DE3034319C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohrinspektionsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gebräuchliche Rohrinspektionsgeräte zum Überprüfen beispielsweise von Gasrohrleitungen weisen eine bewegliche Sonde oder eine Kette solcher Sonden auf, die entlang der Rohrleitung durch die Gasströmung in der Rohrleitung vorgetrieben wird. Bei einer Ausführungsform sind Ultraschallwandler in einer Anzahl von Rädern (gewöhnlich als "Radsonden" bezeichnet) untergebracht, die in Kontakt mit der Rohrwand gedrückt werden. Im Einsatz wird Ultraschall, der durch die Wandler erzeugt wird, über die Fläche zwischen der Radsonde und der Wand des Rohres in die Rohrwand hinein übermittelt. Ultraschall, der aus dem Innern der Rohrwand reflektiert oder gebrochen wird, wird wiederum durch die Wandler innerhalb der Räder empfangen und anschließend analysiert. Diese Technik erfordert jederzeit einen innigen Kontakt zwischen den Rädern und der Rohrwand, um Verluste des Ultraschallsignals an der Fläche zwischen dem Rad und der Rohrwand zu reduzieren oder zu vermeiden.

Eine bekannte Ausführungsform von Radsonde weist eine hohle Rad-Baugruppe mit einem aufblasbaren Reifen um den Außenumfang herum und die Ultraschallwandler innerhalb der Rad-Bauteilgruppe auf, und der Ultraschall wird über den aufblasbaren Reifen übertragen. Im Betrieb wird der Reifen in Berührung mit der zu prüfenden Oberfläche gedrückt, und ein akustisches Kopplungsmedium wird zwischen dem aufblasbaren Reifen und der Oberfläche aufrechterhalten, um eine ausreichende Kopplung sicherzustellen.

In einigen Anwendungsfällen ist es unmöglich oder unpraktisch, ein Kopplungsmedium zwischen dem aufblasbaren Reifen und der zu prüfenden Oberfläche zu verwenden, beispielsweise in dem Fall, bei dem es erwünscht ist, viele Kilometer von Rohrleitungen, die Naturgas bzw. Erdgas führen, zu überprüfen.

Wenn man davon ausgeht, daß es Fälle gibt, in denen man kein Kopplungsmedium zwischen dem Reifen und der zu prüfenden Oberfläche verwenden kann, dann wäre die natürliche Lösung, den aufblasbaren Reifen in trockenen Kontakt mit der Oberfläche zu drücken. Dies erfordert aber das Aufblasen des Reifens auf extrem hohen Druck, damit er den Kräften widersteht, die erforderlich sind, um einen ausreichenden Kontakt zwischen dem Reifen und der Oberfläche sicherzustellen.

Zusätzlich zu dem Problem des Aufblasens solcher Reifen auf hohe Drücke im Falle der Überprüfung von vielen Kilometern der Gasrohrleitungen gibt es Abnutzungsprobleme des Reifens sowie die Möglichkeit von Durchstichen durch scharfe Vorsprünge an einigen Schweißstellen, und das Material des Reifens muß so gewählt werden, daß es durch das in der Rohrleitung strömende Gas nicht ernsthaft beeinträchtigt wird.

In der älteren EP-OS 00 01 674 ist eine Radsonde für das Einsetzen in die Bohrung eines Rohres zum Zwecke der Ultraschall-Inspizierung der Rohrwand beschrieben. Die Radsonde weist einen festen ringförmigen Rand aus nicht-deformierbarem Material auf, durch welches der Ultraschall hindurchgelangt. Ferner sind Seitenbauteile vorgesehen, die zusammen mit dem Rand eine hohle Kammer bilden. Ein oder mehrere Ultraschallwandler sind innerhalb der Kammer und nahe der Innenoberfläche des Randes angeordnet, um Ultraschall durch den Rand hindurch zu richten und zu empfangen, und ein massiver, federnd nachgiebiger Reifenbauteil sitzt auf der Außenoberfläche des Randes.

In der zeitranggleichen deutschen Patentanmeldung P 30 34 318.1 (= GB-PS 20 48 496) ist ein Inspektionsgerät beschrieben, welches eine Sonde aufweist, die entlang der Bohrung eines Rohres beweglich ist und sich Biegungen im Rohr anpaßt und in einigen Fällen auch Änderungen im Durchmesser des Rohres aufnimmt, ohne die Ausrichtung, Positionierung und das Ausmaß des Kontaktes zwischen Radsonden und der Bohrung des Rohres übermäßig zu beeinträchtigen.

Es ist wichtig, die Radsonden jederzeit genau in der Bohrung des Rohres anzuordnen, und insbesondere müssen die Radsonden so ausgerichtet sein, daß die Wandler in einem vorbestimmten Winkel zur Tangente an einer Stelle innerhalb der Rohrwand angeordnet sind, an der das Echo oder die Reflexionen oder Brechungen des Ultraschalls stattfinden, der durch jenen Wandler oder einen innerhalb der gleichen Radsonde oder in anderen Radsonden angeordneten Wandler ausgesendet wird. Es ergibt sich somit daraus, daß es üblich ist, eine Vielzahl von Radsonden zu verwenden, die genau um die Bohrung des Rohres herum so angeordnet sind, daß sie längs des Rohres rollen. Diese genaue Anordnung kann erzielt werden durch Verwendung von Führungsrädern, wie sie in der EP-OS 00 01 674 beschrieben sind.

Ein gattungsgemäßes Rohrinspektionsgerät beschreibt die US-PS 40 55 990. Es dient zur Messung der Wandstärke, um Bereiche zu ermitteln, in denen Korrosion Metallverlust an der Wand verursacht hat, wobei Ultraschallwandler verwendet werden, die jeweils einzeln in einer entsprechenden Inspektionsvorrichtung in Form eines auf der Innenseite des Rohres laufenden Rades angeordnet sind. Dabei wird Hochfrequenzschall in einer allgemein bekannten Weise verwendet, indem der Wandler den Schall radial in die Rohrwand sendet und den Schall empfängt, der radial von der Innen- und Außenwandfläche reflektiert wird. Bei einer solchen Anordnung arbeitet jede Inspektionsradvorrichtung in der Anordnung von Rädern um den Körper des Gerätes herum völlig unabhängig von den anderen. jedes Rad wird von einem entsprechenden Arm getragen, der sich um eine Achse quer zur Längsrichtung des Körpers des Gerätes dreht. Wenn die Räder über Rohrabschnitte laufen, in denen der Innendurchmesser variiert (z. B. wo das Rohr nach innen deformiert wurde oder an ovalen oder gekrümmten Abschnitten oder Biegungen oder Rohrbögen), bewegen sich die Räder relativ zueinander und bleiben nicht in einer gemeinsamen Querebene. Mit einer solchen Konstruktion wäre es unmöglich, einen Wandler in dem einen Rad zu verwenden, um zuverlässig das Ausgangssignal von einem Wandler in einem anderen Rad zu empfangen, wobei der Schall vom ersten Wandler so ausgesendet wird, daß er um das Rohr herum innerhalb der Wand wandert.

Bei einem Alternativvorschlag ist der Arm am Körper um eine Längsmittelachse mit Bezug auf den Körper schwenkbar angebracht, und das Rad ist so am Arm angebracht, daß seine Drehachse winklig zur Mittelachse verläuft. Das Rad soll zwar auf einem Schraubenlinienweg entlang dem Rohr laufen, doch in Wirklichkeit ist dies höchst unwahrscheinlich, und der tatsächliche Weg ist unbestimmt. Es sollen auch mehrere Räder bei ähnlicher Anordnung verwendet werden können. Jedoch würden offensichtlich solche Räder nicht so angebracht werden, daß sie irgendeine ringförmige Anordnung bilden würden. Der Schall wird, wie vorher, radial in die Rohrwand gerichtet, und das einzelne oder jedes Rad arbeitet unabhängig. Es gibt keinen Hinweis darauf, daß ein Wandler in dem einen Rad Schall von einem Wandler in einem anderen Rad empfangen soll. Es ist jedoch klar, daß die Stellungen solcher Räder zueinander nicht mit Sicherheit aufrechterhalten würden, so daß keine solche Zusammenarbeit zwischen den Rädern möglich wäre. Außerdem gestattet es der beschriebene Arm dem Rad nicht, sich quer zur Mittelachse zu bewegen, um sich Änderungen im Innendurchmesser des Rohres anzupassen.

