжен датчиком 22 начального положения (состояния) тормозного устройства, аналогичным датчику 19 начального положения дискового затвора 15.

Регулятор тока 20 выполнен в виде транзистора 23, в цепь коллектора которого включены обмотки 17 электромагнитов тормозного устройства 16, в цепь эмиттера включен токостабилизирующий резистор 24, а база подключена к выходу потенциометра 25, подключенного к источнику напряжения 26, движок которого кинематически связан с реверсивным электродвигателем 18 (в варианте с одним приводным двигателем в обоих регулирующих органах) либо с реверсивным электродвигателем 21 (в варианте с раздельными приводными двигателями в регулирующих органах).

Блок управления 13 в вариантах конструктивного исполнения дефектоскопа-снаряда, приведенных на фиг. 1, 3, 5, содержит, кроме задатчика скорости перемещения 14, узел 27 сравнения сигналов датчика и задатчика скорости перемещения, а также усилитель сигналов рассогласования 28.

Блок управления может также содержать т.н. корректирующие звенья, вводимые для обеспечения устойчивости системы и заданного качества регулирования, однако для простоты изложения сущности предлагаемых технических решений эти элементы опущены.

Блок управления 13 в варианте дефектоскопа-снаряда по конструктивной схеме, приведенной на фиг. 7, содержит ряд дополнительных узлов, а именно: первый узел коммутации в виде поляризованного реле 29 с двумя управляющими обмотками и одним перекидным контактом, узел (первый) управления его работой 30, а также второй узел коммутации в виде электромагнитного реле 31 с одним нормально разомкнутым и одним нормально замкнутым контактами и узел (второй) управления его работой 32. При этом узел управления 30 содержит два компаратора напряжений 33 и 34, два логических элемента И-НЕ 35 и 36, логический элемент НЕ 37 и два выходных (согласующих) узла 38 и 39.

Узел управления 32 содержит задатчик порогового уровня скорости перемещения 40 (может отсутствовать), компаратор напряжения 41, логический элемент НЕ 42, узел временной задержки сигнала 43, логический элемент И-НЕ 44 и выходной (согласующий) узел 45.

Первые входы компараторов напряжений 33 и 34 в узле управления 30 подключены к задатчику скорости перемещения 31, а вторые входы этих компараторов подключены к выходу датчика скорости перемещения 12. Выход компаратора напряжений 33 подключен к первому входу логического элемента И-НЕ 35, второй вход которого подключен к выходу датчика начального положения дискового затвора 19, а выход подключен ко входу начального узла 38, к выходу которого подключена первая управляющая обмотка поляризованного реле 29. Выход компаратора напряжений 34 через логический элемент НЕ 37 подключен к первому входу логического элемента И-НЕ 36, второй вход которого подключен к выходу датчика 22 начального положения тормозного устройства, а выход подключен ко входу выходного узла 39, к выходу которого подключена вторая обмотка поляризованного реле 29.

Первый вход компаратора напряжений 41 в узле управления 32 подключен к выходу задатчика порогового уровня скорости перемещения 40 либо к общей шине, а второй вход упомянутого компаратора напряжений подключен к выходу датчика скорости перемещения 12. Выход компаратора напряжений 41 через логический элемент НЕ 42 с запараллеленными входами подключен ко входу узла временной задержки сигнала 43, выход которого подключен к первому входу логического элемента И-НЕ 44, второй вход которого подключен к выходу датчика начального положения дискового затвора 19, а выход подключен ко входу выходного узла 45, к выходу которого подключена обмотка реле 31.

При этом перекидной контакт поляризованного реле 29 подключает к выходу усилителя 28 в первом положении реверсивный электродвигатель 18, кинематически связанный с дисковым затвором 15, а во втором положении реверсивный электродвигатель 21, управляющий режимом работы регулятора тока 20, включенным в цепь электропитания обмотки 17 электромагнита тормозного устройства 16.

Кроме перечисленных входящих в блок управления 13 дополнительных узлов, вариант дефектоскопа-снаряда по конструктивной схеме, приведенной на фиг. 7, дополнительно снабжен генератором сигналов обнаружения (маяком), выполненным в виде низкочастотного генератора 46, выход которого через согласующий трансформатор и щеточные токопроводы 47 подключены к разнесенным по длине трубопровода участкам его внутренней поверхности.

Кроме того, указанный вариант дефектоскопа-снаряда дополнительно снабжен электрогенератором аварийного электропитания 48 с приводом от турбинки 49, установленной в байпасном патрубке 11.

В цепь электропитания маяка 46 от электрогенератора 48 включены нормально замкнутые контакты реле 31 в блоке управления 13, а нормально разомкнутые контакты того же реле включены в цепь электропитания всех других энергопотребляющих узлов и блоков дефектоскопа-снаряда и зашунтированы пусковой кнопкой 50.

Узел временной задержки сигнала 43 в блоке управления 13 выполнен в виде последовательно соединенных (см. фиг. 10) первой дифференцирующей цепочки 51, первого одновибратора 52, логического элемента НЕ 53, второй дифференцирующей цепочки 54 и второго одновибратора 55.

Работа предлагаемого дефектоскопа-снаряда происходит следующим образом. Вначале он вводится в обследуемый трубопровод, который должен быть оснащен для этого т.н. пусковой камерой со шлюзовым проходом и устройством создания в этой камере "пускового" давления, превышающего давление в трубопроводе. Под действием указанного давления дефектоскоп-снаряд "продавливается" в обследуемый трубопровод и начинает перемещаться по нему с определенной скоростью (см. ниже). После обследования заданного участка трубопровода дефектоскоп-снаряд направляется в т.н. приемную камеру (которой также должен быть оснащен обследуемый трубопровод), снабженную шлюзовым проходом и устройством для снижения давления в ней до атмосферного и удаления проникающего в камеру вместе с дефектоскопом-снарядом транспортируемого по трубопроводу продукта.

В процессе перемещения дефектоскопический блок 8 осуществляет контроль технического состояния и/или геометрических характеристик, и/или пространственного положения обследуемого трубопровода 1. При этом результаты контроля регистрируются в блоке регистрации 9, в котором, кроме того, регистрируются данные о пройденном дефектоскопом-снарядом расстоянии, получаемые посредством одометра 10, а также реперные метки, соответствующие моментам прохождения дефектоскопа-снаряда мимо предварительно устанавливаемых вблизи трубопровода реперных устройств, и, кроме того, данные о скорости перемещения дефектоскопа-снаряда, получаемые от датчика скорости его перемещения 12.

