CN100562730C - 用于检测管道段的仪器 - Google Patents

Abstract

一种管道检测仪器(10)包括一适于插入管道(32)内的心轴(24)和连接于该心轴并适于密封该管道相对端以在心轴和管道以及密封装置之间形成一环形空间的两个密封装置(26)，(50)。该心轴被设计成具有比管道长的长度，因此超出管道第一和第二端口。该仪器还包括一个或多个用于填充环形空间的通道(80)。至少所述密封装后置之一包括一密封环和施力环(56)的组合，该组合对该密封环施力挤向管道一端以形成密封。该心轴设有用以阻止至少一个密封装置向远离管道的方向轴向移动的顶止部(68)。

Description

用于检测管道段的仪器

技术领域

本发明涉及用于检测管道完整性的仪器。尤其，本发明涉及用于有效检测管道段的结构缺陷的仪器。

背景技术

管道和其他导管通常用于在各地间输送液体材料的许多应用中。为了确保安全，通常对管道实施完整性检测以识别可能泄漏输送液体的任何裂缝或其他类似开口。这些裂缝可能由于管道的不完善焊接或在管道制造过程中的不完善产生所致。在管道用于输送易燃或有毒物质的情况下，或当管道输送高压液体时，管道完整性检测尤其重要。

在用来检测管道的现有技术中已知多种仪器和方法。在一些已知方法中，一管道节完全装入典型的不可压缩液体并加压，同时监测管道内的压力，则任何压降都预示管道壁上有漏洞。这些已知方法尽管有效但是效率差，因为这些方法要求管道全部容积被装满加压，而这当管道由于直径大或长度长造成容积很大时就会出现问题。

在先技术提供了多种类型的管道检测设备如在下列美国专利：6,463,791；6,131,441；和5,844,127(其中所有专利和本发明共享同一发明人)中所讲述的设备。尽管这些设备已证明在对管道各节实施检测中有效，还需要一种有效检测管道段的仪器。这种设备在美国专利4,067,228中有所讲述。这个参考资料提供一种具有心轴的仪器，该心轴插入一节管道在管道内壁和该心轴外表面间产生一环形空间。为了实施完整性检测，少量液体被注入该环形空间中并加压。该参考资料尽管提供了一种有效检测方法，但其中的仪器十分复杂并难以从一个地方移动到另一个地方。而且，该参考资料没有提供检测弯曲管道节的方法。

因此，需要一种用于检测管道各节完整性的更有效的仪器。

发明内容

在一实施例中，本发明提供一用于检测一管道的完整性的仪器。该管道具有长度、第一端口、第二端口。该仪器包括：心轴，该心轴适于插入所述管道，具有一比所述管道段长的长度，由此该心轴延伸越过该管道的所述第一端口和第二端口，该心轴具有第一端和第二端，其中该第一端接近所述管道的第一端口以及该第二端接近所述管道的第二端口；第一密封装置，该第一密封装置适于固定在所述心轴的第一端以密封所述管道的第一端口；第二密封装置，该第二密封装置适于固定在所述心轴的第二端以密封所述管道的第二端口；由此在使用中在所述心轴、管道、第一密封装置和第二密封装置间产生的普通环形空间；一个或多个通道，该通道用于向所述环形空间装入密封液体或从所述环形空间排出空气或所述液体；以及用于监测所述环形空间内压力的装置。

在另一实施例中，本发明提供一如上所述的仪器，但其中至少所述第一密封装置和第二密封装置之一包括：环形密封环，该环形密封环同轴设于所述心轴上邻近所述管道一端，该密封环具有一比所述管道直径大的外直径；以及施力环(force applying ring)，该施力环同轴设于所述心轴上邻近所述密封环并在所述管道对面，以朝所述管道方向对所述密封环施力。

附图说明

根据以下带有附图标记的附图中的详述，本发明优选实施例的这些和其他特性变得更加明显。其中：

图1是根据本发明一实施例的检测仪器侧视图；

图2是图1中仪器的俯视图；

图3是图1中仪器第一端的端部平面视图；

图4是图1中仪器沿A-A截面的端部平面视图；

图5是图1中结合被测管道的检测仪器的侧视图；

图6是图5的局部放大侧视图；

图7是结合心轴的本发明的心轴的立体分解图；

图8是图7中密封环的局部立体图；

图9是本发明中第二密封装置的局部侧视图；

图10是第一密封装置实施例的立体图；

图11是本发明另一实施例的侧视截面图；

图12是本发明另一实施例的分解立体图；

图13是本发明另一实施例的侧视截面图。

具体实施方式

现在将描述本发明的一个或多个实施例。然而，应该理解以下描述并非意在把本发明限制在所公开的实施例，对本领域技术人员来说各种修改是显而易见的。

参考图1到图4，本发明中的该仪器10包括一框架12，该框架12具有一对以平行及两侧隔开的方式排列的水平支撑件14和16。这对支撑件被由底部18连接，和并且一支撑平台20分别固定于连接，底部18和支撑平台20分别固定在该水平支撑件14和16的底部和顶部。框架12也包括一对垂直支撑件21和22。支撑件14、16、20和22可能包含如“I”型结构的横梁。必要时，底部18可以包括轮(未示出)或其他促使该仪器运动或运输的类似装置。

