CN107271570A - 一种曲率可调凹阵相控阵探头管道腐蚀自动检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种曲率可调相控阵凹阵探头管道腐蚀超声自动检测装置，包括：探头机构，探头机构包括探头和水套，水套套设在探头上；探头固定夹具，探头固定夹具包括基座和磁吸轮，基座与探头连接，磁吸轮设置在基座上；爬行器，爬行器包括爬行器本体、驱动机构和驱动磁轮，爬行器本体与探头固定夹具连接；驱动机构和驱动磁轮均设置在爬行器本体上，驱动机构驱动驱动磁轮运动。本发明提供的管道腐蚀超声自动检测装置，其设计轻巧，适用于不同管径输油管的检测，降低了检测成本，且提高了检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种曲率可调凹阵相控阵探头管道腐蚀自动检测装置。
背景技术
管道的运输是五大运输方式之一，在世界已经有100多年的历史，至今发达国家的原油管道运输占总运输量的80％，成品油长距离运输基本实现管道化，天然气管道运输更是达到95％。
危害输油管道的安全因素主要有以下几方面：
1、自然灾害，这是不可避免的因素；
2、人为破坏，这是主观可以避免的因素；
3、管道腐蚀，这是管道的安全因素中最为严重的因素，需要通过技术手段去解决的重要问题。
管道腐蚀广泛凸显在石油管道的运输环节中，是保证油气输送安全和成本控制的重要课题。在输油管道的运营过程中，各种因素带来的输油管道腐蚀造成失效，降低了管道的使用寿命及影响管道的输送，更严重的甚至导致输油管道发生爆炸造成人身安全及造成巨大的经济损失，所以输油管道的腐蚀的检测显得非常有必要的。
针对裸露在外部的输油管，管内腐蚀检测技术主要针对管道内壁几何形状的变化来进行测量和分析，目前主要检测方法有漏磁通法、超声波检测、涡流检测和激光检测，其中较为广泛是漏磁通检测和超声波检测。
其中超声波检测管道腐蚀目前主要还是用常规超声探头及相控阵凹阵超声探头来做检测，常规超声探头检测效率低，相控阵凹阵超声探头检测比较方便，但是不同管道要定制相匹配的超声凹阵相控阵探头，这种不通用性造成检测成本会比较高；且目前采用超声相控阵探头检测输油管道内腐蚀大部分还是停留在手工检测阶段，无法实现自动化检测，检测效率也比较低。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种曲率可调凹阵相控阵探头管道腐蚀自动检测装置，其设计轻巧，适用于不同管径输油管的检测，降低了检测成本，且提高了检测效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种曲率可调相控阵凹阵探头管道腐蚀超声自动检测装置，包括：
探头机构，探头机构包括探头和水套，水套套设在探头上；
探头固定夹具，探头固定夹具包括基座和磁吸轮，基座与探头连接，磁吸轮设置在基座上；
爬行器，爬行器包括爬行器本体、驱动机构和驱动磁轮，爬行器本体与探头固定夹具连接；驱动机构和驱动磁轮均设置在爬行器本体上，驱动机构驱动驱动磁轮运动。
本发明中，探头为曲率可调的柔性超声相控阵探头，水套为柔性水套。探头固定夹具为可拆卸式的；磁吸轮和驱动磁轮均能够吸附在管道上，便于管道腐蚀超声自动检测装置爬行90度直管和180度倒挂检测。
与现有技术相比，本发明公开的曲率可调凹阵相控阵探头管道腐蚀自动检测装置，通过采用柔性的、曲率可调的超声相控阵凹阵探头，使之能够适用于不同管径输油管道的检测，大大降低了检测成本；将探头固定夹具分别与探头和爬行器连接，使自动爬行器运动时能够带动探头进行检测，提高了检测效率，解决了现有技术中探头无法适用于不同管径的管道检测的问题，以及传统人工检测效率低下的问题。
根据本发明另一具体实施方式，探头为曲率可调的柔性超声相控阵探头，柔性超声相控阵探头采用柔性压电复合材料制成。
本发明中，曲率可调的柔性超声相控阵探头采用柔性压电复合材料制作，电极通过柔性FPC连接，探头采用聚氨酯灌封；柔性的压电复合材料激励超声波信号，以对输油管进行检测。曲率可调的超声相控阵凹阵探头通过同轴电缆线与连接器接口连接，能够连接上超声相控阵仪器。
根据本发明另一具体实施方式，基座上设有用于与待检测管道相匹配的凹槽，探头与凹槽的凹面连接。
本发明中，探头固定夹具上的凹槽的曲率半径根据输油管外径、曲率可调的超声相控阵凹阵探头厚度而定，以使可变曲率超声相控阵凹阵探头与管道更加贴合。
根据本发明另一具体实施方式，探头与凹槽的凹面粘接。
本发明中，探头与凹槽的凹面通过硅酮胶粘接，将探头粘接固定在夹具上，同时夹具两端有卡位定位可变曲率超声相控阵凹阵探头保证探头检测过程不偏移。
根据本发明另一具体实施方式，磁吸轮的数目为4个，4个磁吸轮分为两组，两组磁吸轮分别设置于基座的两侧。根据本发明另一具体实施方式，基座上设有螺纹孔，爬行器本体与螺纹孔通过螺钉固定连接。
根据本发明另一具体实施方式，驱动磁轮的数目为4个，4个驱动磁轮分为两组，两组驱动磁轮平行设置于爬行器上。
根据本发明另一具体实施方式，超声自动检测装置进一步包括用于向水套注水的水耦合装置，水耦合装置包括电动水泵、水箱和用于与水套连接的水管。
本发明中，水套上设有注水孔，水管与注水孔连接，通过电动水泵抽取水箱中的水经水管向水套中注水；水套水层的厚度由输油管壁厚而定，水套水层厚度约为管壁厚的1/3，且可以弯曲，使曲率可调的超声相控阵凹阵探头能够弯曲成不同曲率、并完美贴合管道。
根据本发明另一具体实施方式，超声自动检测装置进一步包括运动控制模块和电池，运动控制模块分别与驱动机构和电池电性连接，电池与爬行器电性连接。
本发明中，运动控制模块用于控制爬行器的运动状态，控制爬行器的前进、后退检测及爬行速度；电池为24伏直流稳压电池，电池用于向爬行器和运动控制模块提供电源。
根据本发明另一具体实施方式，超声自动检测装置进一步包括编码器，编码器设置于爬行器本体上。
本发明中，编码器为位移编码器，用于记录探头的扫查行程，实现在超声相控阵仪器的C扫图像中清楚判断出小径管对接焊缝中存在缺陷的具体位置。
本发明提供的曲率可调凹阵相控阵探头管道腐蚀自动检测装置的工作过程如下：
1、将曲率可调的超声相控阵凹阵探头及探头固定夹具吸附上管道后，将电动爬行器也吸附在管道上，调整好位置后将探头及探头固定夹具粘接固定。
2、把曲率可调的超声相控阵凹阵探头及编码器的接口接上便携式相控阵仪器，同时把爬行器的控制线接口接上运动控制模块；开启控制模块开关和水耦合电动喷壶开关，水耦合电动喷壶灌注水使探头与输油管之间充满水。
3、按下控制模块的前进按钮，爬行器推动探头固定夹具进行检测，探头声波始终垂直于管壁检测面，声波通过水进入输油管道内部进行探伤，发现管内壁腐蚀缺陷时管壁的回波回提前或者回波能量会较弱，声波沿原路径返回，即时回馈到仪器中显示，编码器跟检测装置一起滚动，记录扫查装置在管轴向运动轨迹，以在仪器的扫查图像中清楚判断输油管道内壁哪个位置有腐蚀。
4、当爬行器运动到管的末端完成一次轴向检测时，按下运动控制模块上的后退按钮使爬行器带着探头返回起始位置，这时按下停止运动按钮，爬行器停止运动；转动探头在管壁的角度，重新进行一次扫查直到把整个管道360度全部检测完，即完成输油管道的一次完整的自动化腐蚀检测。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种曲率可调相控阵凹阵探头管道腐蚀超声自动检测装置，其设计轻巧、且实现了快速自动检测，通过采用曲率可调的超声相控阵凹阵探头，其解决了传统输油管道腐蚀超声检测探头无法通用于不同直径管道的缺陷，能够适用于不同管径输油管的检测，大大降低了检测成本；同时用于采用自动化爬行器带动探头进行检测，解决了传统人工检测效率低问题，大大提高了检测效率。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
附图说明
图1是实施例1提供的管道腐蚀自动检测装置中探头机构的结构示意图；
图2是实施例1提供的管道腐蚀自动检测装置中探头机构弯曲为凹阵探头的示意图；
图3是实施例1提供的管道腐蚀自动检测装置中探头机构安装上探头固定夹具的示意图；
图4是实施例1提供的管道腐蚀自动检测装置的结构示意图；
图5是实施例1提供的管道腐蚀自动检测装置吸附在待检测管道上的示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1、图2、图3、图4和图5，图1是本实施例提供的管道腐蚀自动检测装置中探头机构的结构示意图；图2是本实施例提供的管道腐蚀自动检测装置中探头机构弯曲为凹阵探头的示意图；图3是本实施例提供的管道腐蚀自动检测装置的结构示意图；图4是本实施例提供的管道腐蚀自动检测装置的结构示意图；图5是本实施例提供的管道腐蚀自动检测装置吸附在待检测管道上的示意图。
