CN106225700A - 高精度管道通径测径装置及其充气调速方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道通径测径装置技术领域，是一种高精度管道通径测径装置，其包括测径本体、导向皮碗、驱动皮碗和里程轮；测径本体呈管状结构，测径本体的左端封闭，在测径本体的左端固定安装有防撞头，在测径本体的左部外壁上固定安装有导向皮碗，在测径本体的右部外壁上从左至右依次固定安装有变形感应皮碗和驱动皮碗。本发明行走速度均匀，有效缩短了检测周期，有效提高了测量精确度，实施性较强，并且本发明测量灵敏度高，进一步提高本发明测量的精确度，同时，地面标记器以及前牵引环和后前牵引环的共同配合下，使得本发明易定位易取出，降低人力、物力消耗，本发明加工安装简便，更换零件方便快捷。

Description

高精度管道通径测径装置及其充气调速方法

技术领域

本发明涉及管道通径测径装置技术领域，是一种高精度管道通径测径装置及其充气调速方法。

背景技术

油气管道在施工过程中和投入使用过程中，诸多因素会造成管线受损，将影响输送管线的安全使用。如吊装、运输、管道下沟时的机械撞击、沟底坚石的顶压、热塑变形、第三方施工破坏等原因，常使管道产生不同程度的变形,如管道凹陷、椭圆变形、弯曲和下沉，严重的地方可能导致管道破裂，这给管道运行带来安全隐患，甚至造成停产以致带来经济损失。通径检测器是通过在管道内运行、测量管道内径数据，从检测结果数据中分辨出弯头、阀门、环焊缝，以及管道存在的凹陷、椭圆度变化等几何变形缺陷；同时测出相应位置，掌握埋地管道实际状况，确定管道需要改造的部分，及时排除隐患。

现阶段，国内对新建管道测径验收的主要依据是GB50369—2006《油气长输管道工程施工及验收规范》使用测径铝板清管器对管道进行测径，即在常规皮碗清管器骨架上加装测径铝板。该方法可实施性较差，检测周期长，人力、物力消耗大，不能一次性准确查找管道上存在的所有超标变形。同时，由于测径铝板清管器不记录连续管道内径数据，对于变形存在较多的管段，测径铝板所表现出的管道变形情况很有可能是多处管道变形累加作用造成的，致使测径结果不准确，存在漏检的情况，为投产后的管道运营埋下安全隐患。

目前的内测径多采用变形感应探头、角位移传感测距等机械测距的方法测量管道内径。上述测量方法均属机械式接触测距，测量精度低、灵敏度差、无法实施性较差，会造成管径变形量的误判，甚至漏测，造成不必要的经济损失，同时，由于管道测径过程中灰尘过大，灰尘会影响机械臂变形相应时间，降低测试器械的灵敏度，造成管道直径变形位置辨别精度降低，甚至无法定位，会造成修复工作的重复施工，并且多个机械臂分布整个圆周，一但出现个别机械臂被管道内脱落物卡死，会造成管径参数的误判。

发明内容

本发明提供了一种高精度管道通径测径装置及其充气调速方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的管道测径技术可实施性较差、检测周期长、人力、物力消耗大、测径结果不准确以及机械式接触测距造成测量精度低、灵敏度差、管径参数的误判的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种高精度管道通径测径装置，包括测径本体、导向皮碗、驱动皮碗和里程轮；测径本体呈管状结构，测径本体的左端封闭，在测径本体的左端固定安装有防撞头，在测径本体的左部外壁上固定安装有导向皮碗，在测径本体的右部外壁上从左至右依次固定安装有变形感应皮碗和驱动皮碗；在导向皮碗与变形感应皮碗之间的测径本体外壁上固定安装有至少两套的里程轮安装支架，在每套里程轮安装支架的末端安装有里程轮，在里程轮上还设置有转速传感器；变形感应皮碗的外侧缘均布有格栅，在变形感应皮碗内的测径本体上固定安装有感应气囊，感应气囊的外端外侧壁挤压变形感应皮碗内壁形成面接触，接触面为测量面，在感应气囊内沿圆周均匀固定安装有至少十六个的光学位移传感器，光学位移传感器发出的信号位于测量面范围内；在测径本体的右端固定安装有能够封堵测径本体右端的盲板，测径本体内的盲板左端面上固定安装有组合阀，组合阀上设置有调速通道，盲板上设置有进气孔，盲板上的进气孔与组合阀中的调速通道进气端相连通，在导向皮碗左侧的测径本体上设置有出气孔，在测径本体内设置有调速气管线，调速气管线的进气口与组合阀中的调速通道出气端相连通，调速气管线的出气口与出气孔相连通；在测径本体内还设置有电源装置和数据采集装置，电源装置的电源输出端与数据采集装置的电源输入端电连接，组合阀的信号输入端与数据采集装置的组合阀信号输出端电连接，光学位移传感器的信号输出端与数据采集装置的光学位移传感器信号输入端电连接在一起，转速传感器的信号输出端与数据采集装置的转速传感器信号输入端电连接在一起。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述组合阀包括阀体、调速单向阀和调速调节阀，在阀体的右部内设置有与阀体外连通的水平向的进气通道，对应进气通道的阀体外固定安装有与进气通道连通的进气接管，在进气接管上串接有正压过滤器，在进气通道左方的阀体内设置有调速通道，调速通道包括水平调速段和L型弯孔段，水平调速段的左端为左大右小的台阶孔，盲板上的进气孔与进气接管相连通，调速气管线的进气口与L型弯孔段的水平段的出气端相连通，在阀体的右部内设置有下端与阀体外连通的竖直安装孔，竖直安装孔分别串连连通进气通道和水平调速段的右端，水平调速段上方的竖直安装孔直径小于水平调速段下方的竖直安装孔直径，L型弯孔段的竖直段与水平调速段的大孔呈十字交叉状连通，在L型弯孔段与水平调速段的交汇处设置有能够连通或切断L型弯孔段与水平调速段的调速单向阀，调速单向阀包括调速阀座、调速阀体和调速阀压簧，调速阀座固定安装在水平调速段的大孔左端内，调速阀体的外部呈左大右小状，调速阀体的小头位于水平调速段的小孔内，调速阀体的大头位于水平调速段的大孔内，在调速阀座和调速阀体之间的水平调速段内设有调速阀压簧，在竖直安装孔分与水平调速段的右端连通处设置有能够切断或连通竖直安装孔与水平调速段的调速调节阀，调速调节阀包括阀头、压簧和电动阀芯，在竖直安装孔的下端内固定安装有阀头，在竖直安装孔与水平调速段的右端连通处设置有能够切断或连通竖直安装孔与水平调速段的电动阀芯，调速调节阀的电动阀芯呈上小下大的锥体状，调速调节阀的电动阀芯的大头与水平调速段下方的竖直安装孔直径相配，阀头与电动阀芯之间设有压簧，调速调节阀的电动阀芯的信号输入端与数据采集装置的调速调节阀信号输出端电连接。

