CN106645413A - 一种钢轨探伤车超声耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨探伤车超声耦合装置，包括：水管，水管的一端连接水路，用于通入耦合水；水嘴，水嘴设置于钢轨探伤车的探轮前方，并与水管的另一端相连，用于向钢轨的表面喷洒扇形水面的耦合水。水嘴距离钢轨表面一定高度，使得水嘴喷洒的耦合水到达钢轨表面的水面宽度大于或等于钢轨的宽度。本发明可以为钢轨表面提供快速、均匀的扇面水，大大减少了水雾的产生，同时增强了耦合效果。
Description
技术领域
本发明涉及轨道工程机械技术领域，尤其是涉及一种应用于钢轨探伤车的超声耦合装置。
背景技术
大型超声波钢轨探伤车是检测钢轨内部伤损的大型养路机械，在确保铁路安全运行方面起着非常重要的作用。由于超声波在空气中传播会急剧衰减，因此通常利用耦合液排出超声波换能器与钢轨表面之间的空气从而减少超声波从探轮(超声换能器组合装置)入射到钢轨内部时的超声能量损失，此过程称之为耦合。因为水比较廉价和环保，目前国内大型超声波钢轨探伤设备大多采用水作为探轮与钢轨表面的耦合剂(耦合水)，耦合的效果将直接影响超声探伤检测效果。探伤车在检测作业过程中需要不断喷洒耦合水，耦合水产生的水雾在低温环境下，容易在探伤装置上积聚形成冰块，如果处理不当，甚至影响行车安全。此外，钢轨探伤车作业过程中轮膜破损后需要更换探轮，此时需停止喷洒耦合水。然而在低温(-25℃以下)环境，管路中静止的耦合水结冰非常快，结冰后可能损坏耦合管路接头从而造成耦合不畅或失效由于耦合问题。因此，目前在-25℃以下环境，大型钢轨探伤车不建议作业，影响了探伤车在低温尤其-25℃以下环境下的探伤运用。
现有的超声耦合系统主要存在以下技术缺陷：
(1)现有超声耦合装置利用风进行雾化，在-25℃环境(甚至更低温度)喷洒时，耦合水会短时雪化而影响耦合效果；
(2)现有超声耦合装置产生的大量水雾会在探伤装置上集聚结冰，从而影响系统安全；
(3)现有超声耦合装置在钢轨表面形成的水斑较小，在对中不良情况下容易造成耦合效果不良，从而影响探伤检测效果；
(4)现有超声耦合装置在临时停车时，一般采用防冻液填充耦合水输送管路，再次行车时管路中填充的防冻液会喷洒至钢轨表面，一定程度上影响列车行车制动，从而存在安全隐患；
(5)现有超声耦合装置在管路结冰时，只能通过将车体进库利用库房暖气温度使管路中冰自动融化，而探伤车室内库房数量很有限，同时管路结冰还会损坏管路部件(如接头)。
因此，探寻一种高效、不易产生水雾、能够应对低温环境的超声耦合装置尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢轨探伤车超声耦合装置，可以为钢轨表面提供快速、均匀的扇面水，大大减少了水雾的产生，同时增强了耦合效果。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种钢轨探伤车超声耦合装置的技术实现方案，一种钢轨探伤车超声耦合装置，包括：
水管，所述水管的一端连接水路，用于通入耦合水；
水嘴，所述水嘴设置于钢轨探伤车的探轮前方，并与所述水管的另一端相连，用于向钢轨的表面喷洒扇形水面的耦合水。所述水嘴距离所述钢轨的表面一定高度，使得所述水嘴喷洒的耦合水到达钢轨表面的水面宽度大于或等于所述钢轨的宽度。
优选的，所述水管的外部设置有加热器，所述加热器用于对所述水管内的耦合水进行保温。
优选的，所述加热器采用自适应加热器，所述加热器能自动调节输出功率，以保证所述水管内的耦合水处于设定的温度范围。
优选的，所述水嘴的底部设置有导流槽，所述导流槽内设置有用于喷洒耦合水的导流口。
优选的，所述水嘴的导流内径小于所述水管的内径，所述导流口的内径小于所述水嘴的导流内径。
优选的，所述导流口的内径小于或等于1mm。
优选的，所述水嘴的上部外表面设置有外螺纹接口，所述水嘴通过所述外螺纹接口与所述水嘴的另一端相连。
优选的，所述水管连接水路的一端还连接有气路，当外界环境温度低于0℃时，通过所述气路向所述水管内通入压力空气，以防止所述水管结冰。
优选的，所述气路与风机或泵或钢轨探伤车车体风包相连，由所述风机或泵或钢轨探伤车车体风包向所述水管内通入带压力的风，所述带压力的风在进入所述水管前进行预热处理。
优选的，当所述钢轨探伤车长时间停留低温环境时，通过所述水路向所述水管内通入防冻液。当遇到钢轨探伤车供电故障时，通过所述钢轨探伤车车体风包将所述水管内的耦合水排出。
通过实施上述本发明提供的钢轨探伤车超声耦合装置的技术方案，具有如下有益效果：
(1)本发明可以为钢轨表面提供快速、均匀的扇面水，大大减少了水雾的产生，同时增强了耦合效果；
(2)本发明中耦合水可以进行预加热处理、自适应温度加热装置保护，特制的水嘴出口不会造成耦合水滴凝聚，从而可以适应极寒环境下的探伤作业；
(3)本发明中水嘴产生的扇形薄膜水面，既能很好满足超声换能器与钢轨表面之间的耦合，又能节约用水，满足长距离探伤作业要求；
(4)本发明中水嘴产生水膜的宽度可以调整，对于探轮与钢轨中心偏离的情况，也能很好地满足耦合需要；
(5)本发明采用空气填充管路进行临时防护，既环保、又节能，而且效果能够满足应急使用的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1是本发明钢轨探伤车超声耦合装置一种具体实施例的结构示意图；
图2是本发明钢轨探伤车超声耦合装置一种具体实施例中水嘴的立体结构示意图；
图3是本发明钢轨探伤车超声耦合装置一种具体实施例中水嘴的剖面结构示意图；
图4是本发明钢轨探伤车超声耦合装置一种具体实施例中水嘴的底部结构示意图；
图中：1-水管，2-加热器，3-气路，4-水路，5-水嘴，6-导流槽，7-导流口，8-外螺纹接口，9-探轮，10-水膜，11-钢轨。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
探轮：超声换能器组合单元，为一种轮式结构体，其中心轴架上装有几种不同检测角度的超声波换能器，轮膜内充满耦合液；探伤检测时，探轮沿钢轨纵向滚动；
耦合水：使用一般自来水即可，用于消除探轮与钢轨表面间的空气间隙并形成稳定水膜，使得超声波能有效透射到钢轨中；
文丘里效应：当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，从而产生吸附作用并导致空气的流动。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1至附图4所示，给出了本发明钢轨探伤车超声耦合装置的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如附图1所示，一种钢轨探伤车超声耦合装置的具体实施例，包括：
水管1，水管1的一端连接水路4，用于通入耦合水，水管1采用可以适当弯曲的软管，通过加压将耦合水输送至软管的末端，为适应低温环境，耦合水在输送之前，可进行加热处理；
水嘴5，水嘴5设置于钢轨探伤车的探轮9前方，并与水管1的另一端(末端)相连，用于向钢轨11的表面喷洒扇形水面的耦合水。水嘴5距离钢轨11的表面一定高度，使得水嘴5喷洒的耦合水到达钢轨11表面的水面宽度大于或等于钢轨11的宽度。
本发明钢轨探伤车超声耦合装置运用于大型钢轨探伤车的探轮9与钢轨11之间的耦合，适用于-30℃到55℃的超低温环境温度，使得钢轨探伤车在沿附图1中L所示方向前进时，利用位于探轮9的前方用特制的能够产生扇形水面的水嘴5喷洒耦合水，能够在探轮(超声换能器)9与钢轨11的表面间形成一个稳定的水膜区域，有效保证超声声能大部分进入钢轨11，从而保证探伤效果。
水管1的外部设置有加热器2，加热器2用于对水管1内的耦合水进行保温，以减少耦合水在传输过程中的热量损失。加热器2采用自适应加热器，加热器2能够根据周围环境的温度自动调节输出功率(一定的环境温度对应一定的输出功率)，以保证水管1内的耦合水处于设定的温度范围，这对探伤作业是很有利的。同时，本发明对比恒定输出功率的加热装置，采用自适应温度加热方式更加节能。
耦合水输送至水管1的末端时，接入一个扇形水面的水嘴5，此时水管1管路中的压力大致在3bar至4bar之间。如附图2所示，水嘴5的底部设置有导流槽6，导流槽6内设置有用于喷洒耦合水的导流口7。如附图3和附图4所示，水嘴5的导流内径R2小于水管1的内径R1，导流口7的内径R3大幅小于水嘴5的导流内径R2，以产生文丘里效应，增大水嘴5内的水流速度。扇形水面的水嘴5的导流口7角度可依据水嘴5的安装高度进行调整，使到达钢轨11表面的水面宽度与钢轨11等宽，或稍微宽出几个毫米，这样可以保证在弯道或者其它情形下探轮9偏离钢轨11正中心时，扇形的水膜10依然可以完全覆盖钢轨11的轨头。为限制出水流量，保证适当的水膜厚度，导流口7的内径R3小于或等于1mm，更小的口径可以控制水膜10的厚度、减小耦合水的消耗、延长探伤作业里程。扇形水面的宽度可调整，从而保证钢轨11的全断面耦合，在探轮9偏离钢轨11的中心时，水膜10依然可以覆盖钢轨11的轨头。同时，高速的耦合水可以打破耦合水的张力，不会造成耦合水在水嘴5的导流口7(喷嘴口)凝聚成滴(低温下可能结冰)。这在极低温度条件下是非常必要的，如果产生凝聚的水滴，极其容易在此处结冰，这对于探伤作业非常不利。水嘴5的上部外表面设置有外螺纹接口8，水嘴5通过外螺纹接口8与水嘴5的另一端相连。
由于钢轨探伤车在行进过程中，探轮9有可能损坏(如轮膜破损)，这种情况是目前大型探伤车探伤时必然会发生的情形，此时需要临时停车更换探轮9。探轮9的更换工作一般能在2至5分钟内完成，在环境温度高于0℃时，只需要停止往水管(管路)1继续输送耦合水即可。水管1连接水路4的一端还连接有气路3，当外界环境温度低于0℃(尤其在低于-15℃)时，为防止管路结冰现象，通过气路3向水管1内通入压力空气，以防止水管1结冰。气路3与风机或泵或钢轨探伤车车体风包相连，由风机或泵或钢轨探伤车车体风包向水管1内通入带压力的风，带压力的风在进入水管1前进行预热处理。
当钢轨探伤车长时间停留低温环境时，通过水路4向水管1内通入防冻液。当遇到钢轨探伤车供电故障时，可通过钢轨探伤车车体风包内储藏的气体将水管1内的耦合水排出。这对于在极寒环境中工作的钢轨探伤车至关重要，如果不能及时排出管路中的水，输送耦合水的管路部件极有可能因结冰而损坏。
本发明上述实施例描述的钢轨探伤车超声耦合装置给出了一种高效的、能够在超低温环境下应用的超声耦合装置方案，为大型钢轨探伤车在极寒环境下进行探伤检测作业提供了可能。本发明钢轨探伤车超声耦合装置可以提供快速、均匀的扇面水，大大减少了水雾的产生，同时增强了耦合效果。另外，特有的气路设计以及自适应温度加热置设计有效地解决了低温环境下耦合水结冰对耦合的不利影响，从而确保了钢轨探伤车在低温环境下顺利进行探伤检测作业。采用可产生扇形水面的水嘴5，能够产生稳定扇形水面和水膜10，对水管(管路)1的出水进行加速，并进行水面加宽，而不进行雾化。通过文丘里效应，合理设计水嘴5的结构，增大了出水流速，保证了扇形耦合水的连续性。由于出水整体连续性较好，出水均匀且速度较快，即使在极低温条件下也不易产生雪化或冰粒，在有效保证耦合效果的同时也减少了积聚结冰效应。同时，增强了耦合效果、节约了用水、增加了探伤作业里程。其次，水管(管路)1中添加了风路3的设计，采用空气对管路进行临时防护及应急处理。在低温环境(0℃以下)临时停车更换探轮9时巧妙采用风压排除管路中的耦合水，临时保护管路，避免管路被冻住，有效地解决了钢轨探伤车在低温临时停车时管路易结冰的问题。在长时间低温环境停放时，管路填充防冻液保护管路。此外，如遇整车供电系统突发故障而断电时，也可以利用气体自动填充管路进行系统自我保护，通过风压将管路吹干，最大程度保护耦合系统的管路部件。同时，通过引入自适应温度加热器，有效保护了管路在超低温环境下不被冻裂，保护输水管路，以达到控制耦合水温度，同时节约能源的目的。