该检测仪器10包括一普通圆柱的、优选中空的心轴24，该心轴24优选具有一比所测管道段长的长度。在操作中，如以下论述，该心轴设计为能插入所测管道内腔。优选地，该心轴有一比所测管道直径稍小的直径并且至少比该管道长18″。然而，本领域技术人员将理解考虑以下描述之后其他间距(clearances)是可能的。在心轴24第一端设有第一密封装置26，在一实施例中该密封装置包括一密封板，如下进一步描述。在一实施例中，通过例如焊接，第一密封装置26被永久固定于心轴24。在另一实施例中，如下进一步描述，第一密封装置26可松开地附着于心轴。第一密封装置26抵着垂直支撑件21和22被撑牢，而在另一实施例中松开地附着于其上。例如，在一实施例中，密封装置26被置于由支撑件21和22提供的狭缝中并被允许在相对支撑件的有限的垂直方向上移动。根据以下描述这点很显然，这种垂直运动用以使该仪器使用便利。

支撑板20设有多个成对排列支撑滚轮28并用以支撑心轴24。如图4中所示，支撑滚轮被设计以支撑心轴底部并互成角度以防止通常为圆柱形的心轴滚下该支撑滚轮28。该仪器也可以包括多个成对排列的校直滚轮30，以引导和校直(align)被检测管道，如下将作进一步论述。简要地，这对校直滚轮30被设在所述心轴的第一端14以便利通过密封装置26对被测管道的一端的密封。显然所需校直滚轮的数量将视该仪器的规定尺寸而变化，并且支撑滚轮和校直滚轮的所需数量对本领域技术人员来说将显而易见。在图1至图4所示的例子中，该仪器包括六对支撑滚轮28和三对校直滚轮30。在这些图所说明的例子中，校直滚轮以两个方向设置，其中两对校直滚轮被设置邻近支撑滚轮对，以引导和支撑正被检测的管道端，同时一对校直滚轮被设在心轴直径的对侧以引导或校直管道另一端。此外可按需要设置校直滚轮。

在图1至图4中，以32表示将被检测的管道。如所示，管道32受升降器或吊索34(hoist or sling)或其他类似机械装置支撑。在图中所示例子中，该吊索仅包含用于支撑管道的一条或多条带子36，这些带子连接于升降机械装置如起重机。应该理解升降器或吊索的目的在于提升和/或支撑管道32而且多种机械装置可被同等使用。

如图1和图2所示，在使用中，管道32和心轴24轴向排列。如上所述，该心轴24的尺寸设置为使其能够装入管道32内部。在一个例子中，对于一直径54英寸的管道，优选直径50英寸的心轴。管道32以箭头所示方向被推进套在心轴24上。对此在图5和图6中有进一步说明。如图5中所示，随着管道32向心轴24方向移动，心轴被稍微提起并且管道32在心轴和支撑滚轮28之间滑行。在一实施例中，心轴设有多个滑板从而促进心轴24插入管道32。滑板38可由一种具有低摩擦系数的材料制成以减小整个插入途中心轴24和管道32间的摩擦。所述材料可以具有四氟乙烯，如特氟纶(Teflon)。在一优选实施例中，如图6中所示，滑板38可设有一楔子40以更进一步促进管道32在心轴24和支撑件28之间滑行。

在以上论述中，涉及使管道32移动套在心轴24上。本领域技术人员应理解通过使心轴24滑入管道32同时保持后部在相对固定的位置可以达到同样的目的。而且，心轴和管道也可能共同朝彼此移动。

