Nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành kiểm tra và đánh giá chất lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯƠNG ĐÌNH SĨ

NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM TRA
VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM
SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

S K C0 0 4 4 4 0

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯƠNG ĐÌNH SĨ

NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM
TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM
SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯƠNG ĐÌNH SĨ

NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM
TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM
SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103
Hướng dẫn khoa học: PGS. TS ĐẶNG THIỆN NGÔN

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: TRƢƠNG ĐÌNH SĨ

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 1981

Nơi sinh: Bình Định

Quê quán:

Dân tộc: Kinh

Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu:
Địa chỉ liên lạc: 68, Đƣờng 79, Tổ 8, KV 3, F. Phƣớc Long B, Quận 9, TP.HCM.
Điện thoại riêng: 093 7202 686
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Cao đẳng chính quy:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 2000 - 2003

Nơi học: Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 2004 - 2007

Nơi học: Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy
Tốt nghiệp: Năm 2007
Ngƣời hƣớng dẫn:
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 10/2012 đến 10/2014

Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí
Tên luận văn: “Nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành kiểm tra và đánh giá chất
lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm”.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 11/10/2014. Trƣờng ĐHSPKT.TpHCM
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn

i


4. Tiến sĩ:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……
Tại (trƣờng, viện, nƣớc):
Tên luận án:
Ngƣời hƣớng dẫn:
5. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, B1 (khung Châu Âu)
6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi
cấp:

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ:

Ngày 10 tháng 10 năm 2014

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC

Ngƣời khai ký tên

Trƣơng Đình Sĩ

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng 10 năm 2014
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Trƣơng Đình Sĩ

iii


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn “Nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành
kiểm tra và đánh giá chất lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm”, tôi đã
nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ của quý thầy, cô các chuyên gia, các công ty, bạn bè và
gia đình. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
- Thầy PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn, đã dành nhiều thời gian, tâm huyết truyền
đạt những kiến thức khoa học quý báu, hƣớng dẫn, định hƣớng, động viên tôi trong
quá trình thực hiện luận văn.

Anh Trƣơng Văn Túy - Giám đốc công ty TNHH Cơ Khí Minh Thảo đã nhiệt
tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn.
Quý thầy, cô Trƣờng ĐHSPKT TP. HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt
những kiến thức nền tảng, chuyên môn cho tôi trong thời gian tôi học tập tại trƣờng.
Xin cảm ơn gia đình đã luôn ở bên tôi.
Xin chân thành cảm ơn!

iv


TÓM TẮT
Đƣờng ống đƣợc dùng rất nhiều trong hệ thống dẫn khí, dẫn dầu, … đóng vai
trò quan trọng trong vận chuyển, truyền tải, lƣu trữ nên yêu cầu về chất lƣợng rất khắt
khe. Khuyết tật ảnh hƣởng đến đƣờng ống chủ yếu là khuyết tật hàn khi hàn ghép nối
giữa các đƣờng ống và khuyết tật ăn mòn do môi trƣờng với tác nhân bên trong và bên
ngoài.
Hiện tại có rất nhiều phƣơng pháp kiểm tra nhƣ kiểm tra mối hàn giáp mối,
kiểm tra dọc ống bằng tay hoặc tự động, kiểm tra ăn mòn, kiểm tra bồn chứa xăng dầu.
Tuy nhiên tất cả các thiết bị kiểm tra chủ yếu là kiểm tra cho đƣờng ống lộ thiên, kiểm
tra bên ngoài và đƣợc nhập từ nƣớc ngoài nên chi phí rất cao.
Do vậy, việc nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành mang thiết bị, kiểm tra và
đánh giá chất lƣợng đƣờng ống ngầm có ý nghĩa trong việc làm chủ công nghệ, phục
vụ kịp thời sự phát triển kỹ thuật đo kiểm trong nƣớc. Đề tài đã tiến hành khảo sát các
loại robot, thiết bị tự hành, tiến hành nghiên cứu, đề xuất thiết kế, chế tạo thử nghiệm
thiết bị tự hành kiểm tra đánh giá chất lƣợng đƣờng ống ngầm nhỏ.

