CN106499913A - 一种管道内机械式压力波信号发生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管道内机械式压力波信号发生装置及方法，该装置包括偏心轮、单向齿条、单向齿轮、凸轮、摆动杆；单向齿轮通过齿轮三角架安装到管道内检测器上，凸轮安装到单向齿轮上，摆杆一端、摆动杆一端分别连接到管道内检测器上，偏心轮的旋转点连接摆杆另一端，单向齿条连接到摆杆上，且单向齿条始终垂直于管道轴向往复运动并与所述的单向齿轮啮合；管道内机械式压力波信号发生装置随管道内检测器在管道内运行过程中，偏心轮贴着管道内壁转动，带动单向齿条、单向齿轮、凸轮运动，凸轮运动过程中接触或离开摆动杆，使摆动杆发生摆动，产生压力波。本发明可以在管道内检测器前进的过程中，引起管道内部压力的瞬时变化，源源不断的产生压力波。

Description

一种管道内机械式压力波信号发生装置及方法

技术领域

本发明属于管道检测技术领域，具体是一种管道内机械式压力波信号发生装置及方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着经济的快速发展，带来的结果是对能源需求的不断增加，特别是对于处于经济上升期的中国，对于能源的需求显得格外迫切。管道运输因其具有成本低，节约能源、安全性高及供给稳定等优点已经在全世界范围内得到了广泛的应用，与此同时，管道运输的安全性问题也越来越受到各国政府的重视。由于所运输介质的危险性和污染性，一旦发生事故会造成巨大的生命财产损失和环境污染。而管道内检测技术是一项重要的管道缺陷无损检测技术，被广泛的应用到管道事故监测中。通过检测能准确地了解到服役管线的真实状况，及时发现管道存在的缺陷，从而提出有效的措施进行维护，延缓管道失效和减小管道风险。应用管道内检测这种方法，管道内检测器在管道内部移动，就需要实时确定其在管道中的位置，尤其是当其卡堵在管道中时，更需要及时准确地确定其在管道中的位置，以便采取相应措施。如果长时间卡在管道中，使得流体不能正常运输，将会造成巨额的经济损失和环境污染。

发明内容

为了能够实时跟踪和定位管道内检测器的位置，本发明提供一种管道内机械式压力波信号发生装置及方法，可以在管道内检测器前进的过程中，引起管道内部压力的瞬时变化，源源不断的产生压力波。管道首尾两端的高精度压力传感器检测到这种压力波，通过计算首尾两端传感器检测到信号的时间差，就可以得到管道内机械式压力波信号发生装置的实时位置，从而实现管道内检测器在管道内的实时跟踪功能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种管道内机械式压力波信号发生装置，安装在管道内检测器上，该装置包括：

偏心轮、单向齿条、单向齿轮、凸轮、摆动杆；

单向齿轮通过齿轮三角架安装到管道内检测器上，凸轮安装到单向齿轮上，摆杆一端、摆动杆一端分别连接到管道内检测器上，偏心轮的旋转点连接摆杆另一端，单向齿条连接到摆杆上，且单向齿条始终垂直于管道轴向往复运动并与所述的单向齿轮啮合；管道内机械式压力波信号发生装置随管道内检测器在管道内运行过程中，偏心轮贴着管道内壁转动，带动单向齿条、单向齿轮、凸轮运动，凸轮运动过程中接触或离开摆动杆，使摆动杆发生摆动，从而产生压力波。

所述装置被安装在管道内检测器尾部的法兰上，齿轮三角架安装到管道内检测器尾部的法兰上，且齿轮三角架位于管道轴向中心线上。

所述摆杆一端、摆动杆一端分别通过第一铰链节副、第二铰链节副、连接到管道内检测器尾部的法兰上，摆杆以第一铰链节副为支点上下摆动，摆动杆以第二铰链节副为支点上下摆动。

所述摆杆另一端穿过第一滑动副连接偏心轮的旋转点，单向齿条一端连接到摆杆上的第一滑动副，单向齿条另一端连接第二滑动副，第二滑动副通过长杆连接在管道内检测器尾部的法兰上。

所述摆杆、摆动杆分别通过第一弹簧、第二弹簧连接在管道内检测器尾部的法兰上，摆杆通过第一弹簧的作用使偏心轮贴着管道内壁转动，摆动杆通过第一弹簧的作用使发生摆动的摆动杆回到初始位置。

不同直径的所述偏心轮贴着管道内壁转动，摆动杆产生的摆动频率不同。

所述的凸轮为盘形凸轮，单相齿轮与凸轮通过螺栓共同固定在齿轮三角架顶部。

不同齿数比例的所述单向齿轮与单向齿条，在凸轮运动过程中产生的转动角度也不同。

所述摆动杆的长度满足L×sinα＝r-h，其中L是摆动杆的长度，α为摆动杆与水平方向所成夹角，r为管道内径的一半，h为摆动杆与第二铰链节副之间连接点与管道中心线的距离。

所述的管道内机械式压力波信号发生装置的压力波信号发生方法，包括：

管道内检测器运动过程中，偏心轮贴着管道内壁转动；

偏心轮转动带动其连接的单向齿条垂直于管道轴向往复运动；

与单向齿条啮合的单向齿轮随单向齿条运动，凸轮随单向齿轮运动；

凸轮运动过程中接触或离开摆动杆，使摆动杆发生摆动，从而产生压力波。

有益效果：

本发明装置安装在管道内检测器尾部，当管道内检测器在管道内前进时，该装置中的偏心轮会紧贴管壁向前滚动，带动单向齿条上下运动，单向齿轮将会转动，使凸轮不断的接触、离开摆动杆，摆动杆的拨动使管道内部的介质状态发生变化，在管道内产生一次压力波。随着装置的不断前行，将会有源源不断的压力波信号向管道首末端传播，被安装在管道首末端的高精度压力波传感器接收。本发明具有结构简单、运行可靠、安全节能的特点；通过调节偏心轮的直径与偏心距离以及齿条与齿轮之间的齿数比值关系，可以改变齿轮的旋转速度，进而调节压力波发生装置摆动杆的摆动周期，产生不同频率、不同强度的压力波；该装置采用纯机械原理产生压力波，不需要供电，适用于长输管道，并且不受管道尺寸限制。本发明提供一种加工和装配方便的管道内机械式压力波信号发生装置及方法，该装置具有结构简单，节能，成本低，寿命长，性能稳定，同时能在很宽的范围内调节压力波幅度和频率的特性；

另外，本发明还具有如下的优点：

(1)不需要高精度的加工工艺和安装技术，因而成本较低；

(2)采用纯机械时结构设计，因而结构简单，可靠性高，易于维护；

(3)产生压力波的方法简单，而且效率高，能够实时产生压力波；

(4)可以通改变单向齿轮与单向齿条间的齿数比例，产生不同频率、幅值的压力波。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的管道内机械式压力波信号发生装置图；

图2是本发明具体实施方式中的摆动杆长度几何示意图；

图3是本发明具体实施方式中的管道内机械式压力波信号发生方法流程图；

其中，1-皮碗，2-法兰，3-摆杆，4-第一铰链节副，5-偏心轮，6-第一滑动副，7-单向齿条，8-单向齿轮，9-第二滑动副，10-凸轮，11-摆动杆，12-第二铰链节副，13-齿轮三角架，14-第二弹簧，15-第一弹簧，16-管道内壁，17-骨架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

本实施方式提供如图1所示的一种管道内机械式压力波信号发生装置，安装在管道内检测器尾部的法兰2上，管道内检测器的骨架17是圆柱形的钢棒，皮碗1和所述的法兰2都固定在管道内检测器骨架17上，且三者中心线重合；该装置包括：偏心轮5、单向齿条7、单向齿轮8、凸轮10、摆动杆11。

