Расчет магнитной системы устройства внутритрубного размагничивания стального магистрального трубопровода Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

раздел ФИЗИКА

УДК620.179.14

РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ УСТРОЙСТВА ВНУТРИТРУБНОГО РАЗМАГНИЧИВАНИЯ СТАЛЬНОГО МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА

© Б. Р. Якшибаев*, Р. В. Загидулин, Т. Р. Загидулин

Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел.: +7 (347) 273 67 78.

E-mail: [email protected].

Приведены результаты расчетов и экспериментальных исследований магнитной системы устройства внутритрубного размагничивания магистрального стального трубопровода

Ключевые слова: стальной трубопровод, остаточная намагниченность металла, напряженность магнитного поля.

Технология внутритрубного размагничивания стальных магистральных трубопроводов в настоящее является более эффективной, чем существующие способы размагничивания отдельных локальных участков трубопровода [1-4].

В устройствах размагничивания стальных трубопроводов, описанных в работах [3-4], процесс снижения остаточной намагниченности металла осуществляется по несимметричному циклу, при котором вначале металл доводится магнитны полем напряженностью Н0 до магнитного насыщения, затем размагничивается магнитным полем обратного направления, напряженность которого равна релаксанионной коэтшитивной силе Нг (оисЛ).

по несимметричному циклу.

В процессе размагничивания магнитное состояние металла стального трубопровода изменяется по несимметричному циклу.

На рис. 2 показана схема конструкции магнитной системы устройства внутритрубного размагничивания (УВР), осуществляющей размагничивание по несимметричному НИКЛУ.

^ 1

V

Рис. 2. Схема магнитной системы УВР: 1 - стальной трубопровод, 2 - магнитная система УВР, V - вектор скорости движения размагничивающего устройства.

Магнитную систему УВР можно условно разделить на две однотипные, но функционально разные магнитные секции:

- секция I, образуемая первыми двумя магнитными полюсами (по ходу движения УВР), намагничивает стальную трубу магнитным полем напряженностью Н0 до технического насыщения, приводя металл в межполюсном пространстве в примерно одинаковое магнитное состояние;

- секция II, образуемая последующими двумя магнитными полюсами, наоборот, размагничивает область металла в межполюсном пространстве магнитным полем обратного направления с напряженностью, равной релаксационной коэрцитивной силе Ыг.

Ранее [5] было найдено аналитическое выражение для приближенной оценки величины релаксационной коэрцитивной силы конструкционной стали по его основным магнитным параметрам.

Магнитная система УВР является многополюсной, поэтому ее магнитное поле в пространстве равно суперпозиции магнитных полей, создаваемых отдельными магнитными полюсами, которые моделировались однородно заряженными плоскостями (рис. 3).

2р1 2р2 Рис. 3. Схема расчета магнитной системы УВР.

На основе метода интегральных уравнений для магнитной системы УВР с произвольными параметрами были получены аналитические выражения для х- и 2-составляющих ее магнитного поля Нт:

(1а) (1б)

Hmx(r ) = 47. Ь 01 F1i (x.-z.), (Г) = І. ^01 F21 (X1’Z1 ^

H (r mz

где с01 - поверхностная плотность магнитных зарядов на 1-ом полюсе магнитной системы, хь ^ - координаты точки середины 1-го полюса магнитной системы, а!, Ь - геометрические размеры 1-го полюса магнитной системы УВР, топографические функции равны соответственно.

* автор, ответственный за переписку

( ) (у - а. )+т|(х- х. + Ъ. )2 + (у - а. )2+ (2-2/ (у + а. )^(х- х. - Ъ. ^ + (у + а.}

(х.,г. )= Ьп--------т----. + Ьп—-----т----,

1 1 (у - а. )^(х‘ х. - Ь,} +(» - а. } + (2-2;)2 (» + а. )+^(х- х. + Ъ.} + (У + а,}

,(х„,): Ь ' 1 1'

Р21\х,2 )= arctg

+ аг^

1х - х. + Ъ. !у + а. 1 1 1

(г-г.), 1(х - х. + Ъ. ^ + (у + а + (г - г.)2 (г-г.)л/(х- х. + Ъ. ^ + (у - а ^ + (г-г.)2

/ 1 ^ Л Ч 1 1 / 1 V у1 Ч 1 1

(х-х1 - Ъ1 )(у - а1) (х-х1 - Ъ1 )(у + V

х - х + Ъ у - а 1 1 1

(г-г.)^| (х - х. - Ъ. )^ + (у - а. ^ + (г-г.)2 (г-г.)^| (х - х. - Ъ. ^ + (у + а. ^ + (г-г.)

(1 = 1, 2, 3).

Магнитное поле в металле стальной трубы равно суперпозиции магнитного поля стороннего источника - полюсов магнитной системы УВР, описываемого формулами (1) и магнитного поля магнитных зарядов, индуцируемых на граничных поверхностях стальной трубы г = 0 и г = ^ (<! - толщина стальной трубы), которое также рассчитывалось по вышеуказанной методике.

Для оптимального размагничивания стального трубопровода по несимметричному циклу геометрические и магнитные параметры магнитной системы УВР должны удовлетворять системе из двух уравнений (2).

Первое уравнение этой системы определяет напряженность магнитного поля в металле стальной трубы, находящегося в середине межполюсно-го пространства секции I магнитной системы УВР (рис. 2, 3), которая равна Но±ДН0 (ДН0 - допустимый уровень отклонения напряженности магнитного поля Н0). Второе уравнение системы (2) определяет напряженность магнитного поля в металле стальной трубы, находящегося в середине межполюсного пространства секции II магнитной системы УВР, которая равна релаксационной коэрцитивной силе материала Нг±ДНг (где ДНГ - допустимый уровень отклонения напряженности магнитного поля Нг).

На рис.4 показано теоретически полученное распределение магнитного поля в межполюсном пространстве УВР и внутри металла стального трубопровода из стали 09Г2С с внутренним диаметром Бв = 1000 мм и толщиной стенки d = 10 мм, реализующего несимметричный цикл размагничивания.

Напряженность магнитного поля секции II магнитной системы УВР, размагничивающего металл стального трубопровода, принадлежит интервалу:

2.74 А/см < Ыг < 5.2 А/см.

х- х. - Ъ.у + ^у + а. ^ +1

а)

Н, А/см

60

38

16

"28

"50

к

V

\

\ 1

200

400

600

800

1000

Рис. 4. Распределение магнитного поля в межполюсном пространстве УВР (а) и в металле стального трубопровода (б): а0=1000 А/см, р1=р2=200 мм, Ъ1=Ъ2=Ъ3=20 мм, г1=100 мм, г2=250 мм, г3= 450 мм; 1 - Нх(х), 2 - Щх).

1 3

Ы0 ± ДЫ0 = — 2 0 0 4 р 1 = 1 13

Ы ± ДЫ =---------- 2

г г 4 р 1 = 1

у 01 Р11 (х1,г1)+ у11 Р11 (х1, 0)-у 21 Р11 (х1^). у 01 Р11 (хГг1)+ у11 Р11 (х1-0)-у 21 Р11 М 1

I _ d

1х = р,г =---

12

I _ d

1х = х. + р,,г =-

2 2 2

2

+

2

На основе теоретических и численных расчетов был изготовлен и испытан лабораторный макет УВР для стального трубопровода диаметром 150 мм.

Результаты лабораторных и стендовых испытаний показали работоспособность и эффективность рассмотренной конструктивной схемы УВР.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волохов С. А., Добродеев П. Н., Безлюдько Г. Я., Мужиц-

кий В. Ф. // Контроль. Диагностика. 1999. №8. С. 41-43.

2. Мужицкий В. Ф., Кудрявцев Д. А., Загидулин Р. В. // Контроль. Диагностика 2004. №7,. С. 21-22.

3. Лоскутов В. Е., Патраманский Б. В., Гобов Ю. Л., Кусков А. Е. Опыт применения внутритрубного средства размагничивания // Сб. трудов III Росс. научно-технической конф. «Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций», г. Екатеринбург, 2007. С. 135.

4. Шелихов Г. С., Лозовский В. Н., Красильников В. А., Бон-дал А. Г. Устройство размагничивания магистральных трубопроводов. Патент РФ № 2285254. Бюл. изобр., 10.10.2006.

5. Загидулин Р. В., Мужицкий В. Ф. // Контроль. Диагностика. 2006. №3. С. 14-16.

Поступила в редакцию 01.10.2009 г.