Demgegenüber befaßt sich die Erfindung mit der Inspektion eines Rohres zur Ermittlung von Rissen. Risse erstrecken sich im allgemeinen in Längsrichtung des Rohres, und die Schallwellen müssen sich um das Rohr herum innerhalb der Rohrwand fortpflanzen. Der Schall von einem Wandler an der einen Inspektionsvorrichtung, wie beispielsweise einem Rad, wird von einem Wandler in einer anderen Vorrichtung (Rad) empfangen. Sind Risse vorhanden, dann hemmen diese den Schall auf seinem Weg um das Rohr herum.

Es ist beispielsweise aus dem DE-Buch: J.+H. Krautkrämer: "Werkstoffprüfung mit Ultraschall"; 3. Auflage, 1975, Seiten 430-438, 442-461, bekannt, Ultraschallwellen in der Rohrwandung zu führen und aufgrund von Unregelmäßigkeiten im Echobild auf Längs- oder Querfehler zu schließen.

Damit die Signale vom empfangenden Wandler, die im Gerät aufgezeichnet werden, nachher richtig interpretiert werden können (nach Herausnahme des Gerätes aus dem Rohr nach Beendigung seines Durchlaufs), müssen die Räder oder anderen Inspektionsvorrichtungen in einer gemeinsamen Ebene quer zur Längsrichtung des Körpers des Gerätes bleiben, während sie in dieser Ebene beweglich sind, um sich Änderungen im Innendurchmesser des Rohres anzupassen.

Die vorliegende Erfindung erspart die Notwendigkeit von Führungsrädern und berücksichtigt, daß es üblich ist, eine Vielzahl von Radsonden um den Umfang des Rohres herum anzuordnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohrinspektionsgerät zu schaffen, das sich relativ zum Rohr selbst ausrichtet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichnungsmerkmale des Patentanspruchs gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Rohr-Inspektionsgerätes mit einer Vielzahl von Inspektionsvorrichtungen,

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene Endansicht des Gerätes nach Fig. 1 in Richtung des Pfeiles A,

Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht eines der Räder von einer der Inspektionsvorrichtungen im Gerät nach Fig. 1,

Fig. 4 eine geschnittene Endansicht des Rades nach Fig. 3 im Schnitt nach der Linie Y-Y in Fig. 3, und

Fig. 5 ein Liniendiagramm eines Teils des Gerätes der Fig. 2.

Das Gerät nach Fig. 1 ist dazu bestimmt, in eine 24-Zoll- Gasrohrleitung (nicht dargestellt) eingesetzt zu werden, und weist eine bewegliche Sonde 10 auf, die mit einer Zugöse 9 versehen ist, damit die bewegliche Sonde 10 durch ein zweites bewegliches Aggregat (nicht dargestellt) gezogen werden kann, welches entlang der Rohrleitung durch die Strömung von unter Druck stehendem Gas im Rohr vorgetrieben wird. Die bewegliche Sonde ist Gegenstand der zugehörigen Patentanmeldung P 30 34 318.1 vom gleichen Tag.