После прохождения обследованного участка трубопровода дефектоскоп-снаряд извлекается из приемной камеры, и зафиксированные в блоке регистрации 9 данные обрабатываются, преимущественно при помощи ЭВМ. При этом определяются участки трубопровода с дефектами в его стенках типа коррозионных язв и свищей, трещин и др. а также (при использовании соответствующих преобразователей) участки трубопровода с нарушениями его геометрической формы (вмятинами, гофрами и т.п.) либо с изменениями пространственного положения оси трубопровода и связанными с ними дополнительными механическими напряжениями в его стенках.

Полученные в результате обследования трубопровода данные используются для диагностики его технического состояния и рационального планирования ремонтно-профилактических работ, обеспечивающих повышение надежности и долговечности трубопроводов, а также предотвращение их внезапных разрушений.

Как отмечалось выше, основным отличием предлагаемого дефектоскопа-снаряда является его способность перемещаться по трубопроводу с заданной скоростью, меньшей скорости транспортируемого по трубопроводу продукта. Такой характер перемещения дефектоскопа-снаряда по трубопроводу обеспечивается наличием в нем байпасного патрубка и работой введенной в его состав системы автоматического регулирования скорости перемещения.

Функционирование указанной системы происходит следующим образом. Датчик скорости перемещения 12 вырабатывает сигнал, содержащий информацию о фактической скорости перемещения дефектоскопа-снаряда в трубопроводе, например, в виде постоянного напряжения, пропорционального скорости перемещения: U_д К_д·W_c (1), где U_д величина выходного напряжения датчика скорости перемещения, В; K_д коэффициент преобразования датчика, W_c фактическая скорость перемещения дефектоскопа-снаряда, м/с.

Указанное напряжение датчика сравнивается с постоянным напряжением, вырабатываемым задатчиком скорости перемещения 14 в блоке управления 13 в соответствии с соотношением: U_з К_з·W_з (2), где U_з величина выходного напряжения задатчика, В; K_з коэффициент преобразования задатчика, В/м/с;
W_з задаваемая скорость перемещения дефектоскопа-снаряда, м/c.

Как отмечалось выше, сравнение сигналов датчика 12 и задатчика 14 скорости перемещения может осуществляться либо в специальном узле 27, например во входном каскаде дифференциального усилителя (к одному входу которого подключен датчик 12, а к другому входу задатчик 13), либо за счет встречно-последовательного включения выходов датчика 12 и задатчика 13. В обоих случаях на вход усилителя 28 поступает разностное напряжение (сигнал рассогласования):
ΔU = U_д-U_з= K_д·W_c-K_з·W_з,
или при легко выполнимом условии
K_д К_з К_w (3),
ΔU = K_w·(W_c-W_з) (4)
Указанный сигнал рассогласования усиливается в усилителе 28 до уровня мощности, достаточной для работы реверсивного электродвигателя 18 (21) привода запорно-регулирующего (тормозного) устройства 15 (16).

При этом подключение указанного электродвигателя 18 (21) к усилителю 28 и схема выходного каскада усилителя 28 выполнены так, что при W_c > W_з (т.е. когда ΔU > 0) выходной вал электродвигателя вращается в сторону открывания запорно-регулирующего устройства 15 и в сторону увеличения тормозного усилия тормозного устройства 16, а при W_c < W_з (т.е. когда ΔU<0) выходной вал электродвигателя вращается в противоположную сторону. Поэтому неподвижное состояние выходного вала реверсивного электродвигателя соответствует условию (с точностью до порога чувствительности усилителя):
ΔU = 0 (5)
или
W_c W_з (6)
Очевидно, что указанному неподвижному состоянию выходного вала реверсивного электродвигателя соответствует установившееся перемещение дефектоскопа-снаряда с постоянной скоростью, достигаемой при выполнении известного условия согласно первому закону Ньютона:
Σ F_oc= 0, (7)
или
F_дв F_торм 0 (8)
или
F_дв F_торм (9),
где F_ос приложенные к дефектоскопу-снаряду силы, действующие вдоль оси трубопровода, Н;
F_дв и F_торм соответственно приложенные к дефектоскопу-снаряду равнодействующие сил, направленных вдоль оси трубопровода и действующих по направлению его перемещения (движущая сила) и против направления его перемещения (тормозящая сила), Н.

Движущая сила может быть выражена соотношением:
(10)
где ΔP потеря полного давления на байпасном патрубке, Па;
S_эф S₁ S₀ эффективная площадь поперечного сечения дефектоскопа-снаряда, равная разности площади живых сечений трубопровода S₁ и байпасного патрубка S₀, м²;
l₁ коэффициент гидравлического сопротивления байпасного патрубка в целом (вместе с запорно-регулирующим устройством), безразмерная величина;
ρ плотность транспортируемого по трубопроводу продукта (в байпасном патрубке), кг/м³;
W₀ скорость потока в байпасном патрубке (относительно дефектоскопа-снаряда), м/с.

Скорость потока в байпасном патрубке можно определить соотношением, вытекающим из принципа неразрывности потока в напорных трубопроводах:
(11)
где конструктивный коэффициент;
D₁ и D₀ диаметры соответственно трубопровода и байпасного патрубка, м;
W₁ скорость потока в трубопроводе, м/с;
W_c скорость перемещения снаряда в трубопроводе, м/с.

Из (9), (10) и (11) можно получить:

или

откуда
или
откуда
(12)
Полученное соотношение (12) имеет ясный физический смысл: скорость перемещения дефектоскопа-снаряда в трубопроводе тем меньше, чем больше приложенная к нему тормозящая сила и чем меньше коэффициент гидравлического сопротивления байпасного патрубка и эффективная площадь поперечного сечения дефектоскопа-снаряда, а также чем больше отношение площади (диаметра) поперечного сечения байпасного патрубка к площади поперечного сечения (диаметру) трубопровода.

Соотношение (12) также подтверждает принципиальную возможность автоматического регулирования скорости перемещения дефектоскопа-снаряда за счет изменения величины тормозящего усилия F_торм и/или величины гидравлического сопротивления байпасного патрубка l (посредством установленного в нем запорно-регулирующего устройства).