管道32和心轴24被合到一起至管道32的第一端接触到第一密封装置26。如上所提及，第一密封装置优选可置于与框架12的支撑件21和22匹配的垂直空隙中。

图7说明了本发明中插入将被检测的管道32之后的心轴24。也显示了如前所述的第一密封装置26。如上所提及，在一实施例中，第一密封装置26包括一直径比所测管道32直径大的密封板42。该密封板42设有一环形凹槽44，其尺寸设置使其适于被管道32第一端46覆盖。一弹性封条48例如一“o”形环设置在凹槽44内用以对管道32的第一端46形成密封。应该明白基于施压把密封板42和该管道端46推在一起而形成其间的密封。该步骤在以下有进一步论述。尽管根据本发明一实施例，第一密封装置包含固体密封板，应该理解也可使用环形圆盘，在图10中该圆环被进一步描述。这种盘也将包含如上所述的弹性封条48。

图7同样显示了与第一端46相对的管道32的第二端。如上所述，如图7所示，在一实施例中，规定心轴24尺寸比所测管道32长。这种布置提供了充足的心轴表面以使第二密封装置50固定于心轴24而后固定于管道32。第二密封装置50包括密封圈52、压紧板54和施力环56，其中每一个按各自顺序从管道32的第二端轴向延伸远离管道32排列。密封圈52、紧压板54和施力环56通常都是环体，以共轴的方式安置套在心轴24上。

如图7所示，在图8和图9中有更多详述，密封圈52由一圆环构成，该圆环具有第一管道密封槽58和第二心轴密封槽60。该管道密封槽58的设计类似于上述凹槽44，通常是一种圆形槽，依管道32第二端的直径设计其尺寸。该管道密封槽设有一例如“o”形环的弹性封条62，而当该管道密封槽被与管道32第二端压在一起时，对该管道32第二端形成密封。心轴密封槽60，如在图9中有更清楚显示，包括一在密封圈52上的斜面缘。该心轴密封槽60被设在环形密封圈52的内径并在接近管道32一侧的对面一侧。一例如“o”形环或其他类似材料的弹性封条64被设在该心轴密封槽60内并用于在密封圈和心轴24外围间形成密封。如图9所示，通过促使压紧板54朝密封环52推动形成这种密封，由此这种推动引起弹性密封条64变形并使密封条64紧密绕在心轴24外围。

通过把确定的构件挤压到一起实现以上论述的各种密封。如同现在将描述的，所有密封都可通过施压步骤实现。尤其，在一实施例中，如图8和图9所示，施力环56设有多个周向间隔的常规可得的液压头或液压顶66。以下将进一步论述该液压顶66用于给压紧板54提供压力。本领域技术人员参考本公开内容后会公认本发明中的液压顶66可被提供所需压力的各种机械设备替代。该液压顶66设在施力环56面向将测管道32的表面上。最后，多个“顶止部”(jack stop)68设在心轴24的外围用于支持施力环56。在一实施例中，顶止部68包括螺钉，该螺钉被设置穿过在心轴中周向间隔的孔70。该顶止部68可以包含延伸穿过孔70的螺纹部72，由此，使用与该顶止部68螺纹部相配套的螺母，把螺钉固定于心轴24。对本领域技术人员显而易见，可能选则各种顶止部也可选择各种其他用于把顶止部固定于心轴的装置。例如，在另一实施例中，顶止部68可以包括插在孔70中的锚。

如图9中有更清楚显示，心轴24可设有多个系列的孔70，每个系列被置于沿心轴的不同的轴位以适应管道32的各种长度。

在使用中，管道32首先滑动套在心轴24上并向第一密封装置26移动。使邻近第一密封装置26的管道第一端与密封板42接触，并且特别地，使该管道32第一端完全对准封条48。接下来，第二密封装置50滑过在第一密封装置26对面的心轴第二端。

通过先滑动密封环52，接着是压紧环54最后是施力环56安装该第二密封装置50。布置密封环52以确保弹性封条62接触管道端。第二密封装置50被朝管道移动，最后，顶止部68在合适孔70系列被设置在心轴上。应该理解，在一实施例中，在插入顶止部68之前先向第二密封装置50施力使得预先加载仪器。一旦顶止部68被安装，必要时被固定于心轴，液压顶66就被激活。

该液压顶66用于沿管道32第二端轴向对压紧环54和密封环52施力。顶止部68防止施力环56远离管道32地轴向移动。因此，本领域技术人员应明白，因为朝固定于心轴24上的第一密封装置26方向对管道32第一端施力，由液压顶66提供的力导致密封装置26和密封装置50的每一个被施压抵向管道32的各自端。由于封条48，60和62的存在，导致依次在以下装置间形成密封：a)管道32第一端和第一密封装置26；b)管道32第二端和第二密封装置50；以及c)心轴24和第二密封装置50。这些密封的结果是形成由心轴24外表面、管道32内表面以及第一和第二密封装置26和50限制的环形密封空间。在图9中以76局部显示该环形空间。