Die bewegliche Sonde weist einen zentralen rohrförmigen Körper 11 mit zwei Flanschen 12, 13 auf, von denen jeder am jeweiligen Ende der beweglichen Sonde oder in der Nähe desselben angeordnet ist. Eine Ausrichteinrichtung 14 ist an jedem Flansch zum Zwecke des Lokalisierens und Ausrichtens der beweglichen Sonde 10 entlang der Rohrachse vorgesehen. Jede Ausrichteinrichtung 14 weist einen ringförmigen abstützenden Dichtungsbauteil 15 aus elastomerem Material, wie beispielsweise Polyurethan, auf und hat eine konkave Hinterschneidung, die in Richtung auf das hintere Ende der beweglichen Sonde 10 zeigt, so daß unter Druck stehendes Gas im Rohr den Bauteil 15 in Wirkverbindung mit der Innenfläche des Rohres drückt. Jeder ringförmige Bauteil 15 ist zwischen eine Ringplatte 16 und eine Klemmplatte 17 eingeklemmt, und die Ringplatten 16 sind durch Schrauben 18 an den jeweiligen Flanschen 12, 13 befestigt.

Vier Konsolen 19, die im gleichen Abstand auf einem gemeinsamen Kreis angeordnet sind, sind an der vorderen Ringplatte 16 befestigt, und ein Lenker 20 ist durch eine Kugelgelenkverbindung 20 a am einen Ende an einem Schwenkzapfen 23 in jeder Konsole 19 angebracht, um die Zwangsführungseinrichtung zu bilden. Die Kugelgelenkverbindung 20 a im freien Ende jedes der Lenker 20 sitzt auf einem Schwenkzapfen 23 in einer jeweiligen Konsole 19, die an einer ringförmigen Halteplatte 70 befestigt ist, wobei die Konsolen 19 so angeordnet sind, daß die Schwenkzapfen 23 annähernd radial zur vorderen Ringplatte 16 verlaufen.

Die Halteplatte 70 bildet einen Teil eines Trägerelementes 21 mit zwei ringförmigen Trägerplatten 28, die in parallelem Abstand voneinander durch hohle Distanzstücke 71 gehalten und durch Schrauben 17 miteinander verbunden sind, die sich durch die Distanzstücke 71 hindurch erstrecken, wobei die zusammengeschraubten Trägerplatten 28 an der Halteplatte 70 durch Schrauben 27 befestigt sind. Das Trägerelement 21 ist in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der beweglichen Sonde 10 frei beweglich und ist an einer Feder 24 hängend angeordnet, die an der Ringplatte 17 der hintersten Ausrichteinrichtung 14 und der hintersten Trägerplatte 28 befestigt ist. Das Trägerelement 21 hat einen Bauteil 26 aus Gummi, der zwischen eine Klemmplatte 25 und die Halteplatte 70 geklemmt ist, um das Trägerelement 21 in der Bohrung des Rohres zu zentralisieren. Acht Inspektionsvorrichtungen 22 werden zwischen den Trägerplatten 28 federnd gehalten, wie im einzelnen in Fig. 2 dargestellt, auf die ebenfalls Bezug genommen wird.

Jede Inspektionsvorrichtung 22 weist zwei hohle Räder 29 auf, wobei jedes Rad 29 im Innern eine Ultraschallsonden- Baugruppe 30 mit Wandlern 55 enthält, die so angeordnet sind, daß sie Ultraschall in die Wand des Rohres so hineinsenden, daß der Ultraschall um ein Umfangsband der Rohrwand herum wandert. Energie zur Erregung der Wandler 55, zusammen mit den Signalen, die dem aus dem Innern des Rohres empfangenen Ultraschall entsprechen, werden über Leitungen (nicht dargestellt) entweder zum Zugaggregat oder zu einem weiteren beweglichen Aggregat (nicht dargestellt) geleitet, das hinter der beweglichen Sonde 10 hergezogen wird. Jedes Rad 29 ist im einzelnen in den Fig. 3 und 4 dargestellt und weist einen hermetisch abgedichteten Hohlkörper 31 aus Polymethylmethacrylat, einen Rand 32 sowie Messing-Seitenplatten 33 auf, die am Rand 32 befestigt sind. Der Rand 32 ist mit einem massiven Polyurethanreifen 34 versehen. Die Räder 29 sitzen auf Lagern und drehen sich auf einem Schwenklager 35, das von einem konischen bzw. schräg zulaufenden Block 36 getragen wird. O-Ring-Dichtungen sind zwischen den Seitenplatten 33 und dem Rand 32 und Öldichtungen zwischen den Seitenplatten 33 und dem Schwenklager 35 vorgesehen.