SUMMARY
Pipelines are used a lot in these system, play an important role in the
transportation, transmission, storage should be required high quality. Defects mainly
affect pipelines are weld between the pipes and corrosion due to environmental factors

inside and outside to the thickness of pipes.
Currently there are many testing methods such as testing weld joint, testing
along the pipe by hand or automatic, testing corrosion, testing gasoline tank. However,
all of testing equipments are imported so the cost is very high.
From the practical problem and difficulties due to the corrosion inspection
process in reality, this research will focus to studying the self – propelled device that
it’s capability can walk in the pipe with diameter varies from 8 inch ÷ 10 inch. Over
the period of research and learning from the other resources about the self – propelled
or handicraft on around the world and Vietnam market. This subject will go into
research and manufacture the device itself with the simplest structures but bringing
high efficiency.
v


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ....................................................................................................i
MỤC LỤC ......................................................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................ix
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... xiii
Chƣơng 1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................1
1.1

Đặt vấn đề ..........................................................................................................1

1.2

Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................2

1.3

Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài ...................................................4

1.3.1

Tính thực tiễn của đề tài ....................................................................................4

1.3.2

Ý nghĩa khoa học của đề tài...............................................................................4

1.4

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ..........................................................................4

1.5

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................5

1.5.1

Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................5

1.5.2

Phạm vi nghiên cứu ...........................................................................................5

1.6

Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................5

1.7

Nội dung của đề tài ............................................................................................5

Chƣơng 2 TỔNG QUAN................................................................................................6
2.1

Các dạng ống thƣờng dùng trong công nghiệp ..................................................6

2.1.1

Ống inox (ống thép không gỉ)............................................................................6

2.1.2

Ống thép tròn đen ..............................................................................................6

2.1.3

Ống thép mạ kẽm ...............................................................................................8

2.1.4

Quy trình chế tạo các ống thép ..........................................................................9

2.2

Các dạng khuyết tật và hƣ hỏng của ống thép .................................................12

2.2.1

Khuyết tật hình thành trong quá trình chế tạo ống ..........................................12

2.3

Khuyết tật ăn mòn ............................................................................................20

2.3.1

Ảnh hƣởng của cấu tạo kim loại đến quá trình ăn mòn ...................................20

2.3.2

Quá trình ăn mòn kim loại ...............................................................................21

2.4

Phƣơng pháp kiểm tra đánh giá chất lƣợng ống ..............................................24

2.4.1

Nguyên lý siêu âm ...........................................................................................24

2.4.2

Kỹ thuật kiểm tra bằng siêu âm .......................................................................25

2.4.3

Nguyên tắc kiểm tra .........................................................................................25

2.5

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài ................................................................28

2.5.1

Các nghiên cứu ngoài nƣớc .............................................................................28
vi


2.5.2

Các nghiên cứu trong nƣớc ..............................................................................32

2.5.3

Các tồn tại ........................................................................................................34

Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................35
3.1

Các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy ......................................................35

3.1.1

Kiểm tra bằng thị giác và quang học ...............................................................35

3.1.2

Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu ..................................................................35

3.1.3

Phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing - RT) ......................38

3.1.4

Kiểm tra bằng bột từ (MT) ..............................................................................39

3.1.5

Kiểm tra bằng truyền âm (AE) ........................................................................40

3.1.6

Kiểm tra bằng phƣơng pháp siêu âm (Ultrasonic Testing - UT) .....................40

3.2

Kỹ thuật phased array ......................................................................................42

3.2.1

Nguyên tắc hoạt động ......................................................................................42

3.2.2

Kỹ thuật siêu âm phased array .........................................................................43

3.3

Các loại đầu dò sử dụng trong siêu âm dọc trục ..............................................44

3.3.1

Đầu dò thông thƣờng .......................................................................................45

3.3.2

Cấu tạo của các đầu dò thông thƣờng ..............................................................46

3.3.3

Cấu tạo của đầu dò tổ hợp pha (phased array) ................................................46

Chƣơng 4 YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ .................................................48
4.1

Phân tích đối tƣợng thiết kế .............................................................................48

4.1.1

Thông số thiết kế .............................................................................................48

4.2

Phƣơng án thiết kế ...........................................................................................48

4.2.1

Phƣơng án 1 .....................................................................................................48

4.2.2

Phƣơng án 2 .....................................................................................................49

