Устройство для индикации положения внутритрубных объектов

 

Изобретение относится к трубопроводным системам. Устройство, закрепляемое на внутритрубном объекте, включает в себя корпус, подключенные последовательно источник питания, низкочастотный генератор электромагнитных колебаний и цилиндрическую индуктивную катушку с сердечником, подключенную к выходам указанного генератора. Корпус включает в себя стальной фланец для закрепления устройства на внутритрубном объекте. В устройстве имеется ферромагнитный стержень длиной не менее 0,3 протяженности индуктивной катушки, образующий разъемное соединение с фланцем и настраиваемый зазор с сердечником индуктивной катушки. Применение устройства позволяет повысить эффективность обнаружения внутритрубных объектов и длительность работы передатчика без замены батарей питания при работе на магистральных нефтегазопродуктопроводах. 15 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к вспомогательным устройствам для трубопроводных систем, а именно к системам индикации положения устройств типа "крот" внутри трубопроводов, внутритрубных инспекционных снарядов, а также скребков и разделителей, перемещающихся внутри трубопроводов, главным образом, внутри магистральных нефтепроводов, газопроводов и нефтепродуктопроводов, путем излучения низкочастотного электромагнитного поля внутри трубопровода и регистрации электромагнитного поля с противоположной стороны относительно стенки трубопровода.

Известно устройство для индикации местоположения объекта в трубопроводе (а. с. СССР SU 1691658, MПK F 17 D 5/00, дата публикации 15.11.91; а.с. СССР SU 1760234, MПK F 17 D 5/00, дата публикации 07.09.92; а.с. СССР SU 1767282, MПK F 17 D 5/00, дата публикации 07.10.92), содержащее источник постоянного тока и источник переменного магнитного поля, состоящий из кольцевой магнитной системы с наружным магнитопроводом и с секторообразными постоянными магнитами чередующейся полярности, в зазоре которой расположена электрообмотка.

Известен также сигнализатор положения движущегося в трубопроводе объекта (а. с. СССР SU 1214985, MПK F 17 D 5/00, дата публикации 28.02.86), содержащий постоянный магнит, микроэлектродвигатель его вращения, источник питания, пускатель, последовательно соединенные магнитоуправляемый контакт, измеритель средней частоты вращения магнитов и блок управления, включенные в цепь питания микроэлектродвигателя, при этом выход блока управления соединен с микроэлектродвигателем и пускателем.

Известно также устройство для контроля положения и управления оборудованием внутри трубопровода (патент США US 5651638, МПК F 16 L 1/00, дата публикации 29.07.97), содержащее установленные на перемещающемся внутри трубопровода объекте передающие и приемные магнитные антенны, включающие токовые обмотки и магнитопровод, антенны подключены к приемопередатчику.

Известно также устройство для контроля положения объекта внутри трубопровода (международная заявка WO 00/65271, MПK F 16 L 55/48, дата публикации 02.11.00, патент-аналог: US 6092406), содержащее устанавливаемый вне трубопровода вблизи его стенки передатчик электромагнитных волн низкой частоты и устанавливаемый на контролируемом объекте, перемещающемся внутри трубопровода, низкочастотный приемник. Низкочастотный передатчик включает в себя магнитную антенну с токовой обмоткой и формирователь низкочастотных электромагнитных колебаний.

Известно устройство (прототип) для индикации положения внутритрубных объектов (передатчик), закрепляемое на внутритрубном объекте (а.с. СССР SU 87278, MПK F 17 D 5/00, дата публикации 07.01.83), которое включает в себя корпус, подключенные последовательно источник питания, низкочастотный генератор электромагнитных колебаний и индуктивную катушку, подключенную к выходам указанного генератора, корпус включает в себя элемент закрепления устройства на внутритрубном объекте.

Генератор выполнен в виде каркаса из немагнитного материала, внутри которого между двумя пружинами установлен стержень постоянного магнита, полюса которого расположены вдоль оси каркаса и размещенный на каркасе электрообмотки, соединенной через последовательно включенные электронный усилитель сигналов и одновибратор-переключатель режима работы с входом генератора переменного тока.

Основным недостатком указанных устройств является то, что установка передатчика на ферромагнитных элементах внутритрубных объектов, характерные размеры которых сравнимы с протяженностью индуктивной катушки, приводит к смещению резонансной частоты контура, образуемого индуктивной катушкой из-за влияния указанных ферромагнитных элементов, что приводит к снижению добротности контура и уменьшению излучаемой мощности.