Der Block 35 selbst sitzt auf einem Schwenklager 37, das am freien Ende der Schenkel eines allgemein U-förmig ausgebildeten Schwenkarmes 38 sitzt. Die Räder 29 sind dadurch in der Lage, um die Achse des Schwenklagers 37 so zu schwenken, daß die beiden Räder jeder Inspektionsvorrichtung 22 die Innenfläche des Rohres entlang Linien berühren, die auf jeder Seite einer Radialebene in gleichem Abstand angeordnet sind, die durch die Längsachse des Rohres und die Längsachse des Schwenklagers 37 verläuft. Die Schwenklager 35 liegen senkrecht zu Radialebenen, die durch den Berührungspunkt zwischen dem Rad und der Innenfläche des Rohres hindurchgehen.

Die Ultraschallsonden-Baugruppe 30 wird federnd- nachgiebig durch das Schwenklager 35 getragen, und das hohle Rad enthält ein akustisches Kopplungsmedium (nicht dargestellt), wie beispielsweise ein Gemisch aus Glyzerin und Wasser. In einigen Fällen kann das Glyzerin-Wasser-Gemisch mit Teilchen aus Kohlenstoff, zum Beispiel Graphit oder Molybdändisulfid, beschickt sein.

Die Ultraschallsonden-Baugruppe 30 umfaßt einen Halteaufbau, der aus Konsolen 52 und Stäben 53 besteht, die so angeordnet sind, daß sie einen Nylonblock 54 tragen, auf dem eine Vielzahl von Wandlern 55 zum Aussenden von Ultraschall in die Wand des Rohres und zum Empfangen von Ultraschall, der aus der Wand des Rohres rückgestreut oder reflektiert wird, angeordnet ist. Der Block 54 wird gegen die Innenoberfläche des Randes 32 durch eine Druckfeder 56 gedrückt, die zwischen einer der Konsolen 52 und einem Stift 57 verankert ist, der in einem zentralen Block 58 befestigt ist, welcher einen Teil des Schwenklagers 35 bildet. Die Stäbe 53 werden im Block 58 zur Ausführung einer linearen Bewegung der Sonden-Baugruppe verschiebbar gehalten. Der Block 54 ist so geformt, daß er mit der Form der Innenoberfläche des Randes 32 übereinstimmt, um sicherzustellen, daß die Ultraschallwellen von den Wandlern 55 in die Rohrwand in einem vorbestimmten und bevorzugten Winkel eintreten und daß das akustische Kopplungsmedium in die Lage versetzt wird, jeden Spalt zwischen den Wandlern 55 und dem Block 54 und zwischen dem Block 54 und dem Rand 32 zu durchdringen. Elektrische Leitungen (nicht dargestellt) von den Wandlern 55 verlaufen entlang einer Bohrung (nicht dargestellt) im Schwenklager 35 durch Dichtungen hindurch, die verhindern, daß das akustische Kopplungsmedium aus dem Rad 29 und nach außen durch den schräg zulaufenden Block 36 entweicht.

Der Schwenkarm 38 weist zwei im Abstand voneinander angeordnete Seitenbauteile 39, 40 auf, die durch eine Welle 41 verbunden sind, um welche der Schwenkarm 38 rotiert. Der Schwenkarm 38 sitzt zwischen den Trägerplatten 28, und eine Federbaugruppe 42 wirkt auf jeden Seitenbauteil 38, 40, um die Räder 29 radial auswärts in Wirkverbindung mit der Innenfläche des Rohres zu drücken. Jede Federbaugruppe 42 weist eine Schraubendruckfeder 43 auf, die auf einem Stab 44 sitzt, der am einen Ende an der Trägerplatte 28 starr befestigt ist. Die Schraubenfeder 43 verläuft durch einen Längsschlitz 45 im Schwenkarm 38 hindurch und drückt ein Druckpolster 46 an eine konkave Fläche der Konsole 47, die am Schwenkarm 38 befestigt ist.

