Основні характеристики та особливості низькочастотного хвильового процесу в протяжних трубопроводах

Abstract

Проблема визначення технічного стану різноманітних трубопровідних систем, забезпечення їх надійної та безпечної експлуатації останнім часом стала предметом геополітики. В цій ситуації важливе значення для забезпечення працездатності трубопроводів має постійний моніторинг їх технічного стану. Проте, проводити моніторинг технічного стану трубопроводів звичайними методами неруйнівного контролю (НК) технічно складно. Виконано аналіз сутності хвильового процесу при діагностуванні технічного стану протяжних трубопроводів низькочастотними ультразвуковими спрямованими хвилями. Наведено види мод спрямованих хвиль та особливості хвильового процесу в твердому середовищі трубопроводу. Розглянуто дисперсні діаграми звукових швидкостей для різних мод спрямованих хвиль, на основі яких сформульовано їх основні особливості при діагностуванні технічного стану протяжних трубопроводів. Виконано аналіз хвильового процесу в протяжному трубопроводі з позиції акустичної локації його твердого середовища низькочастотними спрямованими хвилями, розроблено модель активної локаційної системи при діагностуванні технічного стану трубопроводу, розглянуто принципи збудження та зміщення частинок середовища стінки труби при розповсюдженні в ньому поздовжніх, крутильних та згинальних мод низькочастотних ультразвукових спрямованих хвиль. При виборі частоти та моди спрямованої хвилі для діагностування технічного стану протяжних трубопроводів необхідно враховувати, що спрямована хвиля є результатом взаємодії вібрацій, створюваних перетворювачами, з поверхнею труби. Істотним фактором, що визначає ефективність передачі енергії від антени в тіло протяжного трубопроводу є узгодження внутрішніх опорів перетворювача та навантаження за рахунок статичної сили притискання п’єзоперетворювачів до поверхні труби. При створенні систем низькочастотного ультразвукового діагностування протяжних трубопроводів спрямованими хвилями необхідно враховувати основні особливості хвильового процесу, який має складний механізм розповсюдження за товщиною стінки труби.

The problem of determining the technical condition of various pipeline systems, ensuring their reliable and safe operation has recently become the subject of geopolitics. In this situation, constant monitoring of their technical condition is essential for the maintenance of pipelines. However, it is technically difficult to monitor the technical state of pipelines by conventional methods of non-destructive testing (NDT). An analysis of the essence of the wave process in diagnosing the technical condition of long pipelines by low-frequency ultrasound directed waves is performed. The types of modes of directed waves and peculiarities of the wave process in the solid medium of the pipeline are given. Dispersed diagrams of sound velocities for different modes of directed waves are considered, on the basis of which their main features are formulated in the diagnosis of the technical state of extended pipelines. The analysis of the wave process in the long pipeline from the position of the acoustic location of its solid medium by low-frequency directional waves is made, the model of the active localization system is developed in diagnosing the technical state of the pipeline, the principles of excitation and displacement of the particles of the medium of the pipe wall are considered in the distribution of longitudinal, twisted and bending mods of low-frequency ultrasonic directed waves. When choosing the frequency and mode of the directed wave to diagnose the technical state of long pipes, it is necessary to take into account that the directed wave is the result of the interaction of the vibrations generated by the transducers with the pipe surface. A significant factor determining the efficiency of energy transfer from the antenna to the body of the drainage pipeline is the harmonization of the internal resistance of the converter and the load due to the static force of pressing the piezoelectric transducers to the pipe surface. When creating systems of low-frequency ultrasonic diagnostics of long-distance pipelines directed waves it is necessary to take into account the main features of the wave process, which has a complicated mechanism of propagation over the thickness of the pipe wall.