Устройство диагностики трубопроводов с наклонным намагничивающим средством

(51) 01 29/04 (2010.01) 01 29/24 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ друга и охватывающих всю длину средства намагничивания. Каждый полюсный магнит,имеющий соответствующую верхнюю поверхность,повернут или расположен спирально на корпусе средства намагничивания таким образом, что второй конец каждого полюсного магнита перекрывает заданное расстояние , относительно первого конца того же самого полюсного магнита. Угол поворотакаждого полюсного магнита создат магнитное поле, расположенное под углом к центральной продольной оси корпуса средства(следовательно, и к оси трубопровода), и покрывающее 360 внутренней поверхности трубы. Спиралевидное расположение сенсоров магнитных силовых линий может быть организовано вокруг корпуса средства и равноудалено между прилегающими парами полюсных магнитов. Устройство обнаруживает отклонения,расположенные по оси, по окружности, а также объемные отклонения, и дает возможность проведения диагностики за одно прохождение.(74) Шабалина Галина Ивановна Шабалин Владимир Иванович Кучаева Ирина Гафиятовна(54) УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДОВ С НАКЛОННЫМ НАМАГНИЧИВАЮЩИМ СРЕДСТВОМ(57) Устройство диагностики трубопроводов содержитспиральных полюсных магнитов,находящихся на одинаковом расстоянии друг от 24953 Данное изобретение преимущественно относится к устройствам диагностики,разработанным для определения аномалий в трубах и трубопроводах, и, в частности, относится к устройствам внутренней диагностики труб,использующим технологию определения рассеивания магнитного потока (- ). Многие из установленных трубопроводов могут быть диагностированы при использовании технологии рассеивания магнитного потока, в основном с целью нахождения аномалий, связанных с угаром металла. Было показано, что рассеивание магнитного потока, как и предполагалось,реагировало на отклонения в стенках трубопровода,поскольку главная ось угара металла и угол магнитного поля различны. Для подтверждения данного эффекта были использованы результаты экспериментов и моделирования, что также подробно описывается в литературе. В частности, в связи с ограничениями,продиктованными получением, хранением данных и строением магнитных схем, в большинстве внутренних устройств диагностики используются намагничивающие средства,ориентированные вдоль оси (см. например, Патент США . 6,820,653 выданный.). Однако существующие конструкции осевых намагничивающих средств затрудняют распознавание и определение количества чрезвычайно малых осевых характеристик, что в некоторых случаях становится даже невозможным. Для определения характеристик такого типа поставщики услуг по диагностике трубопроводов за последние десять лет поставили на рынок и запустили в эксплуатацию устройства,использующие магнитное поле кольцевого или поперечного направления. Однако, из-за физических ограничений, производительность и точность подобных инструментов диагностики рассеивания поперечного магнитного потока(- ) в общем меньше, чем у осевых средств для аномалий, связанных с угаром металла. Кроме того, для устройствобычно требуется как минимум два узла намагничивающих средств,для того, чтобы достичь адекватного охвата, что создает препятствия и трудности для их использования в существующих осевых устройствах. Для тех трубопроводов, которые могут иметь чрезвычайно малую величину угара металла, либо для некоторых типов отклонений роликовых сварных швов, стандартные осевые устройства не создают требуемых возможностей их определения и подсчета. В таком случае, при использовании устройствпроводятся либо первоначальные,либо дополнительные исследования с использованием инструментов. Хоть инструментыи способны определять чрезвычайно малые аномалии, связанные с угаром, а также и некоторые отклонения роликовых сварных швов, они также определяют все остальные детали объемного угара металла, обычно происходящие в 2 трубопроводе, что усложняет процесс определения типов аномалий. Одно из самых первых устройств, использующих, описано в Патенте США . 