Соотношение (12) можно преобразовать к виду:

или
(13)
С другой стороны, тормозящая сила может быть определена по известному соотношению:
F_торм F_н·f (G + F_эм)·f (14),
где F_н равнодействующая сил, направленных нормально поверхности трубопровода, Н;
G вес дефектоскопа-снаряда, Н;
F_эм сила притяжения электромагнита тормозного устройства к трубопроводу, Н;
f коэффициент трения между контактирующими с трубопроводом поверхностями дефектоскопа-снаряда и стенкой трубопровода.

В свою очередь, величина силы притяжения электромагнита может быть определена по соотношению:
(15)
где B_п величина магнитной индукции в полюсных наконечниках, Тл;
S_п площадь поперечного сечения полюсных наконечников, м²;
μ_o= 1,26·10^-6Гн/м магнитная постоянная.

Из (13), (14) и (15) получим:

или
,
откуда
(16)
Полученное соотношение позволяет определить площадь поперечного сечения полюсных наконечников электромагнита, обеспечивающих требуемое тормозное усилие для стабилизации скорости перемещения снаряда на заданном уровне.

Однако на эту величину должны быть наложены дополнительные ограничения, обусловленные необходимостью учета увеличения давления на стенки трубопровода за счет действия нормальных к его поверхности усилий, а также нелинейных магнитных свойств стали трубопровода и магнитопровода электромагнита.

Первое из указанных ограничений может быть выражено соотношением:
(17)
где допустимая величина увеличения давления на стенки трубопровода, Па.

(Имеется в виду при этом возможность пренебрежения весом дефектоскопа-снаряда, распределяемого на площадь, существенно превышающую площадь полюсных наконечников электромагнита.)
Второе ограничение может быть выражено очевидными неравенствами:
B_тр ≅ B_ст.мax (18),
B_м ≅ B_ст.мax (18a),
B_п ≅ B_ст.мax (18б),
где B_тр, В_м, В_п величина магнитной индукции соответственно в стенках трубопровода, магнитопровода и полюсных наконечниках электромагнита, Тл;
B_ст.мах величина индукции насыщения стали, Тл.

С учетом (15) ограничение (17) может быть представлено в виде
(19)
или
(20)
Используя предельное значение неравенств (20) и (16), получим:
(21)
Например, для дефектоскопа-снаряда, рассчитанного на обследование газопроводом диаметром 1420 мм (D₁ ≈ 1,4 м), принимая диаметр байпасного патрубка равным 700 мм (D₀ 0,7 м), скорость газа в трубопроводе W₁ 13 м/с (в конце участка), плотность газа ρ = 40 кг/м³ (при давлении 5 МПа), скорость дефектоскопа-снаряда W_c 2 м/с, значение коэффициента гидравлического сопротивления байпасного патрубка l₁ 4 (для малых углов закрытия затвора,) вес дефектоскопа-снаряда равным 6 тоннам (6·10⁴ H), величину коэффициента трения f 0,2 и величину допустимого увеличения давления на стенки трубопровода (на уровне примерно 10% от максимального рабочего давления)


из (21) найдем:

Такая площадь поперечного сечения полюсных наконечников электромагнита тормозного устройства может быть получена при их ширине, определяемой из очевидного соотношения:
S_п= 2π·D₁·b_n, (22)
откуда
(23)
где b_п ширина полюсного наконечника электромагнита, м.

Подставляя данные, из (23) получим:

что вполне реализуемо.

При этом величина магнитной индукции в полюсных наконечниках электромагнита согласно (20) будет иметь значение

что меньше индукции технического насыщения для малоуглеродистой и низколегированной стали, имеющей значение 1,6-1,8 Тл.

Величина силы притяжения электромагнита к трубопроводу согласно (15):

Следует при этом иметь в виду, что для выполнения ограничительных условий (18а) и, особенно, (18б) конструкция электромагнита должна быть усложнена путем разделения его на секции, каждая из которых должна иметь площадь поперечного сечения полюсного наконечника, определяемую из соотношения:
B_п·S⁽_п¹⁾ = B_ст.max·S_тр, (24)
где S⁽_п¹⁾ площадь поперечного сечения полюсного наконечника секции электромагнита;
S_тр= πD_it_{тр u} площадь поперечного сечения стенки трубопровода, м²;
t_тр толщина стенки трубопровода, м².

Из (24) получим
(25)
Например, для рассмотренного выше примера, задаваясь значением B_ст.мах 1,8 Тл и толщиной стенки трубопровода t_тр 18 мм (18·10^-3 м), из (25) получим

При этом число секций электромагнита может быть определено из очевидного соотношения:

Для выполнения ограничительного условия (18а) достаточно обеспечить равновеликую площадь поперечного сечения магнитопровода по сравнению с площадью поперечного сечения полюса секции электромагнита:
S_м= S⁽_п¹⁾ (26)
Для магнитопровода в виде полого цилиндра, расположенного соосно трубопроводу, можно записать:
S_м= πD_м·t_м (27),
где D_м и t_м соответственно диаметр и толщина магнитопровода, м.

Очевидно, что диаметр магнитопровода может выбираться в пределах, определяемых неравенством
D₀ < D_м < D₁ (28)
Задаваясь, например, для приведенного выше примера D_м 1 м, из (26) и (27) найдем:

В заключение определим возможные конструктивные и электрические параметры секции электромагнита тормозного устройства с определенными выше размерами магнитопровода и полюсных наконечников.

Используя известные соотношения, запишем:
(29)
откуда IW = B_п·S⁽_п¹⁾·R_м (30),
где φ величина магнитного потока в замкнутой магнитной цепи магнитопровод полюсные наконечники стенка трубопровода, Вб;
I величина тока в обмотке секции электромагнита, А;
W число витков в обмотке секции электромагнита;
R_м общее магнитное сопротивление магнитной цепи, Гн^-1.

Согласно известному соотношению для каждого участка магнитной цепи
(31),
где R_м1,l₁,μ и S_м1 соответственно магнитное сопротивление, длина, относительная магнитная проницаемость и площадь поперечного сечения участка магнитной цепи.