4.2.3

So sánh các phƣơng án và lựa chọn .................................................................50

4.2.4

Kết cấu tổng thể của robot ...............................................................................50

4.2.5

Trình tự công việc cần thực hiện .....................................................................51

Chƣơng 5 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ TỰ HÀNH .................................52
5.1

Công việc tính toán thiết kế .............................................................................52

5.1.1

Mô hình thiết kế tổng quát ...............................................................................52

5.1.2

Nội dung tính toán, thiết kế .............................................................................53

5.2

Tính toán kích thƣớc robot ..............................................................................53

5.3

Tính toán modul dẫn động ...............................................................................56

5.3.1

Tính toán bộ truyền bánh vít – trục vít ............................................................57

5.3.2

Tính toán chọn công suất động cơ ...................................................................61

5.3.3

Tính toán sơ bộ cho bộ bánh răng ...................................................................62
vii


5.3.4

Tính toán sơ bộ cụm lò xo trục chính ..............................................................65

5.3.5

Tính toán cụm điều khiển, kiểm tra .................................................................67

Chƣơng 6 CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .............................................69
6.1

Chế tạo và lắp ráp các chi tiết cơ khí ...............................................................69

6.1.1

Quá trình chế tạo ..............................................................................................69

6.1.2

Quá trình lắp ráp .............................................................................................71

6.2

Thiết kế bộ điều khiển thiết bị .........................................................................74

6.2.1

Chức năng ........................................................................................................74

6.2.2

Sơ đồ khối bộ điều khiển .................................................................................74

6.2.3

Sơ đồ mạch điều khiển ....................................................................................75

6.2.4

Chế tạo board mạch điều khiển .......................................................................75

6.3

Thử nghiệm ......................................................................................................77

6.3.1

Thử nghiệm thiết bị .........................................................................................77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................80

viii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Những sự cố quan trọng trong đường ống dẫn chất lỏng [13] ......................1
Hình 1.2: i m tra đ dày ống
Hình 1.3: Thiết ị ki m tra

ng si u m [13] .........................................................3

ng đầu do si u m [13] ...................................................3

Hình 1.4: Ro ot ki m tra đ mòn

n ngoài ống [13] ...................................................3

Hình 1.5: Thiết ị tra ki m tra đ dày ống [13] .............................................................3
Hình 1.6: Thiết ị tự hành ki m tra ống cáp quang dưới đáy i n [13] ........................4
Hình 2.1: Ống thép không gỉ [8] ....................................................................................6
Hình 2.2: Ống thép tròn đen [8] .....................................................................................6
Hình 2.3: Ống thép mạ kẽm [8] ......................................................................................9
Hình 2.4: Hệ thống cán và hàn ống inox [8] ................................................................10
Hình 2.5: Quy trình công nghệ hàn ống thép [8] .........................................................12
Hình 2.6: Tổng hợp các khuyết tật của mối hàn ...........................................................12
Hình 2.7: Phân loại khuyết tật nứt theo TCVN 6115-1:2005 .......................................13
Hình 2.8: Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) .......................................................................13
Hình 2.9: Các vị trí thường xuất hiện vết nứt dọc ........................................................14
Hình 2.10: Vị trí thường xuất hiện các vết nứt dọc ......................................................14
Hình 2.11: Các vị trí thường xuất hiện vết nứt ngang ..................................................14
Hình 2.12: Vị trí các vết nứt ngang ..............................................................................15
Hình 2.13: Nứt cắt lớp ở ch n mối hàn [10] ................................................................15
Hình 2. 14: Ph n loại khuyết tật rỗ khí theo BS EN [10] .............................................16
Hình 2.15: Các dạng khuyết tật rổ khí [10] ................................................................16
Hình 2.16: Rỗ khí
Hình 2.17: Ngậm xỉ

n trong mối hàn [10] ...................................................................17
n trong,

n ngoài đường hàn ..................................................18

Hình 2.18: Sơ đồ ph n loại các khuyết tật ngậm xỉ [10].............................................18
Hình 2.19: Ph n loại khuyết tật không thấu [10] .........................................................18
Hình 2.20: huyết tật không thấu chân [10] ................................................................19
Hình 2.21: huyết tật không thấu chân [10] ................................................................19

