CN102788848B - 油气管道裂纹检测器的探头机构 - Google Patents

Abstract

本发明为一种油气管道裂纹检测器的探头机构，探头机构包括信号激励与采集机构，其前后端分别通过万向旋转机构连接有弹簧连杆支撑机构和弹簧滑块支撑机构；弹簧连杆支撑机构和弹簧滑块支撑机构固定设置在裂纹检测器的骨架上；信号激励与采集机构包括一长臂形连接座体，该连接座体的前、后端上部枢接有横向设置的支撑轮，连接座体上设有铁芯，铁芯上方位于连接座体中部设有探头壳组件，该探头壳组件的前后部分别通过探头前臂和探头后臂枢接于铁芯，探头壳组件下方设有固定于铁芯的激励电路组件；探头壳组件与前后支撑轮之间分别设有磁铁，磁铁上方设有钢刷。该探头机构在通过管道焊缝时始终紧贴管道内壁，可提高检测器的检测精度和灵敏度。

Description

油气管道裂纹检测器的探头机构

技术领域

本发明是关于管道裂纹测量和管道系统无损检测技术，尤其涉及一种油气管道裂纹检测器的探头机构。

背景技术

近年来，我国油气长输管道发展迅猛，同时管线运营管理面临着严峻的挑战，因管道腐蚀、磨损、意外损伤等原因导致的管线泄漏时有发生。当前由应力腐蚀裂纹而引起的安全隐患使管道业主面临着新的挑战。特别是目前输气管道输送压力越来越高、排量越来越大，管道上存在的裂纹缺陷在达到特定条件时会迅速扩展引发爆管事故，且瞬间将管道破坏数百米甚至上千米。北美钢制天然气长输管道曾发生过裂纹扩展达十几公里的事故，国内也有管道在气压试验中发生裂纹扩展的事例。

目前，国外管道检测公司拥有的裂纹检测器主要以电磁超声换能器、常规超声裂纹检测和横向磁场等技术手段，而国内还没有有效的长输管道裂纹在线内检测技术。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种油气管道裂纹检测器的探头机构，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气管道裂纹检测器的探头机构，以提高管道裂纹检测的精度和灵敏度。

本发明的目的是这样实现的，一种油气管道裂纹检测器的探头机构，所述探头机构包括有信号激励与采集机构，所述信号激励与采集机构的前后端分别通过万向旋转机构连接有弹簧连杆支撑机构和弹簧滑块支撑机构；所述弹簧连杆支撑机构和弹簧滑块支撑机构固定设置在裂纹检测器的骨架上；所述信号激励与采集机构包括一长臂形连接座体，该连接座体的前、后端上部枢接有横向设置的支撑轮，所述连接座体上设有铁芯，铁芯上方位于连接座体中部设有探头壳组件，该探头壳组件的前后部分别通过探头前臂和探头后臂枢接于铁芯，在探头壳组件下方设有固定于铁芯的激励电路组件；在探头壳组件与前后支撑轮之间分别设有磁铁，磁铁上方设有钢刷。

在本发明的一较佳实施方式中，所述支撑轮的外形为鼓形；所述探头壳组件的顶部及钢刷的顶部沿连接座体的横向呈弧形弯曲。

在本发明的一较佳实施方式中，所述探头壳组件包括顶部呈弧形弯曲的耐磨板安装壳，该安装壳内设有检测裂纹的探头，安装壳上表面设有一开孔，该开孔处覆盖一弧形耐磨片；所述探头壳组件的纵向两侧设有耐磨板固定架，在耐磨板固定架上安装有耐磨板。

在本发明的一较佳实施方式中，所述耐磨板横截面呈梯形，耐磨板材料为陶瓷或硬质合金；所述弧形耐磨片的材料为陶瓷、钛或不锈钢。

在本发明的一较佳实施方式中，所述探头前臂为L形，探头前臂中间拐角处枢接于铁芯，探头前臂上端枢接于探头壳组件前部侧壁，下端枢接于一探头拉杆的一端，该探头拉杆另一端向后纵向穿设于铁芯上表面的一滑座，探头拉杆的该另一端设有一止挡部，在该止挡部与滑座之间的探头拉杆上套设有探头弹簧；所述探头后臂上端枢接于探头壳组件后部侧壁，探头后臂下端枢接于铁芯。

在本发明的一较佳实施方式中，所述弹簧连杆支撑机构包括一固定连接于裂纹检测器骨架的支座，一前支撑臂的中部枢接于该支座，该前支撑臂的上端连接于信号激励与采集机构前端的万向旋转机构，该前支撑臂下端枢接于一拉杆一端，该拉杆另一端向后纵向穿过支座侧壁突出部上的一穿孔，该拉杆的另一端设有螺母，在该螺母与支座突出部之间的拉杆上套设有拉杆弹簧。

在本发明的一较佳实施方式中，所述弹簧滑块支撑机构包括一纵向设置的滑杆，滑杆两端固定于裂纹检测器骨架上，滑杆上设有滑套，滑套与滑杆的前方固定端之间设有滑杆弹簧，一后支撑臂的上端连接于信号激励与采集机构后端的万向旋转机构，后支撑臂的下端枢接于所述滑套。

在本发明的一较佳实施方式中，所述万向旋转机构为十字轴旋转结构，所述十字轴旋转结构包括分别横向枢接于连接座体前、后端下部的横轴和枢接于所述横轴上的纵轴；所述弹簧连杆支撑机构连接于前端十字轴旋转结构中的纵轴上；所述弹簧滑块支撑机构连接于后端十字轴旋转结构中的纵轴上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述长臂形连接座体由纵向两侧的连接架和两个连接架之间固定夹设的座体组成；所述座体由铁芯构成。

由上所述，在本发明中所述探头壳组件具有由探头前臂和探头后臂构成的浮动支撑，可以确保管道裂纹检测器整个探头机构满足通过凹陷变形的压缩量要求，在通过管道焊缝时，能够始终紧贴管道内壁，保证检测器的检测精度和灵敏度。同时，所述信号激励与采集机构的前后端分别通过万向旋转机构连接有弹簧连杆支撑机构和弹簧滑块支撑机构；可以确保在受到外力导致探头机构必须周向旋转时，探头机构能够沿管道圆周方向左右摆动，能够使信号激励与采集机构始终紧贴管道内壁。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为安装有本发明探头机构的裂纹检测器剖视结构示意图。

图2：为本发明油气管道裂纹检测器的探头机构剖视结构示意图。

图3：为本发明油气管道裂纹检测器的探头机构立体结构示意图。

图4：为本发明中探头壳组件的剖视结构示意图(图2中的B-B视图)。

图5：为本发明中万向旋转机构的剖视结构示意图(图2中的A-A视图)。

图6：为本发明中钢刷与磁铁连接结构剖视示意图。

图7：为本发明中支撑轮外形结构示意图。

图8：为本发明中耐磨板固定架和耐磨板安装结构示意图(图4中C-C视图)。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2、图3所示，本发明提出一种油气管道裂纹检测器的探头机构100，该探头机构100安装在裂纹检测器的骨架a上，在管道裂纹检测器上可设置多个该探头机构100，分前后两排布置，且每一个探头机构有独立的信号采集探头采集裂纹数据；在油气管道裂纹检测器上该探头机构的布置数量由探头检测灵敏度、信号的覆盖长度、盲区长度及被测管径所确定；在本实施方式中，整个裂纹检测器共有16个探头机构，分前后两排，每排8个布置，保证圆周100％的信号覆盖率；每一个探头机构能独立地采集裂纹数据。所述探头机构100包括有信号激励与采集机构1，所述信号激励与采集机构1的前后端分别通过万向旋转机构4连接有弹簧连杆支撑机构2和弹簧滑块支撑机构3；所述弹簧连杆支撑机构2和弹簧滑块支撑机构3固定设置在裂纹检测器的骨架a上；如图2、图3所示，所述信号激励与采集机构1包括一长臂形连接座体11，该连接座体11的前、后端上部枢接有横向设置的支撑轮12，所述连接座体11上设有铁芯13，铁芯13上方位于连接座体11中部设有探头壳组件14，该探头壳组件14内部设有检测裂纹的探头(图中未示出)，该探头壳组件14的前后部分别通过探头前臂15和探头后臂16枢接于铁芯13，探头壳组件14通过螺栓连接在探头前臂15和探头后臂16上；探头前臂15和探头后臂16对探头壳组件14形成浮动支撑，在探头壳组件14下方设有固定于铁芯11的激励电路组件17；在探头壳组件14与前后支撑轮12之间分别设有磁铁18，磁铁18上方设有钢刷19，用螺钉直接将钢刷19与磁铁18连在铁芯13上(如图6所示)，磁铁18产生磁场，探头壳组件14前后安装的钢刷19与管壁、铁芯13形成磁回路，保证探头机构的导磁性。在进行管道裂纹检测时，激励电路组件17向探头壳组件14内的探头发出脉冲信号，在紧贴探头壳组件14的管壁内激发产生超声波；探头壳组件14内的探头接收反射信号，由此判断管道损伤情况。在本实施方式中，所述支撑轮12的外形为鼓形(如图7所示)，与所测管道内弧面相吻合；支撑轮12内部为金属基轮毂，轮毂内装有密封轴承、轴承套、轴承端盖，轮毂外浇注鼓形弹性塑料材料；所述钢刷19的顶部刷毛沿连接座体11的横向呈弧形弯曲，与所测管道内弧面相吻合，以保证探头机构的导磁性；所述探头壳组件14的顶部沿连接座体11的横向呈弧形弯曲，也与所测管道内弧面相吻合。在进行管道裂纹检测时，支撑轮12、钢刷19和探头壳组件14的顶部均与所测管道内壁接触。

由上所述，在本发明中所述探头壳组件具有由探头前臂和探头后臂构成的浮动支撑，可以确保管道裂纹检测器整个探头机构满足通过凹陷变形的压缩量要求，在通过管道焊缝时，能够始终紧贴管道内壁，保证检测器的检测精度和灵敏度。同时，所述信号激励与采集机构的前后端分别通过万向旋转机构连接有弹簧连杆支撑机构和弹簧滑块支撑机构；可以确保在受到外力导致探头机构必须周向旋转时，探头机构能够沿管道圆周方向左右摆动，能够使信号激励与采集机构始终紧贴管道内壁。

在本实施方式中，所述长臂形连接座体11可由纵向两侧的连接架111和两个连接架111之间固定夹设的座体组成；所述座体由铁芯13构成；两个连接架111用螺钉连接在铁芯13上。

进一步，如图3、图4所示，在本实施方式中，所述探头壳组件14包括顶部呈弧形弯曲的耐磨板安装壳141，该耐磨板安装壳141的横截面呈n字形，其上表面为弧面形状，该安装壳141内设有所述检测裂纹的探头，安装壳141上表面设有一矩形形状的开孔1411，该开孔1411处覆盖一弧形耐磨片142，所述弧形耐磨片142的材料为陶瓷、钛或不锈钢；所述支撑轮12的外形为鼓形，并与所测管道内弧面相吻合，能够承受磁铁对管道的吸力，从而减少弧形耐磨片142所受的正压力，提高了弧形耐磨片142的使用寿命。

所述探头壳组件14的纵向两侧设有耐磨板固定架143，耐磨板固定架143上设有耐磨板安装槽，耐磨板安装槽中设有耐磨板144；所述耐磨板安装槽和耐磨板144横截面呈梯形(上小下大)，可防止耐磨板144脱落，耐磨板安装槽和耐磨板144的长度方向与所测管道轴向方向一致(如图8所示)。所述耐磨板144的材料为陶瓷或硬质合金。

如图2所示，在本实施方式中，所述探头前臂15为L形，探头前臂15中间拐角处枢接于铁芯13，探头前臂15上端枢接于探头壳组件14前部侧壁，下端枢接于一探头拉杆151的一端，该探头拉杆151另一端向后纵向穿设于铁芯13上表面的一滑座131，探头拉杆151的该另一端设有一止挡部152，在该止挡部152与滑座131之间的探头拉杆151上套设有探头弹簧153；所述探头后臂16上端枢接于探头壳组件14后部侧壁，探头后臂16下端枢接于铁芯13。探头机构经过管段焊缝时，探头壳组件14向下移动，致使探头前臂15、探头后臂16发生转动，探头前臂15牵引探头拉杆151移动，探头拉杆151移动导致探头弹簧153压缩，从而保证探头壳组件14空间位置和变形量，通过管段焊缝后，探头弹簧153释放压缩量，探头壳组件14向上移动与管壁贴合；由此实现探头壳组件14由浮动机构进行支撑，通过探头弹簧153、探头拉杆151来保持探头壳组件14的安装位置及空间浮动量，确保管道裂纹检测器通过管道焊缝、凹痕等管道特征时能够始终紧贴管道内壁。整个探头机构沿管道径向可以有3-5mm的浮动量。

如图2、图3所示，在本实施方式中，所述弹簧连杆支撑机构2包括一固定连接于裂纹检测器骨架a的支座21(支座由螺钉与裂纹检测器骨架连接)，一前支撑臂22的中部枢接于该支座21，该前支撑臂22的上端连接于信号激励与采集机构1前端的万向旋转机构4，该前支撑臂22下端枢接于一拉杆23一端，该拉杆23另一端向后纵向穿过支座21侧壁突出部211上的一穿孔，该拉杆23的另一端设有螺母24，在该螺母24与支座突出部211之间的拉杆23上套设有拉杆弹簧25；拉杆23头部与支座突出部211端面贴合，前支撑臂22绕其中部枢轴转动时，牵引拉杆23运动，压缩拉杆弹簧25，由此实现前支撑臂22的支撑、摆动功能。

如图2、图3所示，在本实施方式中，所述弹簧滑块支撑机构3包括一纵向设置的滑杆31，滑杆31两端固定于裂纹检测器骨架a上，滑杆31上设有滑套32，滑套32与滑杆31的前方固定端之间设有滑杆弹簧33，一后支撑臂34的上端连接于信号激励与采集机构1后端的万向旋转机构4，后支撑臂34的下端枢接于所述滑套32，滑杆弹簧33支撑滑套32，保证探头机构与管壁紧密贴合；探头机构通过变形管段时，探头机构后端空间受到压缩，后支撑臂34向下摆动推动滑套32沿滑杆31滑动，滑杆弹簧33将被压缩，通过变形管段后，滑杆弹簧33将释放压缩量，在滑杆弹簧33作用力下，滑套32将被反向推动，通过后支撑臂34作用抬升探头机构后端到与管壁贴合的位置，由此，保证探头机构始终与管壁紧密贴合。滑杆31两端通过支座35与裂纹检测器骨架螺栓连接。

如图2、图3、图5所示，在本实施方式中，所述万向旋转机构4为十字轴旋转结构，所述十字轴旋转结构包括分别横向枢接于连接座体11前、后端下部的横轴41和枢接于所述横轴41上的纵轴42，横轴41可相对于连接座体11摆动，纵轴42可相对于横轴41转动；所述弹簧连杆支撑机构2的前支撑臂22的上端连接于一旋转套43上，该旋转套43套设在前端十字轴旋转结构中的纵轴42上；所述弹簧滑块支撑机构3的后支撑臂34的上端连接于另一旋转套43上，该另一旋转套43套设在后端十字轴旋转结构中的纵轴42上；所述旋转套43可相对于纵轴42摆动；由此实现万向旋转，确保探头在受到侧向外力发生形变时，探头机构能够沿管道圆周方向(轴线方向)左右摆动，不会断裂，并在外力消失后快速恢复原状，确保探头机构能够始终紧贴管道内壁。所述纵轴42一端一体成型有阶梯形止挡421，另一端固定设有挡板44，以防止旋转套43和横轴41脱落。其中，旋转段直径45mm，长86.5mm，纵轴一端直径55mm，厚10mm，起定位作用，另一端为M12螺纹，长30，使用时安装螺母，以防止旋转套脱落。旋转套外形为93mmx70mm的长方形，中心为直径为45mm的孔，旋转套厚56mm。横轴厚度为30mm，中心有直径为45mm的孔。

本发明油气管道裂纹检测器的探头机构，其前端采用弹簧连杆支撑机构进行支撑，后端采用弹簧滑块支撑机构进行支撑，保证了整个探头机构满足一定压缩量要求；探头壳组件表面的弧形耐磨片与被测管道内弧面相吻合，其浮动支撑机构保持探头壳组件的安装位置及空间浮动量，从而确保管道裂纹检测器通过管道焊缝、凹痕等管道特征时，能够始终紧贴管道内壁，保证检测器的检测精度和灵敏度。探头机构的前端弹簧连杆支撑机构与后端弹簧滑块支撑机构通过前后支撑臂与前、后十字轴旋转机构连接，确保探头在受到外力导致探头机构必须周向旋转、沿管道轴向摆动时，探头机构能够始终紧贴管道内壁。经试验，本发明油气管道裂纹检测器的探头机构达到了圆周100％的信号覆盖率，且每一个探头机构能各自独立地采集裂纹数据，运行过程中，每一个探头机构能顺利地通过变形管段，探头壳部分的浮动装置能很好地适应管道变形段，支撑轮结构抗震、抗冲击效果明显，探头所采集的信号质量好，抗干扰能力强。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种油气管道裂纹检测器的探头机构，其特征在于：所述探头机构包括有信号激励与采集机构，所述信号激励与采集机构的前后端分别通过万向旋转机构连接有弹簧连杆支撑机构和弹簧滑块支撑机构；所述弹簧连杆支撑机构和弹簧滑块支撑机构固定设置在裂纹检测器的骨架上；所述信号激励与采集机构包括一长臂形连接座体，该连接座体的前、后端上部枢接有横向设置的支撑轮，所述连接座体上设有铁芯，铁芯上方位于连接座体中部设有探头壳组件，该探头壳组件的前后部分别通过探头前臂和探头后臂枢接于铁芯，在探头壳组件下方设有固定于铁芯的激励电路组件；在探头壳组件与前后支撑轮之间分别设有磁铁，磁铁上方设有钢刷；

所述弹簧连杆支撑机构包括一固定连接于裂纹检测器骨架的支座，一前支撑臂的中部枢接于该支座，该前支撑臂的上端连接于信号激励与采集机构前端的万向旋转机构，该前支撑臂下端枢接于一拉杆一端，该拉杆另一端向后纵向穿过支座侧壁突出部上的一穿孔，该拉杆的另一端设有螺母，在该螺母与支座突出部之间的拉杆上套设有拉杆弹簧；

所述弹簧滑块支撑机构包括一纵向设置的滑杆，滑杆两端固定于裂纹检测器骨架上，滑杆上设有滑套，滑套与滑杆的前方固定端之间设有滑杆弹簧，一后支撑臂的上端连接于信号激励与采集机构后端的万向旋转机构，后支撑臂的下端枢接于所述滑套。

2.如权利要求1所述的油气管道裂纹检测器的探头机构，其特征在于：所述支撑轮的外形为鼓形；所述探头壳组件的顶部及钢刷的顶部沿连接座体的横向呈弧形弯曲。

3.如权利要求1所述的油气管道裂纹检测器的探头机构，其特征在于：所述探头壳组件包括顶部呈弧形弯曲的耐磨板安装壳，该安装壳内设有检测裂纹的探头，安装壳上表面设有一开孔，该开孔处覆盖一弧形耐磨片；所述探头壳组件的纵向两侧设有耐磨板固定架，在耐磨板固定架上安装有耐磨板。

4.如权利要求3所述的油气管道裂纹检测器的探头机构，其特征在于：所述耐磨板横截面呈梯形，耐磨板材料为陶瓷或硬质合金；所述弧形耐磨片的材料为陶瓷、钛或不锈钢。

5.如权利要求1所述的油气管道裂纹检测器的探头机构，其特征在于：所述探头前臂为L形，探头前臂中间拐角处枢接于铁芯，探头前臂上端枢接于探头壳组件前部侧壁，下端枢接于一探头拉杆的一端，该探头拉杆另一端向后纵向穿设于铁芯上表面的一滑座，探头拉杆的该另一端设有一止挡部，在该止挡部与滑座之间的探头拉杆上套设有探头弹簧；所述探头后臂上端枢接于探头壳组件后部侧壁，探头后臂下端枢接于铁芯。

6.如权利要求1所述的油气管道裂纹检测器的探头机构，其特征在于：所述万向旋转机构为十字轴旋转结构，所述十字轴旋转结构包括分别横向枢接于连接座体前、后端下部的横轴和枢接于所述横轴上的纵轴；所述弹簧连杆支撑机构连接于前端十字轴旋转结构中的纵轴上；所述弹簧滑块支撑机构连接于后端十字轴旋转结构中的纵轴上。

7.如权利要求1所述的油气管道裂纹检测器的探头机构，其特征在于：所述长臂形连接座体由纵向两侧的连接架和两个连接架之间固定夹设的座体组成；所述座体由铁芯构成。

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