система и способ контроля состояния трубопровода в реальном времени и трубопровод, снабженный такой системой

Формула изобретения

1. Система контроля состояния трубопровода, включающего металлическую трубу, снабженную защитным покрытием, содержащая множество пьезоэлектрических акустических приемников, установленных в отдельных корпусах на расстоянии друг от друга вдоль трубопровода в акустическом контакте с поверхностью указанной металлической трубы, блок анализа выходных сигналов приемников и средства дистанционной коммутации приемников, выполненные с возможностью выборочной подачи выходного сигнала от любого приемника в блок анализа выходных сигналов приемников, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит множество пьезоэлектрических акустических излучателей, каждый из которых установлен в одном корпусе с соответствующим приемником с образованием раздельно-совмещенного пьезоэлектрического преобразователя, блок формирования сигналов возбуждения излучателей и средства дистанционной коммутации излучателей, выполненные с возможностью выборочной подачи сигнала возбуждения от блока формирования сигналов возбуждения излучателей на любой излучатель, при этом указанные раздельно-совмещенные пьезоэлектрические преобразователи установлены на поверхности указанной металлической трубы по винтовой линии, а указанное защитное покрытие трубы покрывает раздельно-совмещенные пьезоэлектрические преобразователи так, что они образуют встроенные конструктивные элементы указанной трубы, снабженной покрытием.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанные средства дистанционной коммутации излучателей включают первую соединительную линию, соединенную с блоком формирования сигналов возбуждения излучателей, а средства дистанционной коммутации приемников включают вторую соединительную линию, соединенную с блоком анализа выходных сигналов приемников, причем первая и вторая соединительные линии соединены соответственно с излучателями и приемниками посредством тройников с возможностью рассоединения.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в указанном защитном покрытии трубы выполнен воздушный промежуток, в котором проложены указанные соединительные линии.

4. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что указанное защитное покрытие выполнено многослойным и включает слой антикоррозионной защиты, слой, образующий оптический экран, и слой тепловой защиты.

5. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что блок формирования сигналов возбуждения содержит генератор синусоидальных электрических сигналов и/или генератор электрических импульсов.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что пьезоэлементы указанных излучателей выполнены так, что частоты по меньшей мере двух мод собственных колебаний каждого из пьезоэлементов численно совпадают, а блок формирования сигналов возбуждения содержит генератор электрических импульсов, выполненный с возможностью формирования импульса с энергетическим спектром, имеющим минимум на частоте этих двух мод собственных колебаний пьезоэлементов.

7. Трубопровод, включающий металлическую трубу с защитным покрытием и снабженный системой контроля состояния трубопровода, отличающийся тем, что система контроля состояния трубопровода выполнена по любому из пп.1-6.

8. Способ контроля состояния трубопровода, включающего металлическую трубу, снабженную защитным покрытием, с использованием множества пьезоэлектрических преобразователей, установленных на трубе, отличающийся тем, что в качестве пьезоэлектрических преобразователей используют пьезоэлектрические излучатели и приемники, установленные на трубе попарно по винтовой линии, подают на какой-либо из излучателей по выбору сигнал возбуждения, в результате чего этот излучатель формирует акустический сигнал в виде упругой волны, распространяющейся по трубе, и принимают акустический сигнал, формируемый излучателем, посредством указанных пьезоэлектрических приемников, выходные сигналы которых анализируют для контроля состояния трубопровода.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что на выбранный пьезоэлектрический излучатель подают синусоидальный сигнал возбуждения для возбуждения в металлической трубе синусоидальной упругой волны.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что измеряют смещение фазы указанной синусоидальной упругой волны на участках трубы между пьезоэлектрическими преобразователями и на его основе определяют толщину стенки трубы на этих участках для обнаружения коррелированных участков трубы.

11. Способ по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что на выбранный пьезоэлектрический излучатель подают сигнал возбуждения, обеспечивающий возбуждение в трубе упругих импульсов.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что подают сигнал возбуждения, обеспечивающий возбуждения в трубе упругих импульсов минимальной длительности.

13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что измеряют время распространения и интегральные потери энергии упругих импульсов, распространяющихся в трубе, на участках между пьезоэлектрическими преобразователями.

14. Способ по любому из пп.11-13, отличающийся тем, что измеряют промежутки времени между подачей сигнала возбуждения на излучатель и приемом акустических сигналов пьезоэлектрическими приемниками для обнаружения отраженных сигналов, возникающих при отражении упругих импульсов от локальных неоднородностей в трубе.

15. Способ по любому из пп.11-14, отличающийся тем, что используют излучатели с пьезоэлементами, выполненными так, что у каждого из них частоты по меньшей мере двух мод собственных колебаний численно совпадают, и подают на эти излучатели сигналы возбуждения в виде электрических импульсов, энергетические спектры которых имеют минимум на частоте этих двух мод собственных колебаний пьезоэлементов.

16. Способ по любому из пп.8-15, отличающийся тем, что в некоторый момент времени определяют состояние трубопровода и составляют его акустический паспорт, включающий измеренные акустические параметры трубы, а затем в процессе эксплуатации определяют относительные измерения этих акустических параметров.

17. Способ по любому из пп.8-16, отличающийся тем, что дополнительно анализируют выходные сигналы пьезоэлектрических приемников при выключенных пьезоэлектрических излучателях для обнаружения сигналов акустической эмиссии.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что акустические сигналы, формируемые пьезоэлектрическими излучателями, используют для калибровки пьезоэлектрических приемников.

Описание изобретения к патенту

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть).