CN103278114B - 一种超声波管壁测厚装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波管壁测厚装置。包括超声探头、反射镜、固定轴、定子、转子和转子外壳，所述固定轴置于转子外壳内侧的中心，定子同心的连接在固定轴上，转子同心的连接在转子外壳内侧壁上，超声探头连接在固定轴上，反射镜连接在转子外壳上，并设使得反射镜面与超声波传播方向呈一锐角。本发明将定子连接在固定轴上，轴不转动、转子做在外壳上，绕固定轴转动，通电后转子均匀稳定的转动，并带动反射镜转动，反射镜将探头发出的超声波垂直反射至管壁的内圆周面上；在水下时，装置内的水经周向设置的孔被离心甩出，加快轴向水流对反射镜面的冲击，对镜面形成自动清洁，因而增加了反射镜面的光洁度，使超声波不会散射，因而提高了检测精度。

Description

一种超声波管壁测厚装置

技术领域

本发明涉及超声波技术，尤其涉及一种超声波管壁测厚装置。

背景技术

目前用超声波测量管壁厚度的测试装置，基本是如图5所示的结构。将多个探头沿圆周方向上分布，每个探头对应一定区域的管壁，以此对整个管壁厚度进行检测，检测覆盖率取决于圆周方向上分布探头数量。此种检测结构需多个探头，由此需要配置多通道的检测仪器，既增大设备的体积，又增加制造成本。

目前还有一种检测水下管壁厚度的超声波测试装置，利用水力作为涡轮旋转的动力，带动一反射镜转动，该反射镜将超声波反射到管壁，进行管壁厚度的探测，参见图6。此种测试装置存在这样的缺陷：反射镜转动速度受水流影响，造成速度不稳定；同时因为用水流作为涡轮旋转的动力，轴向流动的水与反射镜表面撞击，会造成紊流和微小气泡，使超声波波速严重散射，引起噪声增加，检测灵敏度下降，此结构装置仅适用于直径小于10厘米的热交换器、冷凝器等小管径管道测试，另外利用水力为涡轮动力，决定了此装置只能在一个方向运动时进行测试。

发明内容

本发明的目的在于在于克服上述现有技术之不足，提出一种结构紧凑、制作成本低、检测灵敏度高的一种超声波管壁测厚装置。

上述目的通过以下技术方案予以实现。

所述管壁测厚装置，置于待测管道中，包括超声探头、反射镜、固定轴、定子、转子和转子外壳，所述固定轴置于转子外壳内侧的中心，所述定子同心的连接在固定轴上，所述转子同心的连接在转子外壳内侧壁上，所述超声探头连接在固定轴上，所述反射镜连接在转子外壳上，并设使得反射镜面与超声波传播方向呈一锐角。

所述管壁测厚装置的进一步设计在于，所述反射镜面与超声波传播方向呈45°角。

所述管壁测厚装置的进一步设计在于，所述转子为磁钢，所述定子为线圈绕组。

所述管壁测厚装置的进一步设计在于，所述固定轴通过轴承支承于转子外壳内侧的中心，该轴承的内圈与固定轴连接，外圈与转子外壳连接。

所述管壁测厚装置的进一步设计在于，所述轴承为一对圆锥滚子推力轴承，该轴承对称置于所述固定轴上。

所述管壁测厚装置的进一步设计在于，所述固定轴包括芯轴、定位圈和螺母；所述芯轴一端为中空的套筒，该套筒上设有螺纹且一端设有台阶面；所述超声探头置于套筒的中空部；所述轴承紧配在套筒上，并以所述台阶面对轴承的内圈一端进行轴向定位，所述定位圈穿套在套筒上，对轴承的内圈的另一端进行定位，至少一螺母旋接于套筒的所述螺纹上对定位圈进行轴向固定。

所述管壁测厚装置的进一步设计在于，所述转子外壳包括壳体和定位套筒；所述壳体的内侧壁的一端及中部分别设有第一、第二台阶面；所述磁钢连接在壳体内侧壁一端并以第一台阶面进行轴向定位；所述定位套筒一端插入壳体内，插入端对所述轴承的外圈一端进行轴向定位，定位套筒另一端设有法兰边，通过该法兰边与壳体端部连接；所述第二台阶面对轴承外圈另一端进行轴向定位。

所述管壁测厚装置的进一步设计在于，所述壳体和定位套筒圆周方向的同一径向位置设有数个连通的出水孔。

所述管壁测厚装置的进一步设计在于，所述反射镜连接在定位套筒设有法兰边的一端。

所述管壁测厚装置的进一步设计在于，所述超声管壁测厚装置还包括一缓冲块，该缓冲块连接在所述反射镜的端部。

所述管壁测厚装置的进一步设计在于，所述缓冲块通过缓冲块连接机构连接与所述反射镜连接；所述缓冲块连接机构包括连接座、连接轴、螺母和推力轴承，所述连接座为设有底端面的环套，所述推力轴承置于所述连接轴上并处于所述底端面两侧或一侧，螺母旋接在连接轴的一端，推力轴承以连接轴上的一台阶面和螺母一端面进行轴向定位；所述缓冲块连接在连接轴的对应轴端；缓冲块连接机构通过连接座连接在反射镜的端部。

本发明将定子连接在固定轴上，轴不转动、转子做在外壳上，外壳绕固定轴转动，通电后转子能带动反射镜均匀稳定的转动；反射镜将探头发出的超声波垂直且均匀的反射至管壁的园周上，对管壁厚度进行均匀的检测；本发明装置在水下时，其内的水经周向设置的孔被离心甩出，自下而上的轴向水流流经反射镜，对其形成自动清洁，因而增加了反射镜在检测中的表面洁净度，保证系统的检测可靠性，检测精度高，有效保证了系统的测试灵敏度；同时还设置了缓存块及对应连接机构，能有效地减小可能发生的冲击，保护检测装置；连接缓存块的连接机构能承受转动机构在运行中的轴向推力，保持缓冲块的轴向位置，并减小旋转部分的转动阻力；此外本发明装置结构紧凑，成本低。

附图说明

图1是本发明超声波管壁测厚装置一实施例的结构示意图。

图2是固定轴支承于转子外壳中心的一种结构示意图。

图3是固定轴支承于转子外壳中心的另一种结构示意图。

图4是本发明超声波管壁测厚装置另一实施例的结构示意图。

图5是现有的超声波管壁测厚装置结构示意图。

图6是现有的一种水下超声波管壁测厚装置的结构示意图。

图中，1固定轴，11芯轴，11a台阶面，12定位圈，13螺母，2转子，3定子，4转子外壳，41壳体，42定位套筒，5圆锥滚子，6超声探头，7反射镜，8缓冲块连接机构，81连接座，82推力轴承，连接轴、84螺母，83a台阶面，100定位块，101槽，102滚珠，200管道。

具体实施方式

对照图1，本发明超声波管壁测厚装置放置于待测管道中，主要由超声探头6、反射镜7、固定轴1、定子3、转子2和转子外壳4组成，固定轴1置于转子外壳内侧的中心处，定子3同心的连接在固定轴上，转子2同心的连接在转子外壳4的内侧壁上，超声探头6连接在固定轴1上，反射镜7连接在转子外壳4上，并设使得反射镜面与超声波传播方向呈一锐角。

上述方案中，转子2为连接在转子外壳内侧壁上的磁钢，而定子3为线圈绕组。为使反射镜面10对超声探头6发出的超声波的反射能垂直射向待测管道的管壁，反射镜面7与超声波传播方向呈45°角。

上述方案中使固定轴1处于转子外壳内侧的中心的方法有多种，例如图1所示采用一个与转子外壳4的内侧壁间隙配合的定位块100，该定位块同心的连接在固定轴上1上，参见图2。更进一步的，为了减少转子外壳转动时与定位块100的摩擦，在定位块的圆周侧面上设置一环形的槽101，槽内放置滚珠102，以减小摩擦，参见图3。而一个优选的方案是，采用轴承，固定轴通过轴承支承于转子外壳内侧的中心，该轴承的内圈与固定轴连接，外圈与转子外壳连接。本实施例采用一对圆锥滚子轴承12，如图3所示，该轴承对称置于固定轴1上。

为了便于轴承5的轴向定位和与探头6连接，本实施例对上述的在固定轴1和转子外壳4进行了更优化的设计，请参见图1。

固定轴1主要由芯轴11、定位圈12和螺母13组成。芯轴11一端为中空的套筒，该套筒上设有螺纹且一端设有台阶面11a。超声探头6置于套筒的中空部，并与套筒端部连接。轴承5紧配在套筒上，并以所述台阶面11a对轴承的内圈一端进行轴向定位，定位圈12穿套在套筒上，对轴承5的内圈的另一端进行定位，两个螺母13旋接于套筒的上述螺纹部分，对定位圈12进行轴向固定。

转子外壳4主要由壳体41和定位套筒42组成。壳体的内侧壁的一端及中部分别设有第一台阶面41a和第二台阶面41b，磁钢2连接在壳体内侧壁一端并以第一台阶面41a进行轴向定位。定位套筒42一端插入壳体41内，插入端对轴承5的外圈一端进行轴向定位，第二台阶面41b对轴承5的外圈另一端进行轴向定位。定位套筒42另一端设有法兰边，通过该法兰边和对应的螺钉连接于壳体41的端部。反射镜7连接在定位套筒设有法兰边的一端。

壳体和定位套筒的进一步设计是，在其圆周方向的同一径向位置上设有出水通孔40，以使分设于壳体和定位套筒上的两出水通孔40相互连通且处于同一径向位置，以便其内的水沿径向抛出。

为了避免本发明超声管壁测厚装置在管道运行中可能会受到阻碍而受到冲击，例如当管壁测厚装置下降并撞击井底时可能受到的冲击，在反射镜的端部的端部连接一缓冲块7，该缓冲块7能有效地减小冲击力，保护检测装置。缓冲块7是由聚氨酯材料制成的圆形块，中心部设有螺钉孔7a缓冲块通过该螺钉孔及螺钉连接在反射镜端部。

进一步的，缓冲块7通过一缓冲块连接机构8连接与反射镜连接。该缓冲块连接机构包括连接座81、连接轴83、螺母84和推力轴承82，连接座81为设有底端面的圆环套，推力轴承82可采用一对或一个，置于连接轴83上。对于一对轴承，两轴承82同时分别置于连接座底端面两侧，如图4；对于一个轴承82，该轴承置于连接座内腔的底端一侧（图4中连接座81底端面外侧的轴承82去掉）。螺母84旋接在连接轴83的一端，推力轴承82以连接轴上的一台阶面83a和螺母一端面进行轴向定位。推力轴承82用于承受由转子2、转子外壳4及超声波探头7形成的转动机构在运行中的轴向推力，保持缓冲块的轴向位置，并减小旋转部分的转动阻力。缓冲块7通过螺钉85连接在连接轴的对应轴端。缓冲块连接机构8通过连接座的侧壁上设置的螺孔及螺钉86连接在反射镜7的端部。

本发明超声管壁测厚工作时，在待测试的管道20中运行，定子3即线圈绕组通电后产生旋转磁场，使转子即磁钢2转动，带动与之连接的转子外壳4一起转动，反射镜7随之转动，超声波探头6发出的超声波经与其传播方向呈45度角的反射镜7的垂直反射，射向管道20的圆周方向，对管道20的圆周方向的管壁厚度进行测量，或对管壁材料进行探伤。在转子外壳4转动时其内的水会沿出水通孔40离心甩出，其中心形成负压，加快了轴向的水流，使轴向水流以更大的流速冲击反射镜面，形成对镜面的自动清洁，更好地保证了镜面的光洁，使超声波不会散射，因而提高了检测精度，测厚精度可达到0.03mm，有效保证了测试灵敏度和可靠性。

