Удосконалення ультразвукового контролю напружено-деформованого стану ремонтних ділянок магістральних трубопроводів

Abstract

Дисертаційна робота присвячена ультразвуковому контролю напружено-деформованого стану ремонтних ділянок магістральних трубопроводів. В роботі розв’язано актуальну науково-практичну задачу, яка полягає у визначенні виду, місця та напряму дії зусилля, яке діє на дану ділянку трубопроводу, як по околу так і вздовж вісі зруби за результатами дискретного контролю. Це дає можливість експлуатаційним організаціям оптимізувати проведення ремонтно-відновлюваних робіт. З цією метою удосконалено метод ультразвукового контролю з використанням поздовжніх ультразвукових хвиль, пристрій контролю та розроблено первинний перетворювач, які реалізовують даний метод. Розроблена математична модель визначення напружено-деформованого стану магістрального трубопроводу, що дозволяє підвищити точність обчислення сумарного напруження в його стінках, яка полягає в тому, що за явищем акустопружності розраховується дане напруження в одній точці стінки труби від зміни швидкості трьох ультразвукових хвиль, що поширюються у взаємноперпендикулярних напрямках. Проведено метрологічний аналіз запропонованої методики та пристрою контролю. Результати роботи перевірялись у лабораторних та промислових випробуваннях.

Диссертационная работа посвящена ультразвуковому контролю напряженно-деформированного состояния ремонтных участков магистральных трубопроводов. В работе решена актуальная научно-практическая задача, которая состоит в определении вида, места и направления действия усилия, которое действует на данный участок трубопровода, как по окружности, так и вдоль оси трубы за результатами дискретного контроля. Это даст возможность эксплуатационным организациям оптимизировать проведение ремонтно-восстановительных работ. Разработана и описана математическая модель определения напряженно-деформированного состояния ремонтного участка магистрального трубопровода, что позволяет повысить точность определения суммарного напряжения в его стенках. За явлением акустоупругости рассчитывается данное напряжение в одной точке труби от изменения скорости трех ультразвуковых волн, что распространяются у взаимоперпендикулярных направлениях. В результате анализа комбинаций изменения скоростей распространения волн в стенке трубопровода в трех направлениях, которые совпадают с осями симметрии трубы данный метод дает возможность характеризовать вид усилий, которые создают напряженно-деформированное состояние на ремонтных участках. В работе описан алгоритм определения мест действия усилий. Усовершенствован ультразвуковой прибор для определения скорости распространения ультразвуковых колебаний, на основании задачи повышения точности измерения скорости ультразвука. На прибор выдан патент Украины. Разработана конструкция первичного преобразователя для контроля действующих напряжений в стенках трубопровода в трех взаимоперпендикулярных направлениях и рассчитаны его параметры. Усовершенствована модель электромеханического превращения энергии колебания чувствительного элемента ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя, что дало возможность учесть влияние помех. Для снижения погрешности определения скорости распространения ультразвуковой волны, исследовано и проанализировано влияние микронеровностей на границе раздела поверхности преобразователя и исследуемой поверхности объекта контроля по отношению к коэффициенту затухания ультразвуковых колебаний. Установлено, что эти параметры находятся в прямопропорциональной зависимости один относительно второго. Это даег возможность использовать полученные результаты как основу для дальнейших исследований уровня поверхностных микронеровностей ультразвуковым методом и с помощью коэффициента затухания ультразвуковых колебаний описывать и оценивать уровень микронеровностей на поверхности объекта контроля. Разработана методика ультразвукового контроля напряженно-деформированого состояния ремонтных участков магистральных трубопроводов. Результаты работы проверялись при лабораторных испытаниях. Промышленная апробация проводилась на газопроводе «Союз» Ду 1400 мм, Богородчанского ЛПУМГ, УМГ «Прикарпаттрансгаз», результаты которого подтвердили эффективность метода.

The dissertation deals with inspection of the mode of deformation of the repair bays of pipe headers. For this purpose the method of ultrasonic inspection with use of longitudinal ultrasonic waves has been worked out as well as the device and sensor to implement the method. The proposed procedure of inspection of the mode of deformation of the metal side of pipe header in operating conditions without use of the samples from working pipe headers provides an opportunity to define the influence of kind of forces that create the mode of deformation which enables to minimize their influence and will make for the safe carrying out of the optimal repair-and-renewal operations. A mathematicai model for definition of the combined stresses in the metal side of a pipe in the three perpendicular planes has been worked out and described. The method for definition of the speed of ultrasonic wave propagation was further developed that consists in pressure wave generation in planes regardless of their direction. A metrological analysis of the developed procedure and device has been carried out. The results of work were tested on laboratory and industrial tests.