Устройство для электромагнитного контроля механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах



Устройство для электромагнитного контроля механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах
Устройство для электромагнитного контроля механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах
Устройство для электромагнитного контроля механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах
Устройство для электромагнитного контроля механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах

 


Владельцы патента RU 2462705:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") (RU)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Технический результат: возможность оценки механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах, недоступных для непосредственного контроля. Сущность: устройство содержит генератор с изменяемой частотой переменного тока, к выводам которого подключена дифференциальная схема с первым и вторым последовательными колебательными контурами. Каждый из контуров содержит последовательно соединенные амперметр, конденсатор с переменной величиной емкости и индуктивный преобразователь. Параллельно конденсатору первого колебательного контура подключен ключ. К каждому входу индуктивных преобразователей подключен полупроводниковый детектор сигналов и электрический RC-фильтр, состоящий из параллельно соединенных конденсатора и резистора с потенциометрическим выводом. Между потенциометрическими выводами резисторов подключен вольтметр. Первый колебательный контур имеет соотношение реактивных сопротивлений конденсатора и индуктивного преобразователя XC=2XL Второй колебательный контур имеет соотношение реактивных сопротивлений XL=XC. Геометрические размеры индуктивного преобразователя и конструктивный материал обеспечивают его центрирование и свободное скольжение в муфтовом соединении труб. 4 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля магнитной проницаемости и электропроводности изделий из ферромагнитных материалов, например, муфтовые соединения труб в скважинах, недоступные для непосредственного контроля.

Известно устройство для контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных материалов (А.с. Устройство для контроля физико-механических параметров ферромагнитных материалоя, SU G01N 27/90, 1193568, 23.11.85, бюл. №43).

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для контроля физико-механических параметров ферромагнитных материалов.

Устройство содержит генератор 1 с изменяемой частотой, соединенные последовательно параметрический индуктивный преобразователь 2, ключ 3 и эталонный резистор 4, подключенные к выходу генератора 1 с изменяемой частотой, соединенные последовательно амплитудный детектор 5, подключенный к эталонному резистору 4, и индикатор 6. Устройство содержит также компенсирующий конденсатор 7, подключенный параллельно индуктивному преобразователю 2 и ключу 3, и блок 8 измерений частоты, подключенный к генератору 1 с изменяемой частотой.

Для цепи из параллельно соединенных индуктивного преобразователя и конденсатора, подключенной к источнику переменного напряжения, удаление из цепи индуктивного преобразователя не изменяет амплитуды тока в неразветвленной части цепи, когда XC=2XL. Это видно из уравнения тока такой цепи ,

где - эквивалентная проводимость разветвления цепи;

- реактивная проводимость компенсирующего конденсатора;

g, bL - соответственно активная и реактивная проводимости индуктивного преобразователя. Из равенства получают ХС=2XL.

Измерения для контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных материалов выполняют следующим образом. В переменное магнитное поле индуктивного преобразователя помещают контролируемое изделие (не показано). Изменением частоты питающего генератора 1 при неизменном на его выходе напряжении и постоянной величине емкости компенсирующего конденсатора 7 добиваются такого состояния, когда при работающем ключе 3 прекратятся колебания стрелки индикатора 6. В этот момент прекращают изменять частоту генератора 1 и при помощи блока 8 измерения частоты измеряют рабочую частоту генератора 1. Компенсация удвоенной величины реактивной составляющей полного сопротивления индуктивного преобразователя позволяет повысить надежность и стабильность измерений за счет того, что рабочая частота генератора , определяемая из условия ХС=2XL, не зависит от активного сопротивления индуктивного преобразователя, поэтому влияние внешних условий, таких, как изменение температуры, сказывается в меньшей степени. Это является существенным достоинством.

Недостатком этого устройства для контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных материалов является недостаточная чувствительность к их незначительным изменениям.

Известно также устройство для контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных материалов с повышенной чувствительностью к их изменению (А.С. №1420513, G01N 27/90, 30.08.1988, бюл. №32, Устройство для контроля физико-механических параметров ферромагнитных изделий).