3,483,466,выданном. Патент использует пару электромагнитов, расположенных перпендикулярно друг другу, с датчиками, такими как магнитометры или измерительные обмотки, расположенными на каждой стороне магнитов. Кроме использования постоянных магнитов и датчиков, типа датчиков Холла, указанное расположение остатся основой для большинства современных реализаций подобного оборудования. К тому же, в некоторых конструкциях используются разделенные на части или отдельные дискретные магниты, которые, чаще всего, сохраняют поперечное или круговое направление поля. Например, в патенте США . 3,786,684, выданном., описывается расположение отдельных магнитов рядами наклонно по отношению к оси трубы, с полями каждого ряда, расположенными перпендикулярно другим. Однако, такое расположение разделяет поле по частям и областям между полюсами каждого отдельного магнита. Кроме того, небольшой интервал между полюсами, необходимый в данном случае, уменьшает длину магнитопровода, что приводит к тому, что инструмент испытывает влияние скорости, а также перекрывает, искажает и занижает данные о качестве сварных швов, вмятин и других аномалий. В других конструкциях используются тщательно разработанная геометрия комплекса, множество секций намагничивающего устройства, а также продуманные механические устройства, такие как винтовые приводы, зубчатые передачи и колеса,спроектированные для обеспечения спирального или винтового движения секции намагничивающего средства. Например, Патент США . 5,565,633, выданный,описывает механически сложное устройство для использования с секциями намагничивающего средства, имеющего две или более магнитных цепи и большое количество датчиков. В одной из модификаций магнитные блоки расположены спирально, с полюсами,находящимися параллельно. В другой модификации,магнитные блоки являются изогнутыми парами полюсов, расположенных аксиально. В обоих случаях для достижения полного охвата внутренней поверхности трубы требуется механическое вращение. Патент США . 6,100,684, выданный , описывает, по сути,поперечное расположение поля намагничивания,использующее множество секций средства намагничивания и сложное расположение колес для приведения секции в спиральное движение и перекрывания или полного охвата стенок трубы. Устройство по патенту США . 7,548,059,выданное., включает в себя две направляющие, содержащие закрепленные магниты,расположенные попарно на близком расстоянии для создания номинального поперечного поля,расположенного спирально вокруг трубы. Для 24953 данного устройства, включающего в себя множество движущихся частей, таких как поддерживающая арматура,шкивы и пружины,характерно дополнительное усложнение конструкции, чтобы он был достаточно гибок для приспосабливания к изгибам трубопровода. Кроме того, магниты в данном типе расположения создают поле между двумя параллельными полюсами, формируя единую закрытую кольцевую цепь между полюсами отдельных дискретных магнитных блоков. Так же как и в последнем случае, магниты,описанные в уровне техники, описаны как представленные в виде блоков, без указания на изогнутую или приспосабливаемую верхнюю поверхность, используемую в магнитных блоках. Использование жесткого контакта для магнитной цепи понижает качество данных, за счет воздушных зазоров или зон с переменным магнитным сопротивлением в магнитном поле на вмятинах или вдоль сварных швов и других отклонений, которые могут находиться внутри трубы. Для некоторых типов аномалий помехи, созданные в рассеянном поле, перекрывают или иным образом искажают представляющие интерес сигналы магнитного рассеивания. Любые магнитные отклонения,существующие во вмятинах и зонах сварных швов,имеют огромное значение по причине их присутствия в данных зонах, и, следовательно,представляют области, в которых качество данных является наиболее важным. Кроме того, известный уровень техники требует использования большого количества полюсов или поверхностей, находящихся в непосредственном контакте с поверхностью стенок трубы. Подобное расположение может привести к чрезвычайно высоким силам трения или сопротивлению движению, которое испытывает узел рассеивания магнитного силового потока, таким образом,препятствуя или исключая его использование там,где необходимо низкое трение. Существует необходимость использования средств , обеспечивающих полных охват внутренней