В нашем случае можно приближенно принять указанные величины равными на всех участках магнитной цепи и соотношение (31) записать в виде
(32)
где L_м общая протяженность замкнутой магнитной цепи, м.

Принимая ориентировочно значения L_м 1 м, μ = 1000, S⁽_п¹⁾= 0,1 м², из (32) получим:

Подставляя это значение в (30) и используя ранее полученные значения В_п 1,42 и S⁽_п¹⁾ = 0,1м², найдем
IW 1,42·0,1·0,8·10⁴ ≈ 1140 А витков.

Принимая удобное с точки зрения реализации регулятора тока значение I 2 А, находим соответствующее значение витков в обмотке секции электромагнита
или округленно 600 витков.

Средняя длина одного витка обмотки приближенно составит величину l_пр1≈ πD_м= 3,14·1 ≈ 3,2 м.
Общая длина провода в обмотке секции электромагнита будет иметь величину
l_пр 600·3,2 ≈ 2000 м.

Задаваясь плотностью тока в обмотке электромагнита
j 1 А/мм²,
найдем площадь поперечного сечения провода обмотки из известного соотношения:

которой соответствует диаметр провода обмотки d_пр 1,6 мм.

Сопротивление обмотки секции электромагнита определится по известному соотношению:

где удельное электрическое сопротивление меди.

Напряжение электропитания электромагнита определится по известному соотношению:
U⁽_э¹⁾= I·R_э= 2·18 = 36 B.
Электрическая мощность, потребляемая одной секцией электромагнита, составит величину
N⁽_э¹⁾= U⁽_э¹⁾·I = 36·2 = 72 Вт.
Таким образом, 5 секций электромагнита тормозного устройства при максимальном тормозном усилии будут потреблять мощность 5·72 360 Bт, что вполне приемлемо при осуществлении электропитания от электрогенераторов с приводом от ходовых колес дефектоскопа-снаряда.

Обмотка секции электромагнита с полученными данными (W_р 600 витков, d_пр 1,6 мм) будет занимать окно с площадью, определяемой известным соотношением:

где К_пр 0,8 коэффициент заполнения окна обмотки,
то есть обмотка секции электромагнита может иметь размеры поперечного сечения, например, 100 х 15 мм, вполне приемлемые по конструктивным соображениям.

Следует иметь в виду, что при необходимости мощность потребления электромагнитов тормозного устройства может быть многократно снижена за счет увеличения габаритов и массы обмотки.

В самом деле, увеличив, например, сечение провода в два раза и одновременно длину провода обмотки в два раза, мы получим обмотку с тем же сопротивлением, но с числом витков 1200 (вместо 600), при котором для получения той же намагничивающей силы достаточно пропускать по ней ток в два раза меньшей величины, т.е. 1 А вместо 2 А. При этом напряжение электропитания электромагнита также снизится в два раза и будет равно 18 В, а потребляемая мощность уменьшится в четыре раза и будет составлять 18 Вт на секцию или 90 Вт на весь электромагнит, что делает реальным осуществление электропитания электромагнитного тормоза с определенными выше параметрами не только от электрогенераторов, но и от аккумуляторных батарей.

Таким образом, приведенные расчеты свидетельствуют о реальной возможности создания дефектоскопа-снаряда с приведенными ранее признаками, обеспечивающими возможность его перемещения в трубопроводе со значительно пониженными по сравнению со скоростью транспортируемого по нему продукта значениями и стабилизацию скорости перемещения на задаваемом уровне.

Сам процесс стабилизации (регулирования) скорости перемещения происходит следующим образом.

При нарушении условий, обеспечивающих постоянную скорость перемещения дефектоскопа-снаряда в трубопроводе, например, скорости транспортируемого по трубопроводу продукта или тормозящего усилия, происходит нарушение равенства между выходными сигналами датчика 12 и задатчика 14 скорости перемещения. Вследствие этого на входе усилителя 28 появляется сигнал рассогласования в виде постоянного напряжения, полярность которого зависит от соотношения между фактической и заданной задатчиком величины скорости перемещения. Для определенности примем, что при величине фактической скорости, превышающей заданную, напряжение сигнала рассогласования будет положительным, а при обратной ситуации отрицательным. Этот сигнал рассогласования после усиления усилителя 28 поступает на реверсивный электродвигатель 18 или реверсивный электродвигатель 21.

При этом в первом случае (когда фактическая скорость перемещения превышает заданную) направление вращения выходного вала электродвигателей таково, что дисковый затвор 15 открывается (уменьшая гидравлическое сопротивление байпасного патрубка, потери давления на нем и движущую силу), а регулятор тока 20 увеличивает силу тока в обмотке 17 электромагнита тормозного устройства 16 (увеличивая тормозящее усилие) до тех пор, пока не будет достигнуто равенство фактической и заданной скоростей перемещения дефектоскопа-снаряда.

Во втором случае (когда фактическая скорость перемещения меньше заданной) направление вращения выходного вала электродвигателей меняется на обратное, так что дисковый затвор 15 закрывается (увеличивая гидравлическое сопротивление байпасного патрубка, потери давления на нем и движущую силу), а регулятор тока 20 уменьшает силу тока в обмотке 17 электромагнита тормозного устройства 16 (уменьшая тормозящее усилие) до тех пор, пока не будет достигнуто равенство фактической и заданной скоростей перемещения дефектоскопа-снаряда.

Как отмечалось выше, возможны варианты системы автоматического регулирования скорости перемещения дефектоскопа-снаряда только с одним регулиpующим органом, т.е. с дисковым затвором 15 (фиг. 1, 2) либо с тормозным устройством 16 (фиг. 3, 4), или с двумя регулирующими органами 15 и 16, работающими одновременно согласованно от одного реверсивного электродвигателя 18 (фиг. 5, 6), либо работающими от двух обособленных реверсивных электродвигателей 18 и 21 согласованно поочередно (фиг. 7, 8).

В последнем случае чередование работы регулирующих органов управляется сигналами, поступающими в блок управления 13 от датчика скорости 12 и датчиков начального положения дискового затвора и тормозного устройства 19 и 22, а также сигналами, вырабатываемыми задатчиком скорости перемещения 14 и задатчиком порогового уровня скорости перемещения 40 (который может отсутствовать). Это управление осуществляется следующим образом.