Claims (11)

1.一种超声波管壁测厚装置，置于待测管道中，包括超声探头和反射镜，其特征在于还包括固定轴、定子、转子和转子外壳，所述固定轴置于转子外壳内侧的中心，所述定子同心的连接在固定轴上，所述转子同心的连接在转子外壳内侧壁上，所述超声探头连接在固定轴上，所述反射镜连接在转子外壳上，并设使得反射镜面与超声波传播方向呈一锐角；转子外壳主要由壳体和定位套筒组成，定位套筒一端插入壳体内，壳体和定位套筒圆周方向的同一径向位置上设有出水通孔，以使分设于壳体和定位套筒上的两出水通孔相互连通且处于同一径向位置。

2.根据权利要求1所述的一种超声波管壁测厚装置，其特征在于所述反射镜面与超声波传播方向呈45°角。

3.根据权利要求2所述的一种超声波管壁测厚装置，其特征在于所述转子为磁钢，所述定子为线圈绕组。

4.根据权利要求3所述的一种超声波管壁测厚装置，其特征在于所述固定轴通过轴承支承于转子外壳内侧的中心，该轴承的内圈与固定轴连接，外圈与转子外壳连接。

5.根据权利要求4所述的一种超声波管壁测厚装置，其特征在于所述轴承为一对圆锥滚子推力轴承，该轴承对称置于所述固定轴上。

6.根据权利要求4或5所述的一种超声波管壁测厚装置，其特征在于所述固定轴包括芯轴、定位圈和螺母；所述芯轴一端为中空的套筒，该套筒上设有螺纹且一端设有台阶面；所述超声探头置于套筒的中空部；所述轴承紧配在套筒上，并以所述台阶面对轴承的内圈一端进行轴向定位，所述定位圈穿套在套筒上，对轴承的内圈的另一端进行定位，至少一螺母旋接于套筒的所述螺纹上对定位圈进行轴向固定。

7.根据权利要求4或5所述的一种超声波管壁测厚装置，其特征在于所述壳体的内侧壁的一端及中部分别设有第一、第二台阶面；所述磁钢连接在壳体内侧壁一端并以第一台阶面进行轴向定位；定位套筒插入壳体内的插入端对所述轴承的外圈一端进行轴向定位，定位套筒另一端设有法兰边，通过该法兰边与壳体端部连接；所述第二台阶面对轴承外圈另一端进行轴向定位。

8.根据权利要求7所述的一种超声波管壁测厚装置，其特征在于所述壳体和定位套筒圆周方向的同一径向位置设有数个连通的出水通孔。

9.根据权利要求7所述的一种超声波管壁测厚装置，其特征在于所述反射镜连接在定位套筒设有法兰边的一端。

10.根据权利要求9所述的一种超声波管壁测厚装置，其特征在于所述超声管壁测厚装置还包括一缓冲块，该缓冲块连接在所述反射镜的端部。

11.根据权利要求10所述的一种超声波管壁测厚装置，其特征在于所述缓冲块通过缓冲块连接机构连接与所述反射镜连接；所述缓冲块连接机构包括连接座、连接轴、螺母和推力轴承，所述连接座为设有底端面的环套，所述推力轴承置于所述连接轴上并处于所述底端面两侧或一侧，螺母旋接在连接轴的一端，推力轴承以连接轴上的一台阶面和螺母一端面进行轴向定位；所述缓冲块连接在连接轴的对应轴端；缓冲块连接机构通过连接座连接在反射镜的端部。