Hình 2.22: huyết tật cháy thủng [10, 12] ...................................................................20
Hình 2.23: Ph n loại khuyết tật cháy chân theo theo BS EN [10] ...............................20
Hình 2.24: huyết tật cháy chân [10, 12] ....................................................................20
Hình 2.25: Dạng mòn các kim loại theo thời gian .......................................................21
ix


Hình 2.26: Dạng ăn mòn đều........................................................................................22
Hình 2.27: Dạng ăn mòn không đều .............................................................................23
Hình 2.28: Dạng ăn mòn không đều .............................................................................23
Hình 2.29: Dạng ăn mòn không đều .............................................................................23
Hình 2.30: i m tra khuyết tật

ng si u m với chùm tia thẳng góc .........................25

Hình 2.31: Nguy n lý ki m tra chiều dày, khuyết tật

ng si u m .............................25

Hình 2.32: Sơ đồ li n kết mối hàn ................................................................................26
Hình 2.33: Sơ đồ dò li n kết giáp hàn mối ...................................................................26
Hình 2.34: Các dạng sơ đồ quét đ ki m tra khuyết tật mối hàn [14] .........................27
Hình 2.35: Mô phỏng quá trình si u m [14] ..............................................................28
Hình 2.36: i m tra mối hàn ống

ng tay ..................................................................29

Hình 2.37: Thiết ị si u m mối hàn OmniScan [9] .....................................................29
Hình 2.38: Thiết ị ki m tra mối hàn nối .....................................................................29
Hình 2.39: Ro ot ki m tra đ mòn ống [9] ..................................................................30

Hình 2.40: Ro ot ki m tra đ mòn

n ngoài ống [9] .................................................30

Hình 2.41: Ro ot tự hành đo đ mòn trong đường ống dẫn ........................................31
Hình 2.42: Nguy n lý hoạt đ ng ...................................................................................31
Hình 2.43: Ro ot tự hành trong đường ống dẫn IRDO 203 .........................................32
Hình 2.44: Nguy n lý hoạt đ ng của cánh tay ro ot IRDO 203 ..................................32
Hình 2.45: Robot Triton................................................................................................33
Hình 2.46: Ro ot vệ sinh và giám sát đường ống [13] ................................................33
Hình 2.47: Ro ot thông cống [13]................................................................................34
Hình 3.1: Borescopes có gắn máy ảnh [15] .................................................................35
Hình 3.2: Sử dụng s orescope ki m tra ........................................................................35
Hình 3.3: Quá trình ki m tra thẩm thấu của chi tiết [15] ............................................36
Hình 3.4: Các ước chuẩn ị trước khi ki m tra ..........................................................36
Hình 3.5: Ống phát tia X ..............................................................................................38
Hình 3.6: B kit ki m tra

ng

t từ [15] ...................................................................40

Hình 3.7: Nguy n lý phát hiện khuyết tật

ng phương pháp si u m ........................41

Hình 3.8: Thiết ị si u m ............................................................................................41
Hình 3.9: Các phương pháp ki m tra si u m [13] ......................................................42
Hình 3.10: Sơ đồ của thiết ị ki m tra khuyết tật tự đ ng [13]...................................44

x


Hình 3. 11: Đầu dò thẳng .............................................................................................45
Hình 3.12: Đầu dò góc .................................................................................................45
Hình 3.13: Đầu dò kép ..................................................................................................45
Hình 3.14: Đầu dò phased array (OLYMPUS) ............................................................45
Hình 3.15: Đầu dò đơn tinh th và đầu dò tinh th kép ...............................................46
Hình 3.16: Cấu tạo của các đầu dò thông thường .......................................................46
Hình 3.17: Cấu tạo Đầu dò si u m phased array .......................................................46
Hình 3.18: Cấu tạo của đầu dò đa tinh th Phased Array ...........................................47
Hình 4.1: Nguy n lý hoạt đ ng của thiết ị ..................................................................49
Hình 4.2: Nguy n lý sử dụng 3 đ ng cơ cho 3 cụm ánh xe ........................................49
Hình 4.3: Mô hình tổng th của ro ot ..........................................................................50
Hình 5.1: Mô hình tổng quát của thiết ị tự hành ........................................................52
Hình 5.2: Hệ thống ro ot trong đường ống ..................................................................53
Hình 5.3: Tính toán ro ot trong đường ống .................................................................54
Hình 5.4: Ro ot trong đường ống.................................................................................55
Hình 5.5: Mô hình ph n rã cụm dẫn đ ng ...................................................................56
Hình 5.6: Mô hình ph n rã modul cụm dẫn đ ng ........................................................56
Hình 5.7: Mô hình

