Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп



Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп
Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп
Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп
Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп
Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп

 


Владельцы патента RU 2626744:

Акционерное общество "Транснефть-Диаскан" (АО "Транснефть-Диаскан") (RU)
Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") (RU)

Использование: для внутритрубного обследования трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп оснащен устройством измерения скорости звука в перекачиваемой жидкости V и блоком автоматической регулировки длительности временного окна ΔT во время контроля по формуле: ΔT=ΔT°V°/V, где ΔТ° - длительность окна при контроле в жидкости с минимальной скоростью звука V°. Конструкция носителя п ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей обеспечивает длину пути ультразвукового импульса, от точки отражения от внутренней поверхности трубы до ближайшего элемента носителя, не менее ΔT°V°/2+ΔНп, где ΔНп - максимально допустимый износ полоза носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. Технический результат: расширение диапазона контролируемых толщин стенки трубы в сторону увеличения при перекачивании разнородных жидкостей и упрощение требований к конструкции носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области ультразвукового неразрушающего контроля и может быть использовано при внутритрубном обследовании трубопроводов.

Известен ультразвуковой дефектоскоп (Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 3: И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. Ультразвуковой контроль. - 2-е издание., испр. - М.: Машиностроение, 2008-864 с.: ил.), оснащенный контактными наклонными ультразвуковыми пьезоэлектрическими преобразователями, с помощью которых возбуждают импульсы поперечной волны в объекте контроля. В состав дефектоскопа входит электронный блок возбуждения преобразователей и регистрации эхосигналов, блок анализа эхосигналов, зарегистрированных в зоне действия временного окна фиксированной длительности, которое начинается в момент вхождения импульса в объект контроля, а длительность окна равна времени прохождения однократно отраженного луча через объект контроля.

Такая длительность временного окна обеспечивает возможность регистрации дефектов независимо от их положения в стенке трубы. При контактном способе ввода ультразвуковых колебаний в объект контроля время регистрации эхосигнала от поверхности объекта контроля неизменно во время контроля. Это позволяет точно выставить начало временного окна после эхосигнала от поверхности.

Дефектоскоп с контактным способом ввода ультразвуковых колебаний в объект контроля может быть использован для экспертной оценки при контроле трубопроводов с внешней стороны.

Известны ультразвуковые автоматические установки для иммерсионного контроля (через слой жидкости большой толщины), например листового проката [Методы акустического контроля металлов / Н.П. Алешин, В.Е. Белый, А.Х. Вопилкин и др.: Под ред. Н.П. Алешина. - М.: Машиностроение, 1989. - 456 с.]. В состав установок входит дефектоскоп, подобный применяемому при контактном способе контроля, в котором используется временное окно фиксированной длительности. В состав установки входят большое число ультразвуковых преобразователей, закрепленных на носителе, обеспечивающем требуемую ориентацию преобразователей относительно поверхности объекта контроля.

Автоматические установки позволяют проводить контроль с высокой скоростью. Однако, при контроле крупногабаритных изделий, например, листового проката с неровной поверхностью, трудно выдержать постоянным расстояние между преобразователями и поверхностью объекта контроля. Из-за этого в зону действия временного окна фиксированной длительности может попасть эхосигнал от поверхности изделия, который может быть принят за эхосигнал от дефекта.

Известен дефектоскоп для иммерсионной автоматической установки [авторское свидетельство №166160, 1964 г., БИ №24], в котором регистрируется эхосигнал от поверхности изделия, а действие временного окна начинается с задержкой относительно этого момента, равной длительности эхосигнала от поверхности изделия. Длительность временного окна устанавливается фиксированной, исходя из результатов расчета времени прохождения ультразвукового импульса до наиболее удаленного дефекта в контролируемом изделии заданной толщины.

В автоматических иммерсионных установках используется жидкость с известной скоростью звука, например вода. Поэтому в процессе контроля угол ввода ультразвуковых колебаний в объект контроля остается постоянным. Кроме того, заранее известна толщина объекта контроля. Это позволяет без проблем выставить требуемую длительность временного окна.

При внутритрубной дефектоскопии контроль производится при перекачивании разнородных жидкостей с разной скоростью звука. Трубопроводы делают из труб с разной толщиной стенки, которая может сильно меняться даже на одном контролируемом участке. Это необходимо учитывать при задании длительности временного окна.