上述感应气囊包括左安装环板、右安装环板、柔性连接件、左连接环板、右连接环板和充气管线；左安装环板、右安装环板分别密封的焊接在对应变形感应皮碗内的测径本体的外壁上，左安装环板的外径大于右安装环板的外径，柔性连接件呈剖面为C型开口向内的环状，柔性连接件的左部内端内壁与左连接环板的左侧壁粘接在一起或硫化为一体，柔性连接件的右部内端外壁与右连接环板的左侧壁粘接在一起或硫化为一体，左连接环板与左安装环板固定通过螺栓安装在一起并且柔性连接件的左部内端位于左连接环板与左安装环板之间，在右安装环板的外端外壁上设置有右外环槽，右连接环板与右安装环板通过螺栓固定安装在一起并且柔性连接件的右部内端位于右外环槽内，柔性连接件的外端外侧壁挤压变形感应皮碗内壁形成面接触，左连接环板的内径大于右安装环板的外径，柔性连接件、左安装环板、右安装环板与测径本体之间形成环形的测径环腔，在测径环腔内的测径本体外壁上沿圆周均匀固定安装有至少十六个的光学位移传感器；在进气通道左方的阀体内还设置有充气通道，充气通道包括水平充气段、竖直连通段和充气弯孔段，竖直安装孔的上端与阀体外连通，水平充气段设置在阀体的内部，水平充气段的右端与竖直安装孔连通，水平充气段下方的竖直安装孔直径小于水平充气段上方的竖直安装孔直径，竖直连通段为上大下小的台阶孔，水平充气段的右端与竖直连通段的下端连通，竖直连通段的大孔和充气弯孔段呈十字交叉状连通，对应充气弯孔段的出气端的阀体外固定安装有与充气弯孔段连通的充气接管，在充气接管上串接有精细过滤器，竖直连通段的上端与阀体外部连通，在竖直连通段与充气弯孔端的交汇处设置有能够连通或切断水平充气段和充气弯孔段的充气单向阀，充气单向阀包括充气阀座、充气阀体和充气阀压簧，充气阀座固定安装在竖直连通段的大孔上端内，充气阀体的外部呈上大下小状，充气阀体的小头位于竖直连通段的小孔内，充气阀体的大头位于竖直连通段的大孔内，在充气阀座和充气阀体之间的竖直连通段内设有充气阀压簧，在竖直安装孔与水平充气段的连通处设置有充气控制阀，充气控制阀同调速调节阀均包括阀头、压簧和电动阀芯，在竖直安装孔的上端内也固定安装有阀头，在竖直安装孔与水平充气段的连通处设置有能够切断或连通竖直安装孔与水平充气段的电动阀芯，充气控制阀的电动阀芯呈上大下小的锥体状，充气控制阀的电动阀芯的大头与水平充气段上方的竖直安装孔直径相配，竖直安装孔上端内的阀头与与其相邻的电动阀芯之间设有压簧，充气控制阀的电动阀芯的信号输入端与数据采集装置的充气控制阀信号输出端电连接，充气管线位于测径本体内，充气管线的进气端与充气接管出气端相连通，充气管线的出气端穿过测径本体位于测径环腔内，在测径环腔内设置有压力传感器，压力传感器的信号输出端与数据采集装置的压力传感器信号输入端电连接，对应测径环腔的测径本体上设置有能够向测径本体内释放测径环腔内压力气体的单向排气阀，单向排气阀的信号的信号输入端与数据采集装置的单向排气阀信号输出端电连接。

上述感应气囊包括左连接环板、右连接环板和气囊本体；相互平行的左连接环板和右连接环板分别固定安装在对应变形感应皮碗内的测径本体的外壁上，气囊本体的左端与左连接环板的上端固定安装在一起，气囊本体的右端与右连接环板的上端固定安装在一起，气囊本体的外端外侧壁挤压变形感应皮碗内壁形成面接触，气囊本体、左连接环板、右连接环板与测径本体之间形成环形的测径环腔，在测径环腔内的测径本体外壁上沿圆周均匀固定安装有至少十六个的光学位移传感器；气囊本体的材料为记忆合金材料，在气囊本体的内表面上涂有高分子材料涂层，在气囊本体的外表面上涂有高分子材料涂层。

上述高分子材料涂层为聚酯涂层或聚氨酯涂层。

上述在测径本体上设置有声波地面标记器。

上述防撞头包括防撞头本体和防撞头盖，防撞头盖通过能够拆卸的方式固定安装在防撞头本体的左端面上，防撞头盖的外壁与防撞头本体的外壁共同形呈半球型，防撞头本体的右端面固定安装在测径本体的左端面上，在防撞头内的测径本体左端面上固定安装有前牵引环，在盲板的右侧壁上固定安装有牵引架，在牵引架的右端固定安装有后牵引环。

上述对应盲板上的进气孔的盲板右侧壁上设置有空气过滤器；或/和，光学位移传感器为激光位移传感器或红光测距传感器或不可见光测距传感器。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种根据技术方案之一所述的高精度管道通径测径装置的充气调速方法，将高精度管道通径测径装置置于需要测量的管道内，数据采集装置中设定有感应气囊中的压力值P₁，压力传感器将测定的压力值P₂上传至数据采集装置，若P₂＜P₁，数据采集装置的充气控制阀信号输出端向充气控制阀的电动阀芯的信号输入端发送信号，充气控制阀的电动阀芯向上移动，高压气体进入充气通道并推开充气单向阀，经过精细过滤器后，向感应气囊内充入高压气体，当P₂＞P₁时，数据采集装置的充气控制阀信号输出端向充气控制阀的电动阀芯的信号输入端发送信号，充气控制阀的电动阀芯向下移动关闭充气通道，数据采集装置的单向排气阀信号输出端向单向排气阀的信号的信号输入端发送信号，单向排气阀打开进行泄压至P₂=P₁，单向排气阀关闭；当高精度管道通径测径装置在需要测量的管道内行走时，数据采集装置中建立数学模型：V=Q/A、Q=C*A*{(2/ρ)*(P₃-P₄)}^1/2、A=π*d_m*χ*Sinα、d_m=1/2*（d₂-d₁），其中：V为高精度管道通径测径装置在管道内的行走速度，当高压气体的雷诺系数大于260时，C为0.8至0.9，ρ为高压气体的密度，P₃为高精度管道通径测径装置后方管道内的压力，P₄为高精度管道通径测径装置前方管道内的压力，d₂为水平调速段下方的竖直安装孔直径，d₁为水平调速段上方的竖直安装孔直径，χ为调速调节阀的电动阀芯关闭调速通道至打开调速通道的位移量，α为调速调节阀的电动阀芯的锥度，数据采集装置中设定有高精度管道通径测径装置的设定行走速度设定值V₁，实时测定高精度管道通径测径装置的行走速度实测值V₂、P₃和P₄，根据建立的数学模型，调节χ，使V₂=V₁。

本发明在管道内测径行走时，行走速度均匀，有效缩短了检测周期，有效提高了测量精确度，实施性较强，并且本发明提供的充气式感应气囊和记忆型的的感应气囊，在受压时均具有较好的形变能力、卸压后均具有较好的形变恢复性，灵敏度高，能够进一步提高本发明测量的精确度，同时，够很好地控制感应气囊内的压力值，并且能实时控制本发明的高精度管道通径测径装置的行走速度在设定速度下匀速前进，为提高测量的精确度提供保障；地面标记器以及前牵引环和后前牵引环的共同配合下，使得本发明在管道内行走的距离误差限定在1米内，当本发明在管道内发生故障时，易定位易取出，降低人力、物力消耗，并且本发明设计合理，加工安装简便，如果有零件发生损坏，更换零件方便快捷。

附图说明

附图1为本发明实施例中高精度管道通径测径装置的主视剖视结构示意图。

附图2为本发明实施例中组合阀的主视剖视结构示意图。

附图3为本发明实施例3所述的感应气囊的主视剖视结构示意图。

附图4为本发明实施例4所述的感应气囊的主视剖视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为测径本体，2为防撞头，3为导向皮碗，4为变形感应皮碗，5为驱动皮碗，6为里程轮安装支架，7为里程轮，8为感应气囊，9为光学位移传感器，10为盲板，11为组合阀，12为出气孔，13为调速气管线，14为电源装置，15为数据采集装置，16为阀体，17为进气通道，18为进气接管，19为正压过滤器，20为水平调速段，21为L型弯孔段，22为竖直安装孔，23为调速阀座，24为调速阀体，25为调速阀压簧，26为阀头，27为压簧，28为电动阀芯，29为左安装环板，30为右安装环板，31为柔性连接件,32为左连接环板,33为右连接环板,34为充气管线,35为螺栓,36为测径环腔,37为水平充气段,38为竖直连通段,39为充气弯孔段,40为充气接管,41为精细过滤器,42为充气阀座,43为充气阀体,44为充气阀压簧,45为气囊本体,46为地面标记器,47为前牵引环,48为牵引架,49为后牵引环,50为空气过滤器，51为单向排气阀,52为高分子材料涂层,53为压力传感器。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1，如附图1、2所示，该高精度管道通径测径装置包括测径本体1、导向皮碗3、驱动皮碗5和里程轮7；测径本体1呈管状结构，测径本体1的左端封闭，在测径本体1的左端固定安装有防撞头2，在测径本体1的左部外壁上固定安装有导向皮碗3，在测径本体1的右部外壁上从左至右依次固定安装有变形感应皮碗4和驱动皮碗5；在导向皮碗3与变形感应皮碗4之间的测径本体1外壁上固定安装有至少两套的里程轮安装支架6，在每套里程轮安装支架6的末端安装有里程轮7，在里程轮7上还设置有转速传感器；变形感应皮碗4的外侧缘均布有格栅，在变形感应皮碗4内的测径本体1上固定安装有感应气囊8，感应气囊8的外端外侧壁挤压变形感应皮碗4内壁形成面接触，接触面为测量面，在感应气囊8内沿圆周均匀固定安装有至少十六个的光学位移传感器9，光学位移传感器9发出的信号位于测量面范围内；在测径本体1的右端固定安装有能够封堵测径本体1右端的盲板10，测径本体1内的盲板10左端面上固定安装有组合阀11，组合阀11上设置有调速通道，盲板10上设置有进气孔，盲板10上的进气孔与组合阀11中的调速通道进气端相连通，在导向皮碗3左侧的测径本体1上设置有出气孔12，在测径本体1内设置有调速气管线13，调速气管线13的进气口与组合阀11中的调速通道出气端相连通，调速气管线13的出气口与出气孔12相连通；在测径本体1内还设置有电源装置14和数据采集装置15，电源装置14的电源输出端与数据采集装置15的电源输入端电连接，组合阀11的信号输入端与数据采集装置15的组合阀信号输出端电连接，光学位移传感器9的信号输出端与数据采集装置15的光学位移传感器信号输入端电连接在一起，转速传感器的信号输出端与数据采集装置15的转速传感器信号输入端电连接在一起。变形感应皮碗4能够有效保护感应气囊8不被管道内壁摩擦损坏，感应气囊8的存在，能够有效确保光学位移传感器9的测试环境洁净，为光学位移传感器9的准确测量提供保障；变形感应皮碗9外侧缘的格栅能够有效提高变形感应皮碗9的变形灵敏度，提高测试准确性；数据采集装置15中设置有本发明的速度范围为S₁至S₂；新型放置在需要检测的管道内，然后封闭需要检测的管道，向本发明后方（按附图1所示，即在本发明中驱动皮碗的右方）的管道内充入高压气体，由于驱动皮碗5为与管道内壁密闭接触，在高压气体的作用下，驱动本发明向前方（按附图1所示，即向左方）移动，里程轮7上的转速传感器开始测试里程轮7转动的圈数，并将该数值发送至数据采集装置15中，数据采集装置15即可计算出里程轮7所行走的距离，同时，利用合计时的时间计算出当下的行走速度S，当S≧S₂时，数据采集装置15控制组合阀11开启，本发明后方管道内的部分高压气体通过组合阀11进入调速气管线13内再经出气孔12排出，从而降低推进力起到降低本发明行走速度S的目的，当S≦S₁时，数据采集装置15控制组合阀11关闭，管道内的全部高压气体全部作用在本发明的后方，推动本发明前进，起到增加推进力提高本发明行走速度S的目的，综合使得本发明的速度可控，使得本发明的速度在设定范围内恒定，提高检测的精确度。

可根据实际需要，对上述高精度管道通径测径装置作进一步优化或/和改进：

实施例2，作为实施例1的优化，如附图1、2所示，组合阀包括阀体16、调速单向阀和调速调节阀，在阀体16的右部内设置有与阀体16外连通的水平向的进气通道17，对应进气通道17的阀体16外固定安装有与进气通道17连通的进气接管18，在进气接管18上串接有正压过滤器19，在进气通道17左方的阀体16内设置有调速通道，调速通道包括水平调速段20和L型弯孔段21，水平调速段20的左端为左大右小的台阶孔，盲板10上的进气孔与进气接管18相连通，调速气管线13的进气口与L型弯孔段21的水平段的出气端相连通，在阀体16的右部内设置有下端与阀体16外连通的竖直安装孔22，竖直安装孔22分别串连连通进气通道17和水平调速段20的右端，水平调速段20上方的竖直安装孔22直径小于水平调速段20下方的竖直安装孔22直径，L型弯孔段21的竖直段与水平调速段20的大孔呈十字交叉状连通，在L型弯孔段21与水平调速段20的交汇处设置有能够连通或切断L型弯孔段21与水平调速段20的调速单向阀，调速单向阀包括调速阀座23、调速阀体24和调速阀压簧25，调速阀座23固定安装在水平调速段20的大孔左端内，调速阀体24的外部呈左大右小状，调速阀体24的小头位于水平调速段20的小孔内，调速阀体24的大头位于水平调速段20的大孔内，在调速阀座23和调速阀体24之间的水平调速段20内设有调速阀压簧25，在竖直安装孔22分与水平调速段20的右端连通处设置有能够切断或连通竖直安装孔22与水平调速段20的调速调节阀，调速调节阀包括阀头26、压簧27和电动阀芯28，在竖直安装孔22的下端内固定安装有阀头26，在竖直安装孔22与水平调速段20的右端连通处设置有能够切断或连通竖直安装孔22与水平调速段20的电动阀芯28，调速调节阀的电动阀芯28呈上小下大的锥体状，调速调节阀的电动阀芯28的大头与水平调速段20下方的竖直安装孔22直径相配，阀头26与电动阀芯28之间设有压簧27，调速调节阀的电动阀芯28的信号输入端与数据采集装置15的调速调节阀信号输出端电连接。

高压气体经过进气接管上的正压过滤器19过滤后，进入进气通道17内，当需要控制管道测径装置的行走速度时，数据采集装置15的调速调节阀信号输出端向调速调节阀的电动阀芯28的信号输入端发出信号，调速调节阀的电动阀芯28向下移动，连通竖直安装孔22与水平调速段20，当水平调速段20内有高压气体过来时，向左推动调速阀体24，高压气体经过调速气管线13充入到本发明的前方，从而降低推进力起到降低本发明行走速度的目的，数据采集装置15根据转速传感器上传的数据随时调节调速调节阀的开度大小，使得本发明的速度可控，使得本发明的速度在设定范围内恒定，提高检测的精确度；当水平调速段内无高压气体时，调速阀压簧25向右推动调速阀体24，切断L型弯孔段21与水平调速段20，本技术方案设计合理，加工安装简便，如果有零件发生损坏，更换零件方便快捷。

实施例3，作为实施例2的优化，如附图1、2、3所示，感应气囊8包括左安装环板29、右安装环板30、柔性连接件31、左连接环板32、右连接环板33和充气管线34；左安装环板29、右安装环板30分别密封的焊接在对应变形感应皮碗4内的测径本体1的外壁上，左安装环板29的外径大于右安装环板30的外径，柔性连接件31呈剖面为C型开口向内的环状，柔性连接件31的左部内端内壁与左连接环板32的左侧壁粘接在一起或硫化为一体，柔性连接件31的右部内端外壁与右连接环板33的左侧壁粘接在一起或硫化为一体，左连接环板32与左安装环板29固定通过螺栓35安装在一起并且柔性连接件31的左部内端位于左连接环板32与左安装环板29之间，在右安装环板30的外端外壁上设置有右外环槽，右连接环板33与右安装环板30通过螺栓35固定安装在一起并且柔性连接件31的右部内端位于右外环槽内，柔性连接件31的外端外侧壁挤压变形感应皮碗4内壁形成面接触，左连接环板32的内径大于右安装环板30的外径，柔性连接件31、左安装环板29、右安装环板30与测径本体1之间形成环形的测径环腔36，在测径环腔36内的测径本体1外壁上沿圆周均匀固定安装有至少十六个的光学位移传感器9；在进气通道17左方的阀体16内还设置有充气通道，充气通道包括水平充气段37、竖直连通段38和充气弯孔段39，竖直安装孔22的上端与阀体16外连通，水平充气段37设置在阀体16的内部，水平充气段37的右端与竖直安装孔22连通，水平充气段37下方的竖直安装孔22直径小于水平充气段37上方的竖直安装孔22直径，竖直连通段38为上大下小的台阶孔，水平充气段37的右端与竖直连通段38的下端连通，竖直连通段38的大孔和充气弯孔段39呈十字交叉状连通，对应充气弯孔段39的出气端的阀体16外固定安装有与充气弯孔段39连通的充气接管40，在充气接管40上串接有精细过滤器41，竖直连通段38的上端与阀体16外部连通，在竖直连通段38与充气弯孔端39的交汇处设置有能够连通或切断水平充气段37和充气弯孔段39的充气单向阀，充气单向阀包括充气阀座42、充气阀体43和充气阀压簧44，充气阀座42固定安装在竖直连通段38的大孔上端内，充气阀体43的外部呈上大下小状，充气阀体43的小头位于竖直连通段38的小孔内，充气阀体43的大头位于竖直连通段38的大孔内，在充气阀座42和充气阀体43之间的竖直连通段38内设有充气阀压簧44，在竖直安装孔22与水平充气段37的连通处设置有充气控制阀，充气控制阀同调速调节阀均包括阀头26、压簧27和电动阀芯28，在竖直安装孔22的上端内也固定安装有阀头26，在竖直安装孔22与水平充气段37的连通处设置有能够切断或连通竖直安装孔22与水平充气段37的电动阀芯28，充气控制阀的电动阀芯28呈上大下小的锥体状，充气控制阀的电动阀芯28的大头与水平充气段37上方的竖直安装孔22直径相配，竖直安装孔22上端内的阀头26与与其相邻的电动阀芯28之间设有压簧27，充气控制阀的电动阀芯28的信号输入端与数据采集装置15的充气控制阀信号输出端电连接，充气管线34位于测径本体1内，充气管线34的进气端与充气接管40出气端相连通，充气管线34的出气端穿过测径本体1位于测径环腔36内，在测径环腔36内设置有压力传感器53，压力传感器53的信号输出端与数据采集装置15的压力传感器信号输入端电连接，对应测径环腔36的测径本体1上设置有能够向测径本体1内释放测径环腔36内压力气体的单向排气阀51，单向排气阀51的信号的信号输入端与数据采集装置15的单向排气阀信号输出端电连接。

在柔性连接件31受压变形时，可能会漏气，为了确保测试的准确，就必须保证测径环腔36内的气压；通过充气管线34向测径环腔36内充入高压气体，通过压力传感器53实时监控测径环腔36内的压力值，若测径环腔36内的压力值过高时，数据采集装置15的单向排气阀信号输出端向单向排气阀51的信号的信号输入端发出信号，打开单向排气阀51排出多余的高压气体至需要压力为止，若测径环腔36内的压力值过低时，高压气体经过进气接管18上的正压过滤器19过滤后，进入进气通道17内，数据采集装置15的充气控制阀信号输出端向充气控制阀的电动阀芯28的信号输入端发出信号，控制充气控制阀的电动阀芯28连通竖直安装孔22与水平充气段37，当水平充气段37内有高压气体过来时，向上推动充气阀体43，打开充气单向阀，高压气体经过精细过滤器41后向感应气囊8中充入高压气体，通过充气通道向测径环腔36内充入高压气体至需要压力为止，当感应气囊8中的压力达到预定的压力值时，感应气囊8中的压力传感器53发出信号给数据采集装置15，数据采集装置15的充气控制阀信号输出端向充气控制阀的电动阀芯28的信号输入端发出信号将充气控制阀关闭，充气过程结束，当水平充气段37内无高压气体时，充气阀压簧44向下推动充气阀体43，切断水平充气段37和充气弯孔段39，这样便能使测径环腔36内具有较好的充压效果，并且能维持测径环腔36内的压力恒定，当柔性连接件31受压后变形良好且释压后恢复性良好，本技术方案设计合理，加工安装简便，如果有零件发生损坏，更换零件方便快捷；柔性连接件31的左部内端位于左连接环板32和左安装环板29之间，通过左连接环板32和左安装环板29的挤压，使得柔性连接件31左部内端的连接处密封性良好，柔性连接件31的右部内端位于右连接环板33和右安装环板30之间，通过右连接环板33和右安装环板30的挤压，使得柔性连接件31右部内端的连接处密封性良好；当需要更换柔性连接件31时，分别拆开左安装环板29与左连接环板32之间的螺栓35和右安装环板30与右连接环板33之间的螺栓35，因为左安装环板29的外径大于右安装环板30的外径以及左连接环板32的内径大于右安装环板30的外径，使得左连接环板32和右连接环板33以及柔性连接件31能够顺利无阻碍的从测径本体1的右端取下进行更换。

实施例4，作为实施例1和实施例2的优化，如附图1、2、4所示，感应气囊8包括左连接环板32、右连接环板33和气囊本体45；相互平行的左连接环板32和右连接环板33分别固定安装在对应变形感应皮碗4内的测径本体1的外壁上，气囊本体45的左端与左连接环板32的上端固定安装在一起，气囊本体45的右端与右连接环板33的上端固定安装在一起，气囊本体45的外端外侧壁挤压变形感应皮碗4内壁形成面接触，气囊本体45、左连接环板32、右连接环板33与测径本体1之间形成环形的测径环腔36，在测径环腔36内的测径本体1外壁上沿圆周均匀固定安装有至少十六个的光学位移传感器9；气囊本体45的材料为记忆合金材料，在气囊本体45的内表面上涂有高分子材料涂层52，在气囊本体45的外表面上涂有高分子材料涂层52。“记忆合金”，即拥有“记忆"效应的合金，在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。记忆合金具有一种重要性质是伪弹性（pseudoelasticity，又称超弹性，superelasticity），表现为在外力作用下，形状记忆合金具有比一般金属大的多的变形恢复能力，即加载过程中产生的大应变会随着卸载而恢复。本发明的气囊本体45通过采用记忆合金，使得气囊本体45具有较好的受压弹性形变、卸压后恢复原形的效果，气囊本体45采用了记忆合金，其形变准确度大大提高，使得检测数据的精确度也相应得到提高，因此，能够非常准确的反映出管道内的缺陷和变形；由于记忆合金材料的气囊本体45为金属材质，其内外表面均为光滑的表面，对于气囊本体45的内表面而言，过于光滑的内表面产生“镜像效应”，由于在气囊本体45内设置有光学位移传感器9，当光学位移传感器9发射出光束时，气囊本体45的内表面很容易产生光反射或光衍射，从而影响了光学位移传感器9接受气囊本体45形变数据的准确性，对于气囊本体45的外表面而言，由于其外表面光滑，当变形感应皮碗4受压后施压于气囊本体45的外表面上时，很容易产生“打滑”现象，从而影响测试的准确性，容易发生漏检或错检现象，因此，在气囊本体45的内表面或外表面上涂有高分子材料涂层52后，对于内表面而言，消除了“镜像效应”，避免光学位移传感器9发射出的光束产生光反射或光衍射，对于外表面而言，消除了“打滑”现象，综合提高了检测的准确性。

实施例5，作为实施例4的优化，如附图1、2所示，高分子材料涂层52为聚酯涂层或聚氨酯涂层。

实施例6，作为上述实施例的优化，如附图1、2所示，在测径本体1上设置有声波地面标记器46。为了消除里程轮7的误差,精确定位管道缺陷,采用声波地面标记器46作为管道内检测器的辅助定位设备，声波地面标记器46测量管道内本发明通过某一已知地点的时间,将缺陷定位的误差控制在1m以内，使用时，本发明置于管道内部，在地面上还设置有与该声波地面标记器46相配套的声波发射接收仪，本发明在管道内部行走时，通过声波地面标记器46发射声波，该声波被声波发射接收仪所接收，进而通过声波发射接收仪处理后能够显示出本发明该时间点下所行走的距离，当本发明在管道内发生意外被卡住时，通过声波地面标记器46能够准确的知道本发明在管道内的位置，然后在相应位置锯开管道，即可取出本发明。

实施例7，作为上述实施例的优化，如附图1、2所示，防撞头2包括防撞头本体和防撞头盖，防撞头盖通过能够拆卸的方式固定安装在防撞头本体的左端面上，防撞头盖的外壁与防撞头本体的外壁共同形呈半球型，防撞头本体的右端面固定安装在测径本体1的左端面上，在防撞头内的测径本体1左端面上固定安装有前牵引环47，在盲板10的右侧壁上固定安装有牵引架48，在牵引架48的右端固定安装有后牵引环49。当本发明下入到管道内后，如果发生意外被卡住，在获知本发明的具体位置后，将管道的相应位置锯开，在前牵引环47或后前牵引环49上系上拉绳，通过拽拉绳索，方便快捷的将本发明从管道内取出；防撞头盖与防撞头本体的配合，当需要在向前牵引环47上系上绳索时，只需简单的卸下防撞头盖即可漏出前牵引环47，不需要向前牵引环47上系上绳索时，防撞头盖固定安装在防撞头本体上，不影响其对本发明的防撞效果。

实施例8，作为上述实施例的优化，如附图1、2所示，对应盲板10上的进气孔的盲板10右侧壁上设置有空气过滤器50；或/和，光学位移传感器9为激光位移传感器或红光测距传感器或不可见光测距传感器。光学位移传感器9为非接触的位移传感器，凡是现有技术中只要满足测量要求的非接触的位移传感器，都可以应用在本发明中。

实施例9，该根据实施例3所述的高精度管道通径测径装置的充气调速方法，将高精度管道通径测径装置置于需要测量的管道内，数据采集装置15中设定有感应气囊8中的压力值P₁，压力传感器53将测定的压力值P₂上传至数据采集装置15，若P₂＜P₁，数据采集装置15的充气控制阀信号输出端向充气控制阀的电动阀芯28的信号输入端发送信号，充气控制阀的电动阀芯28向上移动，高压气体进入充气通道并推开充气单向阀，经过精细过滤器41后，向感应气囊8内充入高压气体，当P₂＞P₁时，数据采集装置15的充气控制阀信号输出端向充气控制阀的电动阀芯28的信号输入端发送信号，充气控制阀的电动阀芯28向下移动关闭充气通道，数据采集装置18的单向排气阀信号输出端向单向排气阀51的信号的信号输入端发送信号，单向排气阀51打开进行泄压至P₂=P₁，单向排气阀51关闭；当高精度管道通径测径装置在需要测量的管道内行走时，数据采集装置15中建立数学模型：V=Q/A、Q=C*A*{(2/ρ)*(P₃-P₄)}^1/2、A=π*d_m*χ*Sinα、d_m=1/2*（d₂-d₁），其中：V为高精度管道通径测径装置在管道内的行走速度，当高压气体的雷诺系数大于260时，C为0.8至0.9，ρ为高压气体的密度，P₃为高精度管道通径测径装置后方管道内的压力，P₄为高精度管道通径测径装置前方管道内的压力，d₂为水平调速段20下方的竖直安装孔22直径，d₁为水平调速段20上方的竖直安装孔22直径，χ为调速调节阀的电动阀芯28关闭调速通道至打开调速通道的位移量，α为调速调节阀的电动阀芯28的锥度，数据采集装置中设定有高精度管道通径测径装置的设定行走速度设定值V₁，实时测定高精度管道通径测径装置的行走速度实测值V₂、P₃和P₄，根据建立的数学模型，调节χ，使V₂=V₁。

本发明的高精度管道通径测径装置在高压气体的压力作用下运行，由于高压气体的可压缩性，使其运动速度及所受压力不断变化，还由于受到管道制造工艺形成的内部表面螺旋焊缝的作用，运动轨迹是直线运动与螺旋运动构成的复合进动运动，同时在加速度的惯性载荷下产生一定的振动(流体系统的振动来源于压力、流量的波动，而且与输入端的气源和负载端负载器件的几何尺寸及形状有关，与流体介质的物理性质、管道的材质及几何尺寸有关)，影响了运行的平稳性，导致检测精度偏差，压缩空气产生的推力以及管道内部表面螺旋焊缝的不可控特性，使得高精度管道通径测径装置的速度控制尤其重要；本发明采用压力传感器采集高压气体对高精度管道通径测径装置的作用力信号，传送到数据采集装置进行分析处理，给出控制信号发送到组合阀的调速调节阀电动阀芯，调节调速调节阀电动阀芯的开度，实现高精度管道通径测径装置运行速度的控制，通过调速调节阀电动阀芯开口前后压力差的稳定性调节实现通径检测器运行的平稳性。

通过本实施例，能够很好地控制感应气囊8内的压力值，并且能实时控制本发明的高精度管道通径测径装置的行走速度在设定速度下匀速前进，为提高测量的精确度提供保障。

本发明在管道内测径行走时，行走速度均匀，有效缩短了检测周期，有效提高了测量精确度，实施性较强，并且本发明提供的充气式感应气囊和记忆型的的感应气囊，在受压时均具有较好的形变能力、卸压后均具有较好的形变恢复性，灵敏度高，能够进一步提高本发明测量的精确度，同时，够很好地控制感应气囊内的压力值，并且能实时控制本发明的高精度管道通径测径装置的行走速度在设定速度下匀速前进，为提高测量的精确度提供保障；地面标记器以及前牵引环和后前牵引环的共同配合下，使得本发明在管道内行走的距离误差限定在1米内，当本发明在管道内发生故障时，易定位易取出，降低人力、物力消耗，并且本发明设计合理，加工安装简便，如果有零件发生损坏，更换零件方便快捷。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (10)

1.一种高精度管道通径测径装置，其特征在于包括测径本体、导向皮碗、驱动皮碗和里程轮；测径本体呈管状结构，测径本体的左端封闭，在测径本体的左端固定安装有防撞头，在测径本体的左部外壁上固定安装有导向皮碗，在测径本体的右部外壁上从左至右依次固定安装有变形感应皮碗和驱动皮碗；在导向皮碗与变形感应皮碗之间的测径本体外壁上固定安装有至少两套的里程轮安装支架，在每套里程轮安装支架的末端安装有里程轮，在里程轮上还设置有转速传感器；变形感应皮碗的外侧缘均布有格栅，在变形感应皮碗内的测径本体上固定安装有感应气囊，感应气囊的外端外侧壁挤压变形感应皮碗内壁形成面接触，接触面为测量面，在感应气囊内沿圆周均匀固定安装有至少十六个的光学位移传感器，光学位移传感器发出的信号位于测量面范围内；在测径本体的右端固定安装有能够封堵测径本体右端的盲板，测径本体内的盲板左端面上固定安装有组合阀，组合阀上设置有调速通道，盲板上设置有进气孔，盲板上的进气孔与组合阀中的调速通道进气端相连通，在导向皮碗左侧的测径本体上设置有出气孔，在测径本体内设置有调速气管线，调速气管线的进气口与组合阀中的调速通道出气端相连通，调速气管线的出气口与出气孔相连通；在测径本体内还设置有电源装置和数据采集装置，电源装置的电源输出端与数据采集装置的电源输入端电连接，组合阀的信号输入端与数据采集装置的组合阀信号输出端电连接，光学位移传感器的信号输出端与数据采集装置的光学位移传感器信号输入端电连接在一起，转速传感器的信号输出端与数据采集装置的转速传感器信号输入端电连接在一起。

2.根据权利要求1所述的高精度管道通径测径装置，其特征在于组合阀包括阀体、调速单向阀和调速调节阀，在阀体的右部内设置有与阀体外连通的水平向的进气通道，对应进气通道的阀体外固定安装有与进气通道连通的进气接管，在进气接管上串接有正压过滤器，在进气通道左方的阀体内设置有调速通道，调速通道包括水平调速段和L型弯孔段，水平调速段的左端为左大右小的台阶孔，盲板上的进气孔与进气接管相连通，调速气管线的进气口与L型弯孔段的水平段的出气端相连通，在阀体的右部内设置有下端与阀体外连通的竖直安装孔，竖直安装孔分别串连连通进气通道和水平调速段的右端，水平调速段上方的竖直安装孔直径小于水平调速段下方的竖直安装孔直径，L型弯孔段的竖直段与水平调速段的大孔呈十字交叉状连通，在L型弯孔段与水平调速段的交汇处设置有能够连通或切断L型弯孔段与水平调速段的调速单向阀，调速单向阀包括调速阀座、调速阀体和调速阀压簧，调速阀座固定安装在水平调速段的大孔左端内，调速阀体的外部呈左大右小状，调速阀体的小头位于水平调速段的小孔内，调速阀体的大头位于水平调速段的大孔内，在调速阀座和调速阀体之间的水平调速段内设有调速阀压簧，在竖直安装孔分与水平调速段的右端连通处设置有能够切断或连通竖直安装孔与水平调速段的调速调节阀，调速调节阀包括阀头、压簧和电动阀芯，在竖直安装孔的下端内固定安装有阀头，在竖直安装孔与水平调速段的右端连通处设置有能够切断或连通竖直安装孔与水平调速段的电动阀芯，调速调节阀的电动阀芯呈上小下大的锥体状，调速调节阀的电动阀芯的大头与水平调速段下方的竖直安装孔直径相配，阀头与电动阀芯之间设有压簧，调速调节阀的电动阀芯的信号输入端与数据采集装置的调速调节阀信号输出端电连接。

3.根据权利要求2所述的高精度管道通径测径装置，其特征在于感应气囊包括左安装环板、右安装环板、柔性连接件、左连接环板、右连接环板和充气管线；左安装环板、右安装环板分别密封的焊接在对应变形感应皮碗内的测径本体的外壁上，左安装环板的外径大于右安装环板的外径，柔性连接件呈剖面为C型开口向内的环状，柔性连接件的左部内端内壁与左连接环板的左侧壁粘接在一起或硫化为一体，柔性连接件的右部内端外壁与右连接环板的左侧壁粘接在一起或硫化为一体，左连接环板与左安装环板固定通过螺栓安装在一起并且柔性连接件的左部内端位于左连接环板与左安装环板之间，在右安装环板的外端外壁上设置有右外环槽，右连接环板与右安装环板通过螺栓固定安装在一起并且柔性连接件的右部内端位于右外环槽内，柔性连接件的外端外侧壁挤压变形感应皮碗内壁形成面接触，左连接环板的内径大于右安装环板的外径，柔性连接件、左安装环板、右安装环板与测径本体之间形成环形的测径环腔，在测径环腔内的测径本体外壁上沿圆周均匀固定安装有至少十六个的光学位移传感器；在进气通道左方的阀体内还设置有充气通道，充气通道包括水平充气段、竖直连通段和充气弯孔段，竖直安装孔的上端与阀体外连通，水平充气段设置在阀体的内部，水平充气段的右端与竖直安装孔连通，水平充气段下方的竖直安装孔直径小于水平充气段上方的竖直安装孔直径，竖直连通段为上大下小的台阶孔，水平充气段的右端与竖直连通段的下端连通，竖直连通段的大孔和充气弯孔段呈十字交叉状连通，对应充气弯孔段的出气端的阀体外固定安装有与充气弯孔段连通的充气接管，在充气接管上串接有精细过滤器，竖直连通段的上端与阀体外部连通，在竖直连通段与充气弯孔端的交汇处设置有能够连通或切断水平充气段和充气弯孔段的充气单向阀，充气单向阀包括充气阀座、充气阀体和充气阀压簧，充气阀座固定安装在竖直连通段的大孔上端内，充气阀体的外部呈上大下小状，充气阀体的小头位于竖直连通段的小孔内，充气阀体的大头位于竖直连通段的大孔内，在充气阀座和充气阀体之间的竖直连通段内设有充气阀压簧，在竖直安装孔与水平充气段的连通处设置有充气控制阀，充气控制阀同调速调节阀均包括阀头、压簧和电动阀芯，在竖直安装孔的上端内也固定安装有阀头，在竖直安装孔与水平充气段的连通处设置有能够切断或连通竖直安装孔与水平充气段的电动阀芯，充气控制阀的电动阀芯呈上大下小的锥体状，充气控制阀的电动阀芯的大头与水平充气段上方的竖直安装孔直径相配，竖直安装孔上端内的阀头与与其相邻的电动阀芯之间设有压簧，充气控制阀的电动阀芯的信号输入端与数据采集装置的充气控制阀信号输出端电连接，充气管线位于测径本体内，充气管线的进气端与充气接管出气端相连通，充气管线的出气端穿过测径本体位于测径环腔内，在测径环腔内设置有压力传感器，压力传感器的信号输出端与数据采集装置的压力传感器信号输入端电连接，对应测径环腔的测径本体上设置有能够向测径本体内释放测径环腔内压力气体的单向排气阀，单向排气阀的信号的信号输入端与数据采集装置的单向排气阀信号输出端电连接。

4.根据权利要求1或2所述的高精度管道通径测径装置，其特征在于感应气囊包括左连接环板、右连接环板和气囊本体；相互平行的左连接环板和右连接环板分别固定安装在对应变形感应皮碗内的测径本体的外壁上，气囊本体的左端与左连接环板的上端固定安装在一起，气囊本体的右端与右连接环板的上端固定安装在一起，气囊本体的外端外侧壁挤压变形感应皮碗内壁形成面接触，气囊本体、左连接环板、右连接环板与测径本体之间形成环形的测径环腔，在测径环腔内的测径本体外壁上沿圆周均匀固定安装有至少十六个的光学位移传感器；气囊本体的材料为记忆合金材料，在气囊本体的内表面上涂有高分子材料涂层，在气囊本体的外表面上涂有高分子材料涂层。

5.根据权利要求4所述的高精度管道通径测径装置，其特征在于高分子材料涂层为聚酯涂层或聚氨酯涂层。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的高精度管道通径测径装置，其特征在于在测径本体上设置有声波地面标记器。

7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的高精度管道通径测径装置，其特征在于防撞头包括防撞头本体和防撞头盖，防撞头盖通过能够拆卸的方式固定安装在防撞头本体的左端面上，防撞头盖的外壁与防撞头本体的外壁共同形呈半球型，防撞头本体的右端面固定安装在测径本体的左端面上，在防撞头内的测径本体左端面上固定安装有前牵引环，在盲板的右侧壁上固定安装有牵引架，在牵引架的右端固定安装有后牵引环。

8.根据权利要求6所述的高精度管道通径测径装置，其特征在于防撞头包括防撞头本体和防撞头盖，防撞头盖通过能够拆卸的方式固定安装在防撞头本体的左端面上，防撞头盖的外壁与防撞头本体的外壁共同形呈半球型，防撞头本体的右端面固定安装在测径本体的左端面上，在防撞头内的测径本体左端面上固定安装有前牵引环，在盲板的右侧壁上固定安装有牵引架，在牵引架的右端固定安装有后牵引环。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的高精度管道通径测径装置，其特征在于对应盲板上的进气孔的盲板右侧壁上设置有空气过滤器；或/和，光学位移传感器为激光位移传感器或红光测距传感器或不可见光测距传感器。

10.一种根据上述权利要求3所述的高精度管道通径测径装置的充气调速方法，其特征在于将高精度管道通径测径装置置于需要测量的管道内，数据采集装置中设定有感应气囊中的压力值P₁，压力传感器将测定的压力值P₂上传至数据采集装置，若P₂＜P₁，数据采集装置的充气控制阀信号输出端向充气控制阀的电动阀芯的信号输入端发送信号，充气控制阀的电动阀芯向上移动，高压气体进入充气通道并推开充气单向阀，经过精细过滤器后，向感应气囊内充入高压气体，当P₂＞P₁时，数据采集装置的充气控制阀信号输出端向充气控制阀的电动阀芯的信号输入端发送信号，充气控制阀的电动阀芯向下移动关闭充气通道，数据采集装置的单向排气阀信号输出端向单向排气阀的信号的信号输入端发送信号，单向排气阀打开进行泄压至P₂=P₁，单向排气阀关闭；当高精度管道通径测径装置在需要测量的管道内行走时，数据采集装置中建立数学模型：V=Q/A、Q=C*A*{(2/ρ)*(P₃-P₄)}^1/2、A=π*d_m*χ*Sinα、d_m=1/2*（d₂-d₁），其中：V为高精度管道通径测径装置在管道内的行走速度，当高压气体的雷诺系数大于260时，C为0.8至0.9，ρ为高压气体的密度，P₃为高精度管道通径测径装置后方管道内的压力，P₄为高精度管道通径测径装置前方管道内的压力，d₂为水平调速段下方的竖直安装孔直径，d₁为水平调速段上方的竖直安装孔直径，χ为调速调节阀的电动阀芯关闭调速通道至打开调速通道的位移量，α为调速调节阀的电动阀芯的锥度，数据采集装置中设定有高精度管道通径测径装置的设定行走速度设定值V₁，实时测定高精度管道通径测径装置的行走速度实测值V₂、P₃和P₄，根据建立的数学模型，调节χ，使V₂=V₁。