CC BY
36УДК 620.192:622.691.4
Р.А. Мунасыпов1, e-mail: [email protected]; В.Е. Скворцов1, e-mail: [email protected]
1 Уфимский государственный авиационный технический университет (Уфа, Республика Башкортостан, Россия).
Обзор конструкций внутритрубных радиографических и диагностических транспортных средств - кроулеров
Статья посвящена исследованию последних разработок в области внутритрубных диагностических транспортных средств - кроулеров. Основными целями при разработке данных конструкций являлись улучшение эксплуатационных свойств (к примеру, за счет модульной конструкции, специальной ориентации ведущих колес и неконсольного расположения рентгеновского аппарата), расширение технических возможностей и потенциал дальнейшей модернизации устройства. В статье рассмотрена конструкция двух групп кроулеров. Первая предназначена для рентгенографической диагностики сварных швов при строительстве и ремонте трубопроводов, вторая - для диагностики трубопроводных обвязок компрессорных станций (ТПО КС). Серия тестов на натурном объекте показала, что кроулеры первой группы в результате сканирования сварного шва микрофокусным рентгеновским аппаратом при подборе характеристик сканирования (скорость сканирования, расстояние от фокусного пятна до сварного шва, мощности излучения) позволяют получать заданное качество рентгенографического изображения. Для эффективного решения задач, стоящих перед второй группой кроулеров, авторами разработан инновационный тип движителя, что позволяет устройству уверенно проходить все участки трубопроводных обвязок при сниженном энергопотреблении. В статье также рассматривается диагностический комплекс в составе кроулера и устройства «Труболаз», позволяющий эффективно обследовать боковые отводы ТПО КС.
Ключевые слова: кроулеры, рентгенографическая диагностика, диагностика обвязок, движитель, диагностический комплекс.
R.A. Munasypov1, e-mail: [email protected]; V.Ye. Skvortsov1, e-mail: [email protected]
1 Ufa State Aviation Technical University (Ufa, Bashkortostan, Russia).
Review Of Intratubal Radiographic And Diagnostic Transportation Means Designs - Crawlers
The article investigates the latest developments in the field of intratubal diagnostics transportation means - crawlers. The main objectives of the development of these structures are to improve the performance properties (for example, due to its modular design, the specific orientation of the driving wheels and non-console arrangement of X-ray apparatus), the expansion of the technical capabilities and the potential of further modernization of the device. The article describes the design of the two groups of crawlers. The first is intended for radiographic diagnosis of welded joints in the construction and repair of pipelines, the second group - for compressor stations piping arrangement (CS PA) diagnosis. A series of tests on full-scale facility showed that the first group of crawlers in the result of weld seam scanning with microfocal x-ray machine during the selection of the characteristics of scanning (scanning speed, distance from the focal spot to weld seam, output power) allow obtaining a predetermined quality of radiographic images. For effective solution of tasks the second group of crawlers faces, the authors have developed an innovative type of propulsion device that allows the device to pass all sections of pipe studs confidently with reduced power consumption. The article also considers the diagnostic system as part of the crawler and «Trubolaz» device allowing effective inspection of CS PA lateral outlets.
Keywords: crawlers, radiographic diagnostics, diagnostics of studs, propulsion device, diagnostic equipment.
DIAGNOSIS
Рис. 1. Схема кроулера, предназначенного для рентгенографической диагностики сварных швов [1]:
1, 2 - опорные колесные узлы; 3, 4 - приборно-аккумуляторные отсеки; 5 - поддон (2-й вариант); 6 - рентгеновский аппарат; 7 - разъемное кольцо; 8 - фокус рентгеновского аппарата; 9 - колеса; 10 - стойки; 11 - опорная площадка; 12 - демпфирующая втулка; 13 - ось; 14 - сменные вставки; 15 - труба
Fig. 1. Crawler diagram intended for radiographic diagnostic weld seams [1]:
1, 2 - wheel bearing units; 3, 4 - instrument-battery compartments; 5 - tray (Option 2); 6 - X-ray machine; 7 - split ring; 8 - X-ray machine focus; 9 -wheels; 10 - racks; 11 - support pad; 12 - damping bush; 13 - shaft; 14 - replacement inserts; 15 - pipe
Рассмотрим образцы диагностического рентгенографического подвижного внутритрубного оборудования - рентгенографических кроулеров, предназначенных:
• для рентгенографической диагностики сварных швов при строительстве и ремонте трубопроводов;
• для диагностики трубопроводных обвязок компрессорных станций (ТПО КС).
КРОУЛЕРЫ,ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ СВАРНЫХ ШВОВ
Эксплуатационные характеристики кроулеров первой группы имеют большое значение для производительности и качества сварки трубных швов при строительстве магистральных газопроводов. Под эксплуатационными характеристиками подразумеваются удобство и безопасность эксплуатации, энерговооруженность, оперативность зарядки энергоносителя (аккумуляторов), вес устройства, а также удобство транспортировки до объекта и оперативность сборки/разборки.
Рассмотрим кроулер первой группы [1], конструктивными особенностями которого являются следующие (рис. 1):
1) модульная конструкция, благодаря чему устройство при необходимости можно быстро разобрать и собрать на объекте;
2) все колеса кроулера оснащены независимыми электроприводами, обеспечивающими посредством датчика наклона (инклинометра) и ПО соблюдение горизонтального положения кроулера в поперечном сечении трубы;
3) колеса опорных колесных узлов кроулера расположены под углом, близким к 90°, что оптимизирует контакт колес с внутренней поверхностью трубы.Этому также способствует применение колес большого диаметра - 200 мм. Энергообеспечение кроулера осуществляется двумя батареями ЬТеР04 общей емкостью 120 А.ч и напряжением 24 В, что обеспечивает высокую энергоемкость при малом весе и объеме аккумуляторов, а также важную эксплуатационную характеристику - быстрый заряд. Новым решением является то,
что рентгеновский аппарат (РПД-2М) расположен не консольно - впереди кроулера, а находится между опорными колесными узлами.
Для обеспечения электроэнергетической и информационной связи между передним и задним опорными колесными узлами применено следующее техническое решение. На области излучения рентгеновского аппарата закреплено кольцо из слабо поглощающего рентгеновское излучение диэлектрика, например ПНД, через которое, в свою очередь, проходят тонкостенные электрические шины из алюминия. Центрирование рентгеновского аппарата относительно продольной оси трубы осуществляется сочетанием набора вставок между колесными узлами и корпусом кроулера, а также ступенчатым изменением положения аппарата относительно корпуса кроулера. Кроулер оснащен датчиками воды, препятствия, конца трубы. Кроме того, осуществляется постоянный контроль заряда аккумуляторов. Предусмотрено также оснащение кроулера видеорегистратором.
Ссылка для цитирования (for citation):
Мунасыпов Р.А., Скворцов В.Е. Обзор конструкций внутритрубных радиографических и диагностических транспортных средств - кроулеров // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 11. С. 64-67.
Munasypov R.A., Skvortsov V.Ye. Review Of Intratubal Radiographic And Diagnostic Transportation Means Designs - Crawlers (In Russ.). Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2016. No. 11, P. 64-67.
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 11 november 2016
65
Рис. 2. Схема кроулера с использованием микрофокусного рентгеновского аппарата РАП-М [2]:
1 - корпус; 2 - опорные площадки; 3, 4 - колеса; 5 - регулируемые стойки; 6 - шаговый электродвигатель; 7 - редуктор; 8 - направляющая; 9 - вал редуктора; 10 - втулка; 11 - рентгеновский аппарат; 12 - пружина; 13 - опора; 14 - упорное колесо; 15 - труба Fig. 2. Crawler diagram using micro focal X-ray machine RAP-M [2]:
1 - casing; 2 - supporting pads; 3, 4 - wheels; 5 - adjustable racks; 6 - stepper motor; 7 - reducer; 8 - rail; 9 - gear shaft; 10 - bush; 11 - X-ray machine; 12 - spring; 13 - bearing; 14 - thrust wheel; 15 - pipe
Безусловно, важнейшей эксплуатационной характеристикой кроулера является качество получаемого изображения тестируемого сварного трубного шва на рентгенографической пленке. Как известно, четкость рентгенографического снимка определяется взаимным сочетанием фокусного расстояния (источник -пленка), расстоянием от источника до объекта (стенки трубы) и размером фокусного пятна Ф. Для получения снимков большей четкости разработана конструкция кроулеров с использованием микрофокусного рентгеновского аппарата РАП-М [2]. Дополнительным отличием данной конструкции от существующих образцов кроулеров является также расположение рентгеновского аппарата вертикально на поворотном узле, закрепленном на передней стенке корпуса кроулера (рис. 2). Диаметр фокусного пятна аппаратов РАП-М = 50 мкм. Диаметр фокусного пятна на применяемых панорамных рентгеновских аппаратах = 2000 мкм.
Натурные испытания подтвердили, что, применяя микрофокусный рентгеновский аппарат, можно: 1) сократить расстояние от источника излучения до исследуемого объекта (трубы);
2) увеличить четкость изображения (дефекта);
3) увеличить мощность рентгеновского излучения на единицу площади исследуемого объекта, а следовательно, сократить время экспозиции.
На практике это осуществляется так. Посредством внешнего командного аппарата кроулер позиционируется около сварного шва таким образом,чтобы ось излучения совпала с осью рентгеновского шва. При этом рентгеновский аппарат находится на заданном расстоянии от внутренней поверхности трубы. Включается вращение поворотного узла с закрепленным на нем рентгеновским аппаратом и включается рентгеновское излучение. Скорость вращения, количество оборотов поворотного узла и мощность излучения обеспечиваются ПО для конкретного объекта.
Был испытан полномасштабный макет. В трубе диаметром 700 мм был установлен поворотный узел с рентгеновским аппаратом напротив сварного шва. На трубе штатно закрепили фотопленку. После экспонирования в поворотном режиме и проявки пленки было получено хорошее качество снимка.
КРОУЛЕРЫ,ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТПО КС
Кроулеры, относящиеся ко второй группе, представляют собой специализированные внутритрубные транспортные устройства, которые должны с относительно малыми затратами энергии двигаться не только по горизонтальным участкам трубопровода, но и по горизонтальным и вертикальным радиусам трубопровода, а также беспрепятственно проходить участки с боковыми отводами. Для решения этих задач был разработан и запатентован новый тип движителя, копирующий принцип движения червя, с возможностью движения как вперед, так и назад [3]. Узел подпружиненного шарнира Гука позволяет проходить как горизонтальные, так и вертикальные изгибы трубопровода (рис. 3). Узлы преодоления наклонных участков трубопровода - от -90 до 90°. На это внутри-трубное транспортное средство могут крепиться различные модули контроля внутренней поверхности трубы, в том числе модуль измерительного контроля, модуль электромагнитно-акустического контроля. Энергопитание и информационный канал предусмотрены в бескабельном варианте, о разработке
которого достигнута договоренность с Всероссийским НИИ электрификации сельского хозяйства.
ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ ТПО КС И ИХ БОКОВЫХ ОТВОДОВ
Для решения задач внутритрубной диагностики на кафедре мехатрон-ных станочных систем Уфимского государственного авиационного технического университета разработан роботизированный комплекс для обследования внутреннего состояния ТПО КС и их боковых отводов. Комплекс состоит из модуля-носителя и расположенного на нем робота «Труболаз». При подходе комплекса к боковому отводу трубопровода комплекс позиционируется, и робот «Труболаз» входит в боковое ответвление, обследует его и возвращается на модуль-носитель. Комплекс является продолжением развития принципа движения вну-тритрубного транспортного устройства [3]. Отличительной особенностью комплекса является наличие двух идентичных оконечных модулей, являющихся одновременно поворотно-шаговыми механизмами, а также поворотными относительно продольной оси опорно-распорными блоками. Эти технические решения значительно улучшают технико-эксплуатационные характеристики устройства и обеспечивают ему уверенное прохождение поворотов трубопроводов и необходимое позиционирование опорно-распорных блоков при прохождении боковых ответвлений трубопровода.
Рис. 3. Схема кроулера, предназначенного для диагностики ТПО КС [3]:
1 - оконечные модули; 2 - средний модуль; 3 - вертикальная панель; 4 - электроактуаторы; 5 -опорные колеса; 6, 7 - торцевые панели; 8 - продольный электроактуатор; 9 - телескопические направляющие; 10 - шарниры Гука; 11 - пружины; 12 - упорные шайбы; 13 - оси; 14 - труба Fig. 3. Crawler diagram intended for diagnostic of compressor stations piping arrangement [3]:
I - terminal modules; 2 - intermediate module; 3 - vertical panel; 4 - electric actuators; 5 - support wheels; 6, 7 - end panels; 8 - longitudinal electric actuator; 9 - telescopic rails; 10 - Hooke's joints;
II - spring; 12 - thrust washers; 13 - axes; 14 - pipe
Литература:
1. Рентгенографический кроулер (варианты): пат. 2552889 Российская Федерация / В.Е. Скворцов; патентообладатель - В.Е. Скворцов; опубл. 10.06.2012, Бюл. № 16.
2. Рентгенографический кроулер: пат. 2482375 Российская Федерация / В.Е. Скворцов; патентообладатель - В.Е. Скворцов; опубл. 20.05.2013, Бюл. № 14.
3. Автономное внутритрубное устройство: пат. 2509255 Российская Федерация / В.Е. Скворцов, М.В. Скворцов; патентообладатель - В.Е. Скворцов; опубл. 10.03.2014, Бюл. № 7.
References:
1. X-ray crawler (options) - Patent No. 2552889, Russian Federation. Patent holder - V.Ye. Skvortsov; published on 10.06.2012, Bui. No. 16. (In Russian)
2. X-ray crawler - Patent No. 2482375, Russian Federation. Patent holder - V.Ye. Skvortsov; published on 20.05.2013, Bui. No. 14. (In Russian)
3. Independent intratubal device - Patent No. 2509255, Russian Federation. Patent holder - V.Ye. Skvortsov; published on 10.03.2014, Bul. No. 7. (In Russian)
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 11 november 2016
67