поверхности стенок трубы, без необходимости применения механически сложных конструкций создающих поле, выявляющее расположенные вдоль оси, находящиеся на окружности, а также объемные дефекты создающих похожую информацию о дефектах, независимо от того, расположены ли они вдоль оси или по окружности устраняющих или снижающих погрешности, зависящие от скорости измерений, а также экранирование сигналов, прерывание и искажение на сварных швах, вмятинах и других отклонениях формы поверхности способного передвигаться при наличии закупорок, сгибов и уменьшения сечений трубопровода, а также позволяющих провести обследование трубопровода за один проход. Устройство диагностики трубопроводов,созданное в соответствии с данным изобретением,включает в себя намагничивающее средство,имеющее цилиндрический корпус, по крайней мере два радиальных диска, а также равное количество полюсных магнитов, расположенных вокруг внешней поверхности цилиндрического корпуса. Каждый полюсный магнит, имеющий приспосабливаемую верхнюю поверхность,например, в виде щетки, между магнитом и внутренней поверхностью стенки трубы,расположен во всю длину цилиндрического корпуса, находящегося между двумя радиальными дисками. Интервал между смежными полюсными магнитами около 360/, где- количество используемых полюсных магнитов. Магнитные силовые линии расходятся от полюсов магнита во взаимопротивоположных направлениях и возвращаются на противоположный полюс магнита таким же образом. Полюсные магниты расположены по кругу, либо спирально вокруг цилиндрического корпуса инструмента, таким образом, что второй конец каждого магнита покрывает заданное расстояниеотносительно первого конца того же полюсного магнита. Величина поворота , примененная для каждого магнита, создает магнитное поле под углом к центральной продольной оси устройства (а,следовательно, и трубы). Величина поворота ,которая может варьироваться от 30 до 150,является предпочтительной величиной поворота,достаточной для создания магнитного поля,покрывающего 360 внутренней поверхности стен трубы, находящейся напротив корпуса инструмента. Спиральный ряд датчиков магнитного силового потока может быть расположен вокруг цилиндрического тела инструмента и на практически равном расстоянии между примыкающими парами полюсных магнитов. Предпочтительно иметь некоторое наложение в ряду датчиков, при котором первый конец ряда датчиков магнитного силового потока расположен на расстоянииза линией второго конца ряда. Задачей данного изобретения является создание диагностического устройства,использующего рассеивание магнитного силового потока ,реагирующего на широкий диапазон аномалий,способных создавать сигналы рассеивания магнитного силового потока. Другим объектом данного изобретения явилось создание инструмента, способного охватить 360 внутренней стенки трубы,используя одно намагничивающее устройство, без необходимости использования множества секций намагничивающих устройств,самих намагничивающих устройств,либо относительного движения между датчиками или секциями для определения номинальных расположенных в осевом направлении параметров. Ещ одним объектом данного изобретения явилось создание инструмента , способного обнаружить объемные дефекты, связанные с угаром металла совместно с ультразвуковыми, электромагнитным акустическими датчиками,либо методами магнитострикционного определения. И ещ одним объектом данного изобретения является создание инструмента , который создает магнитное поле,которое генерирует похожий ответ от аксиальноориентированных или поперечно-ориентированных 3 24953 элементов, а также создающий определяемые ответы от объемных дефектов металла. Другим объектом данного изобретения явилось создание инструмента , который устраняет или понижает эффекты, связанные с механическим движением на сигналы, связанные с угаром металла на сварных швах, вмятинах и других отклонениях. Ещ одним объектом данного изобретения является создание инструмента , находящего и подсчитывающего количество чрезвычайно узких аксиальных классов отклонений, с дополнительным преимуществом выполнения данного действия совместно с существующим осевым устройством рассеивания магнитного силового потока, обеспечивающего более высокую точность подсчета аномалий,связанных с угаром металла. Другим объектом данного изобретения явилось уменьшение количества движущихся частей и узлов, встроенных в инструмент . И ещ одним объектом данного изобретения было предоставление средств инструментудля его сжатия, чтобы имелась возможность проходить через засоры, изгибы и изменения формы трубопровода. Следующим объектом данного изобретения является создание единого инструмента, с помощью которого диагностика трубопровода может быть выполнена за одно похождение, что уменьшает усилия оператора трубопровода и проверяющего персонала при работе на площадке, обработке данных, анализе данных и созданию конечного отчета. Фиг. 1 - это общий вид поперечнорасположенной конструкции намагничивающего средства. Направление магнитного поля круговое и поперечное к продольной оси трубы. Фиг. 2 - это общий вид модификации наклонного намагничивающего средства, в соответствии с данным изобретением, использующего спиральное магнитное поле. Полюсные магниты повернуты или расположены спирально под углом около 30 и включают в себя гибкую или приспосабливаемую верхнюю поверхность. Фиг. 3 - это изображение другой модификации наклонного намагничивающего средства, в котором полюсные магниты повернуты примерно на 60. Фиг. 4 - это изображение другой модификации наклонного намагничивающего средства, в котором полюсные магниты повернуты примерно на 90. Фиг. 5 - это изображение ещ одной модификации наклонного намагничивающего средства, в котором полюсные магниты повернуты примерно на 120. Фиг. 6 - это изображение другой модификации наклонного намагничивающего средства, в котором полюсные магниты повернуты примерно на 150. Фиг. 7 - это вид с торца наклонного намагничивающего средства, иллюстрирующий взаимосвязь между двумя концами спиральнорасположенных или повернутых полюсных магнитов. В данном примере, полюсные магниты повернуты примерно на 135. Приспосабливаемая верхняя поверхность каждого полюсного магнита выполнена в виде щетки. Фиг. 8 иллюстрирует результирующее магнитное поле от расположенного наклонно намагничивающего средства. Направление поля диагональное, или наклонное по отношению к продольной оси трубы. Фиг. 9 - это изображение модификации наклонного намагничивающего средства,включающего ряд спирально расположенных датчиков, установленных от одного конца намагничивающего средства до другого, что обеспечивает полный охват внутренней поверхности стен трубы, а также включает некоторую степень наложения для приспособления к любому возможному повороту инструмента. Фиг. 10 - это изображение наклонного намагничивающего средства из рисунка 8,расположенного в секции трубы. Фиг. 11 - это изображение устройства диагностики трубопроводов,включающего наклонное намагничивающее средство, осевое намагничивающее устройство и секцию датчиков определения деформации. Предпочтительные воплощения инструментов рассеивания магнитных потоков,выполненные в соответствии с данным изобретением, будут описаны далее со ссылкой на чертежи и следующие элементы, показанные на чертежах/наклонное намагничивающее средство Цилиндрический корпус инструмента Первый конец 21 Второй конец 21 Продольная ось 21 Радиальный диск Магнитная цепь Полюсный магнит Первый конец 41 Второй конец 41 Продольная осевая линия 41 Второй конец 61 Продольная осевая линия 61 Приспосабливаемая верхняя поверхность Щетки Магнитное поле Силовые линии магнитного поля 80 Ряд датчиков Первый конец 90 Второй конец 90 В соответствии с фиг. 1, северный полюсный магнит 41 и южный полюсный магнит 61 расположены напротив друг друга под углом примерно 180 на цилиндрическом корпусе 21 инструмента 20 таким образом,что соответствующие продольные осевые линии 47, 67 каждого полюсного магнита 41, 61 параллельны продольной осевой линии 27 цилиндрического корпуса инструмента 21 (а, следовательно,параллельны центральной продольной оси диагностируемой трубы). Хоть полюсные магниты 41,61 и отличаются от ранних модификаций тем,например, что каждый магнит 41, 61 расположен вдоль всего тела инструмента 21, их осевая направленность, как показано здесь, является типичной для ранних модификаций. Расположенные таким образом полюсные магниты 41, 61 создают круговое, или поперечное магнитное поле, по отношению к стенке трубы, как показано силовыми линиями магнитного поля 81, а множество секций намагничивающего средства необходимы для обеспечения полного охвата внутренней поверхности стены трубы. На фиг. 2-6 приведено наклонное намагничивающее средство 20, в соответствии с данным изобретением, которое включает в себя магнитную цепь 40, имеющую два полюсных магнита 41, 61, расположенных под углом примерно 180 напротив друг друга на цилиндрическом корпусе инструмента 21. Каждый полюсный магнит 41,61 расположен между первым концом 23 и вторым концом 24 цилиндрического корпуса инструмента 21. Дополнительная пара спиральных полюсных магнитов 41, 61 может быть также использована совместно с каждым спиральным полюсным магнитом 41 или 61, расположенным между концами 23, 25 цилиндрического корпуса инструмента 21, с интервалом 360/ от смежного до противоположного полюсного магнита 61,41 ( соответствует количеству полюсных магнитов 41,61). Полюсные магниты 41, 61 имеют гибкую или приспосабливаемую верхнюю поверхность 49, 69,соответственно, что помогает снизить силу трения и минимизировать эффекты, связанные со скоростью прохождения наклонного намагничивающего средства 20 через полость трубы. Приспосабливаемая верхняя поверхность 49, 69 также позволяет намагничивающему средству 20 сжаться до достаточного размера, чтобы проходить через внутренние засоры, изгибы и уменьшения сечения труб,которые могут повредить намагничивающее средство 20, снизить скорость движения или препятствовать его прохождению. Величина поворота полюсных магнитов 41,61 зависит от величины поворота, необходимой для достижения полного охвата внутренней поверхности стенки трубопровода. Проходя последовательность от фиг. 2 до фиг. 6, каждый полюсный магнит 41,61 повернут или расположен спирально в пошаговой величине, при номинальной Осевое намагничивающее устройство Секция определения деформаций величине поворота примерно 150 градусов (как показано на фиг.6. При повороте, второй конец 45,65 полюсного магнита 41,61 перекрывается заданным углом или величинойпо отношению к соответствующему первому концу 43, 63 (смотри фиг. 7). Из-за данной величины поворота ,соответствующая продольная осевая линия 47, 67 каждого полюсного магнита 41,61, расположенного спирально, не параллельна центральной продольной оси 27 цилиндрического тела инструмента 21. Поворот полюсных магнитов 41, 61 также помогает вызвать достаточную величину поворота средства намагничивания 20, при его прохождении через полость трубопровода. Фиг. 8 иллюстрирует магнитное поле 80,созданное наклонным средством намагничивания 20 по прототипу, чья конфигурация аналогична со средством намагничивания 20, показанным в последовательности фиг. 2 - 6. В отличие от известного уровня техники, относящегося к устройствам внутренней диагностики трубопроводов, направление магнитного поля 80 расположено диагонально, либо под углом к оси трубы, а не круговое или поперечное, при котором силовые линии магнитного поля 81 исходят из полюсов 41,61 и проходят во взаимопротивоположных направлениях для достижения соответствующих полюсов 41, 61. Силовые линии магнитного поля 81 создаваемые каждым полюсным магнитом 41,61, направляются по траектории наименьшего сопротивления на стену трубы и далее на прилегающий полюсный магнит 61, 41. Угол магнитного поля 80 обычно перпендикулярен силовым линиям 81, создаваемых магнитными полюсами 41, 61 и, в общем,параллелен линии, соответствующей кратчайшему расстоянию между магнитными полюсами 41, 61. Направление магнитного поля 80 в пределах действия полюсов 41,61 может варьироваться от 30 до 60 градусов относительно оси трубопровода. В соответствии с фиг.9 и 10, наклонное средство намагничивания 20 может включать в себя ряд спирально расположенных датчиков 90,находящихся примерно на одинаковом расстоянии между повернутыми полюсными магнитами 41, 61,и расположенных таким образом, чтобы обеспечить полное охватывание внутренней поверхностистенки трубы Р, а также обеспечивать любой возможный поворот средства намагничивания 20. Отдельные датчики из ряда датчиков 90 могут принадлежать к типу, хорошо известному в области техники, из-за их способности определять сигналы рассеивания