通过附上两个密封装置26和50一旦形成该密封环形空间76，即开始对管道的完整性检测。该检测包括向环形空间76装入液体并密封该液体，同时监测环形空间76内的压力，其中装入的液体通常是抗压缩液体。该检测方法将被本领域技术人员理解。

为了向环形空间76装液体，本发明中的仪器要求一种向该环形空间装入和排出或放出的装置。图10说明一实施例如何进行这种装入，其中如上相同的附图标记表示相同的图而为了清楚增加字母“a”。图10以26a显示第一密封装置的另一实施例。在本实施例中，第一密封装置包括圆盘42a代替如上所述的圆板42，该盘42a设有延伸通过盘42a的至少一个孔78。一通道80从孔78中伸出，通过该孔78进入环形空间76进行液体传输，其中一旦该仪器被装配上将检测的管道，该环形空间76就形成。通道80利用任何已知的装置如软管或类似装置连接于液体供应源(未示出)。应理解在该密封装置26a上可设任何数量的通道或通口。本领域技术人员应理解有至少一个装入通道和一个排出通道帮助装入和排空环形空间76。也应该理解优选具有一个垂直方向上比其他高的通道以进一步促进装入和排空环形空间。本发明并不限于任何数量和位置的装入/排除通道。也应该明白尽管图10描述的实施例中第一密封装置包括一环形盘，该通道80也可设在板42(在前图中)上。

图11说明装入/排出系统的另一实施例，其中通道82设在心轴24上。在本实施例中，通道82设有一通孔84通入在心轴24、管道32和密封装置(出于清楚的目的仅示出一个)之间形成的环形空间76。如图11所示，在另一实施例中，通道80和通道82都可设在同一仪器上。如上所述，本领域技术人员应理解优选具有一个通道例如通道80垂直高于另一个通道82以使装入和排出过程容易。

如上所述，一压力量表(未示出)也被设在该仪器上以使能够监测环形空间76内的压力。在实施例中，另一通道可被设置，其中可永久附上一压力量表。在另一实施例中，如本领域所公知在被封液体源头可设一压力量表。本领域技术人员将理解可在本发明中使用监测环形空间中压力的任何装置。

本领域技术人员应理解本发明中该仪器可适于检测任何直径或长度的管道。例如，该仪器可用于直径大于3英寸的管道和长度是1英尺到100英尺的管道。管道长度的上限不必受限但如本领域技术人员应理解的任何较大的长度将造成本发明中该仪器的体积非常庞大和笨重。而且，长度大的管道由于增加的重量将要求增加的提升力，尽管检测过程可以实施但使该过程难以控制。正如在此所述，本发明的优势之一在于能使用最小量的检测液体实施管道检测。因此，为了充分实现这种优势，本领域技术人员将理解心轴的直径应该接近于所测管道直径。在一例子中，如果所测管道直径54英寸，心轴优选50英寸的直径。应该明白还可操作任何尺寸的本发明仪器。

在一实施例中，第二密封装置50可以是可移动地附在本仪器的框架12上。在图2中对这一问题有说明，其中第二密封装置50被显示为可选地附于一摆臂51上。该摆臂51依次被附到可转动附在框架12上的基底53上。在本实施例中，当需要第二密封装置50时，只需将其摆入位置并如上所述被附上。可选地，该第二密封装置50可分离设置和如上所述的仍然固定。

在以上描述中，涉及在结构上不同于第二密封装置50的第一密封装置26，26a。然而，应明白第二密封装置50可被用在所测管道32的两端。

此外，上述涉及用在通常地水平方向上的本发明中仪器。然而，应该理解该仪器以任何方向布置，例如垂直及同种功效。例如，参考图1，第一密封装置26可形成该仪器以及滑过垂直延伸的心轴的所测管道32的基底。垂直方向的这类仪器对较大直径的管道可能无效。

在图12中说明了本发明的另一实施例，其中，为了清楚示出，相同的元件通过加后缀“b”表示。在图12中，所测管道32非直线型且含有一弯曲部。这种管道可能包括例如，转弯部、“T”段、“Y”段等。在这种情况下心轴24b必须也包括一弯曲部。应该理解在一些情况下，管道32b的弯曲部太尖锐而不能使类似形状的心轴24b插入从中通过。然而，这时这种插入是可能的，如图12所说明，该心轴24b可设有如上所述的第一和第二密封装置。在图12的实施例中，涉及心轴24b设有两个相同的密封装置50b并且每一个都具有像以上所述第二密封装置50的类似结构。应该理解被设在心轴24b上的该密封装置之一可能像以上所述的第一密封装置26和26a一样被永久固定。

