Способ акустического контроля трубопроводов

Изобретение относится к неразрушающему контролю для выявления скрытых дефектов трубопроводов. Способ заключается в том, что в контролируемом участке трубопровода возбуждают импульсы свободных упругих колебаний, изменяют нагрузку последовательно во всех локальных зонах участка. Для каждой локальной зоны производят по два измерения при разных акустических нагрузках зоны путем приема упругих колебаний с измерением их частоты в максимально возможной близости от данной локальной зоны, и о наличии дефектов и их местоположении судят по наличию и местоположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением результатов в первом и втором измерениях. При этом два различных состояния акустической нагрузки локальных зон создают замораживанием жидкости внутри трубопровода одновременно на всем его контролируемом участке и ее последующим постепенным размораживанием последовательно во всех локальных зонах данного участка. В результате расширяются функциональные возможности способа и повышается чувствительность. 1 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для выявления скрытых дефектов трубопроводов, тонкостенных оболочек и т.п.

Известен способ акустического контроля трубопроводов, заключающийся в том, что фиксируют на конструкции локальную зону посредством жесткого крепления концов данной зоны к неподвижному объекту, размещают в центре локальной зоны присоединенную массу, последовательно перемещают локальную зону с присоединенной массой вдоль трубопровода в пределах контролируемого участка последнего, в нагруженных зонах гармонической силой с постоянной амплитудой и частотой возбуждают колебания присоединенной массы, намеряют амплитуду колебаний присоединенной массы и по намеренной амплитуде определяют наличие дефекта в трубопроводе, местоположение дефекта и степень разрушения конструкции /см. а.с. СССР №1396047, кл. G 01 N 29/04, 1988 [1]/.

Недостатками известного способа являются низкая производительность, ограниченные функциональные возможности, значительная возможность повреждения трубопровода во время контроля. Указанные недостатки объясняются необходимостью при фиксации локальных зон одновременно закреплять в каждой зоне присоединенную массу, а также подключать к данной массе источник возбуждения колебаний и регистратор амплитуды колебаний. При этом данный процесс многократно усложняется в случаях сложной формы трубопровода и труднодоступности локальных зон.

Известен также способ акустического контроля трубопроводов, заключающийся в том, что фиксируют на трубопроводе локальную зону и последовательно перемещают ее вдоль трубопровода в пределах контролируемого участка последнего путем жесткого соединения между собой концов данной зоны, гармонической силой с постоянной амплитудой и частотой возбуждают упругие колебания и намеряют амплитуду колебаний непосредственно самого трубопровода в постоянных местах, разнесенных по разные стороны от контролируемого участка за пределы области перемещения локальной зоны, а о наличии дефектов и их местоположении судят по наличию и местоположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением амплитуды возбуждаемых колебаний /см. патент РФ №2170426, кл. G 01 N 29/00, 1999 [2] /.

Недостатками известного способа являются ограниченные функциональные возможности и сравнительно низкая чувствительность. Это объясняется следующим. Для тонкой упругой одноосной конструкции, во-первых, сравнительно легко зафиксировать локальную зону специальной охватывающей скобой, закрепляемой на концах зон, а во-вторых, разнесение мест возбуждения и измерения колебаний на сравнительно значительное расстояние по разные стороны контролируемого участка практически не снижает чувствительности способа. Однако при контроле известным способом жесткого трубопровода значительного диаметра сразу возникает проблема как с фиксацией локальных зон, так и с обеспечением заданной чувствительности при удалении друг от друга мест возбуждения и измерения амплитуды упругих колебаний.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ акустического контроля трубопроводов, заключающийся в том, что в контролируемом участке трубопровода возбуждают импульсы свободных упругих колебаний, акустически путем фиксации нагружают последовательно все локальные зоны контролируемого участка трубопровода, для каждой локальной зоны производят по два измерения, первое из которых - без нагружения локальной зоны, а второе - при фиксации локальной зоны, принимая упругие колебания с измерением их частоты в максимально возможной близости от данной локальней зоны, и о наличии дефектов и их местоположении судят по наличию и местоположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением результатов в первом и втором измерениях /см. патент РФ №2117940, кл. G 01 N 29/04, 1998 [3] /, принятый за прототип.