Заявленное устройство для индикации положения внутритрубных объектов, закрепляемое на внутритрубном объекте, также включает в себя корпус, подключенные последовательно источник питания, низкочастотный генератор электромагнитных колебаний и индуктивную катушку, подключенную к выходам указанного генератора, корпус включает в себя элемент закрепления устройства на внутритрубном объекте.

В отличие от прототипа заявленное устройство включает в себя также протяженный элемент, образующий разъемное соединение с указанным элементом закрепления устройства на внутритрубном объекте, протяженный элемент и элемент закрепления устройства выполнены из ферромагнитного материала, длина указанного протяженного элемента составляет не менее 0,3 протяженности индуктивной катушки, указанный протяженный элемент образует настраиваемый зазор с индуктивной катушкой.

Основной технический результат, достигаемый в результате реализации заявленного изобретения - повышение эффективности обнаружения внутритрубных объектов и длительности работы передатчика без замены батарей питания при работе на трубопроводах, транспортирующих продукты, образующие взрывоопасные смеси. Механизм достижения указанного технического результата состоит в том, что указанный протяженный элемент из ферромагнитного материала позволяет, регулируя зазор между ним и катушкой, настраивать на резонанс передатчик во взрывобезопасном исполнении с учетом конструктивных ферромагнитных элементов корпуса передатчика и объекта, на котором устанавливается заявленное устройство (передатчик), исключая при этом настройки элементов электроники, например подстроечных конденсаторов, открытый доступ к которым недопустим во взрывоопасных зонах использования заявленного устройства.

В развитии заявленного изобретения индуктивная катушка включает в себя сердечник, располагаемый внутри индуктивной катушки, длина указанного ранее протяженного элемента составляет не менее 0,3 длины сердечника.

Индуктивная катушка имеет цилиндрическую форму, протяженный элемент выполнен в виде стержня, диаметр стержня составляет не менее половины толщины сердечника.

Индуктивная катушка и указанный ранее протяженный элемент имеют формы с осевой симметрией и установлены соосно между собой. Индуктивная катушка имеет цилиндрическую форму, протяженный элемент выполнен в виде стержня, диаметр стержня составляет не менее 0,05 его длины.

Величина указанного ранее зазора не более 1% от протяженности указанной индуктивной катушки и/или не более 2% от длины указанного ранее протяженного элемента. В предпочтительном исполнении на указанном ранее протяженном элементе установлено средство, блокирующее передвижение элемента относительно фланца.

Элемент закрепления устройства выполнен в виде ферромагнитного фланца, индуктивная катушка жестко закреплена на фланце, указанный ранее протяженный элемент закреплен в указанном фланце. В одном из предпочтительных исполнений индуктивная катушка образует настраиваемый зазор с фланцем, на фланце установлены средства настройки зазора между индуктивной катушкой и фланцем и/или между индуктивной катушкой и указанным ранее протяженным элементом, средства настройки выполнены в виде множества упорных и прижимающих шпилеобразных резьбовых элементов, упорные элементы упираются в корпус индуктивной катушки, прижимающие элементы вворачиваются в корпус индуктивной катушки.

На указанном фланце установлено средство, блокирующее передвижение элемента относительно фланца. Блокирующее средство выполнено в виде шпилеобразных резьбовых элементов, устанавливаемых во фланце с упором в указанный протяженный элемент под углом от 30 до 65^o к оси указанного протяженного элемента.

Корпус включает в себя колпак, установленный на указанном ранее фланце, индуктивная катушка установлена в полости указанного колпака. Колпак образует герметичное соединение с указанным фланцем. Указанный ранее генератор установлен в полости указанного колпака, указанная полость заполнена компаундом. Колпак выполнен из полимерного материала, внешняя или внутренняя поверхность колпака металлизирована и/или колпак выполнен из графитонаполненного полимерного материала.

Реализация указанных признаков наиболее целесообразна для использования обнаружителя в зонах ЛЭП и вблизи промышленных установок с преобразователями высокого напряжения, электромеханическими устройствами и/или систем с большим потребляемым током, где велико отношение шума к сигналу из-за наводок.

В указанном ранее фланце выполнены, по крайней мере, два сквозных отверстия так, что указанные отверстия выходят в полость указанного ранее колпака, что позволяет заполнять полость компаундом и повысить, тем самым, взрывозащищенность передатчика.

На фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующая применение заявленного устройства для обнаружения и индикации (регистрации) прохождения внутритрубного снаряда; на фиг. 2 и 3 изображено заявленное устройство в двух вариантах исполнения блокирующих элементов; на фиг. 4 изображена схема, иллюстрирующая работу генератора электромагнитных колебаний заявленного устройства.