На фиг.2 представлена структурная схема этого устройства. Оно содержит генератор 1, неуравновешенный емкостный мост, образованный регулируемыми конденсаторами 2-4 и конденсатором 5 (регуляторы конденсаторов 2 и 4 кинематически связаны), последовательно соединенные параметрический преобразователь 6 и ключ 7, подключенные параллельно конденсатору 2 и образующие с ним параллельный контур, первый индикатор 8 напряжения, включенный в измерительную диагональ моста, и второй индикатор 9 напряжения, включенный параллельно конденсатору 5. Генератор 1 включен во входную диагональ моста.

Измерения для контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных материалов этим устройством выполняют следующим образом. При включении устройства на выходе генератора 1 появляется напряжение, поступающее на входную диагональ неуравновешенного емкостного моста, в измерительное плечо которого включен параметрический преобразователь 6. Амплитуду тока в цепи, содержащей конденсаторы 2 и 5, измеряют с помощью индикатора 9 напряжения. При периодическом замыкании ключа 7 показания индикатора 9 изменяются с частотой переключения. Емкость конденсатора 2 в измерительном плече моста изменяется до тех пор, пока колебания стрелки индикатора 9 не достигнут минимального значения. В этот момент прекращаются изменения емкости конденсатора 2 и работа ключа 7. С помощью конденсатора 3 с переменной емкостью в образцовом плече и индикатора 8 балансируют емкостный мост. Затем устанавливают преобразователь 6 на контролируемое изделие (на чертеже не показано), вновь включают ключ 7 и с помощью конденсатора 2 добиваются минимальных колебаний стрелки индикатора 9. а работу ключа 7 прекращают. С помощью индикатора 8 измеряется величина разбаланса неуравновешенного емкостного моста, связанная с изменением реактивной составляющей преобразователя 6. Индикатор 9 показывает величину падения напряжения на конденсаторе 5, пропорциональную току в цепи конденсаторов 2 и 5. В момент выполнения условия равенства реактивного сопротивления ХС конденсатора 2 удвоенной величине реактивного сопротивления XL преобразователя 6, т.е. ХС=2XL, которое осуществляется при работающем ключе 7, колебания стрелки индикатора 9 отсутствуют. Наличие связи между конденсатором 2 с переменной емкостью, соединенным параллельно с параметрическим преобразователем 6 и ключом 7 и включенным в измерительное плечо, и конденсатором 4 с переменной емкостью, включенным во вспомогательное плечо емкостного моста, приводит к тому, что разбаланс моста, обусловленный условием ХС=2XL измерительного плеча, может быть приведен к удвоенному его значению. Конденсатор 2 с переменной емкостью, включенный в измерительное плечо, выполняет функцию удвоенной величины реактивного сопротивления параметрического преобразователя

Описанное устройство имеет существенный недостаток. Его невозможно применить в тех случаях контроля физико-механических параметров изделий, когда необходимо сравнение с исправными изделиями, а неисправные изделия недоступны для непосредственной оценки их состояния.

Наиболее близким по своей сути является устройство для электромагнитного контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных электропроводящих материалов, принятое за прототип, с помощью которого осуществляется сравнение полных сопротивлений индуктивных преобразователей, включенных в дифференциальную схему с двумя последовательными резонансными контурами (Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник. Под ред. Г.С.Самойловича. М., Машиностроение, 1986, рис.78, стр.269). Резонансные контуры настроены на резонанс напряжения, который возникает при равенстве реактивных сопротивлений индуктивной катушки ХL и конденсатора ХС, т.е. XLС. Использование последовательной резонансной электрической цепи при измерениях электропроводности, толщины листов стенки труб позволяет уменьшить влияние изменения зазора между индуктивной катушкой и изделием в пределах до 0,2 мм. Однако влияние температуры на результаты измерений исключить нельзя. Это является недостатком способа - прототипа.

Задача предлагаемого изобретения - расширение возможностей применения устройства для электромагнитного контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных материалов для оценки механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах (фиг.3. Схема участка муфтового соединения труб в скважинах). На схеме обозначено: 1 - обсадная труба скважины, 2 - труба, например, насоса скважины, 3 - муфта резьбового соединения труб, 4 - индуктивный преобразователь.)

