CN102135221B - 一种基于探针检测的管道检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于探针检测的管道检测机器人，属于管道泄漏检测技术领域，包括机身、压力平衡收缩气囊、转接口、软管、蓄电池、行走机构、橡皮碗，该管道检测机器人通过漏点检测装置的探头来检查管道内壁的漏点，通过里程轮记录漏点检测装置动作时的位移，通过压力平衡收缩气囊平衡漏点检测装置的内外压力差；本发明的管道检测机器人无需动力、结构简单、实用性强，可以广泛应用于石油、天然气管道的检测。

Description

一种基于探针检测的管道检测机器人

技术领域

本发明属于管道泄漏检测技术领域，特别涉及一种基于探针检测的管道检测机器人。

背景技术

众所周知，石油或天然气的主要输送手段是管道输送，随着管道运输业的发展极其迅速，管线越来越多，运输的距离也越来越远。

随着使用时间的不断增加，管壁必然会产生各种原因引起的缺陷，如人为作用导致管道产生泄漏点；如外力作用导致管道产生裂缝；如产生电化学反应时管道腐蚀导致泄漏。此类缺陷可能极其微小或者长期存在而使得一般的检测系统不易发现。而管道内输送的流体具有危险性和污染性，比如石油、天然气，一旦发生泄漏事故将会造成巨大的生命及财产损失和环境污染。特别是在我国，油气管网已有相当一部分步入衰老期，并且近十余年来又遭到前所未有的人为破坏，因此由泄漏事故而造成的损失十分巨大，从而严重地影响了管道运输业的发展。因此，定期对管道进行检查，从而有效地掌握管道的实际情况具有十分重要的意义。

目前来说，在管道泄漏检测领域检测管道泄漏的方法很多，可分为管道外部检测和管道内部检测，管道内部检测因为管道内部环境的特殊性，如信号屏蔽、长距离管线和管道埋于地下等，使得对管道内检有其独特的要求，目前管道内检的方法有很多，如管道漏磁检测，超声波检测等。但是，由于管道内环境的特殊性，此类方法信号容易受到干扰，稳定性，不强，需要供给动力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线式、无需动力、稳定性强，利用探针来检查与定位管道微小漏点和内壁损伤的管道检测机器人。

本发明的基于探针检测的管道检测机器人包括机身、压力平衡收缩气囊、转接口、软管、蓄电池、行走机构、橡皮碗。

所述机身包括机身架、漏点检测装置；

所述机身架的两端各自分别安装有至少二个行走机构；

所述橡皮碗固定在行走机构的一端；

所述压力平衡收缩气囊置在机身的内部；

所述压力平衡收缩气囊依次通过转接口、软管与漏点检测装置相连接；

所述蓄电池置在压力平衡收缩气囊的内部。

所述压力平衡收缩气囊有圆柱形气囊口；

所述转接口上部为一个圆形主端口，下部有若干个圆形分端口；

所述转接口上部的主端口与压力平衡收缩气囊的气囊口之间螺纹连接。

所述行走机构包括固定杆、里程轮、横杆、前活动连接杆、后活动连接杆和调节弹簧；

所述横杆的两端分别通过轴接的方式各连接有一个里程轮，前活动连接杆的一端与固定杆滑动连接，该前活动连接杆的一端固定有滑块套筒，该滑块套筒套在固定杆上，后活动连接杆的一端通过轴接的方式与固定杆相连接，且前、后活动连接杆的中间连接有调节弹簧，前、后活动连接杆各自的另一端与横杆的中点三者通过轴接的方式连接在一起；

所述固定杆的一端固定在机身架的端面上，且固定杆与机身架的中轴线平行。

所述机身架为圆柱形的框架结构；

所述漏点检测装置在机身架外围以螺旋分布的方式固定在圆柱形的机身架上。

所述漏点检测装置包括外壳、探针、电磁铁、继电器、压力弹簧、电池、导线、绝缘胶垫；

所述外壳包括上盖和壳体，上盖和壳体之间通过卡接的方式相连接，且上盖和壳体之间密封；

所述上盖开有气孔，该气孔边沿有向外的圆形凸沿，该凸沿通过软管与转接口的一个分端口相连接，所述凸沿与软管之间密封，所述软管与分端口与之间螺纹连接；

所述壳体的底面开有探针孔，该壳体的底面有以探针孔中心为圆心的圆环形卡槽；

所述探针包括探针体、弹性橡胶张力碗、铁质金属片；

所述探针体为铁质金属，其前端为探头，探头装有原子滚珠，原子滚珠用于减少探头对管道内壁的摩擦，探针体的后端有燕尾形的帽；

所述弹性橡胶张力碗为上端封闭、底端开敞、内部中空的倒扣碗状形状，且其底端边沿有一圈向外的环形凸沿，该弹性橡胶张力碗的上端下部开有燕尾槽，且其上端的外圆面上开有一圈凹槽；所述探针体后端燕尾形的帽卡入弹性橡胶张力碗的上端下部的燕尾槽内；

所述铁质金属片的中心有圆孔，弹性橡胶张力碗的上端的外圆面上的凹槽卡入铁质金属片中心的圆孔中；

所述探针置在外壳内的下部，且探针体的探头从壳体下端的探针孔伸出，并使弹性橡胶张力碗的底端环形凸沿卡入壳体底面上的环形卡槽中，且该环形凸沿与环形卡槽之间垫有密封胶垫；

所述继电器置在外壳内的上部；

所述电磁铁置在探针和继电器之间；

所述继电器与外壳的上盖之间以及与电磁铁之间均垫有绝缘胶垫；

所述压力弹簧有两个，分别立在探针的两侧，并固定在壳体的底面上，一个弹簧通过导线与继电器的输入的一端相连接，另一个弹簧依次通过导线、电池、导线与继电器的输入的另一端相连接；

所述继电器输出的一端与电磁铁输入的一端相连接，该电磁铁输入的另一端通过导线与压力平衡收缩气囊内的蓄电池的正极相连接，该导线依次穿过上盖的气孔、软管、转接口进入到机身架内的压力平衡收缩气囊内部；

所述继电器输出的另一端依次通过导线、电阻与压力平衡收缩气囊内的蓄电池的负极相连接，该导线依次穿过外壳上盖的气孔、软管、转接口进入到机身架内的压力平衡收缩气囊内部，且电阻与导线的连接端还通过另一导线与里程轮的输入端相连接。

本发明的基于探针检测的管道检测机器人的有益效果为：1、采用管道内流体流动作为动力，无需额外动力；漏点检测装置呈螺旋式分布，能够最大限度地检测管道内部的任意位置的泄漏点；采用弹性橡胶张力碗隔绝管道液体与使漏点检测装置内部，同时能有效地使探针接触管道壁；行走机构各组成部分之间活动连接，使机器人能够自动针对管道内的实际情况来进行自动调节；通过行走机构的调节弹簧与连接杆的前后移动来适应其不同的管径。

附图说明

图1是本发明的管道检测机器人的整体结构示意图；

图2是转接口的结构示意图；

图3是漏点检测装置的结构示意图；

图4是探针的结构示意图；

图5是本发明的管道检测机器人的控制原理图；

图6是本发明的管道检测机器人的工作流程图；

图中1、机身架  2、漏点检测装置  3、压力平衡收缩气囊  4、蓄电池  5、橡皮碗；6、固定杆  7、里程轮  8、横杆  9、前活动连接杆  10、后活动连接杆  11、调节弹簧  12、主端口  13、分端口；

21、壳体  22、探针  23、电磁铁  24、继电器  25、压力弹簧  26、电池  27、导线  28、绝缘垫  29、上盖；

31气孔  32、探针孔  33、探针体  34、原子滚珠  35、弹性橡胶张力碗  36、铁质金属片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的基于探针检测的管道检测机器人做进一步详细描述。

本发明的基于探针检测的管道检测机器人包括机身、压力平衡收缩气囊3、转接口、软管、蓄电池4、行走机构、橡皮碗5。

所述机身包括机身架1、漏点检测装置2；

所述机身架1的两端各自分别安装有至少二个行走机构；

所述橡皮碗5固定在行走机构的一端；

所述压力平衡收缩气囊3置在机身的内部；

所述压力平衡收缩气囊3依次通过转接口、软管与漏点检测装置2相连接；

所述蓄电池4置在压力平衡收缩气囊3的内部。

所述压力平衡收缩气囊3有圆柱形气囊口；

所述转接口上部为一个圆形主端口12，下部有若干个圆形分端口13，如图2所示；

所述转接口上部的主端口12与压力平衡收缩气囊3的气囊口之间螺纹连接。

所述行走机构包括固定杆6、里程轮7、横杆8、前活动连接杆9、后活动连接杆10和调节弹簧11；

所述横杆8的两端分别通过轴接的方式各连接有一个里程轮7，前活动连接杆9的一端与固定杆6滑动连接，该前活动连接杆9的一端固定有滑块套筒，该滑块套筒套在固定杆6上，后活动连接杆10的一端通过轴接的方式与固定杆6相连接，且前、后活动连接杆的中间连接有调节弹簧11，前、后活动连接杆9、10各自的另一端与横杆8的中点三者通过轴接的方式连接在一起；

所述固定杆6的一端固定在机身架1的端面上，且固定杆6与机身架1的中轴线平行。

所述机身架1为圆柱形的框架结构；

所述漏点检测装置2在机身架1外围以螺旋分布的方式固定在圆柱形的机身架1上，如图1所示。

所述漏点检测装置2包括外壳、探针22、电磁铁23、继电器24、压力弹簧25、电池26、导线27、绝缘胶垫28，如图3所示；

所述外壳包括上盖29和壳体21，上盖29和壳体21之间通过卡接的方式相连接，且上盖29和壳体21之间密封；

所述上盖29开有气孔31，该气孔31边沿有向外的圆形凸沿，该凸沿通过软管与转接口的一个分端口13相连接，所述凸沿与软管之间密封，所述软管与分端口13与之间螺纹连接；

所述壳体21的底面开有探针孔32，该壳体21的底面有以探针孔32中心为圆心的圆环形卡槽；

所述探针22包括探针体33、弹性橡胶张力碗35、铁质金属片36，如图4所示；

所述探针体33为铁质金属，其前端为探头，探头装有原子滚珠34，原子滚珠34用于减少探头对管道内壁的摩擦，探针体33的后端有燕尾形的帽；

所述弹性橡胶张力碗35为上端封闭、底端开敞、内部中空的倒扣碗状形状，且其底端边沿有一圈向外和环形凸沿，该弹性橡胶张力碗35的上端下部开有燕尾槽，且其上端的外圆面上开有一圈凹槽；所述探针体33后端燕尾形的帽卡入弹性橡胶张力碗35的上端下部的燕尾槽内

所述铁质金属片36的中心有圆孔，弹性橡胶张力碗33的上端的外圆面上的凹槽卡入铁质金属片36中心的圆孔中；

所述探针22置在外壳内的下部，且探针体33的探头从壳体21下端的探针孔32伸出，并使弹性橡胶张力碗35的底端环形凸沿卡入壳体21底面上的环形卡槽中，且该环形凸沿与环形卡槽之间垫有密封胶垫；

所述继电器24置在外壳内的上部；

所述电磁铁23置在探针22和继电器24之间；

所述继电器24与外壳的上盖29之间以及与电磁铁23之间均垫有绝缘胶垫28；

所述压力弹簧25有两个，分别立在探针22的两侧，并固定在壳体21的底面上，一个弹簧通过导线27与继电器24的输入的一端相连接，另一个弹簧依次通过导线、电池26、导线与继电器24的输入的另一端相连接；

所述继电器24输出的一端与电磁铁23输入的一端相连接，该电磁铁23输入的另一端通过导线与压力平衡收缩气囊3内的蓄电池4的正极相连接，该导线依次穿过上盖29的气孔31、软管、转接口进入到机身架1内的压力平衡收缩气囊内部；

所述继电器24输出的另一端依次通过导线、电阻R1与压力平衡收缩气囊3内的蓄电池4的负极相连接，该导线依次穿过外壳上盖29的气孔31、软管、转接口进入到机身架1内的压力平衡收缩气囊3内部，且电阻R1与导线的连接端OUT还通过另一导线与里程轮7的输入端相连接。

本发明所用的里程轮的型号为：ROCES BC906

本发明的工作过程如图6所示，具体如下：

1、将本发明的机器人放入石油管道内，利用管道内流体的流动推动橡胶碗5使机器人向前移动，利用弹性橡胶张力碗35的张力使探针22的探头紧贴管道内壁，通过压力平衡收缩气囊3来平衡漏点检测装置7内部与管道内的压力，由于弹性橡胶张力碗35的张力的作用，使探针22前端的探头顶在管道内壁上；对于不同的管径，本发明的机器人通过行走机构的调节弹簧11与前、后活动连接杆9、10的运动来适应。

2、当管道内有漏点出现时，机器人某个漏点检测装置2的探针22能经过该漏点，此时在弹性橡胶张力碗35的张力和管道漏点压力差的共同作用下，探针22的探头会伸进漏点，而探针体33向外移动会带动铁质金属片36一起向外移动，当探头插入漏点一定深度时，铁质金属片36会与固定在壳体21底边上的两个压力弹簧25相连接，铁质金属片36作为导体，形成回路使继电器24的控制端(KA线圈)接通，从而使继电器24的输出端(KA触点)接通，再而使电磁铁23(YA线圈)通电产生磁性，此时产生磁性的电磁铁23会吸引探针22的铁质金属片36向里移动，从而带动铁质金属片23与压力弹簧断开、带动探头从漏点内拔出，从而使继电器24的控制端(KA线圈)断电，从而使继电器24的输出端(KA触点)断开，再而使电磁铁23(YA线圈)断电磁性消失，探针回位到初始状态，机身继续前进。

在初始状态，电阻R1与继电器输出连接的一端为低电平。在上述工作过程中，继电器24的输出端接通使电磁铁23通电产生磁性的同时，如图5所示，在电阻R1与继电器输出连接的一端会产生一定的电压(即高电平)；而在继电器24的控制端断电使电磁铁23断电的同时，在电阻R1与继电器输出连接的一端会恢复到初始状态(即低电平)，上述的工作过程会在里程轮7的输入端上产生一个脉冲，该脉冲会触发里程轮7记录下此刻的位置。

3、继续重复上述2过程，通过里程轮7的记录可以确定漏点数目或腐蚀和腐蚀面积。

在上述检测的过程中，可以在管道外部分段设置内检装置定位系统，用以校对管道机器人里程轮的定位误差。

Claims (2)

1.一种基于探针检测的管道检测机器人，包括机身、蓄电池(4)，其特征在于：该机器人还包括压力平衡收缩气囊(3)、转接口、软管、行走机构、橡皮碗(5)；

所述机身包括机身架(1)、漏点检测装置(2)；

所述机身架(1)的两端各自分别安装有至少二个行走机构；

所述橡皮碗(5)固定在行走机构的一端；

所述压力平衡收缩气囊(3)置在机身的内部；

所述压力平衡收缩气囊(3)依次通过转接口、软管与漏点检测装置(2)相连接；

所述蓄电池(4)置在压力平衡收缩气囊(3)的内部；

所述行走机构包括固定杆(6)、里程轮(7)、横杆(8)、前活动连接杆(9)、后活动连接杆(10)和调节弹簧(11)；

所述横杆(8)的两端分别通过轴接的方式各连接有一个里程轮(7)，前活动连接杆(9)的一端与固定杆(6)滑动连接，该前活动连接杆(9)的一端固定有滑块套筒，该滑块套筒套在固定杆(6)上，后活动连接杆(10)的一端通过轴接的方式与固定杆(6)相连接，且前、后活动连接杆的中间连接有调节弹簧(11)，前、后活动连接杆(9、10)各自的另一端与横杆(8)的中点三者通过轴接的方式连接在一起；

所述固定杆(6)的一端固定在机身架(1)的端面上，且固定杆(6)与机身架(1)的中轴线平行；

所述漏点检测装置(2)包括外壳、探针(22)、电磁铁(23)、继电器(24)、压力弹簧(25)、电池(26)、导线(27)、绝缘胶垫(28)；

所述外壳包括上盖(29)和壳体(21)，上盖(29)和壳体(21)之间通过卡接的方式相连接，且上盖(29)和壳体(21)之间密封；

所述上盖(29)开有气孔(31)，该气孔(31)边沿有向外的圆形凸沿，该凸沿通过软管与转接口的一个分端口(13)相连接，所述凸沿与软管之间密封，所述软管与分端口(13)之间螺纹连接；

所述壳体(21)的底面开有探针孔(32)，该壳体(21)的底面有以探针孔(32)中心为圆心的圆环形卡槽；

所述探针(22)包括探针体(33)、弹性橡胶张力碗(35)、铁质金属片(36)；

所述探针体(33)为铁质金属，其前端为探头，探头装有原子滚珠(34)，原子滚珠(34)用于减少探头对管道内壁的摩擦，探针体(33)的后端有燕尾形的帽；

所述弹性橡胶张力碗(35)为上端封闭、底端开敞、内部中空的倒扣碗状形状，且其底端边沿有一圈向外的环形凸沿，该弹性橡胶张力碗(35)的上端下部开有燕尾槽，且其上端的外圆面上开有一圈凹槽；所述探针体(33)后端燕尾形的帽卡入弹性橡胶张力碗(35)的上端下部的燕尾槽内；

所述铁质金属片(36)的中心有圆孔，弹性橡胶张力碗(33)的上端的外圆面上的凹槽卡入铁质金属片(36)中心的圆孔中；

所述探针(22)置在外壳内的下部，且探针体(33)的探头从壳体(21)下端的探针孔(32)伸出，并使弹性橡胶张力碗(35)的底端环形凸沿卡入壳体(21)底面上的环形卡槽中，且该环形凸沿与环形卡槽之间垫有密封胶垫；

所述继电器(24)置在外壳内的上部；

所述电磁铁(23)置在探针(22)和继电器(24)之间；

所述继电器(24)与外壳的上盖(29)之间以及与电磁铁(23)之间均垫有绝缘胶垫(28)；

所述压力弹簧(25)有两个，分别立在探针(22)的两侧，并固定在壳体(21)的底面上，一个弹簧通过导线(27)与继电器(24)的输入的一端相连接，另一个弹簧依次通过导线、电池(26)、导线与继电器(24)的输入的另一端相连接；

所述继电器(24)输出的一端与电磁铁(23)输入的一端相连接，该电磁铁(23)输入的另一端通过导线与压力平衡收缩气囊(3)内的蓄电池(4)的正极相连接，该导线依次穿过上盖(29)的气孔(31)、软管、转接口进入到机身架(1)内的压力平衡收缩气囊内部；所述继电器(24)输出的另一端依次通过导线、电阻(R1)与压力平衡收缩气囊(3)内的蓄电池(4)的负极相连接，该导线依次穿过外壳上盖(29)的气孔(31)、软管、转接口进入到机身架(1)内的压力平衡收缩气囊(3)内部，且电阻(R1)与导线的连接端(OUT)还通过另一导线与里程轮(7)的输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的管道检测机器人，其特征是：所述压力平衡收缩气囊(3)有圆柱形气囊口；

所述转接口上部为一个圆形主端口(12)，下部有若干个圆形分端口(13)；

所述转接口上部的主端口(12)与压力平衡收缩气囊(3)的气囊口之间螺纹连接。

3根据权利要求1所述的管道检测机器人，其特征是：所述机身架(1)为圆柱形的框架结构；

所述漏点检测装置(2)在机身架(1)外围以螺旋分布的方式固定在圆柱形的机身架(1)上。

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