RU2369783C1 - In-tube inspection shell-defectoscope with controlled movement speed - Google Patents
In-tube inspection shell-defectoscope with controlled movement speed Download PDFInfo
- Publication number
- RU2369783C1 RU2369783C1 RU2008127949/06A RU2008127949A RU2369783C1 RU 2369783 C1 RU2369783 C1 RU 2369783C1 RU 2008127949/06 A RU2008127949/06 A RU 2008127949/06A RU 2008127949 A RU2008127949 A RU 2008127949A RU 2369783 C1 RU2369783 C1 RU 2369783C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydraulic motor
- control system
- projectile
- voltage
- shell
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к внутритрубным снарядам для обследования магистральных трубопроводов с повышенной стабильностью скорости движения.The invention relates to in-pipe shells for inspection of trunk pipelines with increased stability of speed.
Известен дефектоскоп для внутритрубного обследования трубопроводов (патент RU №2102738, МПК G01N 27/82, G01N 27/87). Снаряд снабжен байпасным патрубком для перепуска транспортируемого по обследуемому трубопроводу продукта и системой автоматического регулирования скорости перемещений, содержащей датчик скорости перемещения, блок управления с задатчиком скорости и регулирующий орган в виде взаимодействующего со стенкой трубопровода тормозного устройства.Known flaw detector for in-line inspection of pipelines (patent RU No. 2102738, IPC G01N 27/82, G01N 27/87). The projectile is equipped with a bypass pipe for bypassing the product transported through the pipeline being examined and an automatic speed control system containing a speed sensor, a control unit with a speed controller and a regulating body in the form of a brake device interacting with the pipe wall.
Недостатком этого снаряда является регулировка скорости только за счет сил трения, которые приводят к повышенному износу стенок трубопровода и контактной поверхности тормозного устройства. Кроме того, введение электромагнита для тормозного устройства требует больших затрат энергии, а мощность аккумуляторов ограничена.The disadvantage of this projectile is the adjustment of speed only due to friction forces, which lead to increased wear of the walls of the pipeline and the contact surface of the brake device. In addition, the introduction of an electromagnet for a braking device requires a lot of energy, and the battery power is limited.
Известен скребок для очистки внутренней поверхности трубопровода с изменяемой скоростью (патент USA №5208936 от 11.05.1993, МКИ В08В 9/04), который состоит из цилиндрического корпуса с первым и вторым открытыми торцами, кольцевого уплотнения между трубопроводом и корпусом, запорного элемента, расположенного внутри корпуса для блокирования потока жидкости, проходящей через корпус, но проходящей через многочисленные вторые отверстия, причем первые отверстия включают устройства, входящие в контакт со вторыми отверстиями и представляют собой перепускные каналы, определяющие величины потока проходящей жидкости, датчики скорости скребка, средства управления привода и средств закрытия. Первые и вторые отверстия расположены по окружности вокруг первой и второй пластин, а перепускные каналы включают многочисленные трубки, проходящие между соответствующими трубками первых и вторых отверстий и образуюшие центральную полость. Это устройство не позволяет стабилизировать скорость внутритрубного снаряда при максимальном перепуске газа из-за пластин, блокирующих поток газа.Known scraper for cleaning the inner surface of the pipeline with variable speed (US patent No. 5208936 from 05/11/1993, MKI V08V 9/04), which consists of a cylindrical body with first and second open ends, an annular seal between the pipeline and the housing, a locking element located inside the housing to block the flow of fluid passing through the housing, but passing through numerous second holes, the first holes include devices that come into contact with the second holes and are bypass nye channels defining the fluid flow passing values, velocity sensors of the scraper, the drive control means and the closing means. The first and second holes are arranged around the circumference around the first and second plates, and the bypass channels include numerous tubes passing between the corresponding tubes of the first and second holes and forming a central cavity. This device does not allow to stabilize the velocity of the in-tube projectile at the maximum gas bypass due to the plates blocking the gas flow.
Известен способ внутритрубной дефектоскопии и дефектоскоп-снаряд для его осуществления (патент РФ №2109206, F17D 51/00, В08В 9/04 от 20.04.1998 г. авторов Ефремова Г.А., Усошина В.А. и др.), величин электрических сигналов, зафиксированных дефектоскопическими датчиками при наличии дефектов в процессе перемещения дефектоскопа-снаряда по трубопроводу в потоке транспортируемого продукта, определяют координаты выявленных дефектов, регистрируют и запоминают их, вырабатывают параметры заданного движения, по команде из системы управления производят остановку устройства и возвращают его к координатам выявленного отклонения, с заданной скоростью проводят дефектоскопию, обрабатывают и регистрируют результаты измерений, дефектоскопические датчики укреплены между полюсами постоянных магнитов и размещены группами в кассетах, перекрывающих все сечение трубопровода, дефектоскоп-снаряд является двухзвенным механизмом с гидравлическим приводом осевого возвратно-поступательного перемещения одного звена относительно другого, каждое звено имеет опорные органы.A known method of in-line flaw detection and a flaw detector for its implementation (RF patent No. 2109206, F17D 51/00, B08B 9/04 of 04/20/1998 by G. Efremov, V. Usoshin and others), values electrical signals recorded by flaw detectors in the presence of defects during the movement of the flaw detector-projectile through the pipeline in the flow of the transported product, determine the coordinates of the detected defects, register and store them, generate the parameters of the specified movement, stop from the control system devices and return it to the coordinates of the detected deviation, perform a flaw detection at a given speed, process and record the measurement results, the flaw detectors are mounted between the poles of the permanent magnets and placed in groups in cassettes that cover the entire cross section of the pipeline, the flaw detector is a two-link mechanism with a hydraulic axial return drive - translational movement of one link relative to the other, each link has supporting organs.
Недостатком данного изобретения является сложность способа дефектоскопии и конструкции внутритрубного дефектоскопа-снаряда.The disadvantage of this invention is the complexity of the method of inspection and design of an in-line flaw detector-projectile.
Известен внутритрубный инспекционный снаряд с управляемой скоростью движения (патент РФ №238158, F17D 5/00; F16L 55/26 от 27.02.2008 г. авторов Синева А.И. и др.), содержащий кольцевой корпус, колеса, манжеты, подогнанные по окружности к корпусу, четыре проходных цилиндрических отверстия через 90° вдоль корпуса, одометр, дефектоскопические датчики, устройство регулирования изменения перепадов давления в виде конусных элементов с возможностью относительных движений от привода по оси на направляющей параболического тела вращения.Known in-line inspection projectile with a controlled speed of movement (RF patent No. 238158, F17D 5/00; F16L 55/26 from 02.27.2008, authors A. Sinev and others), containing an annular housing, wheels, cuffs, fitted circles to the body, four bore cylindrical holes through 90 ° along the body, an odometer, flaw detectors, a device for controlling changes in pressure drops in the form of cone elements with the possibility of relative movements from the drive along the axis on the guide of the parabolic body of revolution.
Данное техническое решение принимается за прототип.This technical solution is taken as a prototype.
Недостатком устройства по данному патенту является его сложность и ненадежность фиксации направляющей параболического тела вращения с помощью реверсивного электродвигателя и реечной передачи при больших осевых нагрузках, возникающих от давления транспортируемого продукта, и отсутствие параметров конструкции и схемы регулирования скорости инспекционного снаряда.The disadvantage of the device according to this patent is its complexity and unreliability of fixing the guide of the parabolic body of revolution with the help of a reversible electric motor and rack and pinion transmission at high axial loads arising from the pressure of the transported product, and the lack of design parameters and the speed regulation scheme of the inspection shell.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции внутритрубного инспекционного снаряда-дефектоскопа с регулируемой скоростью движения и повышение надежности фиксации направляющей с клапанами путем изменения ее конструкции и системы регулирования.The objective of the invention is to simplify the design of an in-line inspection projectile-flaw detector with adjustable speed and increase the reliability of fixing the guide rail with valves by changing its design and control system.
Поставленная задача решается за счет того, что во внутритрубный инспекционный снаряд-дефектоскоп с регулируемой скоростью движения, содержащий герметичный цилиндрический корпус, манжеты, подогнанные по окружности к корпусу, колесные опоры, дефектоскопические датчики, одометр, двигатель привода, систему управления, четыре проходных цилиндрических отверстия через 90° вдоль корпуса, устройство регулирования изменения перепадов давления в виде конусных элементов с возможностью движений от привода относительно корпуса, вводятся герметичный контейнер, гидропривод, в задней части цилиндрического корпуса установлен относительно него подвижный в осевом направлении модуль, содержащий конусные запорные клапаны, входящие в проходные отверстия цилиндрического корпуса, при этом подвижный модуль содержит переднюю и заднюю стальные стенки с отверстиями, стенки соединены между собой полым цилиндром с утолщениями, в которые вставлены штанги с конусными запорными клапанами в передней части подвижного модуля, на наружной поверхности полого цилиндра установлен полиуретановый полый цилиндр с четырьмя наружными продольными полозьями, входящими в четыре стальных паза цилиндрического корпуса, при этом герметичный контейнер соединен соосно с торцем цилиндрического корпуса, внутри него установлены электродвигатель гидронасоса, электропривод распределителя жидкости, бачок с жидкостью и система управления, в центральной части второго герметичного контейнера установлен гидродвигатель, шток которого связан эластичным узлом соединения с задней крышкой подвижного модуля снаряда, при этом на штоке установлен датчик перемещений, выход которого соединен с отрицательным входом сумматора напряжений системы управления, а его положительный вход соединен с программным устройством, вырабатывающим за счет напряжения величину заданного положения штока, так что алгоритмом работы системы управления является соотношение:The problem is solved due to the fact that in an in-tube inspection projectile-flaw detector with adjustable speed, containing a sealed cylindrical body, cuffs fitted around the circumference of the body, wheel bearings, flaw detectors, odometer, drive motor, control system, four through-hole cylindrical holes through 90 ° along the housing, the device for controlling changes in pressure drops in the form of cone elements with the possibility of movement from the drive relative to the housing, hermetic an axial container, a hydraulic actuator, an axially movable module is mounted in the rear part of the cylindrical body, comprising conical shut-off valves entering the passage openings of the cylindrical body, while the movable module contains front and rear steel walls with openings, the walls are interconnected by a hollow cylinder with bulges in which rods with conical shut-off valves are inserted in front of the movable module, a polyurethane floor is installed on the outer surface of the hollow cylinder a cylindrical cylinder with four outer longitudinal runners included in four steel grooves of the cylindrical body, the sealed container being connected coaxially to the end of the cylindrical body, a hydraulic pump electric motor, an electric fluid distributor, a fluid reservoir and a control system are installed in it in the central part of the second sealed container a hydraulic motor is installed, the rod of which is connected by an elastic connection node to the back cover of the movable projectile module, and a sensor of displacements, the output of which is connected to the negative input of the voltage adder of the control system, and its positive input is connected to a software device that generates the value of the specified position of the rod due to voltage, so the algorithm of the control system is the ratio:
, ,
где Fy(S) - изображение по Лапласу силы управления, развиваемой гидродвигателем; KF - коэффициент передачи последовательно соединенных элементов системы управления; T - постоянная времени форсирующего звена; Kос - коэффициент передачи отрицательной обратной связи от датчика положения на штоке гидродвигателя к отрицательному входу сумматора по напряжению; U3(S) - изображение программного напряжения, задающего по положительному входу сумматора заданное положение штока гидродвигателя; y(S) - изображение по Лапласу текущего положения штока гидродвигателя; S - оператор преобразования Лапласа, при этом на вход гидродвигателя подается от распределителя жидкости разность давлений PH, определяемая по формуле:where F y (S) is the Laplace image of the control force developed by the hydraulic motor; K F - transmission coefficient of series-connected elements of the control system; T is the time constant of the forcing link; K OS - the negative transmission coefficient of the feedback from the position sensor on the stem of the hydraulic motor to the negative input of the adder voltage; U 3 (S) - the image of the software voltage that sets the positive position of the hydraulic motor rod at the positive input of the adder; y (S) - Laplace image of the current position of the hydraulic motor rod; S is the Laplace transform operator, while the pressure difference P H , determined by the formula, is supplied to the input of the hydraulic motor from the fluid distributor:
, ,
за счет которого обеспечивается возможность создания поршнем гидродвигателя силы давления для преодоления сил трения и давления газов на подвижный модуль и перемещения его на величину Δy, на которую изменяется по отношению к заданному значению перекрытие запорными клапанами проходных отверстий, за счет чего обеспечивается регулирование силы давления FC газа на снаряд:due to which it is possible to create a pressure force by the piston of the hydraulic motor to overcome the friction forces and gas pressure on the movable module and move it by Δy, by which the passage through the shut-off valves changes with respect to the set value, thereby controlling the pressure force F C gas per projectile:
, , , ,
где V - скорость снаряда относительно трубы; W - скорость газа относительно снаряда; υ - скорость газа относительно трубы, при этом площадь открытия одного проходного отверстия определяется по формуле:where V is the velocity of the projectile relative to the pipe; W is the gas velocity relative to the projectile; υ is the gas velocity relative to the pipe, while the opening area of one passage opening is determined by the formula:
; ;
где R0 - радиус каждого проходного отверстая; L0 - длина запорного конуса; Kж - коэффициент передачи гидродвигателя по давлению, а величина заданного напряжения U3 определяется и задается системой управления по установленной экспериментальной зависимости V=V(S) скорости движения снаряда V от суммарной площади S=4Sn открытия четырех проходных отверстий.where R 0 is the radius of each bore hole; L 0 is the length of the locking cone; K W is the transmission coefficient of the hydraulic motor by pressure, and the value of the specified voltage U 3 is determined and set by the control system according to the established experimental dependence V = V (S) of the velocity of the projectile V on the total area S = 4S n of the opening of four through holes.
На фиг.1 изображена конструктивная схема внутритрубного снаряда-дефектоскопа (снаряда), на фиг.2 изображено крепление штанги с запорным конусным клапаном; на фиг.3 изображено сечение снаряда по А-А; на фиг.4 изображен вид снаряда по стрелке Б со снятым кожухом. На фиг.5 представлена схема соединения гидропривода с системой управления. На фиг.6 изображена конструктивная схема узла запорного клапана, на фиг.7 представлен узел соединения штока гидродвигателя с задней стенкой. На фиг.8 изображена структурная схема системы управления; на фиг.9 - график V=V(S).Figure 1 shows a structural diagram of an in-line projectile flaw detector (projectile), figure 2 shows the mounting of the rod with a locking cone valve; figure 3 shows a cross section of the projectile along aa; figure 4 shows a view of the shell along arrow B with the casing removed. Figure 5 presents the connection diagram of the hydraulic actuator with the control system. In Fig.6 shows a structural diagram of the unit of the shutoff valve, Fig.7 shows the site of the connection of the stem of the hydraulic motor with the rear wall. On Fig shows a structural diagram of a control system; figure 9 is a graph of V = V (S).