Технический результат достигается тем, что электрическая схема, показанная на фиг.4, с помощью которой реализуется устройство, содержит генератор с изменяемой частотой переменного тока 1, к выводам которого подключена дифференциальная схема с двумя последовательными колебательными контурами. Первый колебательный контур содержит последовательно соединенные амперметр 2, конденсатор с переменной величиной емкости 3, который может отключаться и включаться с помощью ключа 5, и индуктивный преобразователь 4. Второй колебательный контур содержит последовательно соединенные амперметр 6, конденсатор с переменной величиной емкости 7 и индуктивный преобразователь 8. Вывод генератора 1, к которому подключены выходы индуктивных преобразователей 4 и 8, образует электрическую шину (общий проводник, к которому подключаются другие электрические элементы). Разностный сигнал переменного тока от входов индуктивных преобразователей 4 и 8 преобразуется в сигнал постоянного тока с помощью двух полупроводниковых детекторов диодов 9 и 12 и двух электрических RC-фильтров, состоящих из конденсаторов 10 и 12 и резисторов 11 и 14, имеющих потенциометрические выводы. К потенциометрическим выводам резисторов 11 и 14 подключен вольтметр 15.

Первый последовательный резонансный контур настраивается на резонансное явление, возникающее при условии равенства величины реактивного сопротивления конденсатора 3 удвоенной величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя 4. Это достигается следующим образом. Для цепи из последовательно соединенных конденсатора и индуктивного преобразователя, подключенной к источнику переменного напряжения, короткое замыкание пластин конденсатора не приводит к изменению амплитуды тока в индуктивном преобразователе, когда величина удвоенного реактивного сопротивления индуктивного преобразователя XL равна величине реактивного сопротивления конденсатора ХС. Это видно из уравнения тока в преобразователе при включенном в цепь и выключенном из цепи конденсаторе при условии XC=2XL.

где Rд - активное сопротивление преобразователя (датчика).

При невыполнении условия ХС=2XL уменьшается величина тока индуктивного преобразователя.

Второй последовательный резонансный контур настраивается на явление резонанса напряжений. Оно возникает при условии равенства величины реактивного сопротивления конденсатора 7 величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя 8, т.е. ХС=XL.

Частота переменного тока генератора при электромагнитном контроле и оценке механической прочности резьбового соединения труб в скважинах с помощью муфт, фиг.3, устанавливается такой, при которой глубина распределения вихревых токов, возникающих в электропроводящем материале, была бы равна не более суммы толщины стенки трубы и половины толщины стенки муфты. Расчет распределения вихревых токов по глубине h электропроводящего материала производится по формуле (Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник. Под ред. Г.С.Самойловича. М., Машиностроение, 1986, стр.208).

h=1/√πfσµ,

где π - число 3,14; f - частота переменного тока,

σ - электрическая проводимость; µ - магнитная проницаемость.

При размещении индуктивных преобразователей в зоне контроля механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах и наружного образца муфтового соединения необходимо обеспечить центровку индуктивного преобразователя. Это достигается тем, что индуктивный преобразователь (катушка) размещается на каркасе, выполненном из пластмассы с малым коэффициентом трения скольжения (например, фторопласт), ширина намотки катушки меньше длины резьбовой части муфты, каркас выполняется длиной не менее чем в три раза больше длины муфты и должен перемещаться в муфтовых соединениях трубы со свободным сложением.

Измерение предлагаемым устройством осуществляется следующим образом. В электромагнитное поле первого и второго индуктивных преобразователей размещают в доступном для контроля образце с заведомо исправным резьбовым соединением трубы скважины с помощью муфты (фиг.3). Изменяют величину емкости конденсатора 3 первого резонансного контура и при работающем ключе 5 добиваются отсутствия колебания стрелки амперметра 2. Так создают условие равенства XC=2XL, при котором работает первый резонансный контур. Ключ 5 оставляют в разомкнутом состоянии (фиг.4).

Изменяют величину емкости конденсатора 7 второго резонансного контура и добиваются максимального показания амперметра 6. Это одно из условий возникновения резонанса напряжений, когда XLС (фиг.4).

Изменяют положения потенциометрических выводов резисторов 11 и 14, добиваются отсутствия показания вольтметра 15 (фиг.4).

Индуктивный преобразователь первого резонансного контура помещают поочередно в муфтовые соединения по всей длине трубы в скважине (фиг.3) и по отклонению от нулевого значения показания вольтметра 15 (фиг.4) судят о механической прочности конкретного муфтового соединения трубы в скважине. Резьбовое соединение трубы с помощью муфты может быть нарушено коррозионным процессом, либо когда в начале эксплуатации резьбовое соединение выполнено некачественно.