В предпочтительном исполнении заявленное устройство для индикации положения внутритрубных объектов фиг.1 закрепляется на внутритрубном объекте 2 (снаряде), пропускаемом внутри трубопровода 3, находящегося под слоем грунта 4, и включает в себя корпус. В крышке 5 корпуса установлены элементы питания, в другой крышке (колпаке) 7 корпуса установлена индуктивная катушка и низкочастотный генератор электромагнитных колебаний, корпус включает в себя фланец 6 для закрепления устройства на снаряде. Излучаемые заявленным устройством электромагнитные колебания 8 регистрируются с помощью приемника (регистратора) 1.

Стальной стержень 21 фиг.2, 3 образует разъемное соединение со стальным фланцем 6, длина стержня около 100 мм и приблизительно равна длине катушки 23 (и сердечника 22 цилиндрической катушки индуктивности 23), пластинчатый сердечник 22 установлен в катушке индуктивности 23 симметрично по ее оси. Стержень 21 образует настраиваемый зазор 24 с сердечником 22 и с индуктивной катушкой 23. Диаметр стержня 21 около 20 мм приблизительно равен характерной толщине сердечника 22. Величина зазора 24 регулируется в диапазоне от 0 до 1 мм.

В исполнении заявленного устройства фиг.3 средство, блокирующее передвижение стержня 21 относительно фланца 6, выполнено в виде двух шпилеобразных резьбовых элементов 33, вворачиваемых в резьбовые отверстия в элементе 32 фланца 6. Угол между осью резьбового отверстия под шпильку и осью стержня составляет около 50^o.

Индуктивная катушка 23 жестко соединена с фланцем 6, в исполнении заявленного устройства фиг.2 стержень 21 закреплен во фланце 6. Индуктивная катушка образует настраиваемый зазор 25 с фланцем 6, средства настройки зазора между индуктивной катушкой 23 и фланцем 6 (и стержнем 21) выполнены в виде трех упорных шпилек 26 и трех прижимающих болтов 27, упорные шпильки 26 упираются в корпус индуктивной катушки, прижимающие болты вворачиваются в корпус 28 индуктивной катушки 23.

Корпус заявленного устройства включает в себя колпак 7, установленный на фланце 6, индуктивная катушка 23 установлена в полости колпака 7. Колпак 7 образует герметичное соединение с фланцем 6. Указанный ранее генератор низкочастотных колебаний установлен в полости колпака 7, указанная полость частично или полностью заполнена компаундом. Колпак выполнен из полимерного материала, внешняя поверхность которого металлизирована. Во фланце 6 выполнены два сквозных отверстия, выходящие в полость колпака 7.

Генератор низкочастотных колебаний включает в себя конденсаторы 13, 15, ключи К1, К2, К3, К4, К5, источник питания 11, приемно-усилительный тракт 14. Катушка индуктивности 23 и конденсатор 13 образуют последовательный контур. Свободный выход катушки 23 подключен через ключ К1 к одному выходу источника 11, через ключ КЗ - ко второму выходу источника 11. Свободный выход конденсатора 13 через ключ К2 подключен к первому выходу источника 11, через ключ К4 - ко второму выходу источника 11. Выход катушки 23, подключенный к выходу конденсатора 13, через ключ К5 и конденсатор 15 подключен к входу приемно-усилительного тракта 14.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Фиг. 1 иллюстрирует применение заявленного устройства для обнаружения и регистрации прохождения внутритрубного снаряда 2 внутри уложенного трубопровода 3 под слоем грунта 4. Передатчик, элементы которого обозначены позициями 5, 6, 7, является источником низкочастотного электромагнитного поля, которое регистрируется на поверхности земли приемником (обнаружителем) 1.