Снаряд включает в свой состав цилиндрический корпус 1 с цилиндрическими проходными отверстиями 2. Задняя подвижная относительно корпуса 1 часть снаряда 3, составляющая подвижный модуль, состоит из стального каркаса, содержащего переднюю 4 и заднюю 5 стенки с отверстиями 2 для пропуска газов. Передняя 4 и задняя 5 стенки соединены стальной обечайкой 6 (см. фиг.3) с четырьмя продольными цилиндрическими и задними отверстиями в утолщениях 7, внутрь которых вставлены штанги 8 (см. фиг.2), с передней стороны заканчивающиеся конусообразными запорными клапанами 9, а с задней - устройствами крепления 10 и 10 (см. фиг.4) штанг 8 и штока к задней стенке 5 в виде, например, гаек со стопорами (фиг.7). (Устройства крепления 10 и 10 описаны ниже.) Для обеспечения эластичного подвижного соединения заднего подвижного модуля 3 с корпусом 1 установлен на наружной поверхности обечайки 6 опорный, например, полиуретановый полый цилиндр 11 с четырьмя наружными продольными полозьями 12, входящими в четыре стальных паза 13 цилиндрического корпуса 1. На корпусе 1 закреплен герметичный контейнер 14, который соединен, например, болтами (не показаны) с торцем задней стороны цилиндрического корпуса 1. На контейнере 14 установлен гидравлический привод 15, шток 16 (см. фиг.5) которого соединен узлом крепления (фиг.7) с задней крышкой 5 таким образом, чтобы обеспечить возможность передачи усилия от гидропривода к подвижному модулю 3 как в положительном, так и в отрицательном направлениях по продольной оси снаряда. Подводящие и отводящие трубопроводы к гидроприводу и устройство их переключения, гидронасос и электродвигатель привода гидронасоса, дополнительный электропривод распределителя жидкости установлены во внутренней герметичной части 17 контейнера 14. Во внутренней части 17 герметичного контейнера 14 установлены также блоки электроники и питания электропривода.The projectile includes a
Внутренняя полость цилиндрического корпуса 1 герметизирована с помощью крышки 18, образуя основной герметичный контейнер. В нем размещены приборы ориентации и навигации 19, блок электроники 20 для обработки информации, блок питания 21 в виде, например, литиевых батарей. На периферической части цилиндрического корпуса 1 размещаются либо датчики для обнаружения коррозии и других дефектов трубопровода 22, либо датчики для определения профиля трубопровода 22 и т.д. Снаряд снабжен также манжетами 23 с колесами, колесными одометрами 24.The inner cavity of the
Узел сопряжения запорных клапанов 9 (см. фиг.2) с корпусом 1 включает в свой состав полиуретановую втулку 25, соединенную с корпусом 1. Втулка 25 имеет четыре конусных отверстия 26, в которые и входят соответствующие запорные клапаны 9. Гидропривод 15, как и внутренняя часть 17, закрыты крышкой 27 с герметичным уплотнением.The node connecting the shutoff valves 9 (see figure 2) with the
Гидропривод 15 состоит из гидродвигателя 28 (см. фиг.5), бачка с жидкостью 29, гидронасоса 30, приводимого в действие от электродвигателя 31. Гидродвигатель 28 соединен трубопроводами 32 и 33 с левым и правым выходами распределителя жидкости 34, который соединен с дополнительным электроприводом 35.The
В свою очередь, распределитель жидкости 34 через электропривод 35 распределителя соединен трубопроводом с нагнетательным выходом 37 гидронасоса 30, его всасывающий вход 38 соединен трубопроводом 39 с бачком 29. К трубопроводу 36 подсоединен вход 40 предохранительного клапана 41, а его выход с помощью трубопровода 42 соединен с бачком 29.In turn, the
Все гидравлические соединения и элементы герметизированы, имеются герметичные муфты вводных-выводных трубопроводов из контейнера 14. Между штоком 16 и корпусом гидродвигателя 28 установлен датчик-перемещения 43, его электрический выход соединен с соответствующим входом 44 компьютерной системы управления 45 с приводами 47. С другим ее входом 46 соединен выход одометра 24.All hydraulic connections and elements are sealed, there are tight couplings of the input-output pipelines from the
Выход 48 системы управления 45 соединен со входом электропривода 35 распределителя, а выход 49 системы управления 45 соединен со входом электродвигателя 31. В состав системы управления 45 входит программное устройство.The
Эластичный узел соединения (фиг.7) состоит из шайб 50, резиновой или полиуретановой втулки 51, шайбы 53 и шплинта 54. Благодаря такому креплению обеспечивается эластичное соединение штоков 16 гидропривода с задней стенкой 5, обеспечивающее равномерность распределения. Следует отметить, что задняя стенка 5 также обладает упругостью, что способствует согласованию соединения штока гидропривода с задней стенкой 5, вызванного неточностью их изготовления. При изготовлении снаряда жесткость мест крепления задней крышки можно еще снизить путем разрезания перемычек между креплениями узлов 10 на задней стенке 5. Сзади снаряд защищен кожухом с отверстиями 56', с передней - кожухом 56" анкерным болтом 58. Шток 16 связан с поршнем 57 гидродвигателя 28.The elastic connection unit (Fig. 7) consists of
На фиг.8 изображена структурная схема заднего подвижного модуля 3 с системой управления, на которой 59 - сумматор сил, в качестве которого выступает подвижный модуль 3. Позицией 60 обозначена передаточная функция этого же подвижного модуля как дважды интегрирующего звена, где m - его масса с присоединенными элементами; 61 - передаточная функция поршня гидронасоса со штоком 16 и другими подвижными частями, где n - коэффициент демпфирования, a Fg(S) - сила демпфирования. Позицией 62 обозначен коэффициент передачи обратной связи гидродвигателя Кос, включающий произведение коэффициента передачи датчика перемещения 43 и усилителя (не показан). Позицией 63 обозначен сумматор напряжения U3(S), задающего перемещение штока 16, а также напряжения отрицательной обратной связи Uос. Позицией 64 (фиг.8) обозначена передаточная функция Wy(S) цепи из последовательно соединенных корректирующего устройства с усилителем мощности (система управления 44 (фиг.5), электродвигателем 31 с гидронасосом 30, с гидродвигателем 28, развивающим силу управления Fy(S):On Fig shows a structural diagram of the rear
где КF - коэффициент передачи последовательно соединенных элементов узла 64 системы управления; Т - постоянная времени форсирующего звена. При этом сила Fy на штоке обеспечивается за счет разности давлений РH в гидродвигателе, выработанных гидронасосом и распределителем давлений жидкости, определяемой по алгоритму:where K F is the transmission coefficient of the series-connected elements of the
; ;
где Кж - коэффициент передачи силовой части системы управления гидропривода; Кy - коэффициент передачи корректирующего устройства с усилителем мощности, при этом приращение перемещения штока Δу и передаточная функция корректирующего устройства определяются по формуламwhere K W - transmission coefficient of the power part of the hydraulic control system; To y is the transmission coefficient of the correction device with a power amplifier, while the increment of the displacement of the rod Δu and the transfer function of the correction device are determined by the formulas
; ;
где Т - постоянная времени форсирующего звена, уравновешивает сумму внешних сил от давления газа и сил трения в полозьях и других элементах.where T is the time constant of the forcing link, balances the sum of external forces from gas pressure and friction forces in runners and other elements.
Работает снаряд следующим образом. При его запасовке в трубопровод система управления 44 (см. фиг.5) при отсутствии движения снаряда (V=0) устанавливает с помощью штоков 16 гидронасос 28 подвижный задний модуль 3 в левое крайнее положение, которое изображено на фиг.1. При подаче давления газа Р (фиг.1) снаряд начинает двигаться, поскольку запорные клапаны 9 перекрывают четыре проходных отверстия 2. При большой скорости V движения снаряда (например, больше 4-5 м/с) по сигналу от одометра система управления 44 с выходом 49 включает электродвигатель 31, и он через муфту 55 приводит в действие гидронасос 30. Кроме того, по сигналам системы управления 44 с выхода 48 электропривод 35 устанавливает распределитель 34 жидкости так, что поступившая слева через трубопровод 32 (или справа через трубопровод 33) жидкость переместит шток 16 в положение, при котором задний подвижный модуль 3 сместится в такое фиксированное положение, при котором газ устремится в зазоры между запорными клапанами 9 и проходными отверстиями 2. Разность давлений между передней и задней стенками уменьшится, и скорость снаряда снизится. Для обеспечения устойчивости и качества регулирования скорости V в гидродвигатель 44 введен датчик перемещения 43 штока 16.The shell works as follows. When it is stocked in the pipeline, the control system 44 (see FIG. 5), in the absence of projectile movement (V = 0), installs the
Движущая сила снаряда Fдв определяется приближенной формулой:The driving force of the projectile F dv is determined by the approximate formula:
; S=4Sn ; S = 4S n
где ΔFp - сила давления, определяемая разностью ΔРс статических давлений газа на переднюю и заднюю стороны снаряда, меняющаяся в зависимости от площади открытия цилиндрических проходов 2; ρ - плотность газа; S0 - полная площадь сечения снаряда; RC - радиус снаряда (трубы); S - суммарная площадь открытия проходных отверстий, причем Sn - площадь открытия одного проходного отверстия 2. Т.к. скорость снаряда относительно газа определяется по формуле:where ΔF p is the pressure force, determined by the difference ΔР from the static gas pressures to the front and rear sides of the projectile, varying depending on the opening area of the
где υ - скорость газа относительно трубы, скорость движения снаряда относительно трубы V равна:where υ is the gas velocity relative to the pipe, the velocity of the projectile relative to the pipe V is equal to:
V=υ-W.V = υ-W.
Нетрудно видеть, что увеличение площади открытия проходных отверстий S с помощью клапанов 9 снижает движущую силу снаряда Fов. Расчеты показали, что, если проходные отверстия в корпусе снаряда полностью открыты, то сила давления газа на снаряд меньше силы трения снаряда о внутреннюю стенку трубопровода. В этом случае снаряд не движется. При приближении подвижного модуля 3 к корпусу 1 снаряда проходные отверстия 2 в корпусе частично перекрываются, движущая сила увеличивается, и снаряд начинает движение вдоль трубопровода.It is easy to see that increasing the opening area of the passage openings S with
Как показывают проведенные расчеты, величина ΔРс мало изменяется с изменением площади открытой части сечения проходов и скорости движения снаряда в трубопроводе при неизменных рабочем давлении и рабочей скорости движения газа в трубопроводе. На фиг.6 изображено положение клапана 9, закрывающего цилиндрический проход 2 круглого сечения радиуса R0 (пунктирная линия), а также его положение при смещении вправо на величину у. На фиг.6 радиус R соответствует площади перекрывания клапаном 9 проходного сечения, следовательно, площадь открытия одного прохода равна:As the calculations show, ΔР с varies little with a change in the area of the open part of the cross-section of passages and the velocity of the projectile in the pipeline at constant working pressure and working speed of gas in the pipeline. Figure 6 shows the position of the
Для четырех проходов имеемFor four passes, we have
Увеличение S приводит к уменьшению Fдв (формулы (1) и (2)) и, следовательно, скорости V снаряда относительно трубопровода.An increase in S leads to a decrease in F dv (formulas (1) and (2)) and, consequently, the velocity V of the projectile relative to the pipeline.
Если приблизительно аппроксимировать снятую экспериментально зависимость снарядаIf we approximate the experimentally measured dependence of the projectile
где К - коэффициент пропорциональности, то тем самым удается аналитически описать закон управления силой давления FД, развиваемой гидродвигателем:where K is the proportionality coefficient, it is thereby possible to analytically describe the law of pressure force control F D developed by a hydraulic motor:
Расчеты показывают, что сила при открытых проходных отверстиях 2, действующая со стороны движущегося газа на подвижный модуль 3, составляет 15-20% от суммарной газодинамической силы, действующей на весь снаряд.Calculations show that the force with
Формирование сигнала, пропорционального заданной скорости V3 снаряда, производится на стадии отладки и регулировки его параметров на стенде или в трубопроводе. Опытным путем устанавливается зависимость скорости V движения снаряда, определяемой по одометру, от величины заданного перемещения штока у и, следовательно, от площади S открытия четырех проходных отверстий S. Это следует из формулы:The formation of a signal proportional to the given velocity V 3 of the projectile is carried out at the stage of debugging and adjusting its parameters on the bench or in the pipeline. Experimentally, the dependence of the velocity V of the projectile motion, determined by the odometer, on the value of the specified displacement of the rod y and, therefore, on the area S of the opening of four through-holes S.
; ;
где L0 - длина запорного клапана, этим и определяется обоснованность снятия характеристики V=V(y). Установить точную аналитическую зависимость для этой характеристики не представляется возможным из-за сложной аэродинамики снаряда с его конкретной конструкцией. Очевидно, характеристика является падающей (фиг.9). Она заносится в память компьютерной системы управления и по заложенной программе в зависимости от дистанции трубопровода или времени движения снаряда задает на вход системы управления значение U3(t). Это значение с учетом (6) и (7) сравнивается на входе этой системы с текущим сигналом Kocy(t) с датчика положения 43, и система управления, перемещая задний подвижный модуль 3, устраняет разность напряжений U3(t)-Kосy(t). В установившемся режиме перемещение подвижного модуля 3 будет пропорционально заданному значению U3:where L 0 is the length of the shutoff valve, this determines the validity of taking characteristics V = V (y). It is not possible to establish the exact analytical dependence for this characteristic because of the complex aerodynamics of the projectile with its specific design. Obviously, the characteristic is falling (Fig.9). It is stored in the memory of the computer control system and, according to the program laid down, depending on the distance of the pipeline or the projectile travel time, sets the value of U 3 (t) to the control system input. This value, taking into account (6) and (7), is compared at the input of this system with the current signal K oc y (t) from the
Значит, и скорость движения снаряда согласно фиг.9 будет равна заданной V=V3. На практике установившееся значение U3 является постоянным, так что и положение подвижного модуля 3 будет неизменным, т.е. , а, значит, и скорость снаряда будет равна V=V3. Алгоритм работы системы управления имеет вид:Therefore, the velocity of the projectile according to Fig.9 will be equal to the specified V = V 3 . In practice, the steady-state value of U 3 is constant, so that the position of the
, ,
где KF - коэффициент передачи системы управления; Т - постоянная времени форсирующего звена.where K F is the transmission coefficient of the control system; T is the time constant of the forcing link.
Здесь КF=КЖКУ, где Ку - коэффициент передачи корректирующего устройства и усилителя мощности системы управления.Here K F = K F K U , where K y is the transmission coefficient of the correction device and the power amplifier of the control system.