Известен внутритрубный дефектоскоп [Руководство к эксплуатации устройства Pipetronix UltraScan 28''/32'' фирмы Pipetronix (ФРГ)], включающий множество ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, ориентированных под заданным углом к поверхности трубы для возбуждения в материале трубы поперечной волны, носитель преобразователей, состоящий из приспособлений для крепления преобразователей, установленных на полозах заданной высоты, электронный блок возбуждения преобразователей и регистрации эхосигналов, блок анализа эхосигналов, зарегистрированных в зоне действия временного окна фиксированной длительности, которое начинается после регистрации эхосигнала от внутренней поверхности и имеет длительность не меньше времени прохождения однократно отраженного луча через стенку трубы.

При внутритрубном контроле длительность временного окна должна позволять проводить контроль труб с максимальной толщиной стенки однократно отраженным лучом при изменении скорости звука в перекачиваемой жидкости в большом диапазоне.

Недостаток дефектоскопа заключается в использовании временного окна фиксированной длительности. Это ограничивает возможность контроля труб с большой толщиной стенки и ужесточает требование к конструкции носителя при перекачивании жидкостей с разной скоростью звука.

Техническим результатом заявляемого внутритрубного ультразвукового дефектоскопа является расширение диапазона контролируемых толщин стенки трубы в сторону увеличения при перекачивании разнородных жидкостей и упрощение требований к конструкции носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей.

Технический результат достигается тем, что внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп, включающий множество ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, ориентированных под заданным углом к поверхности трубы для возбуждения в материале трубы поперечной волны, носитель ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, состоящий из приспособлений для крепления ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, установленных на полозьях заданной высоты, электронный блок возбуждения ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей и регистрации эхосигналов, блок анализа эхосигналов, зарегистрированных в зоне действия временного окна, которое начинается после регистрации эхосигнала от внутренней поверхности трубы и имеет длительность не меньше времени прохождения однократно отраженного луча через стенку трубы, дополнительно оснащен устройством измерения скорости звука в перекачиваемой жидкости V и блоком автоматической регулировки длительности временного окна ΔT во время контроля по формуле:

ΔT=ΔT°V°/V,

где

ΔТ° - длительность окна при контроле в жидкости с минимальной скоростью звука V°.

Кроме того, конструкция носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей обеспечивает длину пути ультразвукового импульса от точки отражения от внутренней поверхности трубы до ближайшего конструкционного элемента носителя носитель ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей не менее

ΔT°V°/2+ΔНп,

где

ΔНп - максимально допустимый износ полоза носителя носитель ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей.

На фиг. 1 показан носитель ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь.

2. Приспособление для крепления ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя.

3. Ультразвуковой луч, излученный ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем в жидкость.

4. Перекачиваемая жидкость.

5. Стенка трубы.

6. Полоз носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей.

7. Расстояние от ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя до внутренней поверхности трубы.

8. Ультразвуковой луч в стенке трубы.

9. Дефект на внутренней поверхности трубы.

На фиг. 2 изображена осциллограмма сигналов, регистрируемых ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

10. Зондирующий сигнал.

11. Эхосигнал от внутренней поверхности трубы.

12. Эхосигнал от дефекта в стенке трубы.

13. Эхосигнал от конструкционных элементов носителя.

14. Временное окно регистрации эхосигналов из стенки трубы.

На фиг. 3 приведены зависимости изменения времени регистрации эхосигналов относительно момента регистрации эхосигнала от внутренней поверхности ΔT в зависимости от скорости звука в перекачиваемой жидкости V, построенные для разной толщины стенки трубы Н.

На фиг. 4 приведены зависимости ΔT(V) построенные для разных значений угла падения β (фиг. 1) и длины луча L (фиг. 1).

На фиг. 5 показана примерная блок-схема предлагаемого дефектоскопа.

На фиг. 5 приняты следующие обозначения:

1. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь.

15. Блок возбуждения ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 1 и регистрации эхосигналов.

5. Стенка трубы.

16. Блок анализа эхосигналов.

17. Накопитель данных.

18. Блок автоматической регулировки длительности временного окна.

19. Устройство измерения скорости звука в перекачиваемой жидкости.

20. Ультразвуковой преобразователь для измерения скорости звука.

21. Отражатель.

22. Поток перекачиваемой по трубопроводу жидкости.

23. Блок возбуждения преобразователя и приема ультразвуковых импульсов.

24. Блок вычисления скорости звука.

25. Герметичная оболочка для размещения электронных блоков.

При внутритрубном ультразвуковом контроле используется иммерсионный эхометод контроля. Для выявления дефектов типа трещина и риска ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1 (фиг. 1) закрепляется в приспособление 2 (фиг. 1) таким образом, чтобы обеспечить заданный угол падения β ультразвуковых лучей 3 (фиг. 1) из жидкости 4 (фиг. 1), перекачиваемой по трубопроводу, на внутреннюю поверхность стенки трубы 5 (фиг. 1), для возбуждения в материале трубы импульса поперечной волны. Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп оснащается большим количеством ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, работающих в совмещенном режиме (излучение/прием), для осуществления контроля всего поперечного сечения трубы. Приспособление крепления ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей 2 (фиг. 1) устанавливается на полозья 6 (фиг. 1), как правило, изготовленные из полиуретана, которые обеспечивают заданное расстояние 7 (фиг. 1) от ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 1 (фиг. 1) до внутренней поверхности стенки трубы 5 (фиг. 1). Приспособление 2 (фиг. 1) и полозья 6 (фиг. 1) вместе с элементами крепления представляют собой конструктивный узел - носитель ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей.

Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп перемещается внутри трубопровода под давлением перекачиваемой жидкости. Преобразователь 1 (фиг. 1) возбуждает импульс упругой волны ультразвукового луча 3 (фиг. 1) в перекачиваемой жидкости 4 (фиг. 1). Меньшая часть энергии ультразвукового луча 3 (фиг. 1) входит в стенку трубы 5 (фиг. 1) под углом α (луч 8 (фиг. 1)) и отражается от дефекта 9 (фиг. 1) при его наличии (в данном случае дефект расположен на внутренней поверхности стенки трубы). Основная часть энергии волны (приблизительно 90%) отражается от внутренней поверхности стенки трубы 5 (фиг. 1) в сторону ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 1 (фиг. 1) и конструкционных элементов носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей - луч L (фиг. 1).

Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1 (фиг. 1) после его возбуждения электрическим импульсом регистрирует несколько сигналов. Первым регистрируется зондирующий импульс 10 (фиг. 2) - реакция ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя на возбуждение. Вторым регистрируется эхосигнал 11 (фиг. 2) - отражение от внутренней поверхности трубы 5 (фиг. 1), третьим - эхосигнал 12 (фиг. 2) от дефекта 6 (фиг. 1) при его наличии. Четвертым - эхосигнал 13 (фиг. 2), возникающий в результате попадания на конструкционные элементы носителя ультразвукового импульса, отраженного от внутренней поверхности трубы.

Для регистрации эхосигналов из стенки трубы используется временное окно 14 (фиг. 2), которое начинается после регистрации эхосигнала 11 (фиг. 2) и имеет длительность не меньше времени прохождения однократно отраженного луча через стенку трубы.

Длительность окна 14 (фиг. 2) определяет максимальное значение контролируемой толщины стенки.

Начало временного окна жестко «привязывают» к эхосигналу от внутренней поверхности трубы 11 (фиг. 2), чтобы при увеличении расстояния 7 (фиг. 1) от преобразователя 1 (фиг. 1) до поверхности трубы, что происходит при наезде полоза носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей на валик усиления сварного шва или на вмятину в стенке трубы, эхосигнал 11 (фиг. 2) не попал в зону действия временного окна 14 (фиг. 2).

Причиной появления эхосигнала 13 (фиг. 2) может быть не только отражение от приспособления крепления ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 2 (фиг. 1), но и отражение от других ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, что может произойти при плотном их расположении на носителе ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, как, например [патент на полезную модель №159204], или от края полоза носителя 6 (фиг. 1). Сигнал может сильно увеличиться по амплитуде, если в месте отражения появится налипшая во время контроля грязь. Для того чтобы эхосигнал 13 (фиг. 2) не был интерпретирован как эхосигнал от дефекта, он не должен попасть во временное окно 14 (фиг. 2). В противном случае возникают проблемы при использовании программы автоматического поиска дефектов при обработке зарегистрированной информации. Кроме того, из-за регистрации эхосигнала 13 (фиг. 2) будет производиться постоянная запись в накопитель внутритрубного ультразвукового дефектоскопа большого количества лишней информации, что может привести к его переполнению до окончания контроля участка трубопровода.

Конструирование носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей внутритрубного ультразвукового дефектоскопа для контроля труб с толстой стенкой сопряжено с решением трудной задачи. Чтобы эхосигнал 13 (фиг. 2) не попал во временное окно 14 (фиг. 2), необходимо увеличить длину луча L (фиг. 1), но без увеличения расстояния 7 (фиг. 1), которое выбирается из условия надежной регистрации эхосигнала от внутренней поверхности трубы 11 (фиг. 2), используемого в бортовом алгоритме обработки зарегистрированной информации. При этом необходимо надежно закрепить преобразователь 1 (фиг. 1) в приспособлении 2 (фиг. 1).