Недостатками известного способа - прототипа являются ограниченные функциональные возможности и сравнительно низкая чувствительность. Это объясняется практически невозможностью жесткой фиксации локальных зон на трубопроводе с помощью вариантов фиксации, присущих известному способу. Более того, даже в случае реализации для трубопроводов такой фиксации невозможно осуществление жесткой равномерной фиксации локальной зоны по всему кольцевому контуру трубопровода и всей ширине локальной зоны, что приведет к низкой чувствительности способа, а также трудностям при регистрации скачка результатов в первом и втором измерениях.

Сущность изобретения заключается в том, что два различных состояния акустической нагрузки локальных зон трубопровода при двух измерениях создают замораживанием жидкости внутри трубопровода одновременно на всех локальных зонах /первое состояние/ и последующим постепенным размораживанием жидкости последовательно во всех локальных зонах /второе состояние/.

Технический результат - расширение функциональных возможностей способа и повышение его чувствительности.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе акустического контроля трубопроводов, заключающемся в том, что в контролируемом участке трубопровода возбуждают импульсы свободных упругих колебаний, изменяют акустическую нагрузку последовательно во всех лекальных зонах контролируемого участка трубопровода, для каждой локальной зоны производят по два измерения при разных акустических нагрузках зоны путем приема упругих колебаний с измерением их частоты в максимально возможней близости от данной локальной зоны, а о наличии дефектов и их местоположении судят по наличию и местоположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением результатов в первом и втором измерениях, особенность состоит в том, что два различных состояния акустической нагрузки в каждой из локальных зон создают замораживанием жидкости внутри трубопровода одновременно на всем его контролируемом участке и ее последующим постепенным размораживанием последовательно во всех локальных зонах данного участка.

На чертеже схематично изображено устройство для реализации предлагаемого способа контроля.

Устройство для акустического контроля трубопровода 1 на контролируемом участке между его поперечными сечениями А-А и В-В включает заполняющую данный участок трубопровода 1 жидкость 2 /обычную воду/, размеренное вблизи трубопровода 1 на протяжении контролируемого участка замораживающее устройство, в качестве которого, в частности, использована морозильная камера 3 продолговатой формы со щелевым приоткрытием обращенной к трубопроводу 1 дверцы /при соответствующих климатических условиях вместо морозильной камеры 3 целесообразно использовать для замораживания воды минусовую температуру внешней среды/, размораживающее устройство для последовательного размораживания локальных зон контролируемого участка трубопровода 1, выполненное в виде концентрично охватывающего трубопровод 1 узкого кольцевого магнитного пояса 4, представляющего собой соединенную концами гибкую плоскую катушку, подключенную к генератору CВЧ /на чертеже не показан/ и имеющую возможность перемещения вдоль трубопровода 1 в пределах контролируемого его участка /на чертеже механизм поступательного перемещения магнитного пояса 4 также не показан/, возбудитель 5 импульсов свободных упругих колебаний в трубопроводе 1, а также измеритель частоты данных колебаний в виде приемника 6, также имеющего возможность смещения вдоль трубопровода 1 с целью его расположения при каждом измерении вблизи соответствующей локальной зоны /магнитного пояса 4/, усилителя 7 и частотомера 8. Магнитный пояс 4 /потенциалометр/ /см. Ш.М.Алукер "Электрические измерения". Из-во "Колос", М., 1966, с.395) [4] / представляет собой плоскую катушку с обмоткой, состоящей из слоев, равномерно намотанных в одну сторону на сердечник из гибкого неферромагнитного материала. Концы пояса соединены между собой с образованием кольца, концы обмотки выведены к зажимам, подключенным к генератору СВЧ /на чертеже генератор не показан/.

Способ акустического контроля осуществляют следующим образом.