Уравнение движения подвижного модуля 3 будет иметь вид:The equation of motion of the
(ms3+ns2+KосKFTs+KосKF)y=(Ts+1)KFU3(S)+sFC(s),(ms 3 + ns 2 + K OS K F Ts + K OS K F ) y = (Ts + 1) K F U 3 (S) + sF C (s),
где m - масса модуля; FC - сила сопротивления подвижного модуля за счет трения, давления газа и т.д.; n - коэффициент демпфирования, создаваемый гидродвигателем и газовыми потоками. При обеспечении условийwhere m is the mass of the module; F C - resistance force of the movable module due to friction, gas pressure, etc .; n is the damping coefficient created by the hydraulic motor and gas flows. Subject to conditions
; ; T=τ ; ; T = τ
в системе управления будет обеспечено высокое качество управления. Постоянная времени τ назначается из условия обеспечения малого времени переходного процесса с учетом параметров снаряда и составляет доли секунды.The management system will ensure high quality management. The time constant τ is assigned from the condition of ensuring a short transient process taking into account the parameters of the projectile and is a fraction of a second.
Применение предлагаемого изобретения позволит существенно упростить способ дефектоскопии и конструкцию внутритрубного снаряда-дефектоскопа. Это определяется тем, что за счет предложенных решений точность регулирования скорости движения снаряда и надежность запирания клапанов существенно повышается.The application of the present invention will significantly simplify the method of flaw detection and the design of the in-tube shell-flaw detector. This is determined by the fact that due to the proposed solutions, the accuracy of controlling the velocity of the projectile and the reliability of locking the valves increases significantly.
Claims (1)
где Fy(S) - изображение по Лапласу силы управления, развиваемой гидродвигателем; КF - коэффициент передачи последовательно соединенных элементов системы управления; Т - постоянная времени форсирующего звена; Кос - коэффициент передачи отрицательной обратной связи от датчика положения на штоке гидродвигателя к отрицательному входу сумматора по напряжению; U3(S) - изображение программного напряжения, задающего по положительному входу сумматора заданное положение штока гидродвигателя; у(S) - изображение по Лапласу текущего положения штока гидродвигателя; S - оператор преобразования Лапласа, при этом на вход гидродвигателя подается от распределителя жидкости разность давлений РH, определяемая по формуле:
за счет которого обеспечивается возможность создания поршнем гидродвигателя силы давления для преодоления сил трения и давления газов на подвижный модуль и перемещения его на величину Δу, на которую изменяется по отношению к заданному значению перекрытие запорными клапанами четырех проходных отверстий, за счет чего обеспечивается регулирование силы давления FC газа на снаряд:
, ,
где V - скорость снаряда относительно трубы; W - скорость газа относительно снаряда; υ - скорость газа относительно трубы, при этом площадь открытия одного проходного отверстия определяется по формуле:
;
где R0 - радиус каждого проходного отверстия; L0 - длина запорного конусного клапана; Кж - коэффициент передачи гидродвигателя по давлению, а величина заданного напряжения U3 определяется и задается системой управления по установленной экспериментальной зависимости V=V(S) скорости движения снаряда V от суммарной площади S=4Sn открытия четырех проходных отверстий. Variable speed in-line inspection projectile-defectoscope comprising a sealed cylindrical body, cuffs fitted around the body to the wheel, wheel bearings, flaw detectors, odometer, drive motor, control system, four bore cylindrical openings through 90 ° along the body, change control device pressure drops in the form of cone elements with the possibility of movement from the drive relative to the housing, characterized in that the sealed container, hydraulic drive, are introduced into an axially movable module is mounted on the rear part of the cylindrical body relative to it, comprising a conical shut-off valve included in the passage openings of the cylindrical body, the movable module comprising front and rear steel walls with openings, the walls are interconnected by a hollow cylinder with thickenings into which are inserted rods with conical shut-off valves in front of the movable module, a polyurethane hollow cylinder with four external valves is installed on the outer surface of the hollow cylinder with longitudinal runners included in four steel grooves of the cylindrical body, the sealed container being connected coaxially to the end of the cylindrical body, a hydraulic pump electric motor, a fluid distributor electric drive, a fluid reservoir and a control system are installed in the central part of the sealed container, the hydraulic motor of which connected by an elastic connection node to the back cover of the movable projectile module, while a displacement sensor is installed on the rod, the output of which is connected the negative input of the adder control system voltage and its positive input connected to the programming device, is generated by a voltage value U 3 predetermined stroke position, so that the algorithm of the control system is the relation:
where F y (S) is the Laplace image of the control force developed by the hydraulic motor; To F is the transmission coefficient of series-connected elements of the control system; T is the time constant of the forcing link; To OS - the transmission coefficient of negative feedback from the position sensor on the stem of the hydraulic motor to the negative input of the adder voltage; U 3 (S) - the image of the software voltage that sets the positive position of the hydraulic motor rod at the positive input of the adder; y (S) - Laplace image of the current position of the stem of the hydraulic motor; S is the Laplace transform operator, while the pressure difference P H , determined by the formula, is supplied from the fluid distributor to the inlet of the hydraulic motor:
due to which it is possible to create a pressure force by the piston of the hydraulic motor to overcome the friction forces and gas pressure on the movable module and move it by an amount Δу, which changes with respect to the set value, the shutoff valves overlap the four passage openings, thereby controlling the pressure force F C gas per projectile:
, ,
where V is the velocity of the projectile relative to the pipe; W is the gas velocity relative to the projectile; υ is the gas velocity relative to the pipe, while the opening area of one passage opening is determined by the formula:
;
where R 0 is the radius of each bore; L 0 - the length of the locking cone valve; К ж - hydraulic motor transmission coefficient by pressure, and the value of the specified voltage U 3 is determined and set by the control system according to the established experimental dependence V = V (S) of the velocity of the projectile V on the total area S = 4S n of the opening of four through holes.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008127949/06A RU2369783C1 (en) | 2008-07-08 | 2008-07-08 | In-tube inspection shell-defectoscope with controlled movement speed |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008127949/06A RU2369783C1 (en) | 2008-07-08 | 2008-07-08 | In-tube inspection shell-defectoscope with controlled movement speed |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2369783C1 true RU2369783C1 (en) | 2009-10-10 |
Family
ID=41260979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008127949/06A RU2369783C1 (en) | 2008-07-08 | 2008-07-08 | In-tube inspection shell-defectoscope with controlled movement speed |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2369783C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102269325A (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-07 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | Pipeline system and leakage detection method of pipeline system |
RU2474732C1 (en) * | 2011-10-10 | 2013-02-10 | Открытое акционерное общество "Конструкторское Бюро Промышленной Автоматики" | Throttle electric hydraulic actuator |
RU2483229C1 (en) * | 2012-04-23 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Конструкторское Бюро Промышленной Автоматики" | Throttle electrohydraulic drive |
RU2526579C2 (en) * | 2012-05-24 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Testing of in-pipe inspection instrument at circular pipeline site |
RU2533754C1 (en) * | 2013-09-25 | 2014-11-20 | Открытое Акционерное Общество (ОАО) "Оргэнергогаз" | Pipeline pig speed regulator |
-
2008
- 2008-07-08 RU RU2008127949/06A patent/RU2369783C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102269325A (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-07 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | Pipeline system and leakage detection method of pipeline system |
RU2474732C1 (en) * | 2011-10-10 | 2013-02-10 | Открытое акционерное общество "Конструкторское Бюро Промышленной Автоматики" | Throttle electric hydraulic actuator |
RU2483229C1 (en) * | 2012-04-23 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Конструкторское Бюро Промышленной Автоматики" | Throttle electrohydraulic drive |
RU2526579C2 (en) * | 2012-05-24 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Testing of in-pipe inspection instrument at circular pipeline site |
RU2533754C1 (en) * | 2013-09-25 | 2014-11-20 | Открытое Акционерное Общество (ОАО) "Оргэнергогаз" | Pipeline pig speed regulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2369783C1 (en) | In-tube inspection shell-defectoscope with controlled movement speed | |
JP7044010B2 (en) | Suspension characteristic adjustment method and suspension characteristic adjustment device | |
AU2010217396B2 (en) | Pipeline apparatus and method | |
RU2451867C2 (en) | In-tube control apparatus and method for moving it in gas main with preset uniform velocity | |
US8205479B2 (en) | Method for mounting a prover | |
CN103712787B (en) | Pressures cycle service life experiment system and method | |
CN108760280A (en) | A kind of large torque power drilling tool fictitious load experimental rig | |
US4549426A (en) | Compact flow prover | |
CN106424035B (en) | A kind of oil-gas pipeline internal detector speed control and implementation method | |
RU2395750C2 (en) | In-tube fault detection device with controlled movement speed | |
CN208579922U (en) | A kind of large torque power drilling tool fictitious load experimental rig | |
RU2293612C2 (en) | Inter-tube inspection tool at controllable speed of motion | |
KR101564552B1 (en) | Moving model test rig using high-speed piston valve | |
Feng et al. | A novel remotely operated vehicle as the calibration system in JUNO | |
RU2361198C1 (en) | Pig-defectoscope with variable speed of movement | |
RU2334563C1 (en) | In-line transporting device and transportation method in main pipeline at regular given speed | |
RU2318158C1 (en) | Tool for inspecting pipeline | |
RU2533754C1 (en) | Pipeline pig speed regulator | |
RU2075740C1 (en) | Method of and device for determining aerodynamic characteristics of vehicle or vehicle model | |
Ren et al. | Mobility and eccentricity analysis of a helical belt drive in-pipe robot | |
RU2329432C1 (en) | In-pipe testing apparatus motion control method and device to this effect | |
CN114453959B (en) | Main shaft vibration reduction automatic control system for eccentric cambered surface cam machining | |
RU2375630C1 (en) | Throttle | |
CN117420015A (en) | Method for realizing tidal load simulation of tunnel | |
RU2773700C1 (en) | In-line intelligent pig for gas pipelines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130709 |