DE69111616T2

DE69111616T2 - Rohrleitungsmolch und verfahren zur rohrleitungsinspektion.

Info

Publication number: DE69111616T2
Application number: DE69111616T
Authority: DE
Inventors: Hugh Edmund Murrey Hunt; Uwe Gerhard Koepke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2011-11-23
Also published as: US5385049A; DE69111616D1; ATE125610T1; AU8913791A; JPH06503151A; EP0558674A1; AU653974B2; CA2095625A1; GB9025394D0; EP0558674B1; WO1992009847A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen von Rohrleitungen, wie etwa Gas leitungen, und einen Rohrleitungs-Molch für die Verwendung bei einem derartigen Verfahren.
Die Rohrleitungsinspektion ist wichtig, um die Unversehrtheit der Rohrleitung zu überprüfen und, sofern erforderlich, eine Warnung über mögliche Defekte frühzeitig vor derartigen Defekten zu ermöglichen, so daß vorbeugende Maßnahmen ergreifbar sind, um deren Folgen zu vermeiden oder abzuschwächen. Ein spezielles Problem erwächst bei unterirdischen Gas-Rohrleitungen, bei welchen Risse erhebliche Folgen haben können. Es wurden viele Molche und Verfahren vorgeschlagen, welche den Gefügeaufbau einer Rohrleitung überwachen können, wie Molche mit optischen Sensoren oder Kameras, Molche mit Ultraschallwandlern und dergleichen, jedoch sind die mit derartigen Vorrichtungen erzielten Ergebnisse, zumindest teilweise, nicht immer zufriedenstellend, da die erreichten Ergebnisse keinen Hinweis auf umgebende Bodeneigenschaften geben können, welche zu baldigen Rissen führen können. Fig. 12 zeigt eine Rohrleitung P für brennbare Gase, welche über Bereichen aus weichem S und hartem H Untergrund verläuft, in welchen die Zustände der direkt umgebenden Bereiche stark variieren. Ein Durchfahren mit schweren Fahrzeugen, wie etwa demjenigen, welches bei V dargestellt ist, kann eventuell im Bereich S ein Durchbiegen und im Bereich H ein Wölben bewirken, wie in den beiden kleinen Diagrammen an beiden Seiten der Hauptfigur dargestellt ist. Risse treten sehr wahrscheinlich an den mit * markierten Punkten auf.
GB-A-2146772 schlägt die Verwendung eines Molchs vor, welcher gegen die Wand einer Rohrleitung schlägt, um reflektierende Vibrationssignale auf die Rohrleitung aufzubringen und anschließend die resultierenden Reflektionen abzuhören und vorgewählte Charakteristika der empfangenden Geräusche zu erfassen, um nichtunterstützte Last- oder Spannungsabschnitte oder -punkte anzuzeigen.
Die vorliegende Erfindung stellt darauf ab, einen Weg zu schaffen, um die Probleme der im Stand der Technik eingesetzten Verfahren auszuräumen und sie nützt die Tatsache aus, daß der Gefügeaufbau einer unterirdischen oder anderen Rohrleitung durch den Rohrleitungs-Widerstand gegenüber Translations- und Torsionsbewegungen darstellbar ist. Gefügezustände, welche einer Erfassung bedürfen können, umfassen: Änderungen des Rohrleitungsmaterials, der Wandstärke oder der Querschnittsform; Art und Unversehrtheit von Verbindungen, T-Stücken, Verzweigungen und andere Anschlußstücken, und insbesondere das Verfahren und die Unversehrtheit der Abstützung (, welche bei unterirdischen Rohrleitungen das umgebende Bodenmaterial umfaßt).
Erfindungsgemäß umfaßt ein Verfahren zum Überwachen des Gefügeaufbaus einer Rohrleitung und deren Abstützung die Schritte: Durchqueren des Innenraumes der Rohrleitung mit einem Molch; Erzeugen von Molchvibrationen in eine oder mehrere Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsrichtungen; Übertragen der Molch-Vibrationen auf die Rohrleitungswand; Messen des Rohrleitungsansprechverhaltens auf die Vibrationen, indem eine oder mehrere der Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsbewegungen des Molchs erfaßt werden; und Anzeigen und/oder Aufzeichnen der gemessenen Daten in einer Form, welche zum Identifizieren von Gefügeaufbau-Veränderungen der Rohrleitung und ihrer Abstützung verwendbar ist.
