2.1.6. Визуально-оптический метод
Этот метод основан на регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с ОК. Это взаимодействие связано с оптическими эффектами: поглощением, отражением, рассеиванием, дисперсией, поляризацией и др. Преимущества данного метода – возможность диагностировать поверхности в труднодоступных местах, в том числе внутри закрытого пространства. Данный метод применим для измерения геометрических размеров объектов контроля и обнаружения поверхностных дефектов (забоины, разрывы, трещины, коробления и т.д.). Целью визуального контроля металла и сварных швов является выявление дефектов: коррозии, трещин, расслоений, вмятин, раковин, пор, западаний между валиками шва, шлаковых включений. Целью измерительного контроля является определение размеров дефектов, выявленных при визуальном контроле. Часто визуальному и измерительному контролю подвергаются сварные конструкции и особенно трубные элементы (тройники, фланцевые соединения, отводы, коллектора и т.д.). Кроме перечисленных отклонений измерительному контролю подвергаются гнутые участки труб и при этом проверяются: отклонения от круглой формы (овальность); толщина стенки в растянутой части гнутого участка трубы; радиуса гнутого участка трубы; высоты волнистости (гофры) на внутреннем гнутом участке трубы; предельные отклонения габаритных размеров.
К визуальной группе приборов относятся лупы, микроскопы, эндоскопы; а также измерительные приборы: штангенциркули, щупы, индикаторные толщиномеры, радиусные шаблоны, линейки, угломеры, уровни и т.д. Эти приборы и инструменты используют при проведении визуального и измерительного контроля [].
Существенным недостатком данного метода является узкий диапазон контролируемых параметров, жёсткие требования к чистоте поверхности и окружающей среде.
Средствами реализации визуальной диагностики являются телероботы, эндоскопы и бороскопы – приборы, построенные на базе волоконной и линзовой оптики.
В основе конструкции эндоскопа лежит оптическая система, которая позволяет передавать изображение участка осмотра на значительное расстояние (до нескольких метров). Эндоскопы подразделяются на линзовые, оптиковолоконные и комбинированные. Следует отметить, что по качеству изображения волоконно-оптические эндоскопы уступают линзовым, но позволяют передавать изображение без искажения при любом их изгибе. Схема гибкого волоконно-оптического эндоскопа показана на рис…
Диагностика визуально-оптическими методами, как и любыми другими, регламентируется нормативными документами [].
Рис. …. Схема гибкого эндоскопа [..]:
1 – объект контроля; 2 – призма; 3 – линза объектива; 4 – световод изображения; 5 – световод освещения; 6 – окуляр; 7 – система регистрации (глаз, фотокамера); 8 – источник света; 9 – линза; 10 – тепловой фильтр
Телевизионные роботы – перемещающиеся внутри трубопровода транспортные модули на колёсном, гусеничном ходу, салазках или плавающие. Робототехнические комплексы полностью герметичны и могут работать в частично заполненных водой трубопроводах, что даёт им преимущество перед другими средствами контроля.
На сегодняшний день существует следующая классификация телевизионных роботов []:
- переносные проталкиваемые телекамеры с черно-белым или цветным монитором, углом бокового обзора 630 с возможностью фокусировки изображения. Применяются для диагностики труб от 400 до 300 мм длиной до 100 м;
- дистанционно управляемые телекамеры с цветным монитором, углом бокового обзора 750С с возможностью фокусировки изображения. Предназначены для диагностики труб диаметром от 100 до 1200 мм на расстоянии до 1000 м, с возможностью подключения ПК;
- дистанционно-управляемые телекамеры с сателлитами (дополнительные телекамеры) предназначены для одновременного проведения телеинспекции основного трубопровода и ответвлений диаметром 100-200 мм и длиной 25-50 м;
- специализированные телекамеры (беспроводные и глубинные для скважин).
