RU2572221C1

RU2572221C1 - In-tube profilometer

Info

Publication number: RU2572221C1
Application number: RU2014128924/28A
Authority: RU
Inventors: Алексей Владимирович Топилин; Борис Леонидович Житомирский; Михаил Алексеевич Левин; Николай Николаевич Бакурский; Игорь Анатольевич Соловых; Валерий Викторович Петров; Александр Викторович Цаплин; Вячеслав Александрович Карякин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество (ОАО) "Оргэнергогаз"
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2015-12-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: in-tube profilometer comprising tight casing with blind elastic cuff in head part and support cuff in rear part, equipped with valves for gas flow and slots for bypass of the contaminations accumulated before it, with two installed over the casing circle rows of lever-type sensors, with angular displacement of the second row sensors along the casing circle by angle equal to half of angular distance between the first row sensors. At end of each sensor lever looking on the pipe wall the platform with wheel supports is hingedly secured. On external surface of each platform the container with piezoelectric converters and electronic elements is installed, they form sonars and ensure possibility to measure distance from the radiating surface of the sonar to the pipe wall, and to store measurement results in the memory of the onboard computer, and to communicate the gathered data to the onboard memory. The sounders are located in the containers extended in the direction transverse to the pipe longitudinal axis. Multiple sonars with small size of the emitting surface ensure separate detection of two close located deformations of the pipe wall, i.e. ensure high resolution capability of the profilometer.

EFFECT: improved metrological characteristics and simplified mechanical part of the profilometer design.

9 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к внутритрубной дефектоскопии, и может быть использовано для контроля технического состояния стенок труб непосредственно в процессе транспортировки поставляемого по трубе жидкого или газообразного продукта, например газа по магистральному газопроводу.The invention relates to the field of non-destructive testing, in particular to tube inspection, and can be used to control the technical condition of the pipe walls directly during transportation of a liquid or gaseous product supplied through the pipe, for example gas, through a gas main.

Известен внутритрубный профилометр фирмы TDW Services Inc. [TDW Caliper 360/Geometry inspection service]. Рекламные документы фирмы TDW Services Inc, 2010 г.: www.tdwilliamson.com.Known in-line profilometer company TDW Services Inc. [TDW Caliper 360 / Geometry inspection service]. 2010 TDW Services Inc Advertising Documents: www.tdwilliamson.com.

Известный профилометр состоит из герметичного контейнера цилиндрической формы с укрепленной в головной части эластичной манжетой, с расположенным позади головной манжеты колесным одометром, с расположенной в кормовой части профилометра конической эластичной манжетой, во внутренней полости которой размещено множество рычажных сенсоров, отжимаемых пружинами к внутренней поверхности манжеты в сторону от корпуса профилометра, причем каждый рычаг сенсора соединен с преобразователем отклонения рычага в электрический сигнал. Внутри герметичного корпуса располагаются источники питания и электронная аппаратура.The known profilometer consists of a sealed container of cylindrical shape with an elastic cuff fixed in the head, with a wheel odometer located behind the head cuff, with a conical elastic cuff located in the aft part of the profilometer, in the inner cavity of which there are many lever sensors pressed by springs to the inner surface of the cuff side of the profilometer housing, with each sensor arm connected to a transducer for deflecting the arm into an electrical signal. Inside the sealed enclosure are power sources and electronic equipment.

Достоинством известного профилометра является хорошая защищенность сенсоров от случайного повреждения механическими препятствиями, встречающимися в полости трубопровода. Недостатками известного устройства являются:The advantage of the known profilometer is the good protection of the sensors from accidental damage by mechanical obstacles encountered in the cavity of the pipeline. The disadvantages of the known device are:

- низкая разрешающая способность, что не позволяет различать узкий выступ внутри трубы, например, оставшийся приваренным к стенке трубы огарок сварного электрода, от выступающей внутрь трубопровода врезки другой трубы малого диаметра;- low resolution, which does not allow to distinguish between a narrow protrusion inside the pipe, for example, the weld end remaining welded to the pipe wall, from the inset of another pipe of small diameter protruding into the pipe;

- сложность механической конструкции сенсорной системы.- the complexity of the mechanical design of the sensor system.

Известно также «Устройство для контроля и регистрации нарушений гладкости внутренней поверхности труб и пространственно-геометрических параметров трубопроводов» [Авторское свидетельство №1629683. Рег. 22.10.1990 г., Заявка №4670058 от 30.03.1989 г. Бакурский Н.Н., Пономарев С.В., Рузляев А.К.], содержащее герметичный контейнер, эластичные манжеты, жестко закрепленные в головной и хвостовой частях контейнера, датчик пути, установленный на внешней поверхности контейнера, электрически соединенный с размещенным внутри контейнера блоком вычислений и управления, регистратор данных, «N» ультразвуковых измерителей расстояния, каждый из которых состоит из ультразвукового приемо-передающего преобразователя и измерительного модуля, определяющего время двойного хода ультразвукового импульса от рабочей поверхности ультразвукового преобразователя до стенки трубы и обратно от стенки трубы до рабочей поверхности ультразвукового преобразователя, причем ультразвуковые приемно-передающие преобразователи расположены попарно диаметрально-противоположно на внешней поверхности контейнера и подключены ко входам соответствующих селективных усилителей.It is also known "Device for monitoring and recording violations of the smoothness of the inner surface of the pipes and the spatial and geometric parameters of the pipelines" [Copyright certificate No. 1629683. Reg. 10/22/1990, Application No. 4670058 dated 03/30/1989 Bakursky NN, Ponomarev SV, Ruzlyaev AK] containing a sealed container, elastic cuffs, rigidly fixed in the head and tail of the container, a track sensor mounted on the outer surface of the container, electrically connected to a calculation and control unit located inside the container, a data logger, “N” ultrasonic distance meters, each of which consists of an ultrasonic transceiver and a transducer that determines the time twice the course of the ultrasonic pulse from the working surface of the ultrasonic transducer to the pipe wall and back from the pipe wall to the working surface of the ultrasonic transducer, the ultrasonic transceivers being located in pairs diametrically opposite on the outer surface of the container and connected to the inputs of the respective selective amplifiers.

Достоинством известного устройства является простота механической конструкции и прямое соответствие времени распространения ультразвукового импульса расстоянию от стенки трубы до рабочей поверхности ультразвукового преобразователя.The advantage of the known device is the simplicity of the mechanical design and the direct correspondence of the propagation time of the ultrasonic pulse to the distance from the pipe wall to the working surface of the ultrasonic transducer.

Недостатком известного устройства является низкая разрешающая способность вдоль трубы и в направлении по окружности стенки трубы.A disadvantage of the known device is the low resolution along the pipe and in the circumferential direction of the pipe wall.

Наиболее близким к предлагаемому является внутритрубный профилометр фирмы "Rosen Group" [OVERCOMING ISSUES ASSOCIATED WITH INLINE INSPECTION OF GAS PIPE LINES]. Dents And Geometry. By Thomas Beuker, Dr. Stephen Brockhaus and Dr. Hubert Lindner, ROSEN, Lingen, Germany. Pipeline and Gas Journal. February 2014 Vol 241 No 2.Closest to the proposed is the in-line profilometer company "Rosen Group" [OVERCOMING ISSUES ASSOCIATED WITH INLINE INSPECTION OF GAS PIPE LINES]. Dents And Geometry. By Thomas Beuker, Dr. Stephen Brockhaus and Dr. Hubert Lindner, ROSEN, Lingen, Germany. Pipeline and Gas Journal. February 2014 Vol 241 No. 2.

http://pipelineandgasjournal.com/overcoming-issues-associated-line-inspection-gas-pipelines?page=show, http://www.hydrocarbons-technology.com/contractors/pipeline/h_rosen/, http://pipelineandgasjournal.com/overcoming-issues-associated-line-inspection-gas-pipelines?page=show.http://pipelineandgasjournal.com/overcoming-issues-associated-line-inspection-gas-pipelines?page=show, http://www.hydrocarbons-technology.com/contractors/pipeline/h_rosen/, http: // pipelineandgasjournal .com / overcoming-issues-associated-line-inspection-gas-pipelines? page = show.

Известный профилометр состоит из герметичного цилиндрического корпуса с эластичными манжетами на наружной поверхности, первого и второго «поясов» рычажных сенсоров, причем один «пояс» рычажных сенсоров повернут относительно продольной оси профилометра на угол, равный половине угла между рычажными сенсорами другого «пояса», при этом на каждом рычажном сенсоре размещены вихре токовые преобразователи, по уровню сигнала которых оценивается расстояние от поверхности магнитного преобразователя до стенки трубы. В кормовой части корпуса профилометра размещены колесные одометры. Достоинством известного профилометра является высокая точность оценки глубины вмятин в стенке трубы.The known profilometer consists of a sealed cylindrical body with elastic cuffs on the outer surface, the first and second "belts" of the lever sensors, and one "belt" of lever sensors is rotated relative to the longitudinal axis of the profilometer by an angle equal to half the angle between the lever sensors of the other "belt", At the same time, a vortex of current transducers is placed on each lever sensor, according to the signal level of which the distance from the surface of the magnetic transducer to the pipe wall is estimated. In the aft part of the profilometer housing wheel odometers are placed. The advantage of the known profilometer is the high accuracy of estimating the depth of dents in the pipe wall.

Недостатками известного профилометра являются:The disadvantages of the known profilometer are:

1 - большое количество механических элементов конструкции сенсорной части устройства, что усложняет его изготовление и снижает его надежность;1 - a large number of mechanical structural elements of the sensor part of the device, which complicates its manufacture and reduces its reliability;

2 - неодинаковость оценки длины аномалий, расположенных на выгнутой и вогнутой частях продольно изогнутой трубы в зависимости от того, по выгнутой наружу или вогнутой внутрь поверхности стенки трубы катится колесо одометра (Фиг. 9);2 - unequal estimates of the length of anomalies located on the curved and concave parts of a longitudinally curved pipe, depending on whether the odometer wheel rolls along the curved outward or concave inward surface of the pipe wall (Fig. 9);

3 - недостаточная разрешающая способность по образующей окружности контролируемой трубы.3 - insufficient resolution along the generatrix of the circumference of the controlled pipe.

Для пояснения недостатка 2 рассмотрим Фиг. 9, где показан изогнутый отрезок трубы, у которого Rн - наружный радиус изгиба (выгнутая наружу часть), D - диаметр трубы, Rв - радиус внутреннего изгиба (вогнутая внутрь часть), Ц - центр, относительно которого рассматриваются продольные изгибы трубы, Од - колесо одометра с диаметром Dod, L - длина некоторой аномалии на стенке трубы, α - угловой размер относительно центра Ц аномалии L, обнаруженной на выгнутой наружу стенке трубы, β - угловой размер относительно центра Ц аномалии L, обнаруженной на вогнутой внутрь части стенки трубы.To clarify the disadvantage 2, consider FIG. 9, where a bent pipe segment is shown, in which Rн is the external bending radius (part curved outward), D is the pipe diameter, Rв is the radius of the internal bend (part bent inward), C is the center relative to which the longitudinal bends of the pipe are considered, Od - an odometer wheel with a diameter Dod, L is the length of a certain anomaly on the pipe wall, α is the angular size relative to the center C of the anomaly L found on the outward curved wall of the pipe, β is the angular size relative to the center C of the anomaly L found on the concave portion of the pipe wall.

Если колесо одометра катится по стенке трубы без проскальзывания, то на отрезке пути длиной L оно повернется на угол φ_од=L/D_од. На продольно изогнутой стенке трубы линейная скорость перемещения колеса одометра зависит от радиуса R изгиба стенки и угловой скорости Ω поворота профилометра относительно центра Ц. Аномалии длиной L соответствует дуга на выгнутой части, угол которой α=L/Rн. При угловой скорости Ω время, за которое одометр пройдет расстояние L по выгнутой наружу стенке, зависит от угла α: Тн=α/Ω=L/(Rн*Ω).If the odometer wheel rolls along the pipe wall without slipping, then on a segment of the path of length L it will rotate by an angle φ _od = L / D _od . On a longitudinally curved pipe wall, the linear speed of the odometer wheel depends on the radius R of the bending of the wall and the angular velocity Ω of rotation of the profilometer relative to the center C. Anomalies of length L correspond to an arc on the curved part, the angle of which α = L / Rн. At an angular velocity Ω, the time during which the odometer passes the distance L along the outwardly curved wall depends on the angle α: Тн = α / Ω = L / (Rн * Ω).

За это время одометр сформирует число импульсов Nн, пропорциональное диаметру одометра Dod и длине аномалии L: Nн=k*L/Dod,During this time, the odometer will generate the number of pulses Nн proportional to the diameter of the odometer Dod and the length of the anomaly L: Nн = k * L / Dod,

где k - масштабный коэффициент одометра.where k is the odometer scale factor.

За единицу времени одометр выдаст число импульсов

For a unit of time, the odometer will give out the number of pulses

Если при движении колеса одометра по выгнутой наружу стенке трубы сенсоры профилометра обнаружат аномалию длиной L на вогнутой внутрь стенке трубы, то время Тв нахождения сенсоров на аномалии L будет иным, также зависящим от угловой скорости Ω, длины аномалии L и от радиуса изгиба трубы Rв: Тв=β/Ω=L/(Rв*Ω)If, when the odometer wheel moves along the pipe wall curved outward, the profiler sensors detect an anomaly of length L on the pipe wall concave inward, then the time Tv of the sensors on the anomaly L will be different, also depending on the angular velocity Ω, the length of the anomaly L and the pipe bending radius Rв: Tv = β / Ω = L / (Rv * Ω)

За это время одометр, движущийся по продольно выгнутой наружу стенке трубы, выдаст Nв импульсов:

During this time, an odometer moving along a pipe wall longitudinally curved outward will produce Nv pulses:

Из этого выражения видно, что при использовании единственного одометра, катящегося по продольно изогнутой стенке трубы и используемого в качестве инструмента для измерения длины аномалий, расположенных в произвольных местах стенки трубы, продольные длины аномалий будут оцениваться с ошибками, величина которых будет зависеть от взаимного углового расположения одометра и аномалии на образующей окружности поперечного сечения трубы. В частном случае, если одометр движется по выгнутой наружу стенке трубы, две одинаковые аномалии длиной L будут оценены как аномалии разных длин: аномалия на выгнутой наружу стенке будет иметь длину L, а аномалия на вогнутой внутрь стенке будет оцениваться с длиной L*(Rн/Rв). Если радиус продольного изгиба трубы (это изгиб центральной, продольной, оси трубы) будет равен 1.5 Dy, то Rн/Rв=2, и аномалия на вогнутой внутрь стенке покажется в два раза длиннее, чем это есть на самом деле.It can be seen from this expression that when using a single odometer rolling along a longitudinally curved pipe wall and used as a tool to measure the length of anomalies located at arbitrary places on the pipe wall, the longitudinal lengths of the anomalies will be estimated with errors, the magnitude of which will depend on the relative angular location odometer and abnormalities on the circumferential cross section of the pipe. In the particular case, if the odometer moves along the outwardly curved wall of the pipe, two identical anomalies of length L will be evaluated as anomalies of different lengths: the anomaly on the outwardly curved wall will have a length L, and the anomaly on the concave inward wall will be evaluated with a length L * (Rн / Rv). If the radius of the longitudinal bend of the pipe (this is the bend of the central, longitudinal, pipe axis) is 1.5 Dy, then Rн / Rв = 2, and the anomaly on the wall concave inward will seem to be twice as long as it actually is.

Цель изобретения - улучшение метрологических характеристик и упрощение механической части конструкции профилометра.The purpose of the invention is the improvement of metrological characteristics and simplification of the mechanical part of the design of the profilometer.

Указанная цель достигается тем, что в профилометр, состоящий из цилиндрического герметичного корпуса, головной и кормовой эластичных манжет, группы рычажных сенсоров, группы бесконтактных измерителей расстояния, одометрических измерителей пути, датчиков угла продольного вращения, аппаратуры обработки сигналов датчиков, регистрирующей аппаратуры, электронных устройств измерения пути и углов пространственных поворотов, бортового компьютера, источников электропитания, введены несколько уголковых отражателей, несколько узлов управления бесконтактными измерителями расстояний, измеритель скорости распространения ультразвука, несколько отсечных клапанов для перепуска газа, несколько пластин для перепуска загрязнений, причем, бесконтактные измерители расстояния выполнены в виде эхолокаторов, в головной части профилометра установлена опорно-тянущая манжета, а в кормовой части установлена опорная манжета, в тело которой вмонтированы отсечные клапаны для перепуска газа, а по краям манжеты выполнены вырезы для перепуска загрязнений, которые с задней стороны манжеты закрываются пластинами для перепуска загрязнений так, что пластины для перепуска загрязнений могут легко отгибаться в сторону, обратную направлению движения профилометра, а по окружности наружной цилиндрической поверхности корпуса профилометра установлены рычажные сенсоры двумя рядами со смещением одного ряда вперед относительно другого и повернутого вокруг продольной оси профилометра на угол, равный половине угла между рычажными сенсорами, при этом, на свободном конце рычагов рычажных сенсоров укреплены в подшипниках опирающиеся на ролики платформы, способные качаться вдоль направления движения, и на наружной поверхности платформ установлены контейнеры, в которых с необходимым шагом размещены поперек направления движения высокочастотные эхолокаторы, обращенные рабочей поверхностью в сторону стенки контролируемой трубы, а на обратной стороне каждой платформы размещен эхолокатор, обращенный излучающей частью в сторону цилиндрического корпуса профилометра, где в местах падения ультразвуковых импульсов соответствующих эхолокаторов установлены продольно-ориентированные уголковые отражатели, раскрытой стороной в сторону эхолокатора, причем, рычаги каждого рычажного сенсора установлены в подшипниках на корпусе профилометра и отжимаются пружинами в сторону от корпуса, при этом, в кормовой части профилометра установлены на соответствующих рычагах, колесные одометры, количество которых может быть произвольным, а сигнальные выходы одометров соединены с соответствующими входами бортового компьютера и с узлами управления эхолокаторами, первые шины управления которых соединены с соответствующими управляющими выводами эхолокаторов, а выходы данных эхолокаторов соединены с соответствующими первыми шинами данных узлов управления, а вторые шины данных и вторые шины управления соответствующих узлов управления соединены с шиной данных и шиной управления бортового компьютера.This goal is achieved by the fact that in a profilometer consisting of a cylindrical sealed body, a head and stern elastic cuffs, a group of lever sensors, a group of non-contact distance meters, odometric distance meters, longitudinal rotation angle sensors, signal processing equipment, sensors, recording equipment, electronic measuring devices paths and angles of spatial turns, on-board computer, power supplies, several corner reflectors, several control units with non-contact distance meters, an ultrasound propagation velocity meter, several shut-off valves for gas bypass, several plates for by-pass pollution, moreover, non-contact distance meters are made in the form of sonar detectors, a support pulling cuff is installed in the head of the profilometer, and a support cuff is installed in the aft part , in the body of which shut-off valves for gas bypass are mounted, and cut-offs for bypassing dirt are made at the edges of the cuff, which are behind the cuff are covered with plates for by-pass of pollutants so that plates for by-pass of pollutants can easily bend to the side opposite to the direction of movement of the profilometer, and lever sensors are installed in two rows along the circumference of the outer cylindrical surface of the body of the profilometer with one row moving forward one relative to another and turned around the longitudinal axis of the profilometer by an angle equal to half the angle between the lever sensors, while at the free end of the levers of the lever sensors are mounted in bearings supported by platform rollers capable of swinging along the direction of movement, and containers are installed on the outer surface of the platforms, in which, with the necessary step, high-frequency sonar is placed across the direction of movement, the working surface facing the wall of the pipe being monitored, and the sonar facing the radiating part is placed on the back of each platform in the direction of the cylindrical body of the profilometer, where longitudinally oriented angled reflectors, open side to the sonar, moreover, the levers of each lever sensor are mounted in bearings on the profilometer body and are pressed by springs to the side of the body, while in the aft part of the profilometer wheel odometers are installed, the number of which can be arbitrary and the signal outputs of the odometers are connected to the corresponding inputs of the on-board computer and to the sonar control units, the first control buses of which are connected to the corresponding and control outputs of the sonar, and the data outputs of the sonar are connected to the corresponding first data buses of the control nodes, and the second data buses and second control buses of the respective control nodes are connected to the data bus and the control bus of the on-board computer.

Рассматриваемое техническое устройство востребовано практикой, так как при обследовании существующих магистральных газопроводов и газопроводов - отводов наблюдаются деформации поперечного сечения как на протяженных, так и на коротких отрезках дуги образующей окружности трубы. Присутствующие на деформированных участках труб локальные аномалии могут служить очагами напряженно-деформированного состояния материала стенки трубы и часто остаются не обнаруженными внутритрубными профилометрами, используемыми в настоящее время. Кроме того, на участках трубопровода с продольным изгибом протяженность изогнутой части на наружной поверхности изгиба, где радиус изгиба большой превышает длину внутренней изогнутой части, где радиус изгиба меньше. Если в профилометре используется система путеизмерения, счисляющая путь по средней линии трубы, то продольные размеры одинаковых по величине вмятин на выпуклой части изгиба и на его внутренней вогнутой части будут оценены неверно при произвольном повороте профилометра вокруг продольной оси.The technical device under consideration is demanded by practice, since when examining existing gas pipelines and gas pipelines, branches, cross-sectional deformations are observed both on long and short arc sections of the pipe circumference. Local anomalies present in the deformed pipe sections can serve as foci of the stress-strain state of the pipe wall material and often remain undetected by the in-line profilometers currently used. In addition, in sections of the pipeline with longitudinal bending, the length of the bent part on the outer surface of the bend, where the bending radius is large exceeds the length of the inner bent part, where the bending radius is less. If the profilometer uses a measuring system that calculates the path along the midline of the pipe, then the longitudinal dimensions of the same dents on the convex part of the bend and on its inner concave part will be estimated incorrectly when the profilometer is rotated arbitrarily around the longitudinal axis.

В направлении по образующей окружности трубы можно разместить в соответствующих контейнерах множество эхолокаторов малого размера. Если эхолокаторы расположены на небольшом расстоянии от стенки трубы, то пространственный угол расхождение ультразвука будет мал. Это позволит обнаруживать образовавшиеся в стенке трубы складки и вмятины небольших размеров. Использование современных, легко автоматизируемых технологий микроэлектроники позволяет разместить большое количество компактных эхолокаторов на небольшом количестве механических рычажных носителей, что обеспечит широкую полосу контроля вдоль стенки трубы и удешевит изготовление профилометра. Предлагаемое техническое решение повышает разрешающую способность профилометра по образующей окружности трубы и повышает точность оценки продольных размеров аномалий на изогнутых участках трубы.In the circumferential direction of the pipe, a plurality of small sonar can be placed in respective containers. If the sonar is located at a small distance from the pipe wall, then the spatial angle of the divergence of ultrasound will be small. This will make it possible to detect small folds and dents formed in the pipe wall. The use of modern, easily automated microelectronic technologies allows you to place a large number of compact sonar on a small number of mechanical lever carriers, which will provide a wide control band along the pipe wall and reduce the cost of manufacturing a profilometer. The proposed technical solution increases the resolution of the profilometer along the pipe circumferential and increases the accuracy of estimating the longitudinal dimensions of anomalies in bent pipe sections.

Новые качества профилометра дают возможность уже на уровне контроля геометрических форм трубы обнаруживать и оценивать размеры малых аномалий и использовать полученные данные для прогнозирования опасности возникновения коррозии под напряжением и растрескиваний металла в таких подозрительных местах. Более тщательный мониторинг подобных подозрительных мест позволяет избежать непредсказуемых разрушений трубопровода.The new qualities of the profilometer make it possible, even at the level of control of the geometric shapes of the pipe, to detect and evaluate the size of small anomalies and use the data to predict the risk of stress corrosion and cracking of metal in such suspicious places. Closer monitoring of such suspicious sites avoids the unpredictable destruction of the pipeline.

Устройство и работа профилометра иллюстрируется рисунками. На Фиг. 1 показано схематически устройство профилометра, на Фиг. 2 показана схема возможного устройства рычажного сенсора, на Фиг. 3 показана возможная конструкция задней опорной манжеты, на Фиг. 4 - конструкция клапана для перетекания загрязнений, на Фиг. 5 приведена возможная конструкция клапана для перепуска газа. На Фиг. 6 показана структура информационной части профилометра. На Фиг. 7 показано схематически устройство измерителя скорости ультразвука в транспортируемом по трубе продукте. На Фиг. 8А показано распределения зон управления сканированием микроэхолоторов от соответствующих каждой зоне одометров. На Фиг. 8Б показано положение сенсоров, соответствующее деформациям стенки трубы при прохождении деформированного участка трубы.The device and operation of the profilometer is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows schematically the structure of a profilometer; FIG. 2 shows a diagram of a possible arrangement of a lever sensor; FIG. 3 shows a possible design of the rear support cuff; FIG. 4 - construction of a valve for overflow of contaminants, FIG. Figure 5 shows a possible design for a gas bypass valve. In FIG. 6 shows the structure of the information part of the profilometer. In FIG. 7 schematically shows the device for measuring the speed of ultrasound in a pipe-transported product. In FIG. 8A shows the distribution of scanning control zones of micro-sounders from the respective odometers of each zone. In FIG. 8B shows the position of the sensors corresponding to the deformation of the pipe wall during the passage of the deformed pipe section.

Профилометр состоит (Фиг. 1) из цилиндрического герметичного корпуса 1, передней эластичной манжеты 2, задней эластичной манжеты 3 с выполненными в ней пазами 6А для перетекания загрязнений 18 и клапанами 7 для перепуска газа 13, первой группы рычажных сенсоров 4А, второй группы рычажных сенсоров 4Б, блоков эхолокаторов 5А, размещенных на первой группе рычажных сенсоров 4А, блоков эхолокаторов 5Б, размещенных на второй группе рычажных сенсоров 4Б, эхолокаторов 9, уголковых отражателей 10, группы одометров 8, опорного измерителя скорости ультразвука 11. На Фиг. 1 также показаны: зона распространения ультразвуковых импульсов 12 от эхолокаторов 9; транспортируемый газ 13; поток газа 14, перетекающий через перепускной клапан 7; поток газа 15, обтекающий тянущую переднюю манжету 2 и полость бокового отвода 17; часть магистральной трубы 16. В головной части герметичного цилиндрического корпуса 1 укреплена эластичная полиуретановая манжета 2. Манжета 2 глухая, поэтому на ней возникает перепад давления транспортируемого продукта, например, газа 13, который создает тянущее усилие. Профилометр увлекается потоком транспортируемого продукта и движется внутри трубопровода. Манжета 2 выполняет функцию и тянущего паруса, и опоры, центрирующей корпус 1 профилометра внутри обследуемой трубы 16. В кормовой части корпуса 1 укреплена полиуретановая манжета 3. Эта манжета выполняет функцию центрирования корпуса профилометра внутри трубы. Как известно [«Устройство для обеспечения прохождения дефектоскопом равнопроходных тройников без остановок» Патент РФ №2324170 приоритет от 19.10.2006 г.], наиболее устойчивым является движение поршня в трубе при воздействии тянущего, а не толкающего усилия. Рысканье поршня и склонность его к отклонениям в боковые отводы трубы уменьшается при прикладывании тянущего усилия к головной части поршня. По этой причине головная манжета 2 профилометра выполняется глухой, а в кормовой манжете 3 оставляются отверстия для перетекания транспортируемого продукта к передней манжете 2. В предлагаемом профилометре так же как в [«Устройство для обеспечения прохождения дефектоскопом равнопроходных тройников без остановок» Патент РФ №2324170 приоритет от 19.10.2006 г.] для перепуска газа в задней манжете 3 установлены перепускные клапаны 7. По мере движения профилометра в полости трубы перед задней манжетой 3 могут накапливаться загрязнения 18, которые при большом их количестве могут попасть в перепускной клапан 7 и нарушить его нормальную работу. Для перепуска загрязнений 18 через заднюю манжету 3 в ней по всей ее наружной окружности выполнены с некоторой периодичностью пазы 6А (Фиг. 3). С задней стороны манжеты пазы 6А закрыты эластичными пластинами 6, способными откидываться в сторону противоположную направлению движения профилометра при небольшом усилии, возникающем от надавливающих на пластину 6 загрязнений 18. Обычно загрязнения 18 собираются в нижней части трубы 16. Так как клапан 7 в нормальных условиях открыт, то давление газа и перед задней манжетой 3, и позади нее одинаковое. Благодаря этому пластина 6 легко откидывается назад при наезде манжеты 3 на появившееся загрязнение. Грязь 18 легко перетекает по пазу 6А за манжету 3 из пространства между манжетами 2 и 3 и остается в трубе 16 позади профилометра. При попадании передней манжеты 2 в пустое пространство, образованное полостью отвода 17, газ 15 начинает обтекать переднюю манжету 2. Тянущее усилие при этом резко убывает, и профилометр может остановиться в подобном месте. Однако в такой позиции профилометра скорость перетекания газа 14 через перепускные клапаны 7 резко возрастает. Клапаны 7 закрываются, и на задней манжете 3 возникает большой перепад давления газа 13. На манжете 3 появляется толкающая сила, которой профилометр проталкивается мимо отвода 17. Как только передняя манжета 2 выходит за пределы отвода 17, давление позади передней манжеты устанавливается равным давлению позади задней манжеты и клапаны 7 открываются.The profilometer consists (Fig. 1) of a cylindrical sealed housing 1, a front elastic cuff 2, a rear elastic cuff 3 with grooves 6A made therein for overflowing of contaminants 18 and valves 7 for gas bypass 13, the first group of lever sensors 4A, the second group of lever sensors 4B, sonar blocks 5A placed on the first group of lever sensors 4A, sonar blocks 5B placed on the second group of lever sensors 4B, sonar 9, corner reflectors 10, a group of odometers 8, reference ultrasound speed meter 1 1. In FIG. 1 also shows: the propagation zone of ultrasonic pulses 12 from sonar 9; transported gas 13; a gas stream 14 flowing through the bypass valve 7; a gas stream 15 flowing around the pulling front cuff 2 and the side outlet cavity 17; part of the main pipe 16. In the head part of the sealed cylindrical body 1, an elastic polyurethane cuff 2 is fixed. The cuff 2 is deaf, so there is a pressure drop of the transported product, for example, gas 13, which creates a pulling force. The profilometer is carried away by the flow of the transported product and moves inside the pipeline. The cuff 2 performs the function of both the pulling sail and the support centering the profilometer body 1 inside the pipe 16. The polyurethane cuff 3 is reinforced in the aft part of the body 1. This cuff performs the function of centering the profilometer body inside the pipe. As is known ["Device for ensuring that the flaw detector passes equal tees without stopping," RF Patent No. 2324170 priority of 10/19/2006], the most stable is the movement of the piston in the pipe when subjected to pulling, not pushing, forces. The yaw of the piston and its tendency to deviate into the lateral bends of the pipe decreases when a pulling force is applied to the head of the piston. For this reason, the head cuff 2 of the profilometer is deaf, and holes are left in the aft cuff 3 for the transported product to flow to the front cuff 2. In the proposed profilometer, as in ["Device for ensuring that the flaw detector passes equal tees without stops" RF Patent No. 232324170 priority dated October 19, 2006] for bypassing gas in the rear cuff 3 bypass valves are installed 7. As the profilometer moves in the pipe cavity in front of the rear cuff 3, contaminants 18 can accumulate, which at A large number of them can get into the bypass valve 7 and interfere with its normal operation. To bypass pollution 18 through the rear cuff 3 in it along its entire outer circumference grooves 6A are made with some periodicity (Fig. 3). On the back side of the cuff, the grooves 6A are covered with elastic plates 6 that can recline in the direction opposite to the direction of movement of the profilometer with a small force arising from the impurities pressing on the plate 6. Typically, the impurities 18 are collected in the lower part of the pipe 16. Since valve 7 is open under normal conditions , then the gas pressure in front of the rear cuff 3, and behind it is the same. Due to this, the plate 6 easily leans back when hitting the cuff 3 on the emerging pollution. The dirt 18 easily flows along the groove 6A for the cuff 3 from the space between the cuffs 2 and 3 and remains in the pipe 16 behind the profilometer. When the front cuff 2 enters the empty space formed by the exhaust cavity 17, the gas 15 begins to flow around the front cuff 2. The pulling force decreases sharply, and the profilometer can stop in a similar place. However, in this position of the profilometer, the flow rate of gas 14 through the bypass valves 7 increases sharply. The valves 7 are closed, and a large differential pressure of gas 13 occurs on the rear cuff 3. A pushing force appears on the cuff 3, which the profilometer pushes past the outlet 17. As soon as the front cuff 2 extends beyond the outlet 17, the pressure behind the front cuff is set equal to the pressure behind the back cuffs and valves 7 open.

В пространстве между передней манжетой 2 и задней манжетой 3 размещаются рычажные сенсоры 4А и 4Б. Чтобы обеспечить сплошность контроля и устранить в местах сужения трубопровода взаимные механические помехи работе рычажных сенсоров 4, рычажные сенсоры 4 размещаются двумя «поясами». Один «пояс» - 4А, впереди. Другой - 4Б, позади. Рычажные сенсоры 4А размещаются по окружности цилиндрического корпуса 1 с некоторым шагом, обеспечивающим зазор между краями контейнеров 5А при перемещении рычагов 4А от стенки трубы 16 к корпусу 1. Рычажные сенсоры 4Б второго «пояса» смещены по окружности цилиндра контейнера 1 на угол равный половине угла установки рычажных сенсоров 4А первого «пояса», что позволяет контролировать участки трубы, не попадающие в зоны контроля сенсоров 4А и 5А первого «пояса».In the space between the front cuff 2 and the rear cuff 3 are placed lever sensors 4A and 4B. In order to ensure continuity of control and eliminate mutual mechanical interference in the places of narrowing of the pipeline, the operation of the lever sensors 4, the lever sensors 4 are placed in two "belts". One "belt" - 4A, in front. The other is 4B, behind. The lever sensors 4A are placed around the circumference of the cylindrical body 1 with a certain step, providing a gap between the edges of the containers 5A when moving the levers 4A from the pipe wall 16 to the housing 1. The lever sensors 4B of the second "belt" are offset around the circumference of the cylinder of the container 1 by an angle equal to half the installation angle lever sensors 4A of the first "belt", which allows you to control pipe sections that do not fall into the control zones of sensors 4A and 5A of the first "belt".

Возможная конструкция рычажного сенсора показана на Фиг. 2. На платформе 4.1 рычажного сенсора укреплены оси 4.3, на которых установлены колеса 4.2, обеспечивающие необходимую удаленность платформы 4.1 от стенки трубы 15. На платформе 4.1 укреплен подшипник 4.4, в который вставлена ось, обеспечивающая качание рычага 4.5 относительно платформы 4.1. Второй конец рычага 4.5 может поворачиваться вокруг оси 4.6, вставленной в подшипник 4.7, закрепленный на основании 4.8. Пружина 4.9 отжимает рычаг 4.5 от основания 4.8 с некоторой силой F. Благодаря этому усилию колеса 4.2 платформы 4.1 оказывается прижатыми к стенке трубы 16. На стороне платформы 4.1, обращенной к стенке трубы 16, укреплен узел эхолокаторов 5 с пьезокерамическими (или другого вида) излучателями 5.1. Эхолокаторы 5.1 измеряют расстояние между стенкой трубы 16 и платформой 4.1. С той стороны платформы 4.1, что обращена к поверхности корпуса 1 профилометра, установлен эхолокатор 9. На корпусе 1 профилометра напротив каждого эхолокатора 9 укреплен неполный уголковый отражатель 10, представляющий собой полосу, согнутую продольно на угол 90 градусов. Эхолокатор 9 измеряет удаленность платформы 4.1 от корпуса 1 профилометра.A possible design of the lever sensor is shown in FIG. 2. Axles 4.3 are mounted on the platform 4.1 of the lever sensor, on which wheels 4.2 are mounted, providing the necessary distance of the platform 4.1 from the pipe wall 15. On the platform 4.1, a bearing 4.4 is mounted, in which an axis is inserted, which ensures the swing of the lever 4.5 relative to the platform 4.1. The second end of the lever 4.5 can be rotated around an axis 4.6 inserted in the bearing 4.7, mounted on the base 4.8. A spring 4.9 squeezes the lever 4.5 from the base 4.8 with some force F. Due to this force, the wheels 4.2 of the platform 4.1 are pressed against the wall of the pipe 16. On the side of the platform 4.1 facing the wall of the pipe 16, the sonar unit 5 with piezoceramic (or other kind) emitters is fixed 5.1. Sonar 5.1 measure the distance between the wall of the pipe 16 and the platform 4.1. An echo sounder 9 is installed on the side of the platform 4.1 that faces the surface of the profilometer casing 1. An incomplete angular reflector 10 is mounted on the casing 1 of the profilometer opposite each echo sounder 9, which is a strip bent longitudinally at an angle of 90 degrees. The sonar 9 measures the remoteness of the platform 4.1 from the housing 1 of the profilometer.

В задней части профилометра, позади задней манжеты 3 установлены колесные одометры 8 (Фиг. 1). Колеса одометров установлены на свободных концах рычагов, вторые концы которых установлены в подшипниках, закрепленных на корпусе 1 профилометра. Рычаг одометра отжимается пружиной от корпуса 1 профилометра к стенке трубы 16, чем обеспечивается необходимое сцепление колеса одометра 8 со стенкой трубы 16. Количество одометров произвольное, например, четыре. Одометры 8 (1-Од, 2-Од, 3-Од, 4-Од на Фиг. 8) располагаются по окружности цилиндра корпуса 1 профилометра с шагом 90 градусов. Показания каждого из одометров используются в секторе сканирования ±45° слева и справа от каждого из одометров. В эти зоны измерения пути одометрами попадают определенные рычажные сенсоры 4А и 4Б и, соответственно расположенные на них эхолокаторы 5А и 5Б. На Фиг. 8А для зон контроля эхолокаторов принята такая нумерация:In the rear part of the profilometer, behind the rear cuff 3, wheel odometers 8 are installed (Fig. 1). Odometer wheels are mounted on the free ends of the levers, the second ends of which are mounted in bearings mounted on the housing 1 of the profilometer. The odometer lever is pressed by a spring from the profilometer case 1 to the pipe wall 16, which ensures the necessary coupling of the odometer wheel 8 to the pipe wall 16. The number of odometers is arbitrary, for example, four. Odometers 8 (1-Od, 2-Od, 3-Od, 4-Od in Fig. 8) are located around the circumference of the cylinder of the housing 1 of the profilometer with a step of 90 degrees. The readings of each of the odometers are used in the scanning sector ± 45 ° to the left and to the right of each of the odometers. Certain lever sensors 4A and 4B and, accordingly, sonar 5A and 5B located on them, fall into these measurement zones by odometers. In FIG. 8A, the following numbering is adopted for sonar control zones:

- 5А - признак расположения сенсоров в переднем «поясе»;- 5A - a sign of the location of the sensors in the front "belt";

- 5Б - признак расположения сенсоров во втором, заднем, «поясе»;- 5B - a sign of the location of the sensors in the second, back, "belt";

- цифра после точки указывает на номер одометра, от которого инициируется запуск эхолокаторов, например, 5А.1 - сенсоры первого «пояса», запускаемые от первого одометра, а 5Б.1 - сенсоры второго «пояса», запускаемые от первого одометра (и т.д.).- the figure after the point indicates the odometer number from which the launch of sonar is initiated, for example, 5A.1 - sensors of the first "belt", launched from the first odometer, and 5B.1 - sensors of the second "belt", launched from the first odometer (and t .d.).

На Фиг. 8Б показано поперечное сечение деформированной трубы. Сенсоры переднего «пояса» 5А показаны более плотной окраской. Более светлым тоном показаны рычажные сенсоры 5Б заднего «пояса». Стрелочками на рисунке показан ход ультразвуковых зондирующих импульсов, формируемых соответствующими эхолокаторами переднего «пояса» сенсоров. Чтобы не усложнять рисунок ход зондирующих импульсов эхолокаторов заднего «пояса» не показан. Зоны деформированных участков трубы помечены буквами П1, П2, П3, П4.In FIG. 8B shows a cross section of a deformed pipe. The sensors of the front "belt" 5A are shown with a denser color. The lever sensors 5B of the rear “belt” are shown in a lighter tone. The arrows in the figure show the course of the ultrasonic probe pulses generated by the corresponding sonar sensors of the front “belt” of the sensors. In order not to complicate the pattern, the course of the probing pulses of the sonar radars of the rear “belt” is not shown. Zones of deformed pipe sections are marked with the letters P1, P2, P3, P4.

Эхолокаторы 5А и 5Б попадающие в соответствующую зону управления соответствующего одометра активизируются после прохождения колесом одометра заранее заданного отрезка пути (например, 5 мм).Sonar 5A and 5B falling into the corresponding control zone of the corresponding odometer are activated after the odometer wheel passes a predetermined distance (for example, 5 mm).

Внутри герметичного корпуса 1 профилометра располагаются источник электропитания, электронные узлы управления эхолокаторами, бортовой компьютер, узел определения угла продольного поворота, узел обработки сигналов одометра, цифровой регистратор данных. Возможная информационная структура профилометра показана на Фиг. 6. Здесь БК-бортовой компьютер, Од1, Од2, Од3, Од4 - одометры, ГИВСЧ - генератор импульсов высокостабильной частоты, ГЭЛРС1…ГЭЛРС4 - группа эхолокаторов, размещенных на соответствующих рычажных сенсорах, ОИСУ - образцовый измеритель времени распространения ультразвука, УУЭЛ1, УУЭЛ2, УУЭЛЗ, УУЭЛ4 - узлы управления эхолокаторами рычажных сенсоров от первого до четвертого, БНД - блок накопления данных.Inside the sealed housing 1 of the profilometer are a power source, electronic control units for sonar, on-board computer, a unit for determining the angle of longitudinal rotation, a unit for processing odometer signals, a digital data logger. A possible information structure of the profilometer is shown in FIG. 6. Here, the BK-board computer, Od1, Od2, Od3, Od4 - odometers, GIVSCH - high-frequency pulse generator, GELRS1 ... GELRS4 - a group of sonar located on the corresponding lever sensors, OISU - an exemplary ultrasound propagation time meter, UUEL1, UUEL2, UUELZ, UUEL4 - control units for echolocators of lever sensors from the first to the fourth, BND - data storage unit.

Эхолокаторы выполнены по классической схеме передатчик-приемник с антенным переключателем и демпфером, подавляющим автоколебания пьезопреобразователя при окончании зондирующего радиоимпульса.The sonar devices are made according to the classical transmitter-receiver scheme with an antenna switch and a damper that suppresses the self-oscillations of the piezoelectric transducer at the end of the probe radio pulse.

Устройство перепускного клапана показано на Фиг. 5. Клапан перепускной состоит из гильзы 7.1, затвора 7.2, Пружины 7.3, гайки крепления 7.4, гайки регулирующей 7.5, штифта 7.6. В гильзе 7.1 выполнена фаска 7.7 и пазы 7.10. В клапане 7.2 выполнена полость 7.8 и перепускные отверстия 7.9. Клапан крепится в теле задней манжеты 3. Потоки газа, перетекающего через клапан, показаны линиями 7.11.The bypass valve device is shown in FIG. 5. The bypass valve consists of a sleeve 7.1, a shutter 7.2, a spring 7.3, a fastening nut 7.4, a control nut 7.5, a pin 7.6. In the sleeve 7.1, a chamfer 7.7 and grooves 7.10 are made. In valve 7.2, a cavity 7.8 and bypass openings 7.9 are made. The valve is mounted in the body of the rear cuff 3. The flows of gas flowing through the valve are shown by lines 7.11.

Устройство образцового измерителя скорости ультразвука ОИСУ показано на Фиг. 7. Образцовый измеритель скорости ультразвука состоит из полого корпуса 11.1, уголкового отражателя 7.2, пьезокерамического (или другого типа) преобразователя 11.3 с выводами 11.6, пробки-поглотителя ультразвука 11.4. В корпусе 11.1 выполнены отверстия 11.5 для проникновения в его полость транспортируемого по трубе продукта. Излученный ультразвуковой импульс отмечен цифрами 11.7, отраженный от уголкового отражателя импульс отмечен цифрами 11.8.The device of an exemplary ultrasound velocity meter of the OISU is shown in FIG. 7. An exemplary ultrasound velocity meter consists of a hollow body 11.1, an angle reflector 7.2, a piezoceramic (or other type) transducer 11.3 with leads 11.6, and an ultrasonic absorber tube 11.4. Openings 11.5 are made in the housing 11.1 for penetration into its cavity of the product transported through the pipe. The emitted ultrasonic pulse is indicated by the numbers 11.7, the pulse reflected from the corner reflector is indicated by the numbers 11.8.

Работает устройство следующим образом (на примере магистрального газопровода).The device operates as follows (for example, the main gas pipeline).

Профилометр вводится в камеру запуска. В камере запуска повышается давление газа. При давлении около 5 кг/см 2 релейно-контактный пороговый датчик давления (на рисунках не показан) замыкает свои контакты и включает питание бортового компьютера. Бортовой компьютер включает силовое питание всей бортовой аппаратуры. После уравновешивания давления в камере запуска с давлением в трубопроводе открывается кран, отсекающий камеру запуска от трубопровода. Затем с помощью крановой обвязки устанавливают давление в камере запуска выше давления в трубопроводе. На передней манжете 2 (Фиг. 1) возникает перепад давления, силой которого профилометр выталкивается из камеры запуска в трубопровод.The profilometer is introduced into the trigger chamber. In the start chamber, the gas pressure rises. At a pressure of about 5 kg / cm 2, a relay-contact threshold pressure sensor (not shown in the figures) closes its contacts and turns on the power of the on-board computer. The on-board computer includes power supply for all on-board equipment. After balancing the pressure in the launch chamber with the pressure in the pipeline, a valve opens, which cuts off the launch chamber from the pipeline. Then, using a crane strapping, the pressure in the launch chamber is set higher than the pressure in the pipeline. On the front cuff 2 (Fig. 1) there is a pressure drop, the force of which the profilometer is pushed from the launch chamber into the pipeline.

Вращающиеся колеса одометров Од1…Од4 (Фиг. 6) приводят в действие встроенные в них датчики угла поворота и в бортовой компьютер (БК) поступают импульсные сигналы, соответствующие заданному шагу пути, проходимого каждым колесом одометров. От генератора импульсов высокостабильной частоты (ГИВСЧ) в БК поступают импульсы, используемые для счисления бортового времени профилометра и длительности двойного хода зондирующих импульсов. Компьютер счисляет путь каждого из колес одометров и текущее время, подсчитывая импульсы одометров. На Фиг. 6 для примера показана информационная структура профилометра с четырьмя одометрами. Стенка контролируемой трубы условно разбита на сегменты, число которых равно числу используемых одометров (Фиг. 8). Каждому одометру соответствует на стенке трубы полоса контроля шириной 90°. В пределах каждой полосы контроля используется путь, вычисленный одометром, располагающимся в середине этой полосы. В каждую из полос контроля попадают рычажные сенсоры 4 (Фиг. 1), (Фиг. 8) и расположенные на этих сенсорах эхолокаторы 9 и 5.1. На Фиг. 6 для упрощения показаны только 4 рычажных сенсора с группами эхолокаторов ГЭЛ-РС1, ГЭЛ-РС2, ГЭЛ-РС3, ГЭЛ-РС4. Когда бортовой компьютер БК обнаружит в зоне счисления пути соответствующего одометра, что путь изменился на заданную величину ΔS (например, ΔS=5 мм), то активизируются соответствующие устройства управления эхолокаторов УУЭЛ-i. Эхолокаторы 5.1 и 9, установленные на рычажных сенсорах 4 (Фиг. 1), располагающихся в зоне счисления пути соответствующего одометра, переводятся в рабочий режим и производят излучение и прием зондирующего ультразвукового импульса. Такое управление эхолокаторами обеспечивает одинаковую продольную разрешающую способность профилометра по всему поперечному сечению трубы, в том числе и при прохождении продольных изгибов трубопровода. Эхолокаторы 9 излучают ультразвуковой импульс, распространяющийся от нижней стенки платформы 4.1 в сторону корпуса 1 (Фиг. 2). Достигнув уголкового отражателя 10, ультразвуковой импульс отражается от него и возвращается в сторону излучившего его эхолокатора 9. Зона распространения ультразвукового импульса на Фиг. 2 отмечена позицией 11. При известной скорости распространения ультразвука в транспортируемом по трубопроводу продукте расстояние L_9-10 от платформы 4.1 до уголкового отражателя 10 находится как половина произведения скорости распространения ультразвука 'с' на время двойного хода ультразвукового импульса t_9-10:

The rotating odometer wheels Od1 ... Od4 (Fig. 6) drive the angle of rotation sensors built into them and pulse signals corresponding to a given step of the path traveled by each odometer wheel enter the on-board computer (BC). From the highly stable frequency pulse generator (GIVSCH), pulses are used in the BC used to calculate the onboard time of the profilometer and the duration of the double stroke of the probe pulses. The computer calculates the path of each of the odometer wheels and the current time by counting the odometer pulses. In FIG. 6, for example, the information structure of a profilometer with four odometers is shown. The wall of the controlled pipe is conventionally divided into segments, the number of which is equal to the number of odometers used (Fig. 8). Each odometer corresponds to a control strip 90 ° wide on the pipe wall. Within each control band, the path calculated by the odometer located in the middle of this band is used. Lever sensors 4 (Fig. 1), (Fig. 8) and sonar 9 and 5.1 located on these sensors fall into each of the control bands. In FIG. 6, for simplicity, only 4 lever sensors with groups of sonar systems GEL-RS1, GEL-RS2, GEL-RS3, GEL-RS4 are shown. When the on-board computer of the BC detects in the dead reckoning zone of the corresponding odometer path that the path has changed by a predetermined value ΔS (for example, ΔS = 5 mm), the corresponding control devices of the UEL-i sonar are activated. Sonar 5.1 and 9 mounted on the lever sensors 4 (Fig. 1), located in the reckoning area of the corresponding odometer paths, are transferred to the operating mode and produce radiation and reception of the probe ultrasonic pulse. Such control of sonar provides the same longitudinal resolution of the profilometer over the entire cross section of the pipe, including when passing through the longitudinal bends of the pipeline. Sonar 9 emit an ultrasonic pulse propagating from the bottom wall of the platform 4.1 towards the housing 1 (Fig. 2). Having reached the corner reflector 10, the ultrasonic pulse is reflected from it and returns to the side of the sonar emitting it 9. The propagation zone of the ultrasonic pulse in FIG. 2 is indicated by 11. At a known speed of propagation of ultrasound in the product transported through the pipeline, the distance L _9-10 from the platform 4.1 to the corner reflector 10 is half the product of the speed of propagation of ultrasound 's' for the duration of the double stroke of the ultrasonic pulse t _9-10 :

Эхолокаторы 5.1, расположенные на планке 5, укрепленной на платформе 4.1 рычажного сенсора 4 (Фиг. 1, Фиг. 2), измеряют время двойного хода ультразвукового импульса от рабочей поверхности эхолокатора 5.1 до стенки трубы 15. По измеренному времени t_5-15 и известной скорости 'с' распространения ультразвука находится расстояние L_5-15 между стенкой трубы и платформой 4.1. При этом учитывается известная по конструкторским документам высота 'h₅' эхолокатора 5.1:

5.1 sonar located on the bar 5, mounted on the platform 4.1 of the lever sensor 4 (Fig. 1, Fig. 2), measure the double stroke time of the ultrasonic pulse from the working surface of the sonar 5.1 to the pipe wall 15. According to the measured time t _5-15 and known velocity 's' of the propagation of ultrasound is the distance L _5-15 between the wall of the pipe and the platform 4.1. In this case, the height 'h ₅ ' of the 5.1 sonar, known by design documents, is taken into account:

Расстояние между корпусом 1 профилометра и стенкой трубы 16 находится суммированием значений L_9-10 и L_5-15 для каждого дискретного отсчета пути. Для определения величины скорости распространения ультразвука в среде, транспортируемой по трубопроводу, в состав профилометра введен образцовый измеритель скорости ультразвука (ОИСУ) (Фиг. 7). Излученный пьезокерамическим преобразователем 11.1 ультразвуковой импульс 11.7 движется к уголковому отражателю 11.2. Отраженный импульс 11.8 движется от уголкового отражателя 11.2 к пьезоэлектрическому преобразователю 11.3. Расстояние между излучающей поверхностью эхолокатора 11.2 и уголковым отражателем 11.3 калибровано (допустим 0.1 м). В случае транспортировки по трубопроводу газа следует учитывать, что скорость распространения ультразвука в газе сильно зависти от его влажности и температуры. Образцовый измеритель времени распространения ультразвука (ОИСЗ) на калиброванной дистанции Dэ измеряет время tэ распространения ультразвукового импульса в реальном газе при фактической его влажности и температуре, передает его значение в бортовой компьютер БК, в котором вычисляется фактическая скорость ультразвука с=2Dэ/tэ.The distance between the housing 1 of the profilometer and the wall of the pipe 16 is a summation of the values of L _9-10 and L _5-15 for each discrete track reference. To determine the magnitude of the speed of propagation of ultrasound in the medium transported through the pipeline, an exemplary ultrasound speed meter (OISU) was introduced into the profiler (Fig. 7). The ultrasonic pulse 11.7 emitted by the piezoceramic transducer 11.1 moves towards the corner reflector 11.2. The reflected pulse 11.8 moves from the corner reflector 11.2 to the piezoelectric transducer 11.3. The distance between the emitting surface of the sonar 11.2 and the corner reflector 11.3 is calibrated (0.1 m for example). In the case of gas transportation through a pipeline, it should be borne in mind that the speed of propagation of ultrasound in a gas strongly depends on its humidity and temperature. An exemplary measuring instrument of the propagation time of ultrasound at a calibrated distance De measures the propagation time te of an ultrasonic pulse in a real gas at its actual humidity and temperature, transfers its value to the on-board computer BK, in which the actual ultrasound speed c = 2De / te is calculated.

Вычисленное значение 'с' используется при вычислении геометрических размеров поперечного сечения трубы по формулам (1) и (2). Собранная бортовым компьютером БК информация сохраняется в бортовом накопителе данных БНД (Фиг. 6).The calculated value 'c' is used in calculating the geometric dimensions of the pipe cross section according to formulas (1) and (2). The information collected by the on-board computer BK is stored in the on-board data storage device BND (Fig. 6).

При движении по трубопроводу профилометр своими манжетами 2 и 3 (Фиг. 1) собирает загрязнения, которые не были удалены из трубы очистными поршнями. Эти загрязнения накапливаются перед передней манжетой 2 и частично перетекают за переднюю манжету, накапливаясь перед задней манжетой 3. Когда масса загрязнений 18, накопившихся перед задней манжетой 3, достигнет объема, при котором давление загрязнений 18 на пластину 6 превысит силу ее упругости, пластина 6 отогнется назад, и загрязнения 18 по пазу 6А перетекут за корму снаряда-профилометра. После этого пластина 6 возвратится силой ее упругости на исходное место и перекроет паз 6А.When moving through the pipeline, the profilometer with its cuffs 2 and 3 (Fig. 1) collects contaminants that have not been removed from the pipe by the cleaning pistons. These impurities accumulate in front of the front cuff 2 and partially flow over the front cuff, accumulating in front of the rear cuff 3. When the mass of contaminants 18 accumulated in front of the rear cuff 3 reaches a volume at which the contamination pressure 18 on the plate 6 exceeds its elasticity, the plate 6 will bend back, and pollution 18 along the groove 6A will flow over the stern of the projectile profilometer. After this, the plate 6 will return by the force of its elasticity to its original place and block the groove 6A.