Jeder schräg zulaufende Block 36 ist mit Zapfen 48 versehen, die in Führungen 49 in Endanschlägen 50, 51 eingreifen, die von den Trägerplatten 28 getragen werden. Die Führungen 49 sind so geformt, daß sie eine Begrenzung für die Schwenkbewegung des schräg zulaufenden Blocks 36 bilden, während sie eine gewisse Schwenkbewegung dieses Blocks 36 zulassen, wenn die Räder 29 Unregelmäßigkeiten an der Rohroberfläche, wie Unrundheiten oder Schweißnähten, folgen. Diese Führung kann außerdem dazu beitragen, die Räder 29 korrekt zur Rohrwand ausgerichtet zu halten, so daß die Räder 29 die Rohrwand entlang Linien berühren, die in gleichem Abstand um Radialebenen herum verlaufen.

Die Bewegung der Räder 29 relativ zur beweglichen Sonde ist aus dem Liniendiagramm in Fig. 5 ersichtlich, wobei die Räder 29 in Wirkverbindung mit einem Rohr 8 gezeigt sind. Als eine Alternative zur Verwendung von schwenkbaren Haltearmen können die Haltearme auch linear versetzbar sein, zum Beispiel in radial gerichteten Nuten.

Es versteht sich, daß die besondere Konstruktion der Wandler und deren Stellungen im Innern der Räder anders sein kann als oben beschrieben. Anstatt der Anbringung der Ultraschallsonden-Baugruppe an Stäben und Verwendung von Federn zum Andrücken der Baugruppe in Kontakt mit dem Rand 32 kann beispielsweise der Block 54 auch eingespart werden, und die Wandler der Ultraschallsonden-Baugruppe können starr an den Schwenklagern 35 befestigt und in einem kleinen Abstand vom Rand 32 des Rades weggehalten werden. In diesem Fall wird das Rad mit einem Gemisch aus Glyzerin und Wasser gefüllt, welches mit Teilchen aus Kohlenstoff, z.B. Graphit oder Molybdändisulfid, versetzt ist. Die Größe der Partikeln wird so gewählt, daß sie den Ultraschall leicht dämpfen, wobei dadurch der Ultraschall-Nachhall innerhalb des Rohres nach dem Aussenden eines Ultraschallimpulses von einem Wandler reduziert wird.

Claims (1)

1. Rohr-Inspektionsgerät mit einem Körper, der in der Bohrung des Rohres durch Bauteile positioniert ist, die in Längsrichtung des Körpers im Abstand voneinander angeordnet sind, sich an der Innenoberfläche des Rohres abstützen und den Körper im Rohr zentrieren, sowie mit ringförmig um den Körper angeordneten Ultraschall-Inspektionsvorrichtungen, von denen jede mittels eines Haltebauteils über ein erstes Schwenklager mit dem Körper und quer zu dessen Längsachse beweglich verbunden ist, wobei eine Feder vorgesehen ist, um die Ultraschall-Inspektionsvorrichtung in Richtung auf die Innenfläche des Rohres zu drücken, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ultraschall-Inspektionsvorrichtungen mit dem jeweils zugeordneten Haltebauteil (39) über ein zweites Schwenklager (35, 37) verbunden ist und die Schwenklager (37, 41) Schwenkachsen aufweisen, die parallel zu der Längsmittelachse verlaufen, welche durch die den Körper (11) im Rohr (8) abstützenden Bauteile (15) und mit diesen verbundenen, die ersten Schwenklager tragenden Trägerelemente (21) gebildet ist.