本实施例提供的曲率可调相控阵凹阵探头管道腐蚀超声自动检测装置包括：探头机构1、探头固定夹具2、爬行器3、水耦合装置(未示出)、运动控制模块4、电池(未示出)和编码器5。
探头机构1包括探头11和水套12，探头11为曲率可调的柔性超声相控阵探头，采用柔性压电复合材料制作；水套12为柔性水套，水套12套设在探头上，水套12上设有注水孔。
探头固定夹具2包括基座21和磁吸轮22，基座21上设有用于与待检测管道相配合的凹槽211，探头1与凹槽211的凹面粘接；磁吸轮22的数目为4个，4个磁吸轮22分为两组，两组磁吸轮22分别设置于基座21的两侧；基座21上进一步设有螺纹孔212，螺纹孔212通过螺钉与爬行器本体31固定连接。
爬行器3包括爬行器本体31、驱动机构32和驱动磁轮33，驱动机构32和驱动磁轮33均设置在爬行器本体31上，驱动机构32驱动驱动磁轮33运动；驱动磁轮33的数目为4个，4个驱动磁轮33分为两组，两组驱动磁轮33平行设置于爬行器3上。
本实施例中，驱动机构32为无刷直流电机，无刷直流电机包括减速箱、齿轮传动组件，无刷直流电机通过齿轮、平键传递扭矩带动驱动磁轮轮轴转动，从而来带动4个驱动磁轮运动。
水耦合装置(未示出)包括电动水泵、水箱和用于与水套12连接的水管。水管与注水孔连接，通过电动水泵抽取水箱中的水经水管向水套12中注水；水套12水层的厚度由输油管壁厚而定，水套12水层厚度约为管壁厚的1/3，且可以弯曲，使曲率可调的超声相控阵凹阵探头能够弯曲成不同曲率、并完美贴合管道。
运动控制模块4分别与驱动机构32和电池电性连接，电池与爬行器3电性连接；编码器5设置于爬行器本体31上。
本实施例提供的曲率可调相控阵凹阵探头管道腐蚀超声自动检测装置，其设计轻巧、且实现了快速自动检测，通过采用曲率可调的超声相控阵凹阵探头，其解决了传统输油管道腐蚀超声检测探头无法通用于不同直径管道的缺陷，能够适用于不同管径输油管的检测，大大降低了检测成本；同时用于采用自动化爬行器带动探头进行检测，解决了传统人工检测效率低问题，大大提高了检测效率。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。
Claims (10)
1.一种曲率可调相控阵凹阵探头管道腐蚀超声自动检测装置，其特征在于，包括：
探头机构，所述探头机构包括探头和水套，所述水套套设在所述探头上；
探头固定夹具，所述探头固定夹具包括基座和磁吸轮，所述基座与所述探头连接，所述磁吸轮设置在所述基座上；
爬行器，所述爬行器包括爬行器本体、驱动机构和驱动磁轮，所述爬行器本体与所述探头固定夹具连接；所述驱动机构和所述驱动磁轮均设置在所述爬行器本体上，所述驱动机构驱动所述驱动磁轮运动。
2.如权利要求1所述的超声自动检测装置，其特征在于，所述探头为曲率可调的柔性超声相控阵探头，所述柔性超声相控阵探头采用柔性压电复合材料制成。
3.如权利要求2所述的超声自动检测装置，其特征在于，所述基座上设有用于与待检测管道相匹配的凹槽，所述探头与所述凹槽的凹面连接。
4.如权利要求3所述的超声自动检测装置，其特征在于，所述探头与所述凹槽的凹面粘接。
5.如权利要求4所述的超声自动检测装置，其特征在于，所述磁吸轮的数目为4个，4个所述磁吸轮分为两组，两组所述磁吸轮分别设置于所述基座的两侧。
6.如权利要求5所述的超声自动检测装置，其特征在于，所述基座上设有螺纹孔，所述爬行器本体与所述螺纹孔通过螺钉固定连接。
7.如权利要求6所述的超声自动检测装置，其特征在于，所述驱动磁轮的数目为4个，4个所述驱动磁轮分为两组，两组所述驱动磁轮平行设置于所述爬行器上。
8.如权利要求7所述的超声自动检测装置，其特征在于，所述超声自动检测装置进一步包括用于向所述水套注水的水耦合装置，所述水耦合装置包括电动水泵、水箱和用于与所述水套连接的水管。
9.如权利要求1－8任一项所述的超声自动检测装置，其特征在于，所述超声自动检测装置进一步包括运动控制模块和电池，所述运动控制模块分别与所述驱动机构和所述电池电性连接，所述电池与所述爬行器电性连接。
10.如权利要求9所述的超声自动检测装置，其特征在于，所述超声自动检测装置进一步包括编码器，所述编码器设置于所述爬行器本体上。
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