Вначале рассмотрим случай, когда фактическая скорость перемещения дефектоскопа-снаряда меньше заданной, т. е. величина выходного напряжения датчика скорости перемещения 12 меньше величины напряжения задатчика 14.

При этом на выходе компараторов напряжений 33 и 34 имеются выходные сигналы низкого логического уровня (логический "0"), которые поступают соответственно на первый вход логической схемы И-НЕ 35 и через логическую схему НЕ 37 на первый вход логической схемы И-НЕ 36.

Одновременно на вторые входы логических схем И-НЕ 35 и 36 поступают выходные сигналы с выходов датчиков начального положения дискового затвора и тормозного устройства 19 и 22 соответственно. Так как на первом входе логической схемы И-НЕ 35 имеется сигнал логического "0", а на втором входе этой схемы может иметься как сигнал логического "0" (при любом положении дискового затвора 15, кроме начального), так и сигнал логической "1" (при начальном положении затвора 15), то на выходе логической схемы И-НЕ во всех указанных случаях будет присутствовать сигнал высокого уровня, т.е. логической "1". При этом выходной узел 38 будет находиться в токопроводящем состоянии, а подключенная к нему обмотка управления поляризованного реле 29 установит его перекидной контакт в первое положение, подключающее к выходу усилителя 28 реверсивный электродвигатель 18 привода дискового затвора 15. В это же время на первом входе логической схемы И-НЕ 36 имеется сигнал логической "1" (результат инвертирования выходного сигнала логического "0" компаратора 34 логической схемой НЕ). Поэтому при начальном положении тормозного устройства, когда с выхода датчика начального положения тормозного устройства 22 на второй вход логической схемы И-НЕ 36 поступает сигнал логической "1", на выходе указанной логической схемы (36) имеется сигнал низкого логического уровня (логический "0"), приводящий к закрытому состоянию выходного узла 39 и обесточенному состоянию подключенной к нему управляющей обмотки поляризованного реле 29. Таким образом, при указанных условиях система автоматического регулирования скорости перемещения будет работать аналогично рассмотренной выше работе системы с одним регулирующим органом в виде дискового затвора 15, т.е. реверсивный электродвигатель 18 будет закрывать указанный затвор до тех пор, пока вследствие увеличения гидравлического сопротивления байпасного патрубка 11 потерь давления на нем и соответствующего увеличения движущейся силы скорость перемещения дефектоскопа-снаряда не повысится до заданного значения.

Рассмотрим теперь случай, когда фактическая скорость перемещения дефектоскопа-снаряда превышает заданное ее значение, т.е. выходное напряжение датчика скорости перемещения 12 больше величины напряжения задатчика 14. При этом на выходе компараторов напряжений 33 и 34 имеются выходные сигналы высокого логического уровня (логической 1).

Следовательно, на первых входах логических схем И-НЕ 35 и 36 имеются сигналы логической "1" и логического "0", соответственно.

На втором входе логической схемы И-НЕ 35 имеется либо сигнал логического "0" (при произвольном положении дискового затвора 15, отличного от начального), либо сигнал логической "1" (при начальном положении дискового затвора 15). В первом случае на выходе логической схемы И-НЕ 35 будет присутствовать сигнал логической "1", оставляющий неизменными положение поляризованного реле 29 и схему работы системы автоматического регулирования скорости перемещения дефектоскопа-снаряда с дисковым затвором 15. Во втором случае на выходе логической схемы И-НЕ появится сигнал логического "0", вследствие чего выходной узел 38 перейдет в не проводящее ток состояние, а подключенная к нему управляющая обмотка поляризованного реле 29 обесточится. Так как в это время на первом входе логической схемы И-НЕ 36 имеется сигнал логического "0", а на втором входе этой схемы сигнал логической "1" (тормозное устройство находилось в начальном положении), то на выходе указанной логической схемы будет иметься сигнал логической "1", который откроет выходной узел 39, пропустит ток через подключенную к нему вторую управляющую обмотку поляризованного реле 29 и перебросит переключающий контакт этого реле во второе положение, при котором к выходу усилителя 28 окажется подключенным реверсивный электродвигатель 21, управляющий положением движка потенциометра 25 в базовой цепи транзистора 23 регулятора тока 29 в обмотке 17 электромагнита тормозного устройства 16.

При этом в первый момент времени движок потенциометра 25 находится в крайнем нижнем положении (см. фиг. 9), при котором ток в базовой цепи транзистора 23 отсутствует, вследствие чего транзистор находится в запертом состоянии, обмотка 17 электромагнита обесточена и тормозное устройство 16 не создает дополнительного тормозящего усилия. Но вследствие рассогласования сигналов датчика 12 и задатчика 14 скорости перемещения на входе и выходе усилителя 28 имеется сигнал, который вращает выходной вал электродвигателя 21 и перемещает движок потенциометра 25 вверх. При этом на выходе потенциометра появляется напряжение от источника 26, а в базовой цепи транзистора 23 начинает течь ток, который открывает транзистор и определяет величину тока во включенной в коллекторную цепь транзистора 23 обмотке 17 электромагнита тормозного устройства 16. Величина указанного тока и соответствующая ему величина тормозящего усилия тормозного устройства 16 увеличиваются до тех пор, пока скорость перемещения дефектоскопа-снаряда не снизится до заданного задатчиком 14 значения.

В случае последующего уменьшения скорости перемещения дефектоскопа-снаряда по каким-либо причинам ниже установленного задатчиком 14 значения изменится знак напряжения рассогласования на входе усилителя 28, что приведет к изменению напряжения вращения выходного вала электродвигателя 21 и направления перемещения движка потенциометра 25 в сторону его начального положения, соответствующего уменьшению величины тока в обмотке 17 электромагнита тормозного устройства и уменьшению его тормозящей силы. Этот процесс может продолжаться до полного прерывания тока в обмотке 17 электромагнита в положении движка потенциометра 25, принимаемого за начальное. Если в такой ситуации скорость перемещения дефектоскопа-снаряда все равно будет меньше заданного ее значения, произойдет обратное переключение поляризованного реле 29, и в действие вступит регулирующий орган в виде дискового затвора 15, как это было описано выше.