Современные телевизионные роботы могут совмещать функции контроля за техническим состоянием трубопроводов (обнаруживать и распознавать посторонние объекты, измерять толщину стенок и т.д.) и локального ремонта отдельных участков (например, Рокот-1, Р-200 и др.). Ремонтные телероботы комплектуются специальным оборудованием (например, фрезерной, заделочной и бандажной головками) и цветными телекамерами с возможностью фокусировки. В случае обнаружения дефектов в труднодоступном месте трубопровода, возможен ремонт мест утечек при помощи наложения роботом внутренних бандажей. При этом отпадает необходимость раскопок на крупных магистралях, на трамвайных или ж/д путях, на центральных улицах или площадях города. Робот вводится в трубопровод в удобном месте (через колодец или с раскопкой на газоне), проходит по трубе до недоступного сверху места дефекта и выполняет ремонт. Анализ литературных источников показал, что применение ремонтных робототехнических комплексов позволяет сократить расходы на проведение аварийных работ, соответственно на 10 и 70 % по сравнению с расходами на раскопку котлована в грунте и на асфальте. В настоящее время ремонтные роботы оснащаются оптической системой VideoRuler. Это система измерения величины объектов внутри трубопроводов. Система построена на основе телекамер TV6-70 и рабочей станции CD3 с программным обеспечением Telescan-Robot.
Для измерения толщины стенки трубопровода применяются фрезерные телероботы, оснащённые контактными ультразвуковыми датчиками, например, C-200D. Современные телероботы могут не только обнаруживать и идентифицировать дефекты, но и прогнозировать их появление. В последние годы за рубежом появляются многопрофильные диагностические комплексы, работающие по типу мини-лабораторий. В последние годы в Европе и США появились вращающиеся панорамные камеры цветного изображения – SlimLain Pan (Великобритания), Uemsi (США), HV 25 (Франция) и др.
На рис… представлены робототехнические комплексы, предназначенные для телеинспекции водопроводных, водоотводящих и водосточных сетей.
а) б)
Рис…Диагностические робототехнические комплексы
а – телеробот на колёсном ходу; б) – видеокамера для телеинспекции водозаборных скважин.
Телеинспекция может дать большое количество информации о состоянии трубопроводов. Этот метод позволяет обнаружить даже небольшие трещины и течи, засоры и посторонние предметы, определить точное местоположение и характер дефекта, определить состояние трубопровода вокруг дефекта для принятия решения о локальном ремонте, или о замене участка трубопровода. В результате, поиск и ликвидацию утечек ИС можно осуществлять без раскопки траншей большой протяженности с локальной раскопкой в установленном месте, или с применением бестраншейных технологий.
Инспекционный теледиагностический контроль должен проводиться в следующих случаях:
для оценки состояния действующих сетей;
для выявления состояния трубопровода перед проведением бестраншейной реновации сетей;
после проведения восстановительных работ, как траншейными, так и бестраншейными методами;
при приёме в эксплуатацию вновь построенных систем.
По результатам видео-диагностики должен составляться отчёт о состоянии трубопроводов (описание нарушений стыковых соединений, прогибы, изломы, деформация, и т.д.). Обнаруженные дефекты с помощью ТВ-роботов можно сгруппировать в две большие категории []:
структурные (микротрещины, вызывающие локальную эксфильтрацию и инфильтрацию, продольные и круговые трещины, нарушение стыковых соединений в результате старения труб);
функциональные (деформация образование ржавчины, биобрастаний и наносов на внутренней поверхности труб, проникновение корней деревьев, преждевременное разрушение материала труб и защитных покрытий, и т.д.).
Достигаемая точность получения информации телевизионными роботами достаточна для принятия решения о стратегии восстановления трубопроводов. Однако для принятия окончательного решения на ряду с телеинспекцией необходимы данные об уклоне трубопровода, характере и агрессивности грунта и подземных вод вблизи трубопровода.
Для выявления гомогенности грунта вблизи ветхих труб применяются радиоактивные или импульсные методы. Кроме обследования почвы эти методы позволяют получить исчерпывающую информацию об условиях залегания трубопроводов в грунте и об их техническом состоянии (степень износа стенок, наличие препятствий и т.д.).
При радиационном методе предполагается использование гамма-зондов или нейтрон-гаммма-зондов, которые вводятся в трубопроводы и размещаются на передвижном лафете у внутренних стенок.
Импульсный метод предусматривает использование георадаров с антеннами. При этом методе антенна может находиться над трассой, т.е. нет необходимости непосредственного контакта антенны со стенками трубы. Импульсный метод позволяет обнаруживать препятствия как большого, так и малого размера.