магнитного силового потока. Ряд датчиков 90 располагается между первым концом 23 и вторым концом 25 цилиндрического корпуса 21(и, следовательно, между соответствующими концами 43, 45 и 63, 65 полюсных магнитов 41,61),и включает в себя степень наложениямежду первым концом 91 и вторым концом 93 ряда датчиков 90. Соответствующие верхние 5(см. пример на фиг. 6) могут быть выполнены в виде щеток 51, 71 Радиальные диски 31 А и В помогают продвинуть и отцентрировать средство намагничивания 20 при его движении в трубе Р при различном давлении. Окончательная конфигурация средства намагничивания 20 может включать любую комбинацию определения наборов данных, включая,но, не ограничиваясь, деформацию, осевое рассеивание магнитного силового потока высокого уровня,внутреннюю/внешнюю разрешающую способность,данные,необходимые для картирования,а также остаточное или низкоуровневое рассеивание магнитного силового потока. В одном из конструктивных исполнений устройства диагностики трубопроводов 10,включающем наклонное средство намагничивания 20, инструмент 10 включает в себя осевое намагничивающее устройство 100 и секцию определения деформаций 110 (см. фиг. 11). Хотя инструмент , включающий в себя наклонное намагничивающее средство и спиральный ряд датчиков, был описан достаточно подробно, много изменений в данной области могут быть внесены в детали конструкции и расположение компонентов. Таким образом,инструмент рассеивания магнитного силового потока,ограничивается только лишь заявленной формулой,включая полный спектр эквивалентных устройств,которым соответствует каждый элемент. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство диагностики трубопроводов,отличающееся тем, что оно включает средство намагничивания,имеющее цилиндрический корпус, по меньшей мере, два радиальных диска, и равноеколичество полюсных магнитов, расположенных вокруг внешней поверхности данного цилиндрического корпуса каждый полюсный магнит из названного количества , расположенный между двумя радиальными дисками, находится на расстоянии около 360/от соседнего полюсного магнита каждый названный полюсный магнит из названного количестваповернут таким образом, 6 что второй конец полюсного магнита перекрывает заданное расстояниеотносительно первого конца полюсного магнита. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заранее установленный угол поворота , является углом поворота, эффективным для создания магнитного поля, покрывающего внутреннюю цилиндрическую поверхность стенки трубопровода,находящейся напротив упомянутого цилиндрического корпуса средства намагничивания. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заранее установленный угол поворота, является эффективным для создания магнитного поля,расположенного под углом к вышеназванной центральной продольной оси цилиндрического корпуса средства намагничивания. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что созданное магнитное поле исходит из каждого названного полюсного магнита, проходит во взаимопротивоположном направлении для достижения прилегающего полюсного магнита. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заранее установленный угол поворота , находится в пределах от 30 до 150. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый полюсный магнит из названного количества, расположен под таким же углом поворота . 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что,содержит, по меньшей мере, один полюсный магнит из упомянутого количества , включающий приспосабливаемую верхнюю поверхность. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что,приспосабливаемая верхняя поверхность выполнена в виде щетковидной поверхности. 9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно включает ряд датчиков магнитного силового потока, расположенный вокруг вышеупомянутого цилиндрического корпуса и между прилегающими парами полюсных магнитов в названном количестве. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что ряд датчиков магнитного силового потока расположен в виде спирали. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что первый конец ряда датчиков магнитного силового потока простирается на расстояние превышающее расположение второго конца ряда датчиков.