CN107816961A - 一种管道外径尺寸相对变化量的连续测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于自动化检测技术领域，涉及一种管道外径尺寸相对变化量的连续测量装置，包括机械测量系统，信号处理和传输系统，计算机。两个前端呈圆锥尖状细长空心滚柱通过轴承分别安装于各自悬臂轴上，两悬臂轴又分别固定于各自滑块上，两根平行的圆柱作为上述两滑块的共用滑轨，两滑块在两根滚柱保持平行并且与滑轨垂直的状态下能够沿滑轨开合运动，被检测管道位于两滚柱之间，套装在滑轨上的弹簧保证测量过程中固定于两滑块之间的位移传感器能获取管道外径尺寸的变化值。本发明能够对管道外径尺寸变化量进行高精度的连续测量，检测数据高速传输至计算机，并可进行后续回放，整个过程自动进行，避免漏检，效率和精度高，爬行器可达位置均可进行准确、高效、实时检测。
Description
技术领域
本发明属于自动化检测技术领域，涉及到管道外径尺寸变化量测量，特别涉及到自动化连续测量的装置。
背景技术
管道在几乎所有行业都得到广泛应用，在某些行业，比如石油化工行业、电力系统等的某些管道服役条件恶劣，例如石油化工行业的核心装置制氢炉、转化炉、裂解炉一般有几十根至几百根不等的炉管，炉管一般承受1000℃左右的高温，2～5MPa的压力；而热电厂的蒸汽管道承受500℃的高温，但压力高达10MPa。随着管道服役时间的延长，一方面，材料组织逐渐劣化，其持久强度、塑性、韧性等高温力学性能指标下降，另一方面，管道的外径尺寸也由于高温和高压的共同作用而产生变化，这两方面作用的共同结果是在管道内部逐渐形成蠕变空洞和微裂纹，微裂纹逐渐长大，最终导致管道破裂。对于石化行业的制氢炉、转化炉、裂解炉而言，只要有一根炉管破裂，就会造成整个装置停车，轻则会造成每天上百万元的经济损失，重则会引起爆炸、火灾、有毒有害介质泄漏等严重危害社会安全的恶劣事件，因此定期检查管道的组织劣化情况和外径尺寸相对变化情况，对于保障管道的安全运行，创造良好的经济效益和社会效益具有重大意义。
对于石化行业的制氢炉、转化炉、裂解炉而言，在高温高压的作用下，管道外径逐渐增大，管道外径增大到一定程度时，由于单位面积的承载强度增加以及微裂纹的形成，就会对管道的安全运行造成潜在的危害，因此，管道外径增大到一定程度时，就要提前对该管道进行更换，目前国外的通常做法是管道外径变化超过5％以上，就要更换该管道。但管道外径尺寸变化用肉眼是无法察觉的，目前通行的测量外径尺寸变化的方法是用千分尺测量服役管道某些截面的尺寸并与原始尺寸对比以判断外径尺寸相对变化的程度，但这种方法只能通过搭建脚手架的方法对管道的部分截面进行测量。制氢炉、转化炉、裂解炉的炉管长度一般在10米以上，采用千分尺测量的方法会导致绝大部分区域漏检，无法知晓整根炉管外径尺寸相对变化的总体情况。一旦漏检部位存在较大的尺寸变化，造成的后果也是很严重的，因此，迫切希望有一种能自动、连续测量整根管道外径尺寸相对变化的装置和方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明基于管道外径尺寸改变后的形状仍为近似圆形，根据几何量(长度)机械测量的基本原理进行构思和设计，提供一种能够连续检测管道外径相对变化量的装置，在运行过程中连续测量并记录管道外径的数据，将该装置作为测量附件，安装于管道超声无损检测爬行器(行走驱动装置)上，在对管道进行超声无损检测的同时，对管道全长(高)范围内的外径尺寸变化量进行连续测量。
为了达到上述目的，本发明技术方案为：
一种管道外径尺寸相对变化量的连续测量装置，包括空心滚轮1，滚轮轴承2，悬臂轴3，滑块4，圆柱滑轨5，“凹”字型支架6，弹簧7，位移传感器8，伸缩杆9，被测管道10，导轨支架背板11，爬行驱动器后架13，连接螺栓14，后架行走轮15，爬行驱动器前架16，调节弹簧17，螺母18，前架驱动轮19，编码器20，编码器计长轮21，数据采集控制、处理和发射传输单元22。
所述的空心滚轮1为前端呈圆锥尖状细长结构，两个空心滚轮1分别通过滚轮轴承2安装于各自悬臂轴3上，两个悬臂轴3分别固定在各自滑块4上，被测管道10放置于两个空心滚轮1之间；两根相互平行的圆柱滑轨5安装在“凹”字型支架6上，作为上述两个滑块4的共用滑动轨道，两个滑块4在两个空心滚轮1保持相互平行且与圆柱滑轨5垂直的状态下能够沿圆柱滑轨5开合运动；所述的每个滑块4的两侧均在圆柱滑轨5上套装弹簧7，通过弹簧7的自由长度既可以控制两个空心滚轮1的间距以适应不同规格管道的外径尺寸变化量的测量，又能保证测量时两个空心滚轮1能够对管外壁保持夹紧状态下沿被测管道10外径的两条母线滚动，进而保证两个空心滚轮1之间的间距能实时反映被测管道10外径的变化。所述的位移传感器8为伸缩式结构，位移传感器8插入一个滑块的“T”型卡槽中，位移传感器8的伸缩杆9的前端则垂直顶在另一个滑块4的凸台平面上，调节位移传感器8在卡槽中位置，保证检测过程中伸缩杆9的测量范围处于线性工作区。
所述的连续测量装置通过“凹”字型支架6下方的导轨支架背板11由螺栓12固定于管道超声无损检测系统爬行驱动器后架13的上边缘，爬行驱动器后架13通过四根连接螺栓14与爬行驱动器前架16连接，实现对被测管道10的开合更换和装卡；所述的爬行驱动器后架13和爬行驱动器前架16配合沿被测管道10移动，二者之间通过连接螺栓14连接，连接螺栓14一侧设有调节弹簧17和螺母18，用于调节二者在被测管道10上的夹紧度；爬行驱动器前架16上的气动马达带动其前架驱动轮19旋转，实现该爬行驱动器的上下运动并同时完成对被测管道10的超声检测和外径尺寸相对变化量的测量。所述的编码器20安装在爬行驱动器后架13上的炉管轴向位置，编码器20上设有编码器计长轮21；数据采集控制、处理和发射传输单元22固定在爬行驱动器后架13上。爬行驱动器后架13上设有后架行走轮15。
所述的测量装置在沿被测管道10轴向运动过程中，位移传感器8将两个空心滚轮之间间距，即被测管道10外径尺寸的变化量以电压模拟量的形式线性输出；同时通过摩擦带动编码器计长轮21旋转，编码器20发出触发脉冲控制信号，由该触发脉冲控制信号同时控制采集被测管道10外径尺寸变化量的电压信号和超声检测信号，采集到的电压信号经模数转换处理后与编码器20给出的管道轴向位置信号一起，经数据采集控制、处理和发射传输单元22通过无线/有线传输给计算机进行实时显示和存储，得到被测管道10的外径尺寸随其轴向位置的变化规律(蠕胀曲线)。
本发明的效果和益处是能够对管道外径尺寸变化量进行高精度的连续测量，检测数据高速传输至计算机，以曲线形式现场实时显示，并可进行后续回放，整个过程自动进行，避免了漏检，效率和精度高，只要爬行器可达位置均可进行准确、高效、实时测量。
附图说明
图1为管道外径尺寸相对变化量的连续测量装置的剖视图；
图2为使用连续测量装置的结构图；
图3为采用本发明得到的蠕胀曲线图；
图中：1空心滚轮；2滚轮轴承；3悬臂轴；4滑块；5平行圆柱滑轨；6“凹”字型支架；7弹簧；8位移传感器；9伸缩杆；10被测管道；11导轨支架背板；12螺栓；13爬行驱动器后架；14连接螺栓；15后架行走轮；16爬行驱动器前架；17调节弹簧；18螺母；19前架驱动轮；20编码器，21编码器计长轮；22数据采集控制、处理和发射传输单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
一种管道外径尺寸相对变化量的连续测量装置，空心滚轮1为前端呈圆锥尖状细长结构，两个空心滚轮1分别通过滚轮轴承2安装于各自悬臂轴3上，两个悬臂轴3分别固定在各自滑块4上，被测管道10放置于两个空心滚轮1之间；两根相互平行的圆柱滑轨5安装在“凹”字型支架6上，作为上述两个滑块4的共用滑动轨道，两个滑块4在两个空心滚轮1保持相互平行且与圆柱滑轨5垂直的状态下能够沿圆柱滑轨5开合运动；所述的每个滑块4的两侧均在圆柱滑轨5上套装弹簧7。伸缩式位移传感器8插入其中一个滑块的“T”型卡槽中，其伸缩杆9的前端则垂直顶在另一个滑块4的凸台平面上，通过调节位移传感器8在卡槽中位置，保证检测过程中伸缩杆9的测量范围处于线性工作区。连续测量装置(附件)通过“凹”字型支架6下方的导轨支架背板11由螺栓12固定于高温炉管蠕变损伤超声无损检测系统的爬行驱动器后架13的上边缘，爬行驱动器后架13通过四根连接螺栓14与爬行驱动器前架16连接，实现对被测管道10的开合更换和装卡；爬行驱动器前架16上的气动马达带动其前架驱动轮19旋转，实现该爬行驱动器的上下运动并同时完成对被测管道10的超声检测和外径尺寸相对变化量的测量。编码器20安装在爬行驱动器后架13上的炉管轴向位置，编码器20上设有编码器计长轮21；数据采集控制、处理和发射传输单元22固定在爬行驱动器后架13上。
测量装置在沿被测管道10轴向运动过程中，位移传感器8将被测管道10外径尺寸的变化量以电压模拟量的形式线性输出；同时通过摩擦带动编码器计长轮21旋转，编码器20发出触发脉冲控制信号，由该触发脉冲控制信号同时控制采集被测管道10外径尺寸变化量的电压信号和超声检测信号，采集到的电压信号经模数转换处理后与编码器20给出的管道轴向位置信号一起，经数据采集控制、处理和发射传输单元22通过无线/有线传输给计算机进行实时显示和存储，得到被测管道10的外径尺寸随其轴向位置的变化规律，蠕胀曲线如图3所示。
Claims (3)
1.一种管道外径尺寸相对变化量的连续测量装置，其特征在于，包括空心滚轮(1)，滚轮轴承(2)、悬臂轴(3)、滑块(4)、圆柱滑轨(5)、”凹”字型支架(6)、弹簧(7)、位移传感器(8)、伸缩杆(9)、被测管道(10)、导轨支架背板(11)、后架行走轮(15)、爬行驱动器前架(16)、前架驱动轮(19)、编码器(20)、数据采集控制、处理和发射传输单元(22)；
所述的两个空心滚轮(1)分别通过滚轮轴承(2)安装于各自悬臂轴(3)上，两个悬臂轴(3)分别固定在滑块4上，被测管道(10)放置于两个空心滚轮(1)之