Внутритрубный контроль проходит при перекачивании по трубопроводу разнородных жидкостей с разными скоростями звука. Наибольшее время регистрации эхосигнала от дефекта 12 (фиг. 2) будет при контроле однократно отраженным лучом, как показано на фиг. 1, в жидкости с минимальной скоростью звука, когда угол ввода α (фиг. 1) ультразвуковых колебаний в стенку трубы будет максимальным. Если использовать временное окно 14 (фиг. 2) фиксированной длительности, как делается в прототипе, и эхосигнал 13 (фиг. 2) при этом будет регистрироваться на границе окна, как показано на фиг. 2, то при увеличении скорости звука в жидкости этот сигнал попадет в зону действия временного окна 14 (фиг. 2). Поэтому время регистрации эхосигнала 13 (фиг. 2) необходимо отодвинуть от временного окна. Для этого конструкция носителя должна обеспечить необходимую длину луча L (фиг. 1) - длину пути ультразвукового импульса, от точки отражения от внутренней поверхности трубы до ближайшего конструкционного элемента носителя.

На фиг. 3 представлен результат расчета по формулам (1) и (2) времени регистрации эхосигнала от дефекта ΔТд и от элементов носителя ΔТн относительно момента регистрации эхосигнала от внутренней поверхности трубы 11 (фиг. 2):

где Н - толщина стенки трубы; L - длина луча L (фиг. 1); Vt - скорость поперечной волны в материале стенки трубы; V - скорость звука в перекачиваемой жидкости.

Значение угла ввода α (фиг. 1) может быть определено из известного соотношения Снеллиуса:

α=arcsin[(Vt/V)sinβ].

Расчеты выполнены для случая падения ультразвуковых лучей на внутреннюю поверхность трубы под углом β (фиг. 1), равным 17°, и скорости поперечной волны в металле Vt, равной 3230 м/с. При угле 17° в нефти со средним значением скорости звука угол ввода α (фиг. 1) составляет 45°. Это рекомендуемое значение для внутритрубного контроля [Современное состояние внутритрубного ультразвукового неразрушающего контроля сварных швов / Г. Добман, О.А. Барбиан, X. Виллемс: Дефектоскопия. 2007. №11. С. 63-71].

На фиг. 3 сплошными линиями показано изменение значения ΔТд при контроле однократно отраженным лучом стенки трубы с разным значением толщины Н. Пунктирной линией показано изменение значения ΔТн при разной длине луча L (фиг. 1).

Зависимости на фиг. 3 построены для реального диапазона скоростей звука в перекачиваемых по трубопроводам жидкостях. На испытательном трубопроводном полигоне АО «Транснефть-Диаскан», представляющем собой замкнутый трубопровод, используется жидкость (вода с добавкой глицерина) со скоростью звука приблизительно 1580 м/с. При первом контроле построенных трубопроводов обычно используется вода из ближайших водоемов со скоростью звука 1480…1500 м/с. В разных сортах нефти при температуре приблизительно 20°С значение скорость звука может находиться в диапазоне 1300…1420 м/с. Если учесть, что температура нефти при контроле может быть 0…50°С, а температурный коэффициент скорости звука в нефти равен минус 4 м/с на градус, то диапазон возможных значений скорости звука в нефти существенно расширяется - 1180…1500 м/с.

При изменении скорости звука в жидкости время регистрации эхосигнала 13 (фиг. 2) и эхосигнала от дефекта 12 (фиг. 2) изменяется однонаправлено, как видно из данных на фиг. 3. При уменьшении скорости звука эхосигнал 13 (фиг. 2) будет регистрироваться позже по времени, при увеличении - наоборот. Аналогично будет со временем регистрации эхосигнала от дефекта. Например, при уменьшении скорости звука угол ввода ультразвуковой волны в стенку трубы α (фиг. 1) будет увеличиваться, что приведет к увеличению длины пути ультразвукового импульса в стенке трубы и, соответственно, времени регистрации эхосигнала от дефекта 12 (фиг. 2).

В заявленном внутритрубном ультразвуковом дефектоскопе предлагается длительность временного окна 14 (фиг. 2) изменять в процессе контроля обратно пропорционально значению скорости звука в перекачиваемой жидкости по закону, совпадающему с зависимостью изменения относительного времени регистрации эхосигнала 13 (фиг. 2) при изменении V.

Если у конкретного носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей длина L (фиг. 1) равна 40 мм, то чтобы эхосигнал от элементов носителя не попал в зону действия окна с фиксированной длительностью, которое используется в прототипе, при наибольшей скорости звука в жидкости 1580 м/с длительность окна должна быть не больше 50 мкс, как видно из данных на фиг. 3. В этом случае можно гарантировать проведение контроля однократно отраженным лучом стенок трубы с максимальной толщиной не более 24 мм во всем диапазоне изменения V. При большей толщине эхосигнал от дефекта не попадет в зону действия такого временного окна при контроле в жидкости с наименьшей скоростью звука.

Если изменять в процессе контроля длительность временного окна в зависимости от скорости V, как предлагается в изобретении, например, по пунктирной линии, построенной для L=40 мм, то с тем же носителем ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей можно контролировать стенки толщиной 32 мм. Как видно из фиг. 3, эхосигнал от дефекта будет попадать в зону действия окна даже при минимальной скорости звука в жидкости.

Таким образом, независимо от конкретной конструкции носителя, изменение длительности окна в зависимости от скорости звука в перекачиваемой жидкости позволяет существенно расширить диапазон контролируемых толщин в сторону увеличения более чем на 30%.

Если не стоит задача контроля сверхтолстых труб, то использование изобретения позволяет существенно ослабить требование к конструкции носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. Например, как видно из фиг. 3, для контроля стенки толщиной 24 мм достаточно, чтобы конструкция носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей обеспечила длину L (фиг. 1) около 30 мм вместо 40 мм, как при использовании временного окна с фиксированной длительностью.

Реализация изобретения состоит в следующем.

До проведения контроля трубопровода требуется выставить первоначальную длительность временного окна ΔТ°. Для этого, в жидкости с минимальной скоростью звука V° из заданного диапазона на образце с наибольшей толщиной, которую необходимо контролировать данным дефектоскопом, с искусственным дефектом, например, в виде прямоугольного паза, при заданном угле падения β определяют время регистрации эхосигнала от дефекта ΔТд при контроле однократно отраженным лучом. Если готовить дефектоскоп к контролю в нефти, то в качестве жидкости с минимальной скоростью можно использовать бензин марок А-92 или А-95, скорость звука в которых равна 1175…1190 м/с.

Полученное таким способом значение ΔТ° следует рассматривать как минимально допустимое значение. Для того чтобы исключить случаи пропуска дефекта из-за выхода эхосигнала за пределы временного окна при увеличении угла падения, что происходит, например, при наезде полоза на валик усиления сварного шва, необходимо длительность окна сделать немного больше. Эта операция проводится всего один раз при настройке дефектоскопа в цеховых условиях.

В процессе контроля трубопровода требуется измерять скорость звука в перекачиваемой жидкости V, а длительность временного окна ΔТ устанавливать, исходя из расчетов по формуле:

В этом случае значение ΔT будет изменятся от V подобно изменению времени регистрации эхосигнала от конструкционных элементов носителя - по одной из пунктирных линий на фиг. 3.

Для того чтобы эхосигнал от элементов носителя не попал в зону действия временного окна ΔT, определенного по формуле (3), требуется, чтобы конструкция носителя дефектоскопа обеспечила необходимую длину пути ультразвукового импульса от точки отражения от внутренней поверхности трубы до ближайшего элемента носителя L (фиг. 1). Это требование означает, что пунктирная линия изменения ΔT на фиг. 3 должна быть выше сплошной линии, построенной для максимальной толщины стенки трубы во всем заданном диапазоне значений скорости звука в перекачиваемой жидкости. Особенно трудно добиться требуемого значения L при минимальной скорости звука и углах падения более 17°. На фиг. 4 показаны данные расчета по формуле (1) для углов падения 17°, 18° и 19° на поверхность стенки толщиной 29 мм (сплошные линии). Пунктирными линиями показаны результаты расчета по формуле (2) для разных значений длины L (фиг. 1).

Предлагается использовать в дефектоскопе носитель, конструкция которого обеспечивает длину L (фиг. 1), определенную из условия:

где ΔТ° - длительность временного окна при контроле в жидкости с минимальной скоростью звука V°.