Измерения предлагаемым устройством позволят предупредить при выемке трубы, например скважинного насоса, аварию, которая значительно усложнит ремонт скважины.

Устройство для электромагнитного контроля механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах, содержащее генератор с изменяемой частотой переменного тока, к выводам которого подключена дифференциальная схема с двумя, первым и вторым, последовательными колебательными контурами, каждый из которых содержит последовательно соединенные амперметр, конденсатор с переменной величиной емкости и индуктивный преобразователь, параллельно конденсатору первого колебательного контура подключен ключ, к каждому входу индуктивных преобразователей подключен полупроводниковый детектор сигналов и электрический RC-фильтр, состоящий из параллельно соединенных конденсатора и резистора с потенциометрическим выводом, между потенциометрическими выводами резисторов подключен вольтметр, вывод генератора, к которому подключены выходы индуктивных преобразователей и RC-фильтров, образует электрическую шину, отличающееся тем, что первый колебательный контур имеет соотношение реактивных сопротивлений конденсатора и индуктивного преобразователя, равное XC=2XL, второй колебательный контур имеет соотношение реактивных сопротивлений конденсатора и индуктивного преобразователя, равное XL=XC, a геометрические размеры индуктивного преобразователя и конструктивный материал обеспечивают его центрирование и свободное скольжение в муфтовом соединении труб.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неразрушающему контролю. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов и может быть использовано для измерения толщин тонких неферромагнитных покрытий из висмута, свинца, цинка, кобальта, кадмия и их сплавов, имеющих меньшую электропроводность, чем неферромагнитные основания из меди, латуней, бронз, серебра и т.п.

Изобретение относится к измерительной технике, контролю линейных перемещений габаритных валов роторных машин. .

Изобретение относится к неразрушающему контролю. .

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для оценки состояния электропроводящих изделий, например оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов.

Изобретение относится к неразрушающему контролю трубопроводов. .

Изобретение относится к устройствам измерения толщины стенки трубок и может быть использовано как средство неразрушающего контроля при массовом производстве, в частности в процессе производства тепловыделяющих элементов атомных реакторов.

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля качества изделий и может быть использовано в авиационной и машиностроительной промышленностях для дефектоскопии точечных сварных соединений из немагнитных металлов.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в процессе изготовления многослойных изделий. .

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля отверстия, не являющегося прямолинейным и/или имеющего сечение, не являющееся круглым, в частности отверстия в диске ротора газотурбинного двигателя

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля продольно-протяженных изделий типа проволоки, прутков или труб

Изобретение относится к магнитографической дефектоскопии

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при диагностике трубопроводов из ферромагнитных материалов

Изобретение относится к определению реперов интересующих точек в зоне (10, 20) поверхности детали (100), включающему в себя установление плотного контакта в упомянутой зоне поверхностного контрольного образца (11, 21), представляющим собой тонкий и достаточно эластичный слой, чтобы соответствовать форме зоны; при этом тонкий слой содержит трассы электропроводящего материала; при этом при проходе зонда (30) с токами Фуко по трассе подается значащий и характерный сигнал трассы; при этом данный характерный сигнал соответствует реперу интересующей точки, определяемым таким образом в упомянутой зоне

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в промышленности для контроля осевого смещения и поперечного биения валов

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использовано для дефектоскопии и контроля электрических, магнитных и геометрических свойств объектов из электропроводящих материалов

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах. Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе контролируемый объект намагничивают постоянным магнитным полем, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя на контролируемом участке вихревые токи, регистрируют вносимое в вихретоковый преобразователь напряжение U _ в н и по нему судят о наличии дефектов, и согласно изобретению путем изменения параметра Р, регулирующего воздействие постоянного магнитного поля на контролируемый объект, плавно изменяют напряженность Н постоянного магнитного поля от минимальной величины до максимальной, регистрируют максимум Uмax амплитуды вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U _ в н и величину соответствующего ему значения параметра Р, а параметры дефекта оценивают по совокупности значений Uмах и Р. Технический результат - повышение чувствительности и информативности контроля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх