УСТРОЙСТВО, СИСТЕМА И СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к устройствам для автоматизированного неразрушающего контроля металлических конструкций, и, в частности, устройствам для автоматизированного неразрушающего контроля резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов.

Обзор уровня техники

В настоящее время известны различные устройства для неразрушающего контроля металлических конструкций, в частности, для контроля днища резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Как правило, для неразрушающего контроля применяют устройства для неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля, которые используются самостоятельно или в комбинации с устройствами на основе других методов неразрушающего контроля. Однако все известные устройства или системы для неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля не могут осуществлять точный контроль различных типов днища таких резервуаров без непосредственного участия человека, что зачастую приводит к необходимости опорожнения и дегазации резервуаров.

Например, из патентного документа US 5514956 известно устройство для контроля дна резервуара на основе метода утечки магнитного поля, в котором предусмотрена возможность уменьшения магнитного притяжения устройства аппарата к дну резервуара при наличии на поверхности дна препятствия посредством отведения соответствующего магнитного блока устройства от поверхности дна резервуара. Однако такое уменьшение магнитного притяжения устройства должно осуществляться оператором, непосредственно удерживающим указанное устройство и осуществляющим его перемещение, что исключает возможность использования указанного устройства в резервуаре без его опорожнения и дегазации. Кроме того, в данном устройстве не предусмотрено использование других методов неразрушающего контроля вместе с методом утечки магнитного поля, что делает контроль посредством указанного устройства менее точным.

Часть указанных недостатков была решена в устройстве, известном из патентного документа US 6104970, которое представляет собой автоматическое устройство для контроля дна резервуара, связанное с удаленной станцией. Указанное устройство может перемещаться по поверхности контролируемого дна резервуара и содержит электромагнитный датчик и ультразвуковые датчики для возможности осуществления неразрушающего контроля этого дна. Устройство также содержит датчик определения стыка между пластинами на дне резервуара, по сигналу от которого магнит электромагнитного датчика может быть отведен для предотвращения столкновения со стыком. Однако при этом контроль области дна резервуара в месте стыка и вокруг него не производится, или точность контроля этой области значительно снижается, что намного ухудшает в целом точность контроля посредством указанного устройства всего дна, особенности при наличии на контролируемом дне множества препятствий. Кроме того, отведение магнита электромагнитного датчика может быть недостаточной мерой для обеспечения возможности предотвращения столкновения со стыком и примагничивания магнита к стыку.

Таким образом, существует насущная необходимость в обеспечении устройства для неразрушающего контроля, которое может функционировать в автоматическом или полуавтоматическом режиме на всем протяжении контролируемой металлической конструкции, включающей различные препятствия и неоднородности.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для автоматизированного неразрушающего контроля металлических конструкций, которое может осуществлять точный контроль различных видов металлических конструкций, включая металлические конструкции, имеющие препятствия на своей поверхности, например, в виде стыков составляющих их пластин, а также которое может работать в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Предложено устройство для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции, содержащее ультразвуковой блок неразрушающего контроля, блок неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля, вихретоковый блок неразрушающего контроля, управляющий блок, соединенный с указанными ультразвуковым блоком неразрушающего контроля, блоком неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля и вихретоковым блоком неразрушающего контроля для отправки управляющих сигналов для осуществления контроля металлической конструкции, и блок навигации, соединенный с управляющим блоком и выполненный с возможностью определения положения указанного устройства для автоматизированного неразрушающего контроля относительно металлической конструкции и состояния поверхности контролируемой металлической конструкции и направления сигналов с информацией о положении указанного устройства для автоматизированного неразрушающего контроля и состоянии поверхности контролируемой металлической конструкции в управляющий блок, причем все указанные блоки установлены в корпусе, имеющем средства перемещения по поверхности контролируемой металлической конструкции, управляющий блок выполнен с возможностью направления управляющих сигналов одновременно на по меньшей мере один блок из числа указанных ультразвукового блока неразрушающего контроля, блока неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля и вихретокового блока неразрушающего контроля на основе сигналов, полученных от блока навигации, а блок неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля выполнен с возможностью изменения индукции магнитного поля, создаваемого этим блоком, от минимального значения, близкого к нулю, до заданного максимального значения.