单向齿轮8通过齿轮三角架13安装到管道内检测器上，且齿轮三角架13位于管道轴向中心线上，凸轮10安装到单向齿轮8上，摆杆3一端、摆动杆11一端分别连接到管道内检测器尾部的法兰2上，偏心轮5的旋转点连接摆杆3另一端，单向齿条7连接到摆杆3上，且单向齿条7始终垂直于管道轴向往复运动并与所述的单向齿轮8啮合；管道内机械式压力波信号发生装置随管道内检测器在管道内运行过程中，偏心轮5紧贴着管道内壁16转动，带动单向齿条7、单向齿轮8、凸轮10运动，凸轮10运动过程中接触或离开摆动杆11，使摆动杆11发生摆动，从而产生压力波。

所述偏心轮5的外形为圆形，旋转点偏离几何中心，不同直径的所述偏心轮5贴着管道内壁16转动，摆动杆11产生的摆动频率不同。因此可以通过选用不同的偏心轮5来调整摆动杆11产生的摆动频率。不同齿数比例的所述单向齿轮8与单向齿条7，在凸轮10运动过程中产生的转动角度也不同。单向齿条7和单向齿轮8的齿数比例为n：1或者1：n，摆动杆11的摆动频率与n直接相关。

所述摆杆3一端、摆动杆11一端分别通过第一铰链节副4、第二铰链节副12、连接到管道内检测器尾部的法兰2上，摆杆3以第一铰链节副4为支点上下摆动，摆动杆11以第二铰链节副12为支点上下摆动。所述的单相齿轮8转过一定角度后，凸轮10接触到摆动杆11，使摆动杆11以第二铰链节副12为支点向上摆动。所述的凸轮10继续旋转过一个角度，所述的摆动杆11与所述的凸轮10脱开时，由于第二弹簧14的作用，摆动杆11将回到原位。

所述摆杆3另一端穿过第一滑动副6连接偏心轮5的旋转点，单向齿条7一端通过连接到摆杆3上的第一滑动副6，单向齿条7另一端连接第二滑动副9，第二滑动副9通过长杆18焊接在管道内检测器尾部的法兰2上，以保证所述的单向齿条7始终处于垂直状态并与所述的单向齿轮8啮合。

所述摆杆3、摆动杆11分别通过第一弹簧15、第二弹簧14连接在管道内检测器尾部的法兰2上，摆杆3通过第一弹簧15的作用使偏心轮5贴着管道内壁16转动，摆动杆11通过第一弹簧14的作用使发生摆动的摆动杆11回到初始位置。

所述的凸轮10为盘形凸轮，单相齿轮8与凸轮10通过螺栓共同固定在齿轮三角架13顶部。

所述的凸轮10与摆动杆11从接触到脱开的过程中，摆动杆11将对管道内介质的流动状态产生一次较大的扰动，该扰动将引起管道内的瞬时压力变化，产生一次压力波。产生的压力波向管道两端传播，可以被高精度的压力波传感器接收。摆动杆11的长度、摆动角度与管道的内径有关如图2所示的摆动杆11的长度满足L×sinα＝r-h，其中L是摆动杆11的长度，α为摆动杆11与水平方向所成夹角，r为管道内径的一半，h为摆动杆11与第二铰链节副12之间连接点与管道中心线的距离。

所述的管道内机械式压力波信号发生装置的压力波信号发生方法，如图3所示，包括：

管道内检测器运动过程中，偏心轮5贴着管道内壁16转动；

偏心轮5转动带动其连接的单向齿条7垂直于管道16轴向往复运动；

与单向齿条7啮合的单向齿轮8随单向齿条7运动，凸轮10随单向齿轮8运动；

凸轮10运动过程中接触或离开摆动杆11，使摆动杆11发生摆动，从而产生压力波。

本发明采用纯机械设计，结构简单，同时加工制作和安装工艺要求较低，有效的降低了制作成本；通过调节偏心轮的直径与偏心距离及单向齿条及单向齿轮的齿数之间的比值关系，可以决定单向齿轮的旋转速度，进而可以调节摆动杆的摆动频率，产生不同频率和幅值的压力波；另外，本发明能够持续产生压力波，且不需要耗费电能，节约了能源。

Claims (10)

1.一种管道内机械式压力波信号发生装置，其特征在于，所述装置安装在管道内检测器上，该装置包括：

偏心轮(5)、单向齿条(7)、单向齿轮(8)、凸轮(10)、摆动杆(11)；

单向齿轮(8)通过齿轮三角架(13)安装到管道内检测器上，凸轮(10)安装到单向齿轮(8)上，摆杆(3)一端、摆动杆(11)一端分别连接到管道内检测器上，偏心轮(5)的旋转点连接摆杆(3)另一端，单向齿条(7)连接到摆杆(3)上，且单向齿条(7)始终垂直于管道(16)轴向往复运动并与所述的单向齿轮(8)啮合；管道内机械式压力波信号发生装置随管道内检测器在管道内运行过程中，偏心轮(5)贴着管道内壁转动，带动单向齿条(7)、单向齿轮(8)、凸轮(10)运动，凸轮(10)运动过程中接触或离开摆动杆(11)，使摆动杆(11)发生摆动，从而产生压力波。

2.根据权利要求1所述的管道内机械式压力波信号发生装置，其特征在于，所述装置被安装在管道内检测器尾部的法兰(2)上，齿轮三角架(13)安装到管道内检测器尾部的法兰(2)上，且齿轮三角架(13)位于管道轴向中心线上。

3.根据权利要求1所述的管道内机械式压力波信号发生装置，其特征在于，所述摆杆(3)一端、摆动杆(11)一端分别通过第一铰链节副(4)、第二铰链节副(12)、连接到管道内检测器尾部的法兰(2)上，摆杆(3)以第一铰链节副(4)为支点上下摆动，摆动杆(11)以第二铰链节副(12)为支点上下摆动。

4.根据权利要求1所述的管道内机械式压力波信号发生装置，其特征在于，所述摆杆(3)另一端穿过第一滑动副(6)连接偏心轮(5)的旋转点，单向齿条(7)一端连接到摆杆(3)上的第一滑动副(6)，单向齿条(7)另一端连接第二滑动副(9)，第二滑动副(9)通过长杆(18)连接在管道内检测器尾部的法兰(2)上。

5.根据权利要求1所述的管道内机械式压力波信号发生装置，其特征在于，所述摆杆(3)、摆动杆(11)分别通过第一弹簧(15)、第二弹簧(14)连接在管道内检测器尾部的法兰(2)上，摆杆(3)通过第一弹簧(15)的作用使偏心轮(5)贴着管道内壁(16)转动，摆动杆(11)通过第一弹簧(14)的作用使发生摆动的摆动杆(11)回到初始位置。

6.根据权利要求1所述的管道内机械式压力波信号发生装置，其特征在于，不同直径的所述偏心轮(5)贴着管道内壁(16)转动，摆动杆(11)产生的摆动频率不同。

7.根据权利要求1所述的管道内机械式压力波信号发生装置，其特征在于，所述的凸轮(10)为盘形凸轮，单相齿轮(8)与凸轮(10)通过螺栓共同固定在齿轮三角架(13)顶部。

8.根据权利要求1所述的管道内机械式压力波信号发生装置，其特征在于，不同齿数比例的所述单向齿轮(8)与单向齿条(7)，在凸轮(10)运动过程中产生的转动角度也不同。

9.根据权利要求3所述的管道内机械式压力波信号发生装置，其特征在于，所述摆动杆(11)的长度满足L×sinα＝r-h，其中L是摆动杆(11)的长度，α为摆动杆(11)与水平方向所成夹角，r为管道内径的一半，h为摆动杆(11)与第二铰链节副(12)之间连接点与管道中心线的距离。

10.根据权利要求1所述的管道内机械式压力波信号发生装置的压力波信号发生方法，其特征在于，包括：

管道内检测器运动过程中，偏心轮(5)贴着管道内壁(16)转动；

偏心轮(5)转动带动其连接的单向齿条(7)垂直于管道(16)轴向往复运动；

与单向齿条(7)啮合的单向齿轮(8)随单向齿条(7)运动，凸轮(10)随单向齿轮(8)运动；

凸轮(10)运动过程中接触或离开摆动杆(11)，使摆动杆(11)发生摆动，从而产生压力波。