Метою роботи є обґрунтування та удосконалення ультразвукового контролю напружено-деформованого стану магістральних трубопроводів на ремонтних ділянках в експлуатаційних умовах. Для досягнення поставленої мети в роботі необхідно вирішити такі завдання: провести аналіз методів і засобів контролю напружено-деформованого стану трубопроводів, проаналізувати фактори впливу і навантаження, які впливають на зміну напружено-деформованого стану трубопроводу в експлуатаційних умовах; розробити математичну модель визначення напружено-деформованого стану ремонтної ділянки магістрального трубопроводу ультразвуковим методом, яка дозволить підвищити точність обчислення сумарного напруження в його стінках на основі явища акустопружності в трьох взаємноперпендикулярних напрямках; удосконалити ультразвуковий метод контролю напружено-деформованого стану ремонтних ділянок магістральних трубопроводів, який дасть можливість визначити вид, місце та напрям дії зусилля, що діє на ремонтній ділянці; удосконалити модель електромеханічного перетворення енергії коливання чутливого елемента ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача представленого у вигляді електричної схеми-аналога; удосконалити пристрій для ультразвукового контролю напружено-деформованого стану ремонтної ділянки магістрального трубопроводу та розробити проект методики проведення контролю, провести метрологічний аналіз складових загальної похибки розробленого методу та пристрою; провести лабораторні та натурні дослідження напружено-деформованого стану трубопроводу на ремонтній ділянці з допомогою розроблених методу та пристрою. ЗМІСТ ВСТУП 4 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ МЕТОДІВ ДЛЯ ОЦІНКИ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ 11 1.1 Загальні положення 11 1.2 Характеристика умов роботи та аналіз впливу навантажень, які діють на трубопровід 12 1.3 Аналіз неруйнівних методів та засобів контролю технічного стану магістральних трубопроводів 21 1.3.1 Аналіз методів неруйнівного контролю технічного стану магістральних трубопроводів 21 1.3.2 Вибір акустичних методів контролю напружено-деформованого стану ремонтних ділянок магістральних трубопроводів 26 1.3.3 Аналіз приладів для контролю напружено-деформованого стану ремонтних ділянок магістральних трубопроводів 32 1.4 Постановка завдань дослідження 38 РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ТА РОЗРОБКА МЕТОДИКИ КОНТРОЛЮ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ РЕМОНТНИХ ДІЛЯНОК МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ 40 2.1 Загальні положення та основні напрямки дослідження напружено-деформованого стану металу труб діючого трубопроводу на ремонтних ділянках 40 2.2 Аналіз напружено-деформованого стану ремонтних ділянок магістральних трубопроводів 42 2.2.1 Оцінка величини напружень у стінках трубопроводів на ремонтних ділянках 42 2.2.2 Оцінка величини переміщень ремонтних ділянок магістральних трубопроводів 53 2.3 Розробка методики контролю напружено-деформованого стану трубопроводу на ремонтних ділянках 57 2.3.1 Обґрунтування вибору типу пружних хвиль 57 2.3.2 Поширення ультразвукових хвиль у тілі циліндричної труби 60 2.4 Аналіз та обґрунтування вибору частоти ультразвукових хвиль 62 2.5 Розробка математичної моделі для проведення контролю напружено-деформованого стану металу стінки трубопроводу 63 2.6 Визначення місць прикладання зусиль на ділянці трубопроводу 87 Висновки до розділу 93 РОЗДІЛ З УДОСКОНАЛЕННЯ ПРИСТРОЮ КОНТРОЛЮ НАПРУЖЕНО- ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ТРУБОПРОВОДІВ 95 3.1 Загальні положення 95 3.2 Аналіз матеріалів чутливого елемента 96 3.3 Дослідження імпульсного режиму роботи перетворювача 97 3.4 Розробка схеми ультразвукового пристрою для визначення швидкості поширення ультразвукових коливань 109 3.5 Оцінка похибки розробленого пристрою і результатів контролю 112 3.5.1 Аналіз інструментальних похибок розробленого пристрою 114 3.5.2 Аналіз методичних похибок контролю 129 Висновки до розділу 130 РОЗДІЛ 4 ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИСТРОЮ ДЛЯ КОНТРОЛЮ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ 131 4.1 Підготовка та проведення лабораторних досліджень напружено-деформованого стану металу трубопроводу 131 4.1.1 Обладнання та засоби контролю 131 4.1.2 Вибір зразків для контролю напружено-деформованого стану металу трубопроводу 132 4.1.3 Аналіз характеристик тензодавачів, які використовуються для проведення контролю 134 4.2 Послідовність проведення досліджень величини напружено-деформованого стану зразків у лабораторних умовах 135 4.3 Порівняльний аналіз результатів досліджень напружено-деформованого стану металу зразка 137 Висновки до розділу 141 РОЗДІЛ 5 ПРОВЕДЕННЯ НАТУРНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ 143 5.1 Основні положення 143 5.2 Проведення контролю напружено-деформованого стану магістрального трубопроводу на ремонтній ділянці 144 5.3 Контроль напружено-деформованого стану ремонтної ділянки магістрального трубопроводу в експлуатаційних умовах 149 Висновки до розділу 152 ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ 154 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 156 ДОДАТКИ 165