Eine Krümmung kann entweder in der Neigungsebene (vertikal) oder in der Pendelebene (horizontal) auftreten und wird in der kompletten Beschreibung als Ausdruck für beide Ebenen verwendet.
Falls erwünscht, kann die Vibrationsbewegung eines weiteren hinteren Molchs zusätzlich aufgezeichnet werden, um weitere Daten zu erzielen.
Die Erfindung umfaßt ferner einen Rohrleitungsmolch mit:
Mitteln, welche ein Vibrieren des Molchs in eine oder mehrere Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsrichtungen bewirken;
Mitteln zum Übertragen der Vibrationen auf die Wand einer Rohrleitung, durch welche der Molch bewegt wird;
Mitteln zum Messen des Vibrationsansprechverhaltens der Rohrleitung durch Erfassen einer oder mehrerer der Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsbewegungen des Molches; und ein Inspektionsgerät umfaßt ferner Mittel zum Anzeigen und/oder Aufzeichnen der gemessenen Daten in einer Form, welche zum Identifizieren von Gefügeaufbau-Veränderungen der Rohrleitung verwendbar ist.
Vorzugsweise wird die eine geringe Amplitude aufweisende Vibration durch eine elektromagnetische Schüttelvorrichtung oder durch gegenrotierende Massen bewirkt und mit geringer Amplitude durch Füße auf die Rohrleitungswand übertragen. Der Prototyp-Molch weist eine ausreichende Starrheit auf, so daß er keine Resonanzen innerhalb eines Vibrations-Frequenzenbereiches von 0-500 Hz aufweist. Die obere Begrenzungsfrequenz wird durch den Frequenzbereich festgelegt, bei welchem ein Ansprechen der Rohrleitung auf eine Vibration bekannt ist, derart daß der Zustand des umgebenden Abstützmediums wiedergegeben wird. Bei einer 4" (100mm) unterirdisch verlegten Gußeisenleitung beträgt ein geeigneter Frequenzbereich 50-450 Hz.
Der Molch weist vorzugsweise Füße und eine Gewichtsverteilung auf, welche für eine Stabilisierung und eine geringere Drehbewegung während dem Hindurchziehen durch eine Rohrleitung angeordnet ist, er kann aber auch Räder oder eine andere, ausreichend steife Stütze aufweisen.
Das Gerät kann ferner einen weiteren Molch aufweisen, welcher mit dem ersten Molch verbunden ist, so daß er dem ersten Molch folgt, wenn dieser durch eine Rohrleitung gezogen wird, wobei der zweite Molch zudem Mittel zum Messen des Vibrationsansprechverhaltens der Rohrleitung durch Erfassen einer oder mehrerer der Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsbewegungen des zweiten Molches in Abhängigkeit von in dem ersten Molch erzeugten Vibrationen aufweist. Zur Vereinfachung kann der zweite Molch zum ersten identisch sein.
Andere Beschleunigungsmesser können zudem verwendet werden, um durch den Molch erzeugte Vibrationen zu messen. Diese sind nicht am Molch oder am hinteren Molch befestigt, sondern vielmehr sind sie an einem festen Punkt in der Rohrleitung (beispielsweise an deren Enden) oder an der Bodenoberfläche befestigt, welche sich über der geschätzten Stelle des Molchs in der Leitung befindet. Derartige Beschleunigungsmesser können eine Information über die Übertragungswege wiedergeben, welche durch den Molch und jeden befestigten hinteren Molch gesammelte Daten hinzufügen.
Die durch das Ansprechverhalten erfaßten Vibrationssignale können anhand von Frequenz-Ansprech-Funktionen (FRF's) gedeutet werden, welche beispielsweise anschließend zum Anzeigen von Farb-Konturdarstellungen auf einem Computerbildschirm verwendbar sind oder durch einen Farbdrucker ausgedruckt werden können.
Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Rohrleitungs-Molchgerätes und das Verfahren, bei welchem das Gerät verwendet wird, werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine verallgemeinerte, schematische Ansicht eines Rohrleitungs-Inspektionsgerätes mit einem Molch und einer Rohrleitung in axialem Schnitt dargestellt;
Fig. 2 eine seitliche Vergrößerung des Molchs mit der im Schnitt dargestellten Rohrleitung;
Fig. 3 einen detaillierten Axialschnitt durch den Molch;
Fig. 4 ein Blockdiagramm des Verfahrens zum Anzeigen der durch den Molch erhaltenen Ergebnisse;
Fig. 5 eine Darstellung der angezeigten Probenergebnisse;
Fig. 6a - 6d Schwarz-Weiß-Kopien von Farb-Umrißkarten von Ergebnissen, welche durch die Überprüfung einer Rohrleitung erhalten wurden, deren Eigenheiten in Fig. 6e dargestellt sind.
Fig. 7 eine Translations-Bewegungsspur des Molchs im Leitungsquerschnitt;
Fig. 8 einen Graphen, welcher die Ansprechfunktion eines beim Vorbereiten der Ergebnisse verwendeten Filters darstellt; und
Fig. 9 ein Schaltungsdiagramm der am Molch befindlichen Energiequelle;
Fig. 10 ein Schaltungsdiagramm eines Ladungsverstärkers, welcher bei jedem Beschleunigungsmesser eingesetzt wird;
Fig. 11 ein Schaltungsdiagramm einer Orientierungs-Potentiometerschaltung; und
Fig. 12 eine Ansicht, welche eine unterirdische Rohrleitung mit möglichen, dargestellten Rißpunkten zeigt.
Der Molch 1 ist innerhalb einer Rohrleitung 2 dargestellt und aus einem rohrförmigen Gehäuse 10 aus Aluminiumlegierung gebildet und weist ein ein Bleigewicht 12 aufnehmendes, hohles (domed) Vorderteil 11 und eine am hinteren Ende angeordnete Abdeckplatte 13 auf. Innerhalb des rohrförmigen Gehäuses sind die verschiedenen Bauteile des Molchs montiert, welche eine elektromagnetische Schüttelvorrichtung 20 (LTV V 47 von Ling Dynamic Systems) aufweisen, welche im vorliegenden Beispiel zum Erzeugen einer Vibration in Vertikalrichtung bestimmt ist. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Schüttelvorrichtungen zum Erzeugen von Vibrationen in Längs-, Lateral-, Krümmungs- und/oder Torsionsrichtungen eingesetzt werden. Die Schüttelvorrichtung ist auf einer jochförmigen Stütze 21 montiert, welche an der Wand des rohrförmigen Gehäuses befestigt ist. Ein 100g- Messinggewicht 22 ist an einer vibrierenden Spindel 23 der Schüttelvorrichtung befestigt und ein Beschleunigungsmesser 24 ist wiederum am vibrierenden Gewicht 22 befestigt, so daß die Amplitude der Vibrationskraft während des Einsatzes berechenbar ist. Dies ist notwendig, da die durch die elektromagnetische Schüttelvorrichtung erzeugte Kraftamplitude nicht auf einfache Weise dem die Schüttelvorrichtung antreibenden Strom zugeordnet ist. Die erzeugte und erforderlich Vibration bewirkende Kraftamplitude und -frequenz wird durch den dem Molch durch ein geschirmtes einadriges Kabel 32a zugeführten Strom bestimmt. Ein außerhalb der Rohrleitung angeordneter Leistungsverstärker 30 stellt die Stromquelle dar. Der Leistungsverstärker wird wiederum durch eine von einem (später zu beschreibenden) Daten-Beschaffungssystem 38 zugeführte Spannung angetrieben oder gesteuert. Jede willkürliche Vibrationswellenform, ob im Einschwing- oder stetigen Zustand kannn vorgebeben werden.
Eine (nicht dargestellte) Alternative zur Verwendung der elektromagnetischen Schüttelvorrichtungen würde die Verwendung von exzentrischen Massen auf gegenrotierenden Wellen darstellen, welche eine kompaktere Einrichtung zum erzielen der erforderlichen Vibration schafft. Die Vibrations- oder Schwingungsamplitude wird direkt dem Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit und der Größenordnung der versetzten Massen zugeordnet, wobei lediglich die Möglichkeit besteht, sinusförmige Vibrationen zu erzeugen. Eine Quer- und Torsionsvibration kann von der gleichen Einheit durch Einstellen der relativen Phasen zwischen den drehenden Wellen erzeugt werden.
