CN105021709A - 一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置。包括若干个探头单元、用于将探头单元固定成环形阵列的链条单元和用于将探头单元的探测端贴合在待测管道上的紧固件。本发明的探头单元结构紧凑、机械耦合效果好，本发明的装置具有快速装卸、模块化和柔性化的特点，可以实现夹具长度、探头阵元规格、阵元数量和探头入射角多项参数的调节。

Description

一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置。

背景技术

管道作为一种高效可靠的流体工质输送部件，在现代石化、发电、运输等领域得到越来越广泛的应用。最新《世界各国纪实年鉴》统计数据显示，2013年全世界运行中的油气运输管线已达356万公里，中国油气运输管线长度也已超过13.4万公里，承担着70%的原油和99%的天然气运输任务。

目前很多管道面临腐蚀、磨损等典型损伤困扰，导致管道管壁减薄、机械强度下降，引发管道泄漏甚至爆炸事故。2006年12月12日我国山西神头第二发电厂发生主蒸汽管道爆裂事故，造成2人死亡、2人重伤及部分设备严重损坏。2013年11月22日中石化青岛东黄输油管线发生了特别重大爆炸事故，管道泄漏原油进入市政排水暗渠，在行程密闭空间的暗渠内油气积聚遇火花发生爆炸，造成62人死亡、136人受伤，直接经济损失7.5亿元。为了减少甚至避免此类事故的发生，管道的安全检测尤其重要。

目前，常用的管道无损检测方法主要包括射线检测、传统超声检测、磁粉检测、渗透检测以及电涡流检测等，但这些检测方法存在一些不足和限制条件。检测效率方面，传统超声检测和电涡流检测属于逐点检测方式，耗时长、效率低；限制条件方面，传统超声检测主要擅长管壁内部损伤的探测，磁粉检测、渗透检测以及电涡流检测则更倾向于管壁表面损伤的检测，而射线检测和渗透检测两种方法还存在操作安全问题。

超声导波检测方法是借助检测探头在被检管道中激励出波长与管壁厚度相当的超声应力波，超声应力波与关闭内外边界发生多次发射、透射和折射，并进一步相互耦合形成能沿管壁长距离传播的超声导波。该方法特别适用于管状结构的高效快速质量安全评估，可以在深埋、浸液、不排除工质、不拆除包覆层等复杂检测环境下对管道进行长距离全壁厚的无损检测，具有检测距离远、全壁厚检测、检测灵敏度高、信息完整度高、检测适应性好的显著优点。

管道超声导波探头固定装置时管道超声检测设备的重要组成部分，常用于超声检测的管道探头固定装置主要分为探头柔性固定装置和刚性固定装置，两种装置都是通过借助外力的方式来保证探头和管壁的良好接触，从而保证超声导波探头与被测管道的机械耦合性能。

中国专利CN2624208Y“管道超声导波检测专用探头及其固定装置”公开了一种压电探头，这种探头可以用来代替粘贴在管道上的压电陶瓷，并且设计制造用于在管道表面固定探头，使其可以方便安装和拆卸的机械装置。这种固定装置在直径方向带有两个可连接的伸出部位和环形壳体状的探头固定环，其中一个探头固定环在圆周方向上设置有槽，用来防止管道超声导波检测专用探头，在每个放置检测专用探头槽的后部，有螺纹孔用来安装对检测专用探头施加压力的常规压紧部件。但是这种探头和固定装置不能调整探头的数量和安装位置，无法根据管道类型选择导波模态，而且一套装置也只能适用于同一直径的管道检测，在多种管道检测的工作任务中成本太高。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述所述的目前管道无损检测存在的问题，提供一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置，包括若干个探头单元、用于将探头单元固定成环形阵列的链条单元和用于将探头单元的探测端贴合在待测管道上的紧固件；探头单元包括安装基座、底座、探头、压板和回转板；安装基座包括底板和底板两侧的侧翼，底板上设有探头孔，侧翼上分别开设有翼孔；压板的顶部上设有中柱，中柱外套设有浮动弹簧；回转板的主体上设有固定孔，两侧设有两个翼板；探头的下部穿过探头孔安装在底座上，探头的顶部与压板的底部固连，中柱的端头穿过固定孔并将浮动弹簧限定在压板与回转板之间的空间内，回转板的两个翼板分别嵌入翼孔内。

作为优选，侧翼的外侧设有一个指针，指针与翼板的端部固连，侧翼的外侧壁上设有刻度盘。

作为优选，底座的底部为圆弧状。

圆弧状的底部可以与待测管道充分结合，便于探头更好地与待测管道接触。

作为优选，所述安装基座位于探头孔的一侧底部设有一个固定板。

该固定板用于对探头单元进行固定。

作为优选，所述固定板上设有滚动轮。

滚动轮可以贴着待测管道的表面滚动，便于探头单元的移动。

作为优选，所述链条单元包括开口链条和用于将开口链条锁紧的锁紧扣，所述锁紧扣包括扣板、圆柱销、张紧板和锁紧螺栓；扣板一端与开口链条的一端连接，且主体上的另一端设有一对横向孔；圆柱销的主体上设有螺孔且穿插在扣板上的横向孔内；张紧板主体的一端向下折弯成环形勾状将开口链条的另一端进行扣接，主体的另一端向上折弯；锁紧螺栓穿过张紧板向上折弯的一端，与圆柱销上的螺孔连接。

由于锁紧扣可以在开口链条的任意链扣处锁紧，使得本发明中使用开口链条和锁紧扣构成的夹具长度可以随意调整，以适应不同直径的管道检测，同时，开口链条的多个链孔均可作为探头阵元（探头单元）的安装点，可以根据实际使用情况调整探头阵元规格、阵元数量和安装位置，实现柔性化设计。

作为优选，所述紧固件包括两端折弯成孔的长带、两侧设有挡板的短带、紧固螺栓、主体上设有螺孔的螺孔销、主体上设有通孔的通孔销，螺孔销和通孔销分别位于长带两端折弯成孔的孔内，短带置于弯折成环形的长带的两端形成缺口处，紧固螺栓穿过通孔销与螺孔销连接。

作为优选，所述安装基座底部通过弹性销与开口链条连接，所述弹性销包括端头带法兰的销柱，销柱远离端头的主体上设有沉孔，沉孔内设有限位弹簧和钢珠，钢珠位于限位弹簧的上方。

弹性销在直径方向上装有可以下压的钢珠，保证了装卸的快速性和安装固定的可靠性。探头单元采用模块化设计，便于拆装和更换。

安装基座底部设有多个弹性销的安装孔。可根据实际使用情况选择合适的销孔，适应性强。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

1本发明的探头单元结构紧凑、机械耦合效果好；

2本发明的装置设有一套快速夹紧装置，可实现快速装卸，方便拆装，具有较高的检测效率；

3本发明的装置设有一段开口链条，可根据实际情况选择开口链条中的一部分作为安装探头单元的有效部分，从而可以测量不同管径的管道，具有柔性化设计的特点；

4本发明的装置具有模块化设计的特点，探头单元、链条单元和紧固件单元可根据使用情况进行搭配；

5本发明的装置具有柔性化设计的特点，可以实现探头阵元规格、阵元数量和探头入射角多项参数的快速调节；

6本发明的装置设有角度刻度，可以明确显示探头的入射角度。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的探头阵列示意图；

图4是本发明的探头单元的结构示意图；

图5是本发明的链条单元的结构示意图；

图6是本发明的弹性销的结构示意图。

图中：100探头单元，200链条单元，300紧固件，400待测管道；

110安装基座，120底座，130探头，140压板，150回转板，160弹性销；

111底板，112侧翼，113探头孔，114翼孔，115刻度盘，116固定板，117滚动轮；

141中柱，142浮动弹簧；

151固定孔，152翼板，153指针；

161销柱，162沉孔，163限位弹簧，164钢珠；

210开口链条，220锁紧扣；

221扣板，222圆柱销，223张紧板，224锁紧螺栓，225横向孔；

311长带，312短带，313紧固螺栓，314螺孔销，315通孔销。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。

如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例：

一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置，如图1、图2和图3所示，对外径为Φ128mm的待测管道400超声纵向导波检测，包括6个探头单元100、用于将探头单元100固定成环形阵列的链条单元200和用于将探头单元100的探测端贴合在待测管道400上的紧固件300；

如图2、图3和图4所示，探头单元100包括安装基座110、底座120、探头130、压板140和回转板150；如图4所示，安装基座110包括底板111和底板111两侧的侧翼112，底板111上设有探头孔113，侧翼112上分别开设有翼孔114；压板140的顶部上设有中柱141，中柱141外套设有浮动弹簧142；回转板150的主体上设有固定孔151，两侧设有两个翼板152；探头130的下部穿过探头孔113安装在底座120上，探头130的顶部与压板140的底部固连，中柱141的端头穿过固定孔151并将浮动弹簧142限定在压板140与回转板150之间的空间内，回转板150的两个翼板152分别嵌入翼孔114内；侧翼112的外侧设有一个指针153，指针153与翼板152的端部固连，侧翼112的外侧壁上设有刻度盘115。底座120的底部为圆弧状。

安装基座110位于探头孔113的一侧底部设置有一个固定板116，固定板116上设有滚动轮117。

如图2和图5所示，所述链条单元200包括开口链条210和用于将开口链条210锁紧的锁紧扣220，所述锁紧扣220包括扣板221、圆柱销222、张紧板223和锁紧螺栓224；扣板221一端与开口链条210的一端连接，且主体上的另一端设有一对横向孔225；圆柱销222的主体上设有螺孔且穿插在扣板221上的横向孔225内；张紧板223主体的一端向下折弯成环形勾状将开口链条210的另一端进行扣接，主体的另一端向上折弯；锁紧螺栓224穿过张紧板223向上折弯的一端，与圆柱销222上的螺孔连接。

紧固件300包括两端折弯成孔的长带311、两侧设有挡板的短带312、紧固螺栓313、主体上设有螺孔的螺孔销314、主体上设有通孔的通孔销315，螺孔销314和通孔销315分别位于长带311两端折弯成孔的孔内，短带312置于弯折成环形的长带311的两端形成缺口处，紧固螺栓313穿过通孔销315与螺孔销314连接。

安装基座110底部通过弹性销160与开口链条210连接，如图6所示，所述弹性销160包括端头带法兰的销柱161，销柱161远离端头的主体上设有沉孔162，沉孔162内设有限位弹簧163和钢珠164，钢珠164位于限位弹簧163的上方。

根据待检测管道的材料和尺寸参数，可以通过理论分析获取最佳检测模态、检测频率、入射角、阵列元个数、检测距离数等参数。本实施例中待检测管道外直径为128mm，探头阵列数量为6个。使用开口链条和快速夹紧装置将6个探头单元安装在待检测管道外圆周面上，快速夹紧装置扣在链条上合适的位置，使其刚好可以抱紧待检测管道，探头单元使用弹性销安装于开口链条上，探头单元另一端使用紧固件抱紧。根据入射角度选择合适的探头底座，安装完成后根据理论分析中获取的最佳参数进行检测。

检测完成后，松开紧固件，拔出弹性销，依次取下探头单元，松开快速锁紧扣，取下开口链条，即可完成一次管道检测。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置，其特征在于，包括若干个探头单元（100）、用于将探头单元（100）固定成环形阵列的链条单元（200）和用于将探头单元（100）的探测端贴合在待测管道（400）上的紧固件（300）；

探头单元（100）包括安装基座（110）、底座（120）、探头（130）、压板（140）和回转板（150）；

安装基座（110）包括底板（111）和底板（111）两侧的侧翼（112），底板（111）上设有探头孔（113），侧翼（112）上分别开设有翼孔（114）；

压板（140）的顶部上设有中柱（141），中柱（141）外套设有浮动弹簧（142）；

回转板（150）的主体上设有固定孔（151），两侧设有两个翼板（152）；

探头（130）的下部穿过探头孔（113）安装在底座（120）上，探头（130）的顶部与压板（140）的底部固连，中柱（141）的端头穿过固定孔（151）并将浮动弹簧（142）限定在压板（140）与回转板（150）之间的空间内，回转板（150）的两个翼板（152）分别嵌入翼孔（114）内。

2.根据权利要求1所述的一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置，其特征在于，侧翼（112）的外侧设有一个指针（153），指针（153）与翼板（152）的端部固连，侧翼（112）的外侧壁上设有刻度盘（115）。

3.根据权利要求1所述的一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置，其特征在于，底座（120）的底部为圆弧状。

4.根据权利要求1所述的一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置，其特征在于，所述安装基座（110）位于探头孔（113）的一侧底部设有一个固定板（116）。

5.根据权利要求4所述的一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置，其特征在于，所述固定板（116）上设有滚动轮（117）。

6.根据权利要求1所述的一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置，其特征在于，所述链条单元（200）包括开口链条（210）和用于将开口链条（210）锁紧的锁紧扣（220），所述锁紧扣（220）包括扣板（221）、圆柱销（222）、张紧板（223）和锁紧螺栓（224）；扣板（221）一端与开口链条（210）的一端连接，且主体上的另一端设有一对横向孔（225）；圆柱销（222）的主体上设有螺孔且穿插在扣板（221）上的横向孔（225）内；张紧板（223）主体的一端向下折弯成环形勾状将开口链条（210）的另一端进行扣接，主体的另一端向上折弯；

锁紧螺栓（224）穿过张紧板（223）向上折弯的一端，与圆柱销（222）上的螺孔连接。

7.根据权利要求1所述的一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置，其特征在于，所述紧固件（300）包括两端折弯成孔的长带（311）、两侧设有挡板的短带（312）、紧固螺栓（313）、主体上设有螺孔的螺孔销（314）、主体上设有通孔的通孔销（315），螺孔销（314）和通孔销（315）分别位于长带（311）两端折弯成孔的孔内，短带（312）置于弯折成环形的长带（311）的两端形成缺口处，紧固螺栓（313）穿过通孔销（315）与螺孔销（314）连接。

8.根据权利要求1所述的一种管道超声纵向导波柔性阵列检测探头装置，其特征在于，所述安装基座（110）底部通过弹性销（160）与开口链条（210）连接，所述弹性销（160）包括端头带法兰的销柱（161），销柱（161）远离端头的主体上设有沉孔（162），沉孔（162）内设有限位弹簧（163）和钢珠（164），钢珠（164）位于限位弹簧（163）的上方。