ánh răng truyền đ ng ..............................................................62

Hình 5.8: Mô tả phần mềm eMachine ..........................................................................63
Hình 5.9: Mô tả phần mềm Gear Template Generator ................................................64
Hình 5.10: Mô hình lắp ráp cụm trục chính .................................................................65
Hình 5.11: Sơ đồ tính cơ cấu ung ...............................................................................65
Hình 5.12: Cấu tạo cụm điều khi n, ki m tra ...............................................................67
Hình 5.13: Mô hình ph n rã cụm mặt đầu ...................................................................68

Hình 6.1: Mô hình thiết ị tự hành thiết kế an đầu ....................................................69
Hình 6.2: Mô hình 3D và chi tiết trục chính .................................................................69
Hình 6.3: Chi tiết con trượt ..........................................................................................70
Hình 6.4: B

ánh vít trục vít .......................................................................................70

Hình 6.5: H p giảm tốc ................................................................................................71
Hình 6.6: Mặt ích ........................................................................................................71
Hình 6.7: Lắp ráp cụm trục chính ...............................................................................71
Hình 6.8: Lắp ráp modul dẫn đ ng ..............................................................................72

xi


Hình 6.9: Lắp ráp hệ thống dẫn đ ng ..........................................................................72
Hình 6.10: Lắp ráp cum điều khi n, ki m tra ...............................................................73
Hình 6.11: Lắp ráp thiết ị hoàn chỉnh ........................................................................73
Hình 6.12: Sơ đồ khối mạch điều khi n ........................................................................74
Hình 6.13: Sơ đồ nguy n lý mạch điều khi n ...............................................................75
Hình 6.14: Pin cấp nguồn .............................................................................................75
Hình 6.15: B phát tín hiệu ..........................................................................................76
Hình 6.16: Thiết ị thu tín hiệu....................................................................................76
Hình 6.17: Cụm dẫn đ ng vào trong ống ....................................................................77
Hình 6.18:Cụm điều khi n, ki m tra vào trong ống .....................................................78
Hình 6.19: Modul kéo được đưa vào ống .....................................................................78
Hình 6.20: Ro ot chuy n đ ng

n trong ống ..............................................................79

xii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: ích thước ti u chuẩn của ống thép đen tròn [8] .........................................7
Bảng 2.2: ích thước ống thép mạ kẽm [8] ...................................................................8
Bảng 2.3: Bảng quy chuẩn trọng lượng ống thép mạ kẽm [8] ......................................9
Bảng 2.4: ích thước ống thép không gỉ, ống hàn [8] .................................................10
Bảng 2.5:

ích thước ống thép chế tạo

ng phương pháp hàn [8] ...........................11

Bảng 2.6: Góc vào trong từng vật liệu..........................................................................26
Bảng 4.1: So sánh các phương án ...............................................................................50
Bảng 5.1: Các chi tiết của cơ cấu dẫn đ ng .................................................................57
Bảng 5.2: Bảng thông số hình học của trục vít ánh vít...............................................60
Bảng 5.3: Bảng thông số hình học của

ánh răng. .................................................64

Bảng 5.4: Bảng mô tả cấu tạo cụm đi u khi n, ki m tra ..............................................67
Bảng 5.5: Bảng mô tả cấu tạo cụm mặt đầu .................................................................68

xiii


Chƣơng 1
GIỚI THIỆU

1.1

Đặt vấn đề
Trong các ngành công nghiệp dầu khí, điện lực, giao thông, thủy lợi hiện nay

có rất nhiều đƣờng ống thép có đƣờng kính khác nhau, đƣợc sử dụng để dẫn chất lỏng,
chất khí và các loại khí đốt… Các đƣờng ống này từ lúc sản xuất ra đến suốt cả thời
gian sử dụng ống đều phải trải qua quá trình kiểm tra đánh giá chất lƣợng để đi đến
quyết định về khả năng có tiếp tục sử dụng hay bị thay thế.
Theo khảo sát của tổ chức PHMSA về đƣờng ống trong vòng 20 năm qua thì
những tổn thất về độ mòn đƣờng ống xảy ra nhiều nhất.