Bei Verwendung wird durch die Schüttelvorrichtung 20 über einen Frequenzbereich von 50-450 Hz eine Vibration, entweder im Einschwingungs- oder stetigen Zustand erzeugt. Dieses obere Frequenzlimit wird durch die niedrigste Eigenresonanz des Molchs, wie später beschrieben wird, bestimmt und variiert in Abhängigkeit von der genauen Konstruktion jedes vorgegebenen Molches. Die untere Begrenzung wird durch das niedrige Frequenzansprechverhalten des Schüttelvorrichtungs-Gewichts 22 auf dessen Aufhängung bestimmt und dieses tritt bei ungefähr 35 Hz auf. Die Vibration wird auf die Rohrleitungswände durch drei konvexe Füße 40-42 übertragen, welche mit dem Boden der Rohrleitung 2 in Kontakt stehen. Die Füße sind an den Scheitelpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet, dessen Symmetrieachse mit der Längsachse der Rohrleitung und der Längsachse des Molchs ausgerichtet ist, wenn die Symmetrieachse in einer Horizontalebene verläuft. Ein einzelner hinterer Fuß 40 befindet sich im Dreieckscheitel (unter der Rohrleitungsachse) und zwei vordere Füße 41, 42 sind weiter vorne innerhalb einer Vertikalebene angeordnet, welche senkrecht zur Längsachse der Rohrleitung ist. Die Füße haben konvexe Oberflächen 43 und sind aus einsatzgehärteten Stahl geformt, um eine Füßeabnutzung zu verringern, wobei die konvexen Oberflächen den Füßen ein Gleiten über Oberflächen-Unregelmäßigkeiten innerhalb der Rohrleitung 2 ermöglichen. Die zum Erzeugen einer meßbaren Rohrleitungsbewegung erforderliche Kraft, welche eine Amplitude von ungefähr 5 N aufweist, hat im wesentlichen eine kleinere Amplitude als die Gewichtskraft des Molches an sich (30,9 N), wobei die Masse des Molches 3,15 kg beträgt, und es ist somit nicht erforderlich, den Molch an der Innenseite der Rohrleitung auf irgendeine erdenkliche Weise zu verankern. Jedoch ist ein Federpaar 14 (siehe Fig. 2) wie dargestellt vorgesehen, um das Hinterteil des Molches unten zu halten. Der Molch ist derart konzipiert, daß er über den Arbeits-Frequenzbereich von 0-500 Hz eine dynamische Festigkeit aufweist. In diesem Frequenzbereich existieren keine mechanischen Resonanzfrequenzen, welche eine Vibrationsverzerrung innerhalb des Molches bewirken könnten. Somit bewegen sich der Molch und die Rohrleitung als eine Einheit, so daß die Bewegung der Rohrleitung von und innerhalb des Molches durch 4 Beschleunigungsmesser 50-53 aufgezeichnet werden kann.
Ein (nicht dargestellter) zweiter Molch, welcher als "der hintere Molche" bekannt ist (und welcher zur Vereinfachung im wesentlichen dem Hauptmolch entsprechen kann), kann zur Messung der Vibration in der dem Molch entsprechenden Weise, welcher die Erregungsquelle aufweist, verwendet werden. Dieser hintere Molch wird zum Messen des Ansprechverhaltens der Rohrleitung entlang der Rohrleitung über eine Distanz von der Erregungsquelle verwendet, so daß beispielsweise die Dämpfung der Vibrationsübertragung entlang der Rohrleitung erfaßt wird, welche charakteristisch für einen Bleifaden oder andere Verbindungstypen ist. Wahlweise kann der zweite Molch eigesetzt werden.
Der Molch ist derart ausgestaltet, daß er senkrecht innerhalb der Rohrleitung 2 verbleibt, während er durch ein Seil entlang der Rohrleitung gezogen wird. (Der Molch kann, falls erwünscht, selbst fahrend sein.) Dies wird wie folgt erreicht. Bei einer Rohrleitung mit kreisförmigem Querschnitt wird die Massenverteilung innerhalb des Molches (welcher die Ballasthaube 11 am vorderen Ende aufweist) derart gewählt, daß der Schwerpunkt direkt unterhalb einer imaginären Linie liegt, welche vom Punkt, an welchem der hintere Fuß 40 die Rohrleitung 2 berührt, zum Punkt, welcher am Schnittpunkt der Mittellinie der Rohrleitung und der die Berührungspunkte der vorderen zwei Füße 41, 42 mit der Rohrleitung aufweisenden Vertikalebene, verläuft. Der Abstand des Schwerpunktes von dieser Linie nach unten ist für maximale Stabilität maximiert. Bei dem vorliegenden Beispiel liegt der Schwerpunkt über den vorderen beiden Füßen 41, 42 und unterhalb der Mittellinie der Rohrleitung. Hierbei ist die Berührungskraft an dem hinteren Fuß 40 Null angenähert, und die zusätzlichen leichten Federn 40 sind an dem hinteren Ende angeordnet, um eine ausreichende Kontaktkraft beizubehalten. Jede Feder 14 ist aus einem Federstahlstreifen geformt.
Ein Pendel 60 ist an einem Rotor 61 eines Potentiometers 62 befestigt und wird bei Drehung zum Erzeugen einer Spannung verwendet, welche die axiale Drehung des Molches darstellt. Diese Spannung wird zum Daten-Beschaffungssystem 38 durch ein sechsadriges Datenkabel 32b übertragen, so daß die aufrechte Stellung des Molches überprüft wird. Es wird keine Messung durchgeführt, bis der Molch vertikal innerhalb ± 5º ist. Obwohl es momentan in die Ausgestaltungsform nicht eingearbeitet ist, kann der gemessene Winkel zum Modifizieren der erhaltenen Eegebnisse eingesetzt werden, um die Orientierung zu berücksichtigen.
Die Vibration bzw. Schwingung des Molches wird mit vier piezoelektrischen Beschleunigungsmessern 50-53 gemessen. Ein eine gewisse Redundanz aufweisender Aufbau wurde ausgewählt, so daß unabhängige Überprüfungen der korrekten Funktionsweise der Beschleunigungsmesser 50-53 durchführbar sind. Die Torsionsvibration wird aus dem Ausgang von zwei parallelen Beschleunigungsmessern 51, 52 berechnet, welche mit einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind. Kleine elektrische Ladungssignale werden durch die Beschleunigungsmesser 50-53 bei Verwendung erzeugt und durch vier identische Ladungsverstärker 33 (welche auf einem von zwei Schaltungsplatten 31 angeordnet sind, die am Hinterteil des Molches positioniert sind) in Spannungssignale umgewandelt, wobei diese verstärkt werden. Die in Fig. 10 dargestellte Ladungs-Verstärkerschaltung 33 verwendet einen Operationsverstärker 33a, um 40mV/pC und einen Hochpaßfilterausschnitt von 3,5 Hz zu erzielen. Die zweite Schaltungsplatte 31 umfaßt einen Ladungsverstärker für den Beschleunigungsmesser 24, welcher auf dem Schüttelvorrichtungs-Gewicht 22 befestigt ist, und zudem eine Schaltung 37 für den Orientierungs-Potentiometer. Die Orientierungs- Potentiometerschaltung in Fig. 11 verwendet eine Wheatstonesche-Brücke 37a und einen Operationsverstärker 37b, um eine Empfindlichkeit von 75mV/&sup0; vorzugeben. Sie umfaßt ferner eine (in Fig. 9 dargestellte) Energieversorgungsschaltung 39, um eine zugeführte 12V-Spannungsversorgung zu einer ± 12-Volt-Spannungsversorgung umzuwandeln, welche für die Ladungsverstärker 33 und die Orientierungs-Potentiometerschaltung 37 erforderlich ist. Die Energie-Versorgungsschaltung setzt einen herkömmlich verfügbaren Chip 39a (Typ NMA1212D) ein, um die 12 V Gleichspannungs-Zuführung umzuwandeln. Die gleichmäßige 12 V-Gleichspannung, welche für das Antreiben der elektronischen Bauteile erforderlich ist, wird dem Molch durch ein einadriges, geschirmtes Kabel 32c von außerhalb der Rohrleitung zugeführt.
Die verstärkten Spannungssignale werden mittels des sechsadrigen Datenkabels 32b zum Daten-Beschaffungssystem 38 übertragen, welches einen 16-Kanal-Meßwerterfasser 34 (Typ 1703 vom Cambridge Electronic Design) mit einem integralen programmierbaren Filter 34 (Typ 1401 vom Cambridge Electronic Design) aufweist. Das Daten-Beschaffungssystem ist mit einem tragbaren Computer 36 verbunden (einem einen Intel 80486-Prozessor verwendenden PC), welcher in diesem Beispiel eingesetzt wird. Der Computer 36 wird zum Instruieren des Meßwerterfassers 34 verwendet, um Signale zu erzeugen, so daß die Amplitude und Frequenz der Erregungswelle gesteuert wird, die durch die Schüttelvorrichtung 20 erzeugt wird, und diese Signale werden nach der Verstärkung durch das Kabel 32a zum Molch übertragen.
Die Vibrationsdaten werden auf dem Computerbildschirm 36 in Form eines Konturdruckes (siehe Figuren 5 und 6a-d) dargestellt, welche unter Verwendung des im Blockdiagramm von Fig. 4 beschriebenen Algorithmus berechnet werden. Bei diesem Verfahren wird jedes gemessene Signal in sein Äquivalent im "Frequenzbereich", durch Berechnen von dessen diskreter Fourier-Umwandlung (DFT), umgewandelt. Die DFT jeder gemessenen Beschleunigung wird mit Bezug auf die DFT der gemessenen angelegten Kraft normalisiert, so daß Frequenz-Ansprech-Funktionen (FRF's) der Beschleunigung in Abhängigkeit von einer angelegten Kraft erzielt werden (siehe Random Vibration and Spectral Analysis D.E. Newland, Longman Press, 1984).
FRF's werden für jeden Vibrationsmodus (lateral, torsion, etc) bei jeder von mehreren Positionen entlang der Rohrleitung berechnet. Die FRF's werden entlang der Länge eines Rohrleitungsbereiches gemessen und in eine zweidimensionale FRF in Abhängigkeit von der Frequenz und dem Abstand nach unten zur Leitung zusammengefügt. Diese FRF wird in der Abstandskoordinate in Übereinstimmung mit einem Merkmals- Filteransprechverhalten, wie in Fig. 8 dargestellt, gefiltert, so daß sehr kleines oder sehr schnelles Variieren des Ansprechverhaltens mit dem Abstand ausgeschaltet wird. Da der Molch lediglich zum Überwachen von lokalen Änderungen entlang weniger Meter erforderlich ist, würden globale Änderungen der FRF, welche fortschreitend über mehrere Meter auftreten, die Information verschlechtern und der Merkmalsfilter umfaßt einen Hochpaßfilter, um diese Effekte auszuräumen. Analog wird ein Tiefpaßfilter verwendet, um jegliche Probleme auszuräumen, welche mit den unechten Änderungen der FRF zusammenhängen, welche an einer einzelnen Stelle aufgrund beispielsweise schlechten Kontaktes des Molches mit der Rohrleitung auftreten. Es besteht keine abwertung der Molchfähigkeiten, sehr lokale externe Kennzeichen zu erfassen, da dies in einer Änderung der FRF über eine Länge, welche größer als die aktuelle Größe des Merkmals selbst ist, resultiert, und der Filterausschnitt kleiner als die Länge dieser FRF-Änderungen gewählt wird.
Eine Konturkarte der zweidimensionalen FRF wird für jeden der Vibrationsmodi, wie aus den Figuren 6a-d ersichtlich, graphisch dargestellt. Eine theoretische Diskussion der Aspekte des in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Verfahrens kann in Dynamic Condition Monitoring of Buried Gas Pipes, Proceedings of Institute of Engineers, Australia, Mech '91 Conference, Sydney July 1991 gefunden werden.
Die Konturmappen zeigen verschiedene FRF's, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Vibrationsfrequenz und der Abstand entlang der Rohrleitung werden als Abszisse aufgezeichnet. Die Amplitude der FRF wird als eine Kontur dargestellt. Es ist von großem Interesse, Konturen von allen Vibrationsmodi zu überprüfen, selbst wenn eine derartige Anregung gewählt wird, daß lediglich in einer Ebene gearbeitet wird. Dies ergibt einen sensitiven Asymmetriehinweis als Folge der Verbindung zwischen Vibrationsmodi. Beispielweise vibriert eine perfekt kreisförmige Rohrleitung in einem perfekten und gleichmäßigen Untergrund vertikal und ausschließlich vertikal, wenn eine vertikale Erregung aufgebracht wird. In Realität sind die Rohrleitung und deren Abstützung bzw. tragender Untergrund nicht perfekt symmetrisch und es tritt ein wesentlicher Betrag an einer gemessenen Horizontal- und Torsionsvibration auf. Der Betrag dieser gemessenen Horizontal- und Torsionsvibration stellt eine erheblich höhere sens itive Asymmetriemessung und Ungleichförmigkeitsmessung dar als das vertikale Ansprechverhalten selbst und ist somit eine wichtige Diagnostikhilfe. Beispielsweise sollte (theoretisch) bei vertikal erregten Rohrleitungen, welche in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellt sind, kein Torsions- Ansprechverhalten auftreten, jedoch geben Änderungen in bezug auf den Abstand des ungleich Null gemessenen Torsions-Ansprechverhaltens, welches in Fig. 6b dargestellt ist, einen deutlichen Hinweis darauf, daß die Rohrleitung Eigenheiten aufweist.
Die Fig. 6a zeigt das Ansprechverhalten aufgrund von einer vertikalen und horizontalen Vibration bzw, Schwingung, welche als "FRF-Ellipse" bezeichnet wird, bei welcher die FRF für die Quantität (a²+b²) steht, bei welcher a die Amplitude einer Vertikalvibration und b die Amplitude einer Horizontalvibration darstellen. Dies ist aus der elliptischen Linie von Fig. 7 ersichtlich. Die Größe der Ellipse beträgt r = α (a²+b²). Diese beiden gleichzeitig stattfindenden Vibrationsmodi bedingen einen im allgemeinen mit einem gewissen Winkel zur Vertikalen geneigten elliptischen Weg, wie aus der Figur gut ersichtlich ist. Die Horizontalbewegung ist innerhalb der "FRF-Ellipse" aufgenommen, so daß hierfür keine getrennte Konturdarstellung erforderlich ist.
Fig. 6b zeigt die FRF des durch den Molch gemessenen Torsions-Ansprechverhaltens.
Fig. 6c stellt die gefilterte FRF des Vertikalansprechverhaltens eines hinteren Molches dar.
Fig. 6d zeigt die "FRF-Oberfläche" oder die FRF der Vertikalbeschleunigung, welche auf dem direkt über der Rohrleitung bei der Position des Molches entlang der Rohrleitung befindlichen Untergrund gemessen wurde und ist bei einem normalen Einsatz nicht erforderlich (wurde unabhängig durch einen nicht dargestellten Beschleunigungsmesser gemessen), sie wurde jedoch für Entwicklungszwecke eingesetzt. Die Fig. 6a-d sind entsprechend ihrer Registrierung in einer diagrammatischen Darstellung (Fig. 6e) der Rohrleitung 2 gezeigt, durch welche der Molch 1 hindurchgelaufen ist, und die umgebenden Eigenheiten sind dargestellt, um die FRF-Konturkarten zu erzielen. Die Fig. 6a und 6b zeigen insbesondere, wie die Eigenheiten um die Rohrleitung herum durch die in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Technik erfaßbar sind. Die Figur 6e zeigt die folgenden um die Leitung herum befidlichen Eigenheiten: Eine kreuzende Leitung P; einen Hohlraum V, eine Leitungsverbindung J&sub1;; eine harte Stelle H; einen Erzklumpen B; eine weitere Verbindung J&sub2;; und eine Wand W.
Die Einheiten, in welchen FRF in den Figuren 6a-d dargestellt ist, weisen die Einheit db (Dezibel) auf, wobei dB = 20log&sub1;&sub0; (Signal/reference), und neben Fig. 6d ist eine Skala dargestellt. Die Kopfzeile jeder Konturdarstellung gibt den Wert dieser Referenz an. Beispielsweise gibt 20 dBrefms&supmin;¹/N eine Ansprechgeschwindigkeit von 0.1 ms&supmin;¹ pro Newton aufgebrachter Kraft an.
Bei dem Anschauungsausdruck von Fig. 5 kann das am weitesten links befindliche Merkmal als "Berg" auf dem Kontur- Ausdruck erkannt werden. Dies bedeutet ein erhöhtes Ansprechverhalten und somit einen weicheren Umgebungsuntergrund oder eine Rohrleitungs-Schwachstelle. Das benachbarte Merkmal kann eine "Vertiefung" im Umriß-Ausdruck darstellen, welche als Anhaltspunkt für eine harte Stelle dient. Der Bereich der gleichmäßigen Steifheit stellt "die Norm" dar und ist ein nützliches Referenz-Basislinien-Ansprechverhalten. Sofern das am weitesten rechts befindliche Merkmal ein "Berg" ist, stellt es eine weiche Stelle dar, falls es aber ein "Tal" ist, zeigt es einen harten Bereich. Es ist erforderlich, einen Farb-Code einzusetzen, oder die Kontur-"Höhen" numerisch zu kennzeichnen, um derartige Ausdrücke ohne Mehrdeutigkeit darzustellen.

Claims

1. Verfahren zum Überwachen des Gefügeaufbaus einer Rohrleitung (2) und deren Abstützung, mit den folgenden Schritten:

Durchqueren des Innenraumes der Rohrleitung mit einem Molch (1);

gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:

Erzeugen von Molchvibrationen in eine oder mehrere Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsrichtungen;

Übertragen der Molch-Vibrationen auf die Rohrleitungs- Wand;

Messen des Rohrleitungsansprechverhaltens auf die Vibrationen, indem eine oder mehrere der Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsbewegungen des Molchs erfaßt werden; und

Anzeigen und/oder Aufzeichnen der gemessenen Daten in einer Form, welche zum Identifizieren von Gefügeaufbau-Veränderungen der Rohrleitung und ihrer Abstützung verwendbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Vibrationsbewegung eines weiteren hinteren Molchs überwacht wird, um weitere Daten vorzusehen.

3. Rohrleitungsmolch (1) mit:

Mitteln (20-22), welche ein Vibrieren des Molchs in eine oder mehrere Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsrichtungen bewirken;

Mitteln (10, 40-42) zum Übertragen der Vibrationen auf die Wand einer Rohrleitung, durch welche der Molch hindurchgeführt wird;

Mitteln (50-53) zum Messen des Vibrationsansprechverhaltens der Rohrleitung durch Erfassen einer oder mehrerer der Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsbewegungen des Molches (1).

4. Rohrleitungsmolch nach Anspruch 3, bei welchem die Mittel (20-22) zur Molchvibration eine elektromagnetische Schüttelvorrichtung (20) oder gegen-rotierende Massen aufweisen.

5. Rohrleitungsmolch nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei welchen die Mittel (10, 40-42) zum Übertragen der Vibrationen auf die Wand der Rohrleitung ein Gehäuse (10) und mehrere Füße (40-42) aufweisen.

6. Rohrleitungsmolch nach einem der Ansprüche 3-5, mit Füßen (40-42) und einer Gewichtsverteilung (11) derart, daß die Stabilität sichergestellt und eine Drehbewegung während dem Hindurchziehen des Molches durch eine Rohrleitung verringert wird.

7. Rohrleitungsmolch nach einem der Ansprüche 3-6, bei welchem die Mittel (50-52) zum Messen des Vibrationsansprechverhaltens der Rohrleitung mehrere Beschleunigungsmesser (50-53) aufweisen, welche zum Erfassen einer oder mehrerer der Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsbewegungen des Molches (1) angeordnet sind.

8. Rohrleitungs-Inspektionsgerät mit einem Rohrleitungsmolch gemäß einem der Ansprüche 3-7; und

mit Mitteln (33) zum Anzeigen und/oder Aufzeichnen der gemessenen Daten in einer Form, welche zum Identifizieren von Gefügeaufbau-Veränderungen der Rohrleitung und ihrer Abstützung verwendbar sind.

9. Gerät nach Anspruch 8, mit einem weiteren Molch, welcher an dem ersten Molch befestigt ist, so daß der Molch dem ersten Molch folgt, wenn dieser durch eine Rohrleitung gezogen wird, wobei der zweite Molch auch Mittel zum Messen des Vibrationsansprechverhaltens der Rohrleitung durch Erfassen einer oder mehrerer der Vertikal-, Longitudinal-, Lateral-, Krümmungs- und Torsionsbewegungen des zweiten Molches in Abhängigkeit von in dem ersten Molch erzeugten Vibrationen aufweist.

10. Gerät nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei welchem die Mittel (33) zum Anzeigen und/oder Aufzeichnen der gemessenen Daten einen Meßwerterfasser (33) und einen Computer (36) aufweisen, wobei der Computer zum Anzeigen oder Drucken von Konturkarten angeordnet ist, welche die von dem Molch empfangenen Daten darstellen.