Достигаемый технический результат заключается в возможности работы предлагаемого устройства для автоматизированного неразрушающего контроля металлических конструкций с различными видами металлических конструкций, включая металлические конструкции с изменяющейся толщиной. Кроме того, совместное использование разных блоков неразрушающего контроля позволяет производить более точный и быстрый контроль металлических конструкций без необходимости многократного прохождения предлагаемого устройства рядом с одной и той же областью поверхности контролируемых металлических конструкций.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения устройство дополнительно содержит по меньшей мере один блок неразрушающего контроля.

Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения устройство дополнительно содержит узел для зачистки поверхности металлической конструкции.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения блок неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля характеризуется рабочим зазором от этого блока до поверхности контролируемой металлической конструкции и выполнен с возможностью изменения указанного рабочего зазора.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения блок неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля содержит магнитную систему, содержащую по меньшей мере два магнитных барабана, соединенных ярмом магнитопровода, причем указанные по меньшей мере два магнитных барабана выполнены с возможностью поворота относительно друг друга.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения устройство дополнительно содержит средства аварийного отведения указанного устройства от металлической конструкции.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения все указанные блоки выполнены взрывозащищенными и/или указанный корпус представляет собой герметичный взрывозащищенный корпус.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения блок навигации содержит по меньшей мере один звуковизор, по меньшей мере один ультразвуковой датчик и/или по меньшей мере одну камеру.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения устройство предназначено для контроля резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов.

Также предложена система для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции, содержащая устройство для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции и система управления, предназначенная для управления устройством для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции и соединенный с ним посредством взрывозащищенной линии связи.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения система управления представляет собой автолабораторию.

Также предложен способ неразрушающего контроля металлической конструкции с помощью устройства для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции, согласно которому обеспечивают доступ указанного устройства к металлической конструкции, предназначенной для проведения ее контроля, выполняют контроль части металлической конструкции, рядом с которой расположено указанное устройство, одновременно по меньшей мере одним блоком из числа ультразвукового блока неразрушающего контроля, блока неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля и вихретокового блока неразрушающего контроля и перемещают указанное устройство до другой части металлической конструкции на основании информации от блока навигации устройства по поверхности металлической конструкции. При изменении параметров металлической конструкции изменяют индукцию магнитного поля в блоке неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения дополнительно в случае наличия препятствий на поверхности металлической конструкции изменяют рабочий зазор от блока неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля до поверхности контролируемой металлической конструкции.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения дополнительно в случае определения наличия отложений на поверхности металлической конструкции выполняют зачистку поверхности металлической конструкции.

Другие аспекты настоящего изобретения могут быть понятны из последующего описания предпочтительных вариантов реализации и чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции согласно первому варианту реализации.

На фиг. 2A и 2B проиллюстрирована магнитная система блока неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля во включенном состоянии (фиг. 2A) и в выключенном состоянии (фиг. 2B).

На фиг. 3 показан трехмерный вид устройства для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции согласно второму варианту реализации, обеспечивающий видимость верхней части указанного устройства.

На фиг. 4 показан трехмерный вид устройства для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции согласно второму варианту реализации, обеспечивающий видимость нижней части устройства.

На фиг. 5 показана система для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции согласно настоящему изобретению.

На фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая способ неразрушающего контроля металлической конструкции с помощью устройства для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

Настоящее описание раскрывает варианты и особенности устройства для автоматизированного неразрушающего контроля металлических конструкций, в частности, для контроля днищ резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, производимого в том числе внутри таких резервуаров.

В настоящем описании термин “автоматизированный” относится как к устройству, осуществляющему полностью автоматические действия, так и к устройству, осуществляющему автоматические действия и при этом функционирующему с участием человека, т.е. к устройству, работающему в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Далее подробно описаны некоторые варианты реализации настоящего изобретения. Необходимо отметить, что раскрываемые особенности раскрываемого устройства для автоматизированного неразрушающего контроля металлических конструкций в любом варианте реализации могут быть присущи различным вариантам реализации в любой их комбинации, если не указано иначе.

Принципиальная схема предлагаемого устройства 100 для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции согласно первому варианту реализации показана на фиг. 1. Устройство 100 содержит три блока неразрушающего контроля, а именно ультразвуковой блок 110 неразрушающего контроля, блок 120 неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля (блок MFL (Magnetic Flux Leakage)) и вихретоковый блок 130 неразрушающего контроля. Кроме того, устройство 100 содержит управляющий блок 140, который соединен с указанными тремя блоками 110, 120 и 130 неразрушающего контроля для отправки управляющих сигналов для осуществления контроля металлической конструкции, и блок 150 навигации, соединенный с управляющим блоком 140. Блок 120 неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля обладает функциональной возможностью изменять рабочий зазор между своей поверхностью и поверхностью контролируемой металлической конструкции, что может быть необходимо, например, во время преодоления препятствий на поверхности металлической конструкции устройством 100 для автоматизированного неразрушающего контроля.

Блок 150 навигации предназначен для определения положения указанного устройства 100 относительно металлической конструкции, а также при необходимости определения состояния поверхности контролируемой металлической конструкции. Кроме того, блок 150 навигации может направлять сигналы с информацией о положении указанного устройства 100 и состоянии поверхности контролируемой металлической конструкции в управляющий блок 40.

В свою очередь, управляющий блок 140 предназначен для направления управляющих сигналов одновременно на по меньшей мере один из указанных трех блоков 110, 120 и 130 для неразрушающего контроля на основе сигналов, полученных от блока 150 навигации.

Важной особенностью настоящего изобретения является выполнение блока 120 неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля таким образом, что индукция магнитного поля, создаваемого этим блоком, может быть изменена от минимального значения, близкого к нулю, до заданного максимального значения. Такое изменение может быть осуществлено в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Все блоки, составляющие указанное устройство 100, смонтированы в корпусе, который оснащен средствами перемещения (не показаны) указанного устройства по поверхности контролируемой металлической конструкции, например, по поверхности днища резервуара для хранения нефти и нефтепродуктов.

Необходимо отметить, что устройство для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции согласно другим вариантам реализации может иметь другой набор блоков неразрушающего контроля, например, их большее количество, или только один блок неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля. Кроме того, могут использоваться блоки неразрушающего контроля на основе других методов неразрушающего контроля, известных для специалистов, например, на основе электрического, радиационного, теплового, радиоволнового, акустического методов и других.

Блок 120 неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля может быть выполнен любым известным для специалиста способом, чтобы обеспечивалась возможность изменения индукции магнитного поля, создаваемого этим блоком. Например, в устройстве согласно первому варианту реализации блок 120 неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля содержит магнитную систему, проиллюстрированную на фиг. 2A и 2B, содержащую ярма магнитопровода, два магнитных барабанов и полюсные наконечники. Регулировка магнитного поля осуществляется путем поворота магнитных барабанов на заданный угол. На фиг. 2A магнитная система блока неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля находится во включенном состоянии, характеризующимся некоторым значением индукции магнитного поля больше нуля, а на фиг. 2B указанная магнитная система приведена в выключенное состояние, при котором значение индукции магнитного поля равно минимальному значению, близкому нулю, вследствие наличия остаточной намагниченности посредством поворота магнитных барабанов. Таким образом, магнитная система с регулируемым магнитным полем блока неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля позволяет оптимизировать величину магнитного поля под конкретную толщину контролируемой металлической конструкции, а также производить очистку блока неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля от налипшей магнитной грязи.

Благодаря такой особенности магнитной системы блок неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля осуществляется возможность преодолевать металлическую конструкции в местах изменения ее параметров, например, в местах стыков пластин, составляющих металлическую конструкцию, или при наличии препятствий в виде загрязнений, налета, отложений или т.п.

Устройство для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции согласно второму варианту реализации показано на фиг. 3 и 4 и представляет собой диагностический робот 200 в виде тележки с четырьмя колесами 230 и герметичным корпусом. Робот 200 оборудован направляющими 210, роликами 220 для движения вдоль стен резервуара, расположенных по периметру корпуса робота 200 на его боковой стороне и узлом 270 зачистки поверхности контролируемой металлической конструкции (например, от загрязнений, налета или отложений различного рода). В корпусе робота 200 расположен блок 280 неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля, а с торцов корпуса робота 200 установлен ультразвуковой блок 250 неразрушающего контроля, имеющего 96 каналов. Также в роботе 200 дополнительно имеются звуковизор 260, передняя обзорная камера 240, помпа 295 и стыковочный узел 290 для обеспечения возможности соединения робота 200 со средствами доставки, средствами аварийного отведения и линией связи. При необходимости количество и состав элементов устройства могут быть изменены, в частности в других вариантах реализации в корпус указанного может быть добавлен вихретоковый блок неразрушающего контроля. Робот 200 характеризуется следующими массогабаритными характеристиками средства доставки: размеры 1000x480x380 мм, вес 180 кг, место загрузки 510 мм.

Устройство по второму варианту реализации в виде робота 200 способно измерять металлические конструкции толщиной от 1,27 мм до 13,2 мм. Герметичный корпус робота 200 выполнен взрывозащищенным. В качестве альтернативы или дополнительно к этому в других вариантах реализации все части указанного устройства, включая блоки неразрушающего контроля, могут быть выполнены взрывозащищенными. Это позволяет осуществлять функционирование робота 200 без необходимости выполнять опорожнение и дегазацию резервуара, днище которого исследуется.

Между блоком 280 неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля и поверхностью контролируемой металлической конструкции имеется рабочий зазор, который робот 200 может изменять. Это реализовано посредством того, что в данном варианте реализации диагностический робот 200 оснащен механизмом подъема магнитной системы блока 280, что позволяет ему изменять рабочий зазор и преодолевать препятствия при переезде с листа на лист, сваренных внахлест.

Устройство по второму варианту реализации в виде робота 200 также содержит средства аварийного отведения указанного устройства от металлической конструкции, например, в виде тросов, что проиллюстрировано на фиг. 5.

Система для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения показана на фиг. 5. Данная система может быть использована для контроля днища резервуара для хранения нефти и содержит устройство 310 для автоматизированного неразрушающего контроля металлической конструкции согласно одному из вариантов настоящего изобретения и управляющий центр в виде автолаборатории 320, предназначенной для управления устройством 310 и располагаемой на некотором удалении от контролируемого резервуара (например, в 150 метрах от взрывоопасной зоны A, расположенной, например, на расстоянии 100 метров вокруг резервуара). Автолаборатория 320 соединена с устройством 310 посредством взрывозащищенной линии 330 связи для обеспечения возможности дистанционного управления устройством 310 на безопасном расстоянии от резервуара. Устройство 310 помещают внутрь резервуара через люк-лаз 350 на верхней части резервуара посредством системы 340 загрузки.

При автоматизированном неразрушающем контроле металлической конструкции с помощью устройства для автоматизированного неразрушающего контроля согласно настоящему изобретению применяют способ, действия которого проиллюстрированы на фиг. 6.

Согласно указанному способу вначале размещают указанное устройство, так что ему обеспечен доступ к металлической конструкции, контроль которой необходимо осуществить, например, внутри резервуара для хранения нефти и нефтепродуктов на его днище с целью выявления дефектов днища (этап 10). Важно отметить, что при этом нет необходимости выполнять опорожнение и дегазацию резервуара, днище которого исследуется.

Далее выполняют контроль части металлической конструкции, например, листа днища резервуара, рядом с которой расположено указанное устройство, одним блоком из числа ультразвукового блока неразрушающего контроля, блока неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля и вихретокового блока неразрушающего контроля или более чем одним блоком одновременно при необходимости (этап 20).

Далее перемещают указанное устройство по поверхности металлической конструкции до другой части металлической конструкции на основании информации от блока навигации устройства (этап 30).

В случае изменения параметров металлической конструкции, например, ее толщины, при перемещении указанного устройства через стык металлических листов или с листа на лист, сваренных внахлест (этап 40), изменяют индукцию магнитного поля в блоке неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля таким образом, чтобы устройство могло проехать такой участок металлической конструкции (этап 50). В частности, для обеспечения возможности перемещения устройства над стыком металлических листов индукция магнитного поля в блоке неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля должна быть существенно снижена или даже уменьшена до нуля, что может быть выполнено автоматически или по сигналу от управляющего центра.

Кроме того, при наличии препятствий на поверхности металлической конструкции, например, в виде загрязнений или налетов, дополнительно может быть изменен рабочий зазор между блоком неразрушающего контроля на основе метода утечки магнитного поля и поверхностью контролируемой металлической конструкции. Также загрязнения, налет или отложения могут быть зачищены посредством узла для зачистки, имеющемся в указанном устройстве.

Таким образом, может быть осуществлен контроль металлической конструкции, имеющей изменяющуюся толщину, например, в местах стыков листов, составляющих такую металлическую конструкцию. Также, при осуществлении данного способа все блоки для неразрушающего контроля могут работать одновременно, дополняя друг друга, повышая точность контроля металлической конструкции.

Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации, раскрытыми в описании в иллюстративных целях, и охватывает все возможные модификации и альтернативы, входящие в объем настоящего изобретения, определенный формулой изобретения.