Перед запуском снаряда в трубопровод у собранного передатчика снимают крышку 5, обеспечивая доступ к стержню 21 и блокирующим элементам 26, 27 или 33. Включают передатчик, с помощью приемника 1 определяют интенсивность излучаемых сигналов, регулируют зазор 24. Критерием выбора величины зазора 24 является максимум интенсивности излучения электромагнитных колебаний в случае установки передатчика на элементы внутритрубного снаряда, не оказывающих значительного влияния на общую индуктивность колебательного контура, образуемого катушкой 23 и конденсатором 13. В противном случае зазор устанавливают больше дающего максимальную интенсивность (в состоянии, когда передатчик не установлен на снаряде) с учетом увеличения индуктивности после установки передатчика на внутритрубный снаряд. Закрывают крышку 5 передатчика и устанавливают его на снаряд 2 с помощью болтов, закрепляющих передатчик на фланцевой части снаряда 2. Внутритрубный снаряд с включенным передатчиком пропускают внутри трубопровода. Бригады сопровождения снаряда прибывают на заранее помеченные пункты по трассе трубопровода, включают оборудование для приема низкочастотных сигналов 8 и регистрируют время прохождения снаряда или при получении сигналов от заявленного устройства включают наземный передатчик электромагнитных сигналов, которые принимаются приемно-усилительным трактом 14 и записываются в память. Прием сигналов заявленным устройством осуществляется благодаря периодическому переключению режима работы устройства с излучением электромагнитных колебаний в режим работы без излучения электромагнитных колебаний с приемом внешних электромагнитных колебаний трактом 14. Переключение осуществляют с помощью ключей К1, К2, К3, К4, К5. В режиме излучения колебаний ключ К5 разомкнут, ключи К1, К2, К3, К4 образуют пары К1-К4 и К2-К3. В отрезок времени, когда пара ключей К1-К4 замкнуты, ключи К2 и К3 разомкнуты. Когда пара ключей К2-К3 замыкает цепь, ключи К1 и К4 разомкнуты. Замыкание и размыкание ключей осуществляют синхронно с периодом резонансных колебаний в контуре 45,5 мс. Переключение в режим приема внешних электромагнитных колебаний осуществляют путем замыкания ключа К3 и ключа К5 с размыканием ключей К1, К2, К4.

Формула изобретения

1. Устройство для индикации положения внутритрубных объектов, закрепляемое на внутритрубном объекте, включающее в себя корпус, подключенные последовательно источник питания, низкочастотный генератор электромагнитных колебаний и индуктивную катушку, подключенную к выходам указанного генератора, корпус включает в себя элемент закрепления устройства на внутритрубном объекте, отличающееся тем, что устройство включает в себя также протяженный элемент, образующий разъемное соединение с указанным элементом закрепления устройства на внутритрубном объекте, протяженный элемент и элемент закрепления устройства выполнены из ферромагнитного материала, длина указанного протяженного элемента составляет не менее 0,3 протяженности индуктивной катушки, указанный протяженный элемент образует настраиваемый зазор с индуктивной катушкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индуктивная катушка включает в себя сердечник, располагаемый внутри индуктивной катушки, длина указанного в п.1 протяженного элемента составляет не менее 0,3 длины сердечника.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что индуктивная катушка имеет цилиндрическую форму, протяженный элемент выполнен в виде стержня, диаметр стержня составляет не менее половины толщины сердечника.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индуктивная катушка и указанный в п.1 протяженный элемент имеют формы с осевой симметрией и установлены соосно между собой.

5. Устройство по п.2 или 4, отличающееся тем, что индуктивная катушка имеет цилиндрическую форму, протяженный элемент выполнен в виде стержня, диаметр стержня составляет не менее 0,05 его длины.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина указанного в п.1 зазора не более 1% от протяженности указанной индуктивной катушки.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина указанного в п.1 зазора не более 2% от длины указанного в п.1 протяженного элемента.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент закрепления устройства выполнен в виде ферромагнитного фланца, индуктивная катушка жестко закреплена на фланце, указанный в п.1 протяженный элемент закреплен в указанном фланце.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что индуктивная катушка образует настраиваемый зазор с фланцем, на фланце установлены средства настройки зазора между индуктивной катушкой и фланцем и/или между индуктивной катушкой и указанным в п.1 протяженным элементом, средства настройки выполнены в виде множества упорных и прижимающих шпилеобразных резьбовых элементов, упорные элементы упираются в корпус индуктивной катушки, прижимающие элементы вворачиваются в корпус индуктивной катушки.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на указанном в п.1 протяженном элементе установлено средство, блокирующее передвижение элемента относительно фланца.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что на указанном в п.8 фланце установлено средство, блокирующее передвижение элемента относительно фланца, блокирующее средство выполнено в виде шпилеобразных резьбовых элементов, устанавливаемых во фланце с упором в указанный протяженный элемент под углом 30 до 65^o к оси указанного протяженного элемента.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что корпус включает в себя колпак, установленный на указанном в п.8 фланце, индуктивная катушка установлена в полости указанного колпака.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что колпак образует герметичное соединение с указанным в п.8 фланцем.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что указанный в п.1 генератор установлен в полости указанного в п.12 колпака, указанная полость заполнена компаундом.

15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что указанный в п.12 колпак выполнен из полимерного материала, внешняя или внутренняя поверхность колпака металлизирована.

16. Устройство по п.12, отличающееся тем, что указанный в п.12 колпак выполнен из графитонаполненного полимерного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4