CN101680592B - 内部检测组件和在待检测管内定中检测探测器的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于待检测管的内部无损测试的定中设备，包括：联接至检测探测器(104)的细长轴构件(102)；多个指状物(106、107)，其第一端能枢转地附接至附于轴构件(102)的安装表面，该多个指状物(106、107)周向地环绕轴构件(102)；以及布置在该多个指状物与轴构件之间的扩展机构，该扩展机构(118)配置成相对于轴构件(102)的纵向轴线选择性地向外扩展该多个指状物(106、107)的第二端，以便使该多个指状物(106、107)的第二端接触待检测管的内表面，从而在管内定中检测探测器(104)。

Description

内部检测组件和在待检测管内定中检测探测器的方法

技术领域

本发明主要涉及无损检测系统，特别是涉及具有定中机构的锅炉管检测探测器及其操作方法。 

背景技术

锅炉管故障是矿物燃料发电厂被迫停机的主要原因。作为各种操作条件(例如热、压力以及随时间的磨损)导致的结果，通过形成周向和轴向裂缝以及壁减薄(通过侵蚀和腐蚀)，锅炉管最终开始发生故障。当锅炉管开始泄漏时，通过漏缝逸出的蒸汽损失于锅炉环境中。除非发现并修复漏缝，漏缝可能会继续增长，直到管最终破裂，从而迫使锅炉操作装置立即将它关闭。这些故障被证明对于设备来讲相当昂贵，因此，急需早期锅炉管泄漏的检测方法。 

为此，有几种可用于结构表面的无损检测的技术，包括涡电流、磁粉和染色渗透技术。在远场涡电流检测情况下，该技术对于材料内在的材料属性变化比较敏感，从而导致会掩盖缺陷或被误释为缺陷的信号。此外，现有涡电流技术不能量化和定性发现的任何损坏。至于磁粉和染色渗透技术，两者都涉及大量的化学品，并不适于锅炉的快速检测，因为化学应用和信号解释需要时间。 

另一可用于锅炉管检测的无损技术是超声测试。在超声测试中，传感器向物体表面发送脉冲波，并接收反映缺陷的回声。耦合介质(如液体)通常用于提供传感器与其所测表面之间超声波能量的有效传输。为了用单个传感器在多角度进行检测，通常需要多通道。替代地，相控阵列超声探测器采用依次顺序脉冲的超声传感器线性或二维阵列。通过单独小波的重叠，相控阵列提供了操纵波束角度的能力。因此，波束角度可通过调整单独脉冲时序来设定。 

尽管相控阵列超声探测器有优点，工业锅炉用管在检测上仍出现了艰巨挑战，因为环绕管的空间(并由此通达管)通常非常有限。在锅炉系统中，壁损失是小直径(如1-2英寸)管材的主要问题，其中这种管的外径不可接近。因此，通常需要从这些管的内部进行检测。然而， 这种管通常也有小半径弯(如5-6英寸)，且往往锻压(锥形)并产生端部。管外形的这些限制使其难以实施有效的、全长管检测，因为现有超声探测器不能穿过其中存在的极端弯曲和锻压部。 

因此，需要提供一种用于诸如锅炉管检测的应用的改进探测器。 

发明内容

根据本文所示的方面，内部检测组件包括联接至检测探测器的细长轴构件，以及配置成相对于待检测管的内径定中检测探测器的定中机构。定中机构还包括多个第一指状物，该多个第一指状物在它们的第一端能枢转地附接至附于轴构件的一端的第一安装表面，该多个第一指状物周向地环绕轴构件；多个第二指状物，该多个第二指状物在它们的第一端能枢转地附接至附于轴构件的相反端的第二安装表面，使得检测探测器位于该多个第一和第二指状物之间，该多个第二指状物周向地环绕轴构件；以及与该多个第一和第二指状物相关联的扩展机构，该扩展机构布置在该多个第一和第二指状物与轴构件之间，扩展机构配置成相对于轴构件的纵向轴线选择性地向外扩展该多个第一和第二指状物的第二端，以便使该多个第一和第二指状物的第二端接触待检测管的内表面，从而相对于管的内径定中检测探测器。 

根据本文所示其他方面，在待检测管内定中检测探测器的方法包括致动扩展机构，该扩展机构布置在多个指状物与联接至检测探测器的细长轴构件之间；多个指状物还在它们的第一端能枢转地附接至附于轴构件的安装表面，多个指状物周向地环绕轴构件；其中，扩展机构在致动时相对于轴构件的纵向轴线向外扩展该多个指状物的第二端，以便使可旋转辊接触待检测管的内表面，从而在管内定中检测探测器。 

上述和其他特征由以下的附图和详细说明例示。 

附图说明

现在参考实施例的附图，其中，相似元件由相似编号示出： 

图1是根据本发明实施例的一种探测器定中设备的截面图； 

图2是图1探测器定中设备的另一截面图，其指状物在所示扩展位置； 

图3是根据本发明另一实施例的一种替代扩展机构的示意图；以及 

图4是一种示例性内部检测系统的示意图，其利用图1和2的探测器定中设备。 

具体实施方式

本文公开的定中机构配置成利于并保持待检测管内的探测器(如超声探测器)的精确定中，即使该管包括弯曲及锻压部分也是如此。简言之，该定中机构的特征是能枢转地附接到与探测器相关联的轴构件的安装表面的多个指状物。指状物周向地环绕轴构件，并包括布置在端部的可旋转辊。扩展机构(如可膨胀的囊状物)布置在指状物与轴构件之间，并在其响应致动信号(如空气、水、液体或电子信号)而被致动时，相对于轴构件的纵向轴线向外扩展指状物，以使可旋转辊接触待检测管的内表面，从而使检测探测器在管内定中。 

与机械旋转的超声传感器装置(如内部旋转检测系统(IRIS))相反，本发明的实施例避免了转镜超声波关于不适于通过薄壁、小直径(例如，1.5英寸或以下)的锅炉管材中通常出现的紧密、严重弯曲的缺点。而且，本发明的定中机构实施例还兼容操纵波束形状、角度和聚焦深度的电子旋转的环形相控阵列传感器。 

首先参考图1和2，其显出根据本发明的示例性实施例的探测器定中设备100的截面图。开始应理解的是，本文所示图的比例并不是必要的，并且打算根据待检测管的尺度和形状来考虑修改各个元件的尺寸。定中设备100包括联接至检测探测器104(如超声相控传感器)的细长轴构件102。多个第一指状物106在其第一端能枢转地附接至附于轴构件102的一端110的安装表面108，而多个第二指状物107在其第一端能枢转地附接至附于轴构件102的相反端112的相应安装表面108，使得检测探测器104位于该多个第一指状物106和多个第二指状物107之间。 

多个第一指状物106和多个第二指状物107都周向地环绕轴构件102。在示例性实施例中，每组或多个指状物106、107中可有8个单独的指状物，但也可采用更多或更少的数量。此外，每个指状物106、107具有布置在其第二端的可旋转辊114。如此配置，使得该多个第一指状物106的第二端(辊)和该多个第二指状物107的第二端(辊)相互 面对。在一个示例性实施例中，处于图1中的停用状态，该多个第一和第二指状物的第二端之间的距离可为待检测管116的内径的约1.5倍。 

从图1和2中还可看出，扩展机构118布置在多个第一和第二指状物106、107与轴构件102之间。一旦被选择性地致动(图2)，扩展机构118配置成相对于轴构件102的纵向轴线120向外扩展该多个第一和第二指状物106、107的第二端，以便使可旋转辊114接触待检测管的内表面122，从而相对于管116的内径定中检测探测器104。在该示例性实施例中，扩展机构118包括可膨胀的囊状物或轮胎，其中，扩展机构的内部增压室124通过应用经供应管126送入的加压流体(如空气、气体、液体等)而膨胀，特别如图2所示。在该例中，供应管126可包含在联接至轴构件102的柔性缆线128内。尽管未在图1和2中详细地描绘，但是柔性缆线128也可用来容纳传感器104的电线，以及传送用于传感器104和管116之间的超声信号的超声耦合介质(例如水)的其他管材。如下文所述，也可采用其他扩展机构来向外导向指状物106、107，使得辊114接触管116的内表面122。 

如图1所示，一旦扩展机构118处于停用状态，偏置机构130就朝着轴构件102的纵向轴线120向内偏置该多个指状物106、107的第二端。在所示实施方式中，偏置机构130包括绕在该多个第一和第二指状物106、107周围的弹性环132，弹性环132位于限定在指状物106、107中的相应凹槽134内。弹性环132可包括例如弹性带、橡皮筋、O型圈等结构。 

仍然参考图1和2，轴构件102还设有相对的半透膜136组，以限定腔138。当设备100在超声检测期间沿管116的长度移动，腔138装有超声耦合介质(例如水)。半透膜136以允许介质微量泄漏的方式包围耦合介质，以便在测试时促进无紊流和无气泡条件。在示例性实施例中，半透膜136包括一对刷式密封件。耦合介质可经形成在一对耦合剂输送环142中的多个端口140而被引入腔138。 

现在参考图3，其示出了扩展机构150替代实施例的示意图，它可与定中设备的指状物106、107结合使用。如图所示，致动器152包括滑动接合(例如给定指状物106、107的)辊114的倾斜或坡度表面154。致动器152配置为沿基本平行于图1和2中的轴构件102的纵向轴线120的方向行进，并例如可被螺线管致动。因此，通过致动螺线管156，致动 器152被向内拉至缩回位置，这导致辊114沿倾斜表面154升起，从而枢转指状物106、107并向外移动辊114。相反，通过停用螺线管156，螺线管156内的内部偏置机构(例如弹簧)引起致动器152回到其原来的扩展位置。指状物偏置机构(例如环132)随后引起指状物106、107返回停用状态。 

现在参考图4，其示出了示例性内部检测系统160的示意图，其利用图1和2的探测器定中设备100。控制器162经缆线164信号连通探测器104，并信号连通探测器定中设备100的扩展机构118。缆线164可为能承载电线和管材的多用途缆线，例如为了发射和接收来自探测器104和定中设备的信号。缆线164可为与联接至轴构件102的柔性缆线128相同的缆线，或可为分开的缆线。扩展机构118由控制器102提供的外部控制信号166来致动。如上所述，控制信号166可为空气、水、液体或电信号。 

如此配置，使得上述探测器定中设备实施例为特征是弯部和锻压部的薄锅炉管材的内部检测提供了灵活的检测工具。特别是，该定中设备兼容于使用相控阵列环形传感器的相控超声测试，而不用使用诸如电机或镜子的旋转部件就能电旋转。通过向外扩展定中机构的指状物，在指状物端部的辊接触待检测管的内壁，从而在管内径里精确定中探测器来传输并反射超声波束。 

虽然已参照各实施例说明本发明，但本领域技术人员会认识到可进行各种变化，并用等同物替代各个元件，而不背离本发明的范围。此外，可根据本发明教导进行许多修改，以适应特别情况和材料，而不背离本发明的主要范围。因此意味着，本发明不受作为考虑执行本发明的最佳模式而公开的特定实施方式的限制，但本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。 

Claims (28)

1.一种内部检测组件，包括：

联接至检测探测器的细长轴构件；以及

配置成相对于待检测管的内径定中所述检测探测器的定中机构，该定中机构进一步包括：

多个第一指状物，该多个第一指状物在它们的第一端能枢转地附接至第一安装表面，该第一安装表面附于所述轴构件的一端，该多个第一指状物周向地环绕所述轴构件；

多个第二指状物，该多个第二指状物在它们的第一端能枢转地附接至第二安装表面，该第二安装表面附于所述轴构件的相反端，使得所述检测探测器布置在所述多个第一指状物和所述多个第二指状物之间，所述多个第二指状物周向地环绕所述轴构件；以及

扩展机构，该扩展机构与所述多个第一指状物和所述多个第二指状物相关联，该扩展机构布置在所述多个第一和第二指状物与所述轴构件之间，该扩展机构配置成相对于所述轴构件的纵向轴线选择性地向外扩展所述多个第一和第二指状物的第二端，以便使所述多个第一和第二指状物的第二端接触所述待检测管的内表面，从而相对于所述管的内径定中所述检测探测器。

2.如权利要求1所述的内部检测组件，其中：所述扩展机构包括可膨胀的囊状物。

3.如权利要求1所述的内部检测组件，还包括布置在所述多个第一和第二指状物的第二端上的可旋转辊，该可旋转辊配置成在所述扩展装置致动时接触所述待检测管的内表面。

4.如权利要求1所述的内部检测组件，还包括偏置机构，该偏置机构配置成只要所述扩展机构停用就朝着所述轴构件的纵向轴线向内偏置所述多个第一和第二指状物的第二端。

5.如权利要求4所述的内部检测组件，其中：所述偏置机构包括绕在所述多个第一和第二指状物周围的弹性环。

6.如权利要求5所述的内部检测组件，其中：所述弹性环位于形成在所述多个第一和第二指状物中的多个凹槽内。

7.如权利要求1所述的内部检测组件，其中：所述多个第一指状物的第二端和所述多个第二指状物的第二端相互面对。

8.如权利要求7所述的内部检测组件，其中：当扩展机构处于停用状态时，所述多个第一指状物的第二端与所述多个第二指状物的第二端之间的距离为所述待检测管的内径的1.5倍。

9.如权利要求1所述的内部检测组件，其中：所述检测探测器包括超声相控阵列传感器。

10.如权利要求9所述的内部检测组件，其中：该超声相控阵列传感器为环形。

11.如权利要求1所述的内部检测组件，还包括一对半透膜，该对半透膜布置在所述轴构件的周围，位于所述检测探测器的相对侧上，以便限定内部包含超声耦合介质的腔。

12.如权利要求11所述的内部检测组件，其中：所述半透膜包括一对刷式密封件。

13.如权利要求1所述的内部检测组件，其中：所述扩展机构包括螺线管操作的致动器，该致动器具有滑动接触相应的指状物的倾斜表面。

14.如权利要求1所述的内部检测组件，其中：所述扩展机构由施加给它的外部供应的控制信号致动。

15.如权利要求14所述的内部检测组件，其中：所述控制信号包括空气、液体或电信号之一。

16.如权利要求15所述的内部检测组件，其中：所述液体为水。

17.一种在待检测管内定中检测探测器的方法，该方法包括：

致动扩展机构，该扩展机构布置在多个指状物与联接至检测探测器的细长轴构件之间；

所述多个指状物还在其第一端能枢转地附接至附于所述轴构件的安装表面，所述多个指状物周向地环围所述轴构件；

其中，所述扩展机构在致动时就会相对于所述轴构件的纵向轴线向外扩展所述多个指状物的第二端，以便使可旋转辊接触所述待检测管的内表面，从而在所述管内定中所述检测探测器。

18.如权利要求17所述的方法，其中：所述扩展机构包括可膨胀的囊状物。

19.如权利要求17所述的方法，其中：可旋转辊布置在所述多个指状物的第二端，每个可旋转辊配置成在扩展装置致动时接触所述待检测管的内表面。

20.如权利要求17所述的方法，其中：在所述扩展机构停用时，偏置机构朝着所述轴构件的纵向轴线向内偏置所述多个指状物的第二端。

21.如权利要求17所述的方法，其中：所述偏置机构包括绕在所述多个指状物的周围的弹性环。

22.如权利要求21所述的方法，其中：所述弹性环位于形成在所述多个指状物中的多个凹槽内。

23.如权利要求17所述的方法，其中：所述检测探测器包括超声相控阵列传感器。

24.如权利要求23所述的方法，其中：所述超声相控阵列传感器为环形。

25.如权利要求17所述的方法，其中：所述扩展机构包括螺线管操作的致动器，该致动器具有滑动接触相应的指状物的倾斜表面。

26.如权利要求17所述的方法，还包括通过将外部的控制信号供应给所述扩展机构来致动该扩展机构。

27.如权利要求26所述的方法，其中：所述控制信号包括空气、液体或电信号之一。

28.如权利要求27所述的方法，其中：所述液体为水。

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