В этом случае время регистрации эхосигнала от наиболее удаленного дефекта Тд будет раньше по времени, чем время регистрации эхосигнала 13 (фиг. 2) - Тн, во всем диапазоне заданных значений скорости звука в перекачиваемой жидкости.

У большинства труб шероховатость внутренней поверхности составляет 40…50 RZ, а полозья носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей выполнены из полиуретана. В результате происходит интенсивный износ полозьев и их приходится менять приблизительно через каждые 600 км проконтролированной длины трубопровода. Из-за износа полоза уменьшается длина луча L (фиг. 1). Если этого не учитывать при конструировании носителя, то эхосигнал 13 (фиг. 2) от конструкционных элементов носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей попадет в зону действия окна при износе полоза.

В эксплуатационной документации на дефектоскоп задается максимально допустимый износ полоза ΔНп, при достижении которого полоз требуется заменить. Изменение времени регистрации эхосигнала 13 (фиг. 2) - ΔТн, из-за износа полоза, можно рассчитать по формуле:

ΔТн=2ΔНп/(Vcosβ).

Расчет для случая угла падения β (фиг. 2), равного 17°, скорости звука V, равной 1180 м/с, и ΔНп, равного 4 мм, дает значение ΔТн, равное 7 мкс. Расчет для скорости в жидкости 1580 м/с дает значение ΔТн, равное 5,5 мкс. Т.е. ΔТн не сильно зависит от значения V.

Следует заметить, что сказанное выше актуально и при использовании временного окна с фиксированной длительностью, которое используется в прототипе.

Предлагается, с целью учета износа полоза носителя, использовать носитель, который обеспечивает величину L (фиг. 1) для случая максимально допустимого износа полоза носителя. Для этого вычисленную по формуле (4) длину L (фиг. 1) надо увеличить на ΔL, рассчитанную по формуле:

ΔL=ΔНп/cosβ.

Обычно ΔНп равно 4 мм. Получается, что при угле β, равном 17°, величина ΔL будет равна 4,18 мм, при 18° - 4,21 мм, при 19° - 4,23 мм. Т.е. при углах, наиболее часто используемых при внутритрубном контроле, можно считать, что ΔL=ΔНп.

С учетом сказанного, условие для определения необходимой длины L (фиг. 1) будет выглядеть следующим образом:

В процессе конструирования носителя всегда есть возможность оценить длину луча L (фиг. 1) до ближайшего отражателя с учетом кривизны трубы. Знание минимально допустимой длины L (фиг. 1), полученной из (5), позволяет правильно расположить большое количество преобразователей на носителе, чтобы эхосигналы, возникающие в результате попадания на соседние преобразователи и элементы носителя ультразвуковых импульсов, отраженных от внутренней поверхности трубы, не попали в зону действия временного окна.

Для реализации изобретения требуется оснастить дефектоскоп устройством измерения скорости звука в перекачиваемой жидкости в процессе контроля.

Широко известны устройства, в которых для определения скорости звука измеряется время распространения импульса упругой волны на известном расстоянии от преобразователя до отражателя. Для возбуждения импульса проще всего использовать пьезоэлектрический преобразователь. Основные элементы электронных схем устройства не отличаются от обычно используемых во внутритрубных толщиномерах, которыми, по крайней мере, в небольшом количестве оснащены все дефектоскопы для выявления трещин.

На фиг. 5 показана примерная блок-схема предлагаемого дефектоскопа. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1 (фиг. 5) соединен с блоком возбуждения ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя и регистрации эхосигналов 15 (фиг. 5). Ультразвуковой импульс падает на поверхность стенки трубы 5 (фиг. 5) под заданным углом β. В стенке трубы возбуждается поперечная волна под углом α. При наличии дефекта возникает отраженный импульс, который регистрируется преобразователем 1 (фиг. 5) и после обработки в блоке 15 (фиг. 5) поступает в блок анализа эхосигналов 16 (фиг. 5) и далее в накопитель данных 17 (фиг. 5). Анализу подвергаются только те эхосигналы, которые по времени регистрации оказались в зоне действия временного окна, длительность которого регулируется в блоке 18 (фиг. 5). Исходной информацией для изменения длительности временного окна является значение скорости звука в перекачиваемой жидкости V, которая измеряется с помощью устройства 19 (фиг. 5). В состав устройства входят ультразвуковой преобразователь 20 (фиг. 5) и отражатель 21 (фиг. 5). В корпусе устройства 19 (фиг. 5) предусмотрены отверстия для перетекания через него перекачиваемой по трубопроводу жидкости 22 (фиг. 5). Преобразователь 20 (фиг. 5) закреплен на известном расстоянии от отражателя 21 (фиг. 5). Для возбуждения преобразователя 20 (фиг. 5) и приема ультразвуковых импульсов используется блок 23 (фиг. 5). В блоке 24 (фиг. 5) измеряется время прохождения ультразвуковым импульсом до отражателя и обратно и производится вычисление V. В блоке 18 (фиг. 5) длительность временного окна вычисляется по формуле (3). Электронные блоки дефектоскопа помещены в герметичный корпус 25 (фиг. 5).

1. Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп, включающий множество ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, ориентированных под заданным углом к поверхности трубы для возбуждения в материале трубы поперечной волны, носитель ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, состоящий из приспособлений для крепления ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, установленных на полозьях заданной высоты, электронный блок возбуждения ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей и регистрации эхосигналов, блок анализа эхосигналов, зарегистрированных в зоне действия временного окна, которое начинается после регистрации эхосигнала от внутренней поверхности трубы и имеет длительность не меньше времени прохождения однократно отраженного луча через стенку трубы, отличающийся тем, что внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп оснащен устройством измерения скорости звука в перекачиваемой жидкости V и блоком автоматической регулировки длительности временного окна ΔT во время контроля по формуле: ΔT=ΔT°V°/V, где ΔT° - длительность окна при контроле в жидкости с минимальной скоростью звука V°.

2. Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп по п. 1, отличающийся тем, что конструкция носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей обеспечивает длину пути ультразвукового импульса, от точки отражения от внутренней поверхности трубы до ближайшего конструкционного элемента носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, не менее ΔT°V°/2+ΔНп, где ΔНп - максимально допустимый износ полоза носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей.



 

Похожие патенты:

Использование: для обнаружения изменений параметров заглубленного трубопровода и окружающей его среды. Сущность изобретения заключается в том, что в оболочке трубы возбуждают последовательность виброакустических импульсов через интервалы, превышающие интервал корреляции существующих в ней шумов, последовательность отсчетов регистрируемых реакций на каждое воздействие на другом конце контролируемого участка трубопровода суммируют с ранее полученными аналогичными отсчетами, модуль результирующего сигнала нормируют и принимают за плотность распределения временных интервалов отсчетов от начала до конца сформированного в сумматоре сигнала, по этому распределению вычисляют его оценки математического ожидания, среднеквадратичного отклонения, асимметрии и эксцесса, по совокупности каждого из этих моментов определяют линии регрессии их средних и отклонений от них, сравнивают эти линии с вычисленными на предыдущем шаге и при достижении результатами сравнения установленных значений прогнозируют их поведение с ростом количества суммирования для обеспечения допустимых доверительных границ вычисляемых моментов, по достижению которых судят как о наличии, так и виде изменений в трубопроводной системе в текущий момент времени.

Способ может быть использован в машиностроении, гидроэнергетике и других отраслях промышленности, требующих применения в производстве ультразвукового контроля. Для определения температурного коэффициента скорости ультразвука используются данные об изменении акустических характеристик материала.

Использование: для ультразвукового контроля профиля внутренней поверхности изделия в зоне сварного соединения. Сущность изобретения заключается в том, что две антенные решетки размещают на поверхности контролируемого изделия на оптимальном расстоянии между собой с двух сторон от сварного соединения, регистрируют отраженные от донной поверхности ультразвуковые эхо-импульсы, восстанавливают множество парциальных изображений, получают изображение профиля донной поверхности, по которому находят таблицу значений толщины контролируемого изделия в каждой точке области восстановления.

Использование: для определения характеристик небольших объектов, имеющих поверхность, которая искривлена в плоскости сечения. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют по меньшей мере одно наблюдение ультразвука, проходящего через объект, причем каждое наблюдение выполняют на оси, перпендикулярной плоскости симметрии, причем каждое наблюдение получают в результате излучения ультразвука, формируемого вдоль соответствующей одной из упомянутых осей и падающего на объект вдоль упомянутой оси под углом падения, отличным от нормального, причем ультразвук падает на объект таким образом, чтобы следовать по пути, который является симметричным относительно плоскости симметрии, причем время пролета ультразвуковой волны и/или положение оси, на которой выполняются излучение и наблюдение, анализируют для описания характеристик объекта.

Использование: для локального ультразвукового неразрушающего контроля качества труб. Сущность изобретения заключается в том, что акустический блок содержит сканирующий узел с основанием с опорными роликами, которое связано штоками с корпусом, в котором размещены демпфер, ультразвуковой эхо-пьезопреобразователь, локальная ванна для иммерсионной жидкости (воды).