通过实施本发明具体实施例描述的钢轨探伤车超声耦合装置的技术方案，能够产生如下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的钢轨探伤车超声耦合装置可以为钢轨表面提供快速、均匀的扇面水，大大减少了水雾的产生，同时增强了耦合效果；
(2)本发明具体实施例描述的钢轨探伤车超声耦合装置可以对耦合水进行预加热处理、自适应温度加热装置保护，特制的水嘴出口不会造成耦合水滴凝聚，从而可以适应极寒环境下的探伤作业；
(3)本发明具体实施例描述的钢轨探伤车超声耦合装置能够产生的扇形薄膜水面，既能很好满足超声换能器与钢轨表面之间的耦合，又能节约用水，满足长距离探伤作业要求；
(4)本发明具体实施例描述的钢轨探伤车超声耦合装置产生的水膜宽度可以调整，对于探轮与钢轨中心偏离的情况，也能很好地满足耦合需要；
(5)本发明具体实施例描述的钢轨探伤车超声耦合装置采用空气填充管路进行临时防护，既环保、又节能，而且效果能够满足应急使用的要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (10)
1.一种钢轨探伤车超声耦合装置，其特征在于，包括：
水管(1)，所述水管(1)的一端连接水路(4)，用于通入耦合水；
水嘴(5)，所述水嘴(5)设置于钢轨探伤车的探轮(9)前方，并与所述水管(1)的另一端相连，用于向钢轨(11)的表面喷洒扇形水面的耦合水；所述水嘴(5)距离所述钢轨(11)的表面一定高度，使得所述水嘴(5)喷洒的耦合水到达钢轨(11)表面的水面宽度大于或等于所述钢轨(11)的宽度。
2.根据权利要求1所述的钢轨探伤车超声耦合装置，其特征在于：所述水管(1)的外部设置有加热器(2)，所述加热器(2)用于对所述水管(1)内的耦合水进行保温。
3.根据权利要求2所述的钢轨探伤车超声耦合装置，其特征在于：所述加热器(2)采用自适应加热器，所述加热器(2)能自动调节输出功率，以保证所述水管(1)内的耦合水处于设定的温度范围。
4.根据权利要求1至3任一项所述的钢轨探伤车超声耦合装置，其特征在于：所述水嘴(5)的底部设置有导流槽(6)，所述导流槽(6)内设置有用于喷洒耦合水的导流口(7)。
5.根据权利要求4所述的钢轨探伤车超声耦合装置，其特征在于：所述水嘴(5)的导流内径(R2)小于所述水管(1)的内径(R1)，所述导流口(7)的内径(R3)小于所述水嘴(5)的导流内径(R2)。
6.根据权利要求5所述的钢轨探伤车超声耦合装置，其特征在于：所述导流口(7)的内径(R3)小于或等于1mm。
7.根据权利要求6所述的钢轨探伤车超声耦合装置，其特征在于：所述水嘴(5)的上部外表面设置有外螺纹接口(8)，所述水嘴(5)通过所述外螺纹接口(8)与所述水嘴(5)的另一端相连。
8.根据权利要求1、2、3、5、6或7任一项所述的钢轨探伤车超声耦合装置，其特征在于：所述水管(1)连接水路(4)的一端还连接有气路(3)，当外界环境温度低于0℃时，通过所述气路(3)向所述水管(1)内通入压力空气，以防止所述水管(1)结冰。
9.根据权利要求8所述的钢轨探伤车超声耦合装置，其特征在于：所述气路(3)与风机或泵或钢轨探伤车车体风包相连，由所述风机或泵或钢轨探伤车车体风包向所述水管(1)内通入带压力的风，所述带压力的风在进入所述水管(1)前进行预热处理。
10.根据权利要求9所述的钢轨探伤车超声耦合装置，其特征在于：当所述钢轨探伤车长时间停留低温环境时，通过所述水路(4)向所述水管(1)内通入防冻液；当遇到钢轨探伤车供电故障时，通过所述钢轨探伤车车体风包将所述水管(1)内的耦合水排出。
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