CN105606706B - 可伸缩式自旋进储罐罐壁缺陷检测及定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于中小型储罐缺陷检测的可伸缩式自旋进储罐罐壁缺陷检测及定位装置。它能确定缺陷在储罐内的具体位置，为储罐维护提供准确的数据。其技术方案：主体由可叠加的螺杆、三组伸缩连杆及三角平台组成，三角平台上放置信号分析装置，三角平台上方安装驱动电机；螺旋往复系统由螺杆与长轴组成，螺杆上的键槽与旋转箱内的键配合；径向下压系统由横向旋合套筒、径向下压套筒、长轴及弹簧组成；伸缩连杆系统由三组连杆组成，连杆末端安有超声波阵列探头；信号分析装置包含信号调理电路、信号采集电路、控制器、存储器和显示器。本发明检测方便，易于操作控制；提高了检测的安全性，降低了检测成本；提高了检测精度和准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于中小型储罐缺陷检测的可伸缩式自旋进储罐罐壁缺陷检测及定位装置，它利用超声波阵列探头检测缺陷同时确定缺陷在罐壁的具体位置，适用于石化机械领域。
背景技术
随着石化行业的迅猛发展，油气集输的高效与安全也越来越受到人们的重视。其中，储罐在油气集输中有很重要的地位，工艺的不断发展和工业的需要使得储罐的容积变得越来越大，储罐的安全也越发引人关注。泄漏可以说是储罐最致命的安全危害，油气泄漏可导致环境污染、人员中毒甚至死亡。所以防泄漏于未然对于石化行业的安全生产是至关重要的一环。储罐几乎在室外，雨水、空气和内部腐蚀性液体的侵蚀容易使储罐产生孔洞、凹陷、裂缝等缺陷。目前行业内的储罐缺陷检测大多是人员身穿防化服、手持放射性仪器进罐进行检测，这样不仅检测效率底下，而且对检测人员的健康也有很大的危害。随着石化行业的发展和社会对工人健康的重视，自动化机器代替人工进行储罐缺陷检测势在必行。
国内外对罐壁缺陷检测进行了详尽的研究，中国石化集团管道储运公司研制的储罐壁板对接焊缝进X射线检测爬行器，X射线机在罐壁上作水平及垂直运动，缺点是只能实现对罐壁上指定焊缝的缺陷进行检测，同时X射线对人体带来的危害也不容小视；英国SilverWing公司生产的超声波B扫描自动爬行壁厚检测系统，利用超声干耦合技术对罐壁进行线扫描，缺点是检测速度只有25mm/s，数据受罐壁表面条件影响较大；地下储油罐缺陷漏磁检测装置(中国专利：201310698431.5)利用了漏磁检测法，缺点是不能实现缺陷定位，而且漏磁检测周期较长。
发明内容
本发明目的是：为了克服现有技术的不足，检测及定位储罐罐壁缺陷，确定罐壁缺陷在储罐的具体位置，为储罐的维护提供准确的数据，特提供一种可伸缩式自旋进储罐罐壁缺陷检测及定位装置。
本发明装置利用了超声波脉冲反射法原理，通过横向旋合套筒、径向下压套筒螺纹旋合使三组伸缩连杆机构打开，并可控张开角度；以螺杆径向旋合往复运动带动三组阵列排布的超声波探测器旋转下降并扫描储罐罐壁，达到检测目的。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
可伸缩式自旋进储罐罐壁缺陷检测及定位装置是由三角平台、驱动电机、螺旋往复系统、径向下压系统、伸缩连杆系统、超声波阵列探头和信号分析装置组成，其特征在于：主体由可叠加的螺杆、三组伸缩连杆及三角平台组成，三角平台3下方用圆柱销22连接，三根固定铰支架4安装在储罐罐口，三角平台3上放置信号分析装置23，三角平台自带套筒24装在螺杆旋转箱2内，螺杆旋转箱2内设置有三组键26，三角平台3上方一侧安装驱动电机25；驱动电机25转轴安装电机齿轮27-1、并间接连接螺杆旋转箱齿轮27-2，螺杆旋转箱齿轮27-2下方安有螺杆旋转箱2；螺旋往复系统是由5-10根可拆装、其规格相同的螺杆1与一根直径与螺杆1相同的长轴7组成，螺杆1上设置有三条键槽30，三条键槽与螺杆旋转箱2内的三条均匀排布的键26配合；径向下压系统是由横向旋合套筒5、径向下压套筒6和长轴7及弹簧8组成，横向旋合套筒5的套筒内螺纹21与径向下压套筒6的径向下压套筒外螺纹20呈旋合状态，径向下压套筒6套在长轴7外，横向旋合套筒5卡在长轴7顶端，径向下压系统与弹簧8配合调节伸缩杆打开的角度；伸缩连杆系统是由三组伸缩连杆组成，每组伸缩连杆由三根上圆柱销19固定在径向下压套筒6的端盖，由三根下圆柱销13固定在长轴7的端盖，每一组由四节连杆组成，即连杆A15、连杆B16、连杆C17、连杆D18，连杆与连杆之间分别用圆柱销A9、圆柱销B10、圆柱销C11、圆柱销D12连接固定，伸缩连杆的末端安装有超声波阵列探头14；超声波阵列探头14共有256个探头阵元32，探头阵元32排列成圆环形状，超声波阵列探头14的扫描半径大于螺杆外螺纹31的螺距，可实现无死角扫描；信号分析装置23安装在三角平台3上，信号分析装置23包括信号调理电路33、信号采集电路34、DSP控制器35、存储器36和显示器37，信号采集电路34包括AD转换器和FIFO存储器，超声波阵列探头14用信号线与信号调理电路33连接，再用信号线与信号采集电路34，DSP控制器35、存储器36和显示器37连接，进行A/D转化与数据缓存处理。
储罐罐壁缺陷检测及定位装置，其特征是：螺杆1顶端设置有细螺柱外螺纹28，底部凹槽设有内螺孔螺纹29，用螺纹配合使两根螺杆互相连接，细螺柱外螺纹28大径与内螺孔螺纹29底径相等，每两个螺杆1旋合形成新螺杆，增加检测高度。
可伸缩式自旋进储罐罐壁缺陷检测及定位装置，其定位方法：通过三角平台的固定铰支架将装置固定于储罐罐口，驱动电机带动齿轮旋转，径向下压装置将伸缩杆打开，伸缩杆自动向下旋转，固定于伸缩杆末端的超声波阵列探头14逐步扫描储罐内壁，再将扫描信号送入信号分析装置23，信号分析装置23按以下步骤进行缺陷信号的分析与定位：
(1)超声波阵列探头14将扫描信号输送至信号调理电路33进行滤波、放大等预处理；
(2)信号采集电路34对预处理后的三组波形信号进行A/D转化和数据缓存，并将处理后的数据送至DSP控制器35；
(3)当伸缩杆已伸开到所要求的角度范围内，DSP控制器35初始化3个探头的坐标，经以下关系：驱动电机带动电机齿轮27-1旋转，驱动电机齿轮转速乘以螺杆旋转箱齿轮和驱动电机齿轮的传动比得到螺杆旋转箱转速，螺杆1与螺杆旋转箱齿轮27-2由于键槽配合，使螺杆1与螺杆旋转箱齿轮27-2的转速一致；螺杆1是单线螺纹，螺杆每旋转360度，探头相应旋转360度，同时螺杆和探头下降的距离为一个螺距，已知驱动电机转速，则任一时刻探头起始位置的高度减去累计到该时刻已经下降的总螺距，可得该探头的垂直坐标；螺杆旋转周期为T，将罐壁内部均分为360度，三个探头初始相位分别为0度、120度、240度，则任意时间探头所在相位为螺杆转速乘以时间的值加上初始相位，微处理器运算后得出任意时刻每个探头的坐标信息，并存储于存储器内。
(4)当特征波形出现时，微处理器会记录当前时刻相应探头的坐标信息，并在显示器37上进行显示，从而达到定位目的。同时存储器36将会存储所有波形信息和缺陷坐标信息，方便检测后查阅数据。
本发明的有益效果是：(1)本装置利用螺杆螺旋往复的原理，使探测距离和探测位置准确可量化，通过控制连杆的张开角度，实现探测器的伸开和收缩，可适应不同尺寸的中小型储罐的缺陷检测和定位，采用超声波脉冲反射法，特别适合对罐壁表面的斑点、凹坑、划痕、缺损等缺陷进行检测，提高了检测的适应性、安全性和稳定性；(2)本发明检测方便且易于操作控制，大大的提高了检测安全性，降低了检测成本，提高了检测精确度和准确度，检测方便且易于操作控制。
附图说明
图1是本发明储罐罐壁缺陷检测及定位装置的装配剖面结构示意图。
图2是本发明储罐罐壁缺陷检测及定位装置的仰视示意图。
图3是本装置的超声波阵列探头14的探头阵元32的排列示意图。
图4是本装置的径向下压系统的剖面结构示意图。
图5是本装置的信号分析处理示意图。
图中：1、螺杆，2、螺杆旋转箱，3、三角平台，4、固定铰支架，5、横向旋合套筒，6、径向下压套筒，7、长轴，8、弹簧，9、圆柱销A，10、圆柱销B，11、圆柱销C，12、圆柱销D，13、下圆柱销，14、超声波阵列探头，15、连杆A，16、连杆B，17、连杆C，18、连杆D，19、上圆柱销，20、径向下压套筒外螺纹，21、套筒内螺纹，22、圆柱销，23、信号分析装置，24、三角平台自带套筒，25、驱动电机，26、键，27-1、电机齿轮，27-2、螺杆旋转箱齿轮，28、细螺柱外螺纹，29、内螺孔螺纹，30、键槽，31、螺杆外螺纹，32、探头阵元，33、信号调理电路，34、信号采集电路，35、DSP控制器，36、存储器，37、显示器。
具体实施方式
下面结合附图1、2、3、4、5对本发明装置做进一步说明。
在罐壁缺陷的超声波检测过程中，首先三角平台3通过圆柱销22三处互成120度夹角的固定铰支架4架设在罐口，启动驱动电机25，电机齿轮27-1、螺杆旋转箱齿轮27-2旋转，螺杆旋转箱齿轮带动螺杆旋转箱2转动，螺杆旋转箱2与螺杆1通过键槽配合，螺杆1旋合进入三角平台自带套筒24。螺杆1部分旋出三角平台3后关闭驱动电机25，螺杆1停止转动，将装配有径向下压系统、伸缩连杆系统、超声波阵列探头的长轴7与螺杆1旋合成一根整体螺杆。长轴7位于三角平台3下方，罐口上方。将履带架设置在横向旋合套筒5端盖的齿条上，履带拉动横向旋合套筒5旋转拧紧或拧松，径向下压套筒6与横向旋合套筒5旋合在一起，径向下压套筒6与长轴7键槽配合，限制了径向下压套筒6的横向自由度，通过横向旋合套筒5的旋转拧紧或拧松，径向下压套筒6回升或下降。长轴7与螺杆1旋合成可拆装的统一螺杆，长轴7只受到螺杆1驱动，横向旋合套筒5的横向拧紧或拧松以及径向下压套筒6的下降不会影响长轴7的运动。横向旋合套筒5旋转拧松，径向下压套筒6的下降将撑开伸缩连杆系统，连杆末端的超声波阵列探头14靠近罐壁并达到最适宜的接触距离。
超声波阵列探头14将扫描信号输送给信号调理电路33进行滤波和放大处理，信号采集电路34采集调理后的信号，并进行A/D转化和数据缓存。预处理后的波形信号输送至DSP控制器35，当伸缩杆已伸开到所要求的角度范围内，DSP控制器35初始化三个超声波阵列探头14的坐标。驱动电机25带动电机齿轮27-1旋转，电机齿轮转数乘以传动比得到螺杆旋转箱转速，螺杆与螺杆旋转箱齿轮转速一致。螺杆1是单线螺纹，螺杆每旋转360度，探头相应旋转360度，同时螺杆和探头下降的距离为一个螺距。已知电机转速为V，则任一时刻探头起始位置的高度减去累计到该时刻已经下降的总螺距，可得该探头的垂直坐标；螺杆旋转周期为T，将罐壁内部均分为360度，三个探头初始相位分别为0度、120度、240度，则任意时间探头所在的相位为螺杆转速乘以时间的值加上初始相位。微处理器运算后得出任意时刻每个探头的坐标信息，并存储于存储器36内，同时由显示器37显示罐壁缺陷所在位置。
再次启动驱动电机25，螺杆1旋合下降，超声波阵列探头14匀速旋转下降检测罐壁。
检测完毕后，电机齿轮27-1、螺杆旋转箱齿轮27-2反转，螺杆1旋合回升，超声波阵列探头14匀速旋转上升至罐口，关闭电机，套上履带拉动横向旋合套筒5旋转拧紧，径向下压套筒6将在横向旋合套筒5的作用下旋合爬升，伸缩连杆系统收缩至初态，取出长轴7，至此检测结束。
Claims (3)
1.可伸缩式自旋进储罐罐壁缺陷检测及定位装置，是由三角平台、驱动电机、螺旋往复系统、径向下压系统、伸缩连杆系统、超声波阵列探头和信号分析装置组成，其特征在于：主体由可叠加的螺杆、三组伸缩连杆及三角平台组成，所述三角平台(3)下方用圆柱销(22)连接，三根固定铰支架(4)安装在储罐罐口，三角平台(3)上放置信号分析装置(23)，三角平台自带套筒(24)装在螺杆旋转箱(2)内，螺杆旋转箱(2)内设置有三组键(26)，三角平台(3)上方一侧安装驱动电机(25)；所述驱动电机(25)转轴安装电机齿轮(27-1)、并间接连接螺杆旋转箱齿轮(27-2)，螺杆旋转箱齿轮(27-2)下方安有螺杆旋转箱(2)； 所述螺旋往复系统是由5-10根可拆装、其规格相同的螺杆(1)与一根直径与螺杆(1)相同的长轴(7)组成，螺杆(1)上设置有三条键槽(30)，三条键槽与螺杆旋转箱(2)内的三条均匀排布的键(26)配合；所述径向下压系统是由横向旋合套筒(5)、径向下压套筒(6)和长轴(7)及弹簧(8)组成，横向旋合套筒(5)的套筒内螺纹(21)与径向下压套筒(6)的径向下压套筒外螺纹(20)呈旋合状态，径向下压套筒(6)套在长轴(7)外，横向旋合套筒(5)卡在长轴(7)顶端，径向下压系统与弹簧(8)配合调节伸缩杆打开的角度；所述伸缩连杆系统是由三组伸缩连杆组成，每组伸缩连杆由三根上圆柱销(19)固定在径向下压套筒(6)的端盖，由三根下圆柱销(13)固定在长轴(7)的端盖，每一组由四节连杆A、B、C、D(15、16、17、18)组成，连杆与连杆之间分别用圆柱销A、B、C、D(9、10、11、12)连接固定，伸缩连杆的末端安装有超声波阵列探头(14)；所述超声波阵列探头(14)共有256个探头阵元(32)，所用探头阵元(32)排列成圆环形状；所述信号分析装置(23)安装在三角平台(3)上，信号分析装置(23)包括信号调理电路(33)、信号采集电路(34)、DSP控制器(35)、存储器(36)和显示器(37)，信号采集电路(34)包括AD转换器和FIFO存储器，超声波阵列探头(14)用信号线与信号调理电路(33)连接，再用信号线与信号采集电路(34)，DSP控制器(35)、存储器(36)和显示器(37)连接，进行A/D转化与数据缓存处理。
2.根据权利要求1所述储罐罐壁缺陷检测及定位装置，其特征是：所述螺杆(1)顶端设置有细螺柱外螺纹(28)，底部凹槽设有内螺孔螺纹(29)，用螺纹配合使两根螺杆互相连接，细螺柱外螺纹(28)大径与内螺孔螺纹(29)底径相等，每两个螺杆(1)旋合形成新螺杆。
3.根据权利要求1所述的可伸缩式自旋进储罐罐壁缺陷检测及定位装置，其特征在于：所述的罐壁缺陷检测及定位装置进行检测，其定位方法如下：超声波阵列探头(14)将扫描信号输送至信号调理电路(33)，调理后的输出信号送至信号采集电路(34)，进行A/D转化和数据缓存；预处理后的波形信号输送至DSP控制器(35)，当伸缩杆已伸开到所要求的角度范围内，DSP控制器(35)初始化三个探头的坐标，经以下关系：驱动电机带动电机齿轮(27-1)旋转，驱动电机齿轮转速乘以螺杆旋转箱齿轮和驱动电机齿轮的传动比得到螺杆旋转箱转速，螺杆(1)与螺杆旋转箱齿轮(27-2)由于键槽配合，使螺杆(1)与螺杆旋转箱齿轮(27-2)的转速一致；螺杆(1)是单线螺纹，螺杆每旋转360度，探头相应旋转360度，同时螺杆和探头下降的距离为一个螺距，已知驱动电机转速，则任一时刻探头起始位置的高度减去累计到该时刻已经下降的总螺距，可得该探头的垂直坐标；螺杆旋转周期为T，将罐壁内部均分为360度，三个探头初始相位分别为0度、120度、240度，则任意时间探头所在相位为螺杆转速乘以时间的值加上初始相位，微处理器运算后得出特征波形信号出现时探头的坐标信息，并存储于存储器(36)内，同时由显示器(37)显示。
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