应该理解以上描述集中在具有不变直径的管道上。然而，在一些情况下，将测管道段可能在每一端具有不同的内径。在这种情况下，用在该仪器中的心轴24将根据管道的最小直径规定尺寸。第一和第二密封装置将根据与其相联的各自管道端依次规定尺寸。

图13说明了本发明的又一实施例，其中与上述的元件相似的但不相同的元件用相同的附图标记表示，但为了清楚示出，增加字母“c”。在本实施例中心轴24设有永久附着的法兰88。如本领域所公知，法兰88可以具通常有一圆盘，在该圆盘上通常具有一的中心孔，通过该孔心轴24一端可插入。法兰88通过焊接或本领域所共知的其他方法可被附在心轴24上。法兰88包括至少一对和优选多个螺钉洞，螺钉92从该洞伸出。第一密封装置可包括圆盘或圆板42c，该圆盘42c包括配套的洞以容纳螺钉92。设置与螺钉92配合的螺母94以使圆盘42c固定并压紧到法兰88上。应该理解螺钉92可被永久附着于圆盘42和/或法兰88，因此要求螺钉92仅一端需要螺母94。在本实施例中，本发明中的心轴24可按需要被替换而不替换第一密封装置。应该理解功能性使本发明中的该仪器可快速适应所测管道32的任何直径。在图13的实施例中，排出/装入通道80和82被显示类似于图11中的通道。

尽管描述本发明参考了一定的具体实施例，对本领域技术人员来说其中的各种修改，是显而易见的并没有脱离如附加于此的权利要求概述的本发明精神和范围。

Claims (16)

1.一种用于检测一管道的完整性的仪器，该管道具有长度、第一端口、第二端口，该仪器包括：

心轴，该心轴适于插入所述管道，且其长度长于所述管道的长度，由此该心轴延伸越过该管道的所述第一端口和第二端口；

该心轴具有第一端和第二端的，其中该第一端接近所述管道的第一端口以及该第二端接近所述管道的第二端口；

第一密封装置，该第一密封装置适于固定在所述心轴的第一端以密封所述管道的第一端口；

第二密封装置，该第二密封装置适于固定在所述心轴的第二端以密封所述管道的第二端口；

一由此在所述心轴、管道、第一密封装置和第二密封装置间产生的通常为环形的空间；

一个或多个通道，该通道用于向所述环形空间装入密封液体或从所述环形空间排出空气或所述液体；以及

用于监测所述环形空间内压力的装置。

2.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于：所述第二密封装置包括：

环形密封环，该环形密封环同轴设于所述心轴上邻近所述管道的一端，该密封环具有一比所述管道直径大的外直径；以及

施力环，该施力环同轴设于所述心轴上邻近所述密封环并在所述管道对面，以朝所述管道方向对所述密封环施力。

3.根据权利要求2所述的仪器，其特征在于：所述密封环包括适于在所述密封环和所述管道的第二端口之间形成密封的第一密封以及适于在所述密封环和所述心轴外径之间形成密封的第二密封。

4.根据权利要求3所述的仪器，其特征在于：所述施力环包括两个或更多周向间隔的液压顶，所述液压顶适于施以平行于管道纵轴方向抵向所述密封环的力。

5.根据权利要求4所述的仪器，其特征在于：还包括压紧板，所述压紧板位于所述密封环和向所述密封环施压的施力环之间，用于向所述密封环提供平均分布的压力。

6.根据权利要求4所述的仪器，其特征在于：所述顶被液压控制。

7.根据权利要求4所述的仪器，其特征在于：所述顶被机械控制。

8.根据权利要求4所述的仪器，其特征在于：所述心轴设有顶止部，所述顶止部用于防止所述施力环向远离所述管道的方向轴向运动。

9.根据权利要求3所述的仪器，其特征在于：所述第一和第二密封包括弹性密封件。

10.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于：至少所述一个或多个通道之一设在至少所述第一和第二密封装置之一上。

11.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于：至少所述一个或多个通道之一设在所述心轴上。

12.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于：所述至少两个通道设在所述仪器上并且至少所述通道之一设在所述第一和第二密封装置上以及至少所述通道之一设在心轴上。

13.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于：所述仪器还包括用于支撑所述心轴和所述第一密封装置以及所述第二密封装置的框架。

14.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于：所述第一密封装置被永久固定于所述心轴。

15.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于：所述心轴包括法兰并且所述第一密封装置被可松开地固定于所述仪器上。

16.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于：所述管道包括弯曲部以及所述心轴包括一相对应的弯曲部，由此所述心轴通过所述管道可插入。

Images