Если на трубопроводе 16 присутствует боковой отвод 17, то в процессе перемещения по трубе профилометр через некоторое время подходит к этому месту. Передняя манжета 2 попадает в окно отвода 17 и газ, толкавший своим давлением профилометр, начнет обтекать переднюю манжету 2. Сила тяги передней манжеты 2 резко уменьшится. Газ 14 (Фиг. 1) перетекающий через перепускные клапаны 7 в задней манжете 3, начнет обтекать манжету 2 по полости отвода 17 и устремится в основной трубопровод. Так как расход газа 15, обтекающего манжету 2, будет стремиться к расходу, поставляемому по трубопроводу, то вследствие неразрывности газового потока, скорость газа, перетекающего через перепускные клапаны 7 резко возрастет. В перепускном клапане 7 (Фиг. 5) газ 7.11 течет между фланцем гильзы 1 и фланцем затвора 7.2, проходя через фаску 7.7 в гильзе 7.1 и отверстия 7.8 в теле затвора 7.2 в полость 7.8 затвора, откуда вытекает в пространство между манжетами 3 и 2 (Фиг. 1). В нормальном состоянии щель между фланцем гильзы 7.1 и фланцем затвора 7.2 обеспечивается тем, что пружина 7.3, упирающаяся одним своим концом в регулировочную гайку 7.5, а другим концом в штифт 7.6, давит на штифт 7.6, который жестко связан с цилиндрической частью затвора 7.2. Штифт 7.6 имеет возможность перемещаться вдоль паза 7.10, выполненного в цилиндрической части гильзы 7.1. При перемещении штифта 7.6 перемещается и затвор 7.2. В исходном состоянии штифт 7.6 смещается пружиной 7.3 в пазу гильзы 7.1 до его упора в край паза 7.10. При этом между фланцем гильзы 7.1 и фланцем затвора 7.2 возникает щель. Поток газа 7.11, протекающий в этой щели, в соответствие с законом Бернулли создает в щели падение давления тем большее, чем больше скорость потока. При этом на фланец затвора 7.2 начинает действовать сила, пропорциональная площади фланца и перепаду давления, возникшего между передней и задней стенками фланца. Когда сила, действующая на фланец со стороны газа, превысит силу пружины 7.3, отжимающую затвор, затвор 7.2 переместиться в направлении течения газа и газовый поток 7.11 через перепускной клапан перекроется. Теперь полностью все давление газа, толкавшего переднюю манжету 2 профилометра, будет приложено к задней манжете 3. Газ протолкнет профилометр вдоль окна бокового отвода 17 (Фиг. 1). При прохождении задней манжеты 3 мимо окна отвода 17 давление по обе стороны манжеты 3 сравняется и пружина 7.3 (Фиг. 5) откроет щель между фланцами гильзы 7.1 и затвора 7.2.If there is a lateral branch 17 on the pipeline 16, then in the process of moving through the pipe, the profilometer comes to this place after some time. The front cuff 2 enters the exhaust window 17 and the gas pushing the profilometer with its pressure will begin to flow around the front cuff 2. The traction force of the front cuff 2 will decrease sharply. Gas 14 (Fig. 1) flowing through the bypass valves 7 in the rear cuff 3 will begin to flow around the cuff 2 along the exhaust cavity 17 and will rush into the main pipeline. Since the flow rate of gas 15 flowing around the cuff 2 will tend to the flow rate supplied through the pipeline, due to the continuity of the gas flow, the speed of the gas flowing through the bypass valves 7 will increase sharply. In the bypass valve 7 (Fig. 5), gas 7.11 flows between the sleeve flange 1 and the shutter flange 7.2, passing through the chamfer 7.7 in the sleeve 7.1 and the holes 7.8 in the shutter body 7.2 to the shutter cavity 7.8, from where it flows into the space between the cuffs 3 and 2 ( Fig. 1). In the normal state, the gap between the sleeve flange 7.1 and the valve flange 7.2 is ensured by the fact that the spring 7.3 abuts with its one end against the adjusting nut 7.5 and the other end against the pin 7.6, presses on the pin 7.6, which is rigidly connected with the cylinder part of the shutter 7.2. The pin 7.6 has the ability to move along the groove 7.10, made in the cylindrical part of the sleeve 7.1. When moving the pin 7.6 moves and the shutter 7.2. In the initial state, the pin 7.6 is displaced by the spring 7.3 into the groove of the sleeve 7.1 until it stops against the edge of the groove 7.10. In this case, a gap occurs between the flange of the sleeve 7.1 and the flange of the shutter 7.2. The gas flow 7.11 flowing in this gap, in accordance with the Bernoulli law, creates a pressure drop in the gap the greater, the greater the flow velocity. At the same time, a force proportional to the area of the flange and the pressure drop that arises between the front and rear walls of the flange begins to act on the shutter flange 7.2. When the force exerted by the gas side on the flange exceeds the force of the spring 7.3, which squeezes the shutter, the shutter 7.2 moves in the direction of gas flow and the gas flow 7.11 through the bypass valve closes. Now, completely all the pressure of the gas pushing the front cuff 2 of the profilometer will be applied to the back cuff 3. The gas will push the profilometer along the side outlet window 17 (Fig. 1). When passing the rear cuff 3 past the outlet window 17, the pressure on both sides of the cuff 3 is equalized and the spring 7.3 (Fig. 5) will open the gap between the flanges of the sleeve 7.1 and the shutter 7.2.

Газ опять будет перетекать через перепускной клапан. Величину давления, при котором должен срабатывать перепускной клапан 7, регулируют с помощью регулировочной гайки 7.5.Gas will again flow through the bypass valve. The pressure value at which the bypass valve 7 is to be actuated is regulated using the adjusting nut 7.5.

Прошедший всю трассу трубопровода профилометр приходит в камеру приема. Камера приема отсекается от линейной части трубопровода линейным краном. В камере приема сбрасывается давление. Релейно-контактный датчик давления профилометра формирует логический сигнал о понижении давления в камере до взрывобезопасного предела. По этому сигналу бортовой компьютер через заранее заданное время переписывает информацию из оперативной памяти в бортовой накопитель данных, закрывает все файлы отключает все электропитание.A profilometer that has passed the entire route of the pipeline comes to the reception chamber. The receiving chamber is cut off from the linear part of the pipeline by a linear crane. The pressure chamber is relieved in the receiving chamber. The relay-contact pressure sensor of the profilometer generates a logical signal about a decrease in pressure in the chamber to an explosion-proof limit. According to this signal, the on-board computer overwrites the information from the RAM into the on-board data storage device in a predetermined time, closes all files, turns off all power.

Профилометр извлекается из камеры приема, отмывается от загрязнений и передается службам, производящим считывание данных из бортового накопителя данных. Если бортовой накопитель данных съемный, то его извлекают из разъемного соединителя и передают для переписи данных и их анализа в соответствующее подразделение.The profilometer is removed from the reception chamber, washed from contaminants and transmitted to services that read data from the on-board data storage device. If the on-board data storage device is removable, then it is removed from the plug-in connector and transferred to the corresponding unit for data census and analysis.

Claims

Profiler, consisting of a cylindrical sealed body, a head and aft elastic cuffs, a group of lever sensors, a group of non-contact distance meters, odometric distance meters, longitudinal rotation angle sensors, signal processing equipment, sensors, recording equipment, electronic devices for measuring the path and angles of spatial turns, onboard computer, power sources, characterized in that it introduced several corner reflectors, several control nodes without stroke distance meters, an ultrasound propagation velocity meter, several shut-off valves for gas bypass, several plates for by-pass pollution, moreover, non-contact distance meters are made in the form of sonar detectors, a support-pulling cuff is installed in the head of the profilometer, and a support cuff is installed in the aft part, in the body of which shut-off valves for gas bypass are mounted, and cut-outs for by-pass pollution are made along the edges of the cuff, which are closed on the back of the cuff pollution transfer plates so that pollution transfer plates can easily bend to the side opposite to the direction of movement of the profilometer, and lever sensors are installed in two rows along the circumference of the outer cylindrical surface of the profilometer body with one row moving forward one relative to another and rotated around the longitudinal axis of the profilometer by an angle equal to half the angle between the lever sensors, while on the free end of the levers of the lever sensors mounted on bearings supported by rollers pl molds capable of swinging along the direction of movement, and containers are installed on the outer surface of the platforms, in which, with the necessary step, high-frequency sonar is placed across the direction of movement, the working surface facing the wall of the pipe being monitored, and on the back of each platform there is an sonar facing the radiating part in side of the cylindrical body of the profilometer, where longitudinally oriented corner reflectors, open side to the sonar side, and the levers of each lever sensor are mounted in bearings on the profilometer body and are pressed by springs to the side of the body, while in the aft part of the profilometer wheel odometers are installed, the number of which can be arbitrary, and signal the odometer outputs are connected to the corresponding inputs of the on-board computer and to the sonar control units, the first control buses of which are connected to the corresponding control their sonar leads, and the sonar data outputs are connected to the corresponding first data buses of the control nodes, and the second data buses and second control buses of the corresponding control nodes are connected to the data bus and the control bus of the on-board computer.