Использование: для автоматизированного неразрушающего контроля резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Сущность изобретения заключается в том, что предложено устройство для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции, содержащее ультразвуковой блок неразрушающего контроля, блок неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля, вихретоковый блок неразрушающего контроля, управляющий блок, соединенный с указанными ультразвуковым блоком неразрушающего контроля, блоком неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля и вихретоковым блоком неразрушающего контроля для отправки управляющих сигналов для осуществления контроля металлической конструкции, и блок навигации, соединенный с управляющим блоком управления и выполненный с возможностью определения положения указанного устройства для автоматизированного неразрушающего контроля относительно металлической конструкции и состояния поверхности контролируемой металлической конструкции и направления сигналов с информацией о положении указанного устройства для автоматизированного неразрушающего контроля и состоянии поверхности контролируемой металлической конструкции в управляющий блок, причем все указанные блоки установлены во взрывозащищенном корпусе, имеющем средства перемещения по поверхности контролируемой металлической конструкции, управляющий блок выполнен с возможностью направления управляющих сигналов одновременно на по меньшей мере один блок из числа указанных ультразвукового блока неразрушающего контроля, блока неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля и вихретокового блока неразрушающего контроля на основе сигналов, полученных от блока навигации, а блок неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля выполнен с возможностью изменения индукции магнитного поля, создаваемого этим блоком, от минимального значения, близкого к нулю, до заданного максимального значения.

Использование: для дефектоскопии листов, плит и других изделий двухсторонним доступом в металлургической, машиностроительной областях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что излучают с одной стороны контролируемого изделия импульсы ультразвуковых колебаний, принимают с противоположной стороны изделия первый сквозной и двукратно отраженный сквозной импульсы, а также эхо-импульсы ультразвуковых колебаний, отраженных от дефекта, сканируют изделие по всей площади, обеспечивая соосность излучающего и приемного электроакустических преобразователей, анализируют огибающие амплитуд ультразвуковых колебаний первого прошедшего (сквозного) импульса и эхо-сигналы от дефекта во временном интервале между первым и вторым сквозными импульсами, дополнительно считывают координаты уменьшения прошедших через изделие сквозных импульсов, повышают чувствительность приема сигналов во временном интервале между первым и вторым сквозными импульсами, измеряют временной интервал между первым сквозным импульсом и первым эхо-сигналом от дефекта, по измеренным значениям определяют местоположение и глубину залегания дефекта.

Использование: для контроля технического состояния магистральных нефтепроводов в процессе их эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что для стопроцентного контроля всего сечения трубы на дефектоскопе устанавливают большое количество ультразвуковых преобразователей.

Изобретение относится к области испытания конструкции на воздействие подводной ударной волны и может быть использовано для регистрации сотрясений на элементах подводного аппарата при воздействии подводной ударной волны.

Использование: для неразрушающего ультразвукового контроля изделий. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют ввод излучающим преобразователем ультразвуковых колебаний в изделие, прозвучивание свода изделия импульсами ультразвуковых колебаний и прием прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний в воздушной среде канала изделия устройством с приемным преобразователем, при этом проводят предварительный ультразвуковой контроль изделия известным способом для определения участков, на которых фиксируется прохождение ультразвуковых колебаний через свод изделия, после чего на один из таких участков устанавливают неподвижно излучающий ультразвуковой преобразователь, выбирают акустически непрозрачный участок изделия для определения на нем сплошности скрепления полимерного материала с прилегающей к нему поверхностью корпуса, а также участок изделия, симметричный ему относительно излучающего преобразователя и образующей поверхности изделия, проходящей через место контакта излучающего преобразователя с поверхностью изделия, ориентируют устройство с приемным преобразователем путем поворота и продольного перемещения относительно оси изделия на участок поверхности канала, радиально противоположный выбранному акустически непрозрачному участку, устанавливают уровень сигнала в пределах экрана без ограничения сверху, и при неподвижно установленном излучающем преобразователе сканируют ультразвуковым приемным преобразователем участки поверхности канала изделия, радиально-противоположные выбранному акустически непрозрачному участку и симметричному ему участку, и последовательно сравнивают сигналы на данных участках, выявляя участки, на которых имеет место относительное уменьшение уровня сигнала, после чего аналогичным образом проверяют другие акустически непрозрачные участки.
Наверх