Hình 1.1: Những sự cố quan trọng trong đường ống dẫn chất lỏng [13]
Qua đó ta thấy nguy hại về ăn mòn ống dẫn chiếm tỷ lệ cao (689 trong 2925 số
nguy hại), điều đó có nghĩa là việc kiểm tra đánh giá độ mòn của ống dẫn là vấn đề rất
quan trọng
Với vai trò quan trọng đó, việc nâng cao năng suất, chất lƣợng mối hàn, chất
lƣợng bề mặt ống, độ mòn của ống sau một thời gian sử dụng cũng nhƣ phƣơng pháp
đo kiểm đánh giá chất lƣợng ống khi sản xuất và trong quá trình sử dụng luôn là vấn
đề cấp bách đƣợc quan tâm nghiên cứu. Ngày nay, đã có nhiều công trình ứng dụng
thành công các công nghệ tiên tiến để chế tạo ra các thiết bị kiểm tra tự động giúp tăng
năng suất lao động gấp nhiều lần và có độ tin cậy cao.

1


Vì những lý do trên, nên việc nghiên cứu thiết kế một thiết bị tự hành mang
thiết bị siêu âm để đo kiểm, đánh giá chất lƣợng, độ mòn ống là một vấn đề cần thiết
và cấp bách.
1.2

Tính cấp thiết của đề tài
Tất cả các vật làm bằng cấu trúc kim loại thông thƣờng đều có thể bị ăn mòn.

Vấn đề đặc biệt quan trọng mà nhiều ngành công nghiệp phải đối mặt là đo chiều dày
còn lại của thành các đƣờng ống, bể chứa… bị ăn mòn ở mặt trong. Sự ăn mòn nhƣ
vậy thƣờng không thể phát hiện bằng phƣơng pháp quan sát nếu không cắt hoặc tháo
dời chúng. Trong các nhà máy dầu khí, hoá chất các ống dẫn bằng thép rất dễ bị ăn
mòn. Ăn mòn làm giảm chiều dày nguyên bản của kim loại. Nếu không đƣợc phát hiện
trong thời gian dài, ăn mòn sẽ làm yếu thành và có thể dẫn đến cấu trúc bị hỏng và
nguy hiểm. Kiểm tra siêu âm là phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy đƣợc chấp nhận
rộng rãi để thực hiện công việc kiểm tra đánh giá độ mòn của ống và kiểm tra siêu âm
ống kim loại bị ăn mòn thƣờng đƣợc thực hiện bằng kỹ thuật siêu âm 3D cho kết quả
tốt, cho phép dựng đƣợc bản đồ độ mòn ống.
Hiện nay trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam vẫn đang áp dụng nhiều phƣơng
pháp kiểm tra chất lƣợng cũng nhƣ độ mòn của đƣờng ống. Tuy nhiên việc kiểm tra
này chủ yếu ở bên ngoài ống ngoài ra nó còn mang tính thủ công hoặc bán tự động, vì
vậy dẫn đến việc kiểm tra, đánh giá vẫn còn có một số nhƣợc điểm sau:
- Thời gian đo kiểm lớn.
- Công tác vận hành kiểm tra tƣơng đối phức tạp.
- Đội ngũ cán kiểm tra đánh giá đòi hỏi phải có kinh nghiệm.
- Tốc độ di chuyển của thiết bị kiểm tra bằng tay không ổn định gây ảnh
hƣởng lớn đến chất lƣợng hình ảnh cũng nhƣ kết quả kiểm tra.
- Ở một số đƣờng ống dài việc kiểm tra bằng thủ công sẽ không hiệu quả về
mặt thời gian, nhân lực,…
- Thiết bị kiểm tra bằng tay tƣơng đối cồng kềnh, đòi hỏi phải có thiết bị dẫn
hƣớng do đó chi phí mua sắm thiết bị tƣơng đối cao.
Một số hình ảnh về công việc kiểm tra và thiết bị kiểm tra chất lƣợng mối hàn,
độ dày cũng nhƣ độ mòn ống sử dụng kỹ thuật siêu âm.