Возможны случаи застревания дефектоскопа-снаряда в трубопроводе из-за различных препятствий либо поломок. Очевидно, что в этом случае скорость перемещения дефектоскопа-снаряда будет близка к нулю и существенно не соответствовать заданной. При такой ситуации система автоматического регулирования вначале среагирует так же, как и на любое другое возмущение, связанное с уменьшением скорости, т.е. к выходу усилителя 28 будет подключен реверсивный электродвигатель 18 привода дискового затвора 15 (при этом тормозное устройство 16 будет находиться в начальном положении), который начнет закрывать байпасный патрубок 11 для увеличения движущей силы до максимального ее значения. В связи с тем, что при полном перекрытии байпасного патрубка 11 к дефектоскопу-снаряду могут быть приложены недопустимо большие усилия, возможно принятие мер по ограничению этого усилия. Одной из таких мер может быть применение дискового затвора с площадью диска, существенно меньшей живого сечения байпасного патрубка 11.

Следует иметь в виду, что при выполнении дискового затвора без ограничителей его углового положения, он в случае застревания дефектоскопа-снаряда перейдет в циклический режим работы "закрыто-открыто" с вращением диска в одну сторону, что может привести к возобновлению перемещения дефектоскопа-снаряда.

Для расширения возможностей высвобождения застрявшего в трубопроводе дефектоскопа-снаряда в систему автоматического регулирования скорости перемещения введены дополнительные узлы, функционирование которых происходит следующим образом.

Первый (опорный) вход компаратора напряжений 41 подключен к задатчику 40 порогового уровня скорости перемещения либо к общей шине. При этом на этом входе указанного компаратора напряжений имеется нулевой либо достаточно низкий (пороговый) уровень опорного напряжения, с которым сравнивается поступающее на второй вход этого компаратора выходное напряжение с выхода датчика скорости перемещения 12. До тех пор, пока величина выходного напряжения указанного датчика больше порогового уровня напряжения на опорном входе компаратора напряжений 41, на выходе этого компаратора имеется сигнал высокого логического уровня (логическая "1"), а на выходе подключенной последовательно логической схемы НЕ 42 соответственно сигнал логического "0". Поэтому подключенный к выходу указанной схемы узел временной задержки сигнала 43 и включенные последовательно с ним функциональные узлы не работают до тех пор, пока дефектоскоп-снаряд движется по трубопроводу. Но в случае его застревания выходное напряжение датчика скорости становится меньше порогового уровня, и на выходе компаратора напряжения 41 появляется сигнал низкого логического уровня (логического "0"), а на выходе логической схемы НЕ 42 сигнал высокого логического уровня (логической "1").

Этот сигнал поступает на вход узла временной задержки 43 (фиг. 10), где, пройдя первую дифференцирующую цепочку 51, запускает одновибратор 52 с первой заданной длительностью выходного прямоугольного импульса, имеющего высокий логический уровень ("1"). Пройдя затем через логическую схему НЕ 53, указанный сигнал инвертируется и преобразуется в импульс той же длительности низкого логического уровня ("0"). Пройдя через вторую дифференцирующую цепочку 54, последний импульс своим задним фронтом запускает второй одновибратор 55, вырабатывающий импульс со второй заданной длительностью, имеющий высокий логический уровень ("1"), поступающий на первый вход логической схемы И-НЕ 44, на второй вход которой поступает выходной сигнал с датчика начального положения 19 дискового затвора 15, который при циклической работе указанного затвора (см. выше) будет периодически изменять логический уровень с "0" на "1" и обратно. Поэтому пока на первом входе логической схемы И-НЕ 44 имеется сигнал низкого логического уровня, на выходе этой схемы будет сигнал высокого логического уровня и подключенная к выходному узлу 45 обмотка реле 31 будет находиться под током, замыкая нормально разомкнутый контакт этого реле, через который осуществляется электропитание всех энергопотребляющих узлов и блоков дефектоскопа-снаряда, за исключением маяка, электропитание которого осуществляется от аварийного электрогенератора 48 через нормально замкнутые контакты реле 31, находящиеся в разомкнутом состоянии, когда обмотка реле находится под током.

Когда на первый вход логической схемы И-НЕ 44 поступает с выхода узла временной задержки 43 сигнал высокого логического уровня ("1"), а на второй вход этой схемы поступает сигнал также высокого логического уровня ("1") с выхода датчика 19 начального положения дискового затвора 15 (а это пpоисходит в положении полного открытия байпасного патрубка 11), на выходе логической схемы 44 появляется сигнал низкого логического уровня ("0"), который закрывает выходной узел 45 и обеспечивает обмотку реле 31.

При этом происходят подключение маяка 46 к электрогенератору 48 аварийного электропитания и одновременное отключение всех прочих энергопотребляющих узлов и блоков дефектоскопа-снаряда от энергетического блока 7.

Следует отметить, что узел временной задержки сигнала 43 содержит два одновибратора (52 и 55) с заданной длительностью вырабатываемых ими импульсов. Длительность импульса первого одновибратора (52) должна задаваться такой, чтобы за этот промежуток времени диск затвора 15 успел сделать несколько (например, 5-10) полных оборотов вокруг своей оси в байпасном патрубке, что будет сопровождаться циклическим (толчкообразным) нарастанием и спадом воздействующего на дефектоскоп-снаряд осевого усилия значительной величины, способного в некоторых случаях высвободить застрявший дефектоскоп-снаряд и дать ему возможность продолжать движение по трубопроводу.

Длительность импульса второго одновибратора (55) должна быть не меньше длительности периода цикла открытия-закрытия дискового затвора, с тем чтобы обеспечить срабатывание реле 31 (в случае неудачных попыток высвобождения застрявшего дефектоскопа-снаряда за время действия импульса первого одновибратора) и связанную с этим фиксацию дискового затвора 15 в положении максимального открытия байпасного патрубка 11. Последнее позволяет эксплуатировать трубопровод с застрявшим в нем дефектоскопом-снарядом в течение длительного времени с минимальными издержками, состоящими в дополнительных тратах энергии из-за потери давления на гидравлическом сопротивлении открытого байпасного патрубка.

Следует отметить, что в случае возобновления движения дефектоскопа-снаряда по трубопроводу в период действия импульса первого одновибратора (52) в узле временной задержки сигнала 43 переключения реле 31 в аварийный режим не произойдет. Это объясняется тем, что возобновление движения дефектоскопа-снаряда возможно лишь при положении дискового затвора 15, отличным от начального, в связи с чем в это время на второй вход логической схемы И-НЕ 44 будет поступать сигнал низкого логического уровня ("0") и на выходе этой схемы будет сигнал высокого логического уровня ("1") независимо от уровня сигнала на первом входе указанной схемы.

В случае неудачных попыток высвобождения застрявшего в трубопроводе дефектоскопа-снаряда, как отмечалось выше, происходит включение маяка 46, облегчающее проведение работ по поиску и обнаружению места застревания дефектоскопа-снаряда в трубопроводе.

При этом осуществление электропитания маяка от электрогенератора 48 с приводом от турбинки 49, установленной в байпасном патрубке 11, намного облегчает проведение указанной операции, т.к. практически исключает временные ограничения на сроки выполнения этих работ, связанные с ограниченностью емкости и времени функционирования аккумуляторов в энергетическом блоке 7.

Принцип действия маяка 46 состоит в генерировании низкочастотных электрических сигналов, подаваемых через согласующее устройство и щеточные токоподводы 47 к разнесенным по длине трубопровода участкам его внутренней поверхности. При этом в стенке трубопровода начинает течь электрический ток, частично выходящий в окружающий трубопровод грунт через емкость "трубопровод - грунт". Указанный ток создает магнитное поле, легко обнаруживаемое поисковой аппаратурой, снабженной приемной рамкой и усилителем сигналов.

Следует отметить, что принятая в системе автоматического регулирования скорости перемещения по варианту фиг. 8 логика отключения всех энергопотребляющих узлов и блоков дефектоскопа-снаряда от энергетического блока в аварийных ситуациях при его застревании в трубопроводе при обесточенном состоянии реле 31 требует для включения этих узлов и блоков в работу кратковременного их подключения к энергетическому блоку при наличии выходного сигнала с датчика скорости перемещения 12, т.е. при движении дефектоскопа-снаряда по трубопроводу. Для этого в схеме блока управления 13 предусмотрена пусковая кнопка 50, которая может быть выполнена, например, в виде концевого переключателя, срабатывающего при прохождении дефектоскопом-снарядом шлюзового устройства в пусковой камере.

Следует также отметить, что наличие в системе автоматического регулирования датчика скорости перемещения 12 позволяет осуществить регистрацию этого параметра в дополнительном канале блока регистрации 9, что позволит получить дополнительную информацию об особенностях перемещения дефектоскопа-снаряда в трубопроводе и облегчить расшифровку дефектоскопических данных.

Применение предлагаемого дефектоскопа-снаряда для обследования магистральных газопроводов позволит существенно повысить достоверность получаемых данных, а также повысить надежность его работы и обследуемого трубопровода за счет работы при оптимальных значениях скорости перемещения, во много раз меньших скорости транспортируемого по трубопроводу природного газа.

Формула изобретения

1. Дефектоскоп-снаряд для внутритрубного обследования трубопроводов, размещаемый в обследуемом трубопроводе и перемещаемый потоком транспортируемого по нему продукта, содержащий опирающееся на внутреннюю поверхность трубопровода опорными узлами основание, транспортирующий блок в виде закрепленной на основании и контактирующей с внутренней поверхностью трубопровода упругой манжеты, энергетический блок, дефектоскопический блок, содержащий закрепленные на основании и взаимодействующие со стенками трубопровода дефектоскопические или/и измерительные преобразователи, блок регистрации информации, а также устройства определения координат дефектов, отличающийся тем, что дополнительно снабжен байпасным патрубком для пропуска транспортируемого по трубопроводу продукта и системой автоматического регулирования скорости его перемещения, содержащей блок управления с задатчиком скорости перемещения, подключенный к входу блока управления датчик скорости перемещения, а также регулирующий орган в виде установленного в байпасном патрубке запорно-регулирующего устройства, снабженного подключенным к выходу блока управления приводом, или/и закрепленного на основании и взаимодействующего с трубопроводом тормозного устройства, снабженного подключенным к выходу блока управления приводом.

2. Дефектоскоп-снаряд по п.1, отличающийся тем, что в качестве байпасного патрубка использовано основание, выполненное в виде полого открытого с торцов цилиндра или нескольких подобных цилиндров, механически связанных между собой посредством шарниров или упругих проставок с возможностью углового смещения их относительно друг друга.

3. Дефектоскоп-снаряд по п.2, отличающийся тем, что цилиндрическое основание дополнено пристыкованными к его концам расширяющимися конусными участками, образующими в хвостовой и носовой частях байпасного патрубка соответственно конфузор и диффузор.

4. Дефектоскоп-снаряд по п.1, отличающийся тем, что запорно-регулирующее устройство выполнено в виде расположенного в байпасном патрубке дискового затвора, кинематически связанного с электрическим реверсивным двигателем.

5. Дефектоскоп-снаряд по п.1, отличающийся тем, что тормозное устройство выполнено в виде закрепленных на основании электромагнитов, содержащих щеточные полюсные наконечники, контактирующие с внутренней поверхностью трубопровода, и обмотки, подключенные непосредственно или через дополнительно введенный преобразователь напряжения к энергетическому блоку через регулятор тока, управляемый реверсивным электродвигателем привода запорно-регулирующего устройства либо вторым независимым реверсивным электродвигателем.

6. Дефектоскоп-снаряд по п.5, отличающийся тем, что регулятор тока выполнен в виде транзистора, в коллекторную цепь которого подключены обмотки электромагнитов, в цепь эмиттера включен токостабилизирующий резистор, а база подключена к выходу подключенного к источнику напряжения потенциометра, движок которого кинематически связан с реверсивным электродвигателем.

7. Дефектоскоп-снаряд по п.1, отличающийся тем, что гибкая манжета на транспортирующем блоке расположена в его носовой части, а тормозное устройство в его хвостовой части.

8. Дефектоскоп-снаряд по п.1, отличающийся тем, что датчик скорости перемещения выполнен в виде закрепленного на основании с возможностью перемещения подпружиненного мерного колеса, контактирующего с внутренней поверхностью трубопровода и кинематически связанного с индукционным тахогенератором.

9. Дефектоскоп-снаряд по п.8, снабженный в качестве устройства определения координат одометром, отличающийся тем, что в качестве мерного колеса датчика скорости перемещения использовано мерное колесо одометра.

10. Дефектоскоп-снаряд по пп. 1, 4, 5, 6, отличающийся тем, что задатчик скорости перемещения в блоке управления выполнен в виде делителя напряжения (потенциомера), подключенного к источнику напряжения, а блок управления снабжен усилителем сигналов рассогласования, вход которого подключен непосредственно либо через дополнительно введенный узел сравнения напряжений к выходам датчика и задатчика скорости перемещения, а выход усилителя подключен к реверсивному электродвигателю привода запорно-регулирующего или/и тормозного устройства с возможностью увеличения посредством запорно-регулирующего устройства живого сечения байпасного патрубка, а посредством тормозного устройства тормозного усиления при скорости перемещения, превышающей заданное задатчиком значение, и уменьшения живого сечения байпасного патрубка посредством запорно-регулирующего устройства, а посредством тормозного устройства тормозного усилия при скорости перемещения меньшей заданного задатчиком значения.

11. Дефектоскоп-снаряд по п.7, отличающийся тем, что запорно-регулирующее и тормозное устройства имеют приводы с раздельными реверсивными электродвигателями и снабжены дополнительно введенными датчиками их начальных положений (состояний), соответствующих максимальному живому сечению байпасного канала и минимальному тормозному усилию, а блок управления снабжен дополнительно введенными узлом коммутации с исполнительной и управляющей цепями и узлом его управления, причем узел коммутации включен между выходом усилителя и реверсивными электродвигателями приводов запорно-регулирующего и тормозного устройств с возможностью в первом положении узла коммутации подключения к выходу усилителя реверсивного электродвигателя привода запорно-регулирующего устройства, а во втором положении узла коммутации подключения к выходу усилителя реверсивного электродвигателя привода тормозного устройства, при этом выходы датчика и задатчика скорости перемещения, а также выходы датчиков начальных положений запорно-регулирующего и тормозного устройств подключены к входам узла управления, а управляющая цепь узла коммутации подключена к выходу узла управления, выполненного с возможностью установки узла коммутации в первое положение при скорости перемещения, меньшей заданного задатчиком значения, и начальном положении тормозного устройства, а при скорости перемещения, большей заданного задатчиком значения, и начальном положении запорно-регулирующего устройства - во второе положение.

12. Дефектоскоп-снаряд по п.11, отличающийся тем, что датчики начального положения запорно-регулирующего и тормозного устройств выполнены в виде концевых переключателей, подключенных к источнику напряжения с возможностью получения напряжения на выходе датчиков в начальном положении упомянутых устройств и его отсутствия во всех других положениях.

13. Дефектоскоп-снаряд по пп.11 и 12, отличающийся тем, что узел коммутации в блоке управления выполнен в виде поляризованного электромагнитного реле с двумя управляющими обмотками, а узел управления выполнен содержащим два компаратора напряжений, два логических элемента И - НЕ, логический элемент НЕ и два выходных (согласующих), узла, причем первые (опорные) входы обоих компараторов напряжения подключены к задатчику скорости перемещения, а вторые (информационные) входы обоих компараторов подключены к выходу датчика скорости перемещения, первый вход первого логического элемента И НЕ подключен к выходу первого компаратора, а второй вход первого логического элемента И- НЕ подключен к выходу датчика начального положения запорно-регулирующего устройства, первый вход второго логического элемента И - НЕ подключен к выходу логического элемента НЕ, оба входа которого подключены к выходу второго компаратора, а второй вход второго логического элемента И НЕ подключен к выходу датчика начального положения тормозного устройства, выходы первого и второго логических элементов И НЕ подключены соответственно к входам первого и второго выходных узлов, выходы которых подключены соответственно к первой и второй управляющим обмоткам поляризованного реле.

14. Дефектоскоп-снаряд по п.13, отличающийся тем, что в него дополнительно введен генератор сигналов обнаружения, "маяк", а блок управления снабжен дополнительно введенными вторым узлом коммутации с управляющей цепью и исполнительной цепью в виде нормально-замкнутого и нормально-разомкнутого контактов, а также вторым узлом управления, содержащим задатчик порогового уровня скорости перемещения, третий компаратор напряжений, третий логический элемент И НЕ, второй логический элемент НЕ, узел временной задержки сигнала, третий выходной (согласующий) узел, причем первый (опорный) вход третьего компаратора подключен к задатчику порогового уровня скорости перемещения либо к общей ("земляной") шине, второй вход третьего компаратора подключен к выходу датчика скорости перемещения, выход третьего компаратора подключен через логический элемент НЕ с параллельно включенными входами к входу узла временной задержки сигнала, выход которого подключен к первому входу третьего логического элемента И НЕ, второй вход которого подключен к выходу датчика начального положения запорно-регулирующего устройства, а выход подключен к входу третьего выходного узла, к выходу которого подключена управляющая цепь второго узла коммутации, нормально-замкнутые контакты которого включены в цепь электропитания "маяка", а нормально-разомкнутые контакты включены в цепь электропитания всех других энергопотребляющих узлов и блоков, зашунтированы дополнительно введенной пусковой кнопкой с замыкающим контактом с самовозвратом.

15. Дефектоскоп-снаряд по п.14, отличающийся тем, что задатчик порогового уровня скорости перемещения выполнен в виде делителя напряжения (потенциометра), подключенного к источнику напряжения.

16. Дефектоскоп-снаряд по п.14, отличающийся тем, что второй узел коммутации выполнен в виде электромагнитного реле.

17. Дефектоскоп-снаряд, по п.14, отличающийся тем, что узел временной задержки сигнала в блоке управления выполнен в виде соединенных последовательно первой дифференцирующей цепочки, первого одновибратора, логического элемента НЕ, второй дифференцирующей цепочки и второго одновибратора.

18. Дефектоскоп-снаряд по п.14, отличающийся тем, что "маяк" выполнен в виде низкочастотного генератора, выход которого через согласующий трансформатор и щеточные токоподводы подсоединены к участкам трубопровода, разнесенным по его оси.

19. Дефектоскоп-снаряд по п.14, отличающийся тем, что он снабжен дополнительно введенным источником аварийного электропитания "маяка", выполненным в виде установленной в байпасном патрубке турбинки и соединенного с ней электрогенератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10