С помощью морозильной камеры 3 замораживают жидкость 2 внутри трубопровода 1 одновременно на всем его контролируемом участке, далее плавным перемещением магнитного пояса 4 вдоль трубопровода 1 постепенно и последовательно размораживают жидкость 2 во всех локальных зонах контролируемого участка, постоянно с помощью возбудителя 5 возбуждают в контролируемом участке трубопровода 1 импульсы свободных упругих колебаний, с помощью измерителя частоты 6, 7, 8, приемник 6 которого перемещают синхронно с магнитным поясом 4 так, чтобы он находился в максимально возможной близости от каждой локальной зоны, измеряют частоту упругих колебаний, при этом для каждой локальной зоны /каждого положения магнитного пояса 4/ производят по два измерения при разных акустических нагрузках данной локальной зоны: одно измерение - до включения генератора СВЧ, подключенного к обмотке пояса 4, то есть при замороженной данной локальной зоне, а второе измерение - после включения генератора СВЧ на требуемое для размораживания время, то есть после размораживания данной локальной зоны, и о наличии дефектов и их местоположении судят по наличию и местоположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением результатов измеряемой частоты упругих колебаний в первом и втором измерениях.

Принцип действия данного способа предельно прост. Если конкретная локальная зона, в которой производится измерение, без дефектов /трещин, раковин, и т.п., в том числе и скрытых дефектов/, то данная локальная зона имеет практически одинаковую жесткость что при ее замороженном, что при размороженном состояниях, наличие внутри локальной зоны при целостности трубопровода замороженного участка жидкости практически не влияет на ее жесткостные и, соответственно, частотные характеристики /в минимальной степени на единицы процента данное влияние проявляется/. Если же локальная зона с дефектом, то размораживание в ней жидкости приведет к скачкообразному уменьшению измеряемой частоты по сравнению с первым измерением, когда жидкость была заморожена. При этом максимальное приближение места приема свободных колебаний к данной локальной зоне позволяет резко повысить чувствительность способа измерения. При продолжении контроля на всем участке морозильное устройство 3 целесообразно не выключать, чтобы тот локальный участок, на котором уже было произведено измерение, был бы заморожен. Это также увеличивает чувствительность способа, так как понижение частоты колебаний в случае наличия дефектов на ранее размороженных участках не будет влиять на следующие участки, поэтому скачок частоты в двух измерениях в случае наличия дефекта будет более резким. Однако при технологических трудностях из-за осуществления одновременного замораживания /установки камеры 3/ и локального размораживания /смещения магнитного пояса 4/ возможно эти операции разделить, то есть полностью хорошо заморозить весь контролируемый участок и далее морозильную камеру 3 совсем убрать. При наличии соответствующих температурных условий /минусовой температуры окружающего воздуха/ процесс контроля естественно предельно упрощается.

Очевидно, что предложенный способ отличается существенной простотой и высокой чувствительностью, является практически универсальным, может быть использован для контроля практически любых трубопроводов не зависимо от их сложности, жесткости, габаритов, конфигурации. Фиксация путем замораживания жидкости надежна, равномерна по всему контуру и объему. Особенно предпочтительно применение данного способа при соответствующих климатических условиях, исключающих применение специальных замораживающих устройств. Степень замораживания должна быть должным образом ограничена во избежание повреждений магнитопровода при данном процессе.

Способ акустического контроля трубопроводов, заключающийся в том, что в контролируемом участке трубопровода возбуждают импульсы свободных упругих колебаний, изменяют акустическую нагрузку последовательно во всех локальных зонах контролируемого участка трубопровода, для каждой локальной зоны производят по два измерения при разных акустических нагрузках зоны путем приема упругих колебаний с измерением их частоты в максимально возможной близости от данной локальной зоны, а о наличии дефектов и их местоположении судят по наличию и местоположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением результатов в первом и втором измерениях, отличающийся тем, что два различных состояния акустической нагрузки каждой из локальных зон создают замораживанием жидкости внутри трубопровода одновременно на всем его контролируемом участке и ее последующим постепенным размораживанием последовательно во всех локальных зонах данного участка.