2


Hình 1.2: i m tra đ dày ống

Hình 1.3: Thiết ị ki m tra

ng siêu âm [13]

ng đầu do si u m [13]

Hình 1.4: Ro ot ki m tra đ mòn bên ngoài ống [13]

Hình 1.5: Thiết ị tra ki m tra đ dày ống [13]
3


Hình 1.6: Thiết ị tự hành ki m tra ống cáp quang dưới đáy i n [13]
1.3

Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

1.3.1 Tính thực tiễn của đề tài
Thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm đo kiểm đánh giá chất lƣợng độ mòn ống
có thể ứng dụng trong các lĩnh vực nhƣ: trong các ngành dầu khí, thủy lợi, và các
đƣờng ống chứa chất lỏng nhằm phát hiện các khuyết tật cũng nhƣ độ mòn của ống
qua một thời gian sử dụng để loại bỏ với những ống bị mòn và hƣ hỏng. Ngoài ra cũng
có thể ứng dụng tốt trong các nhà máy sản xuất chế tạo ống để kiểm tra độ dày ống
trƣớc khi đƣa ra ngoài thị trƣờng tiêu thụ.
Với việc kiểm tra các đƣờng ống dẫn dài thì thiết bị tự hành này hoạt động sẽ

có hiệu quả hơn các thiết bị kiểm tra bằng tay hoặc bán tự động.
1.3.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài
Hƣớng nghiên cứu của đề tài là hƣớng nghiên cứu thiên về lĩnh vực robot. Kết
quả của đề tài là thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm để đo kiểm, đánh giá chất lƣợng
và độ mòn bên trong ống. Đề tài có một số ý nghĩa khoa học sau:
- Nêu ra đƣợc nguyên lý hoạt động của thiết bị tự hành chạy trong lòng ống
dẫn dùng cơ cấu bung tự định vị.
- Giới thiệu một thiết bị đo với nguyên lý hoạt động tự hành thay thế cho các
thiết bị vận hành thủ công.
1.4

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Đề tài nghiên cứu về kỹ thuật đo, nghiên cứu phƣơng pháp kiểm tra sử dụng

kỹ thuật siêu âm 3D. Qua đó đề xuất kết cấu thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm để
đánh giá chất lƣợng đƣờng ống nhỏ ngầm.

4


- Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị tự hành mang đầu dò siêu âm kiểm tra,
đánh giá chất lƣợng, độ mòn bên trong ống.
1.5

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

1.5.1 Đối tƣợng nghiên cứu
- Các đƣờng ống sử dụng trong ngành dầu khí có đƣờng kính từ 8 inch đến 10
inch
- Công nghệ siêu âm 3D sử dụng để kiểm tra, đánh giá độ mòn.

- Các thiết bị tự hành đo kiểm, đánh giá chất lƣợng ống.
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu
Do khối lƣợng của đề tài lớn nên phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào
việc đề xuất kết cấu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm thiết bị tự hành mang đầu dò siêu
âm phục vụ đo kiểm, đánh giá chất lƣợng và độ mòn bên trong ống nhỏ từ 8 – 10”.
1.6

Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu bao gồm hai phần chính là:
- Nghiên cứu phân tích lý thuyết: Thu thập tài liệu từ các nguồn báo chí, tạp

chí, sách, từ internet có liên quan đến nội dung nghiên cứu.
- Phƣơng pháp thực nghiệm: Tiến hành thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết bị tự
hành mang thiết bị siêu âm để kiểm tra đánh giá độ mòn ống, thử nghiệm hoạt động và
hoàn chỉnh thiết kế.
1.7

Nội dung của đề tài
- Chƣơng 1: Giới thiệu
- Chƣơng 2: Tổng quan
- Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết
- Chƣơng 4: Yêu cầu và phƣơng án thiết kế
- Chƣơng 5: Tính toán thiết kế thiết bị tự hành
- Chƣơng 6: Chế tạo, thử nghiệm và đánh giá
- Chƣơng 7: Kết luận và kiến nghị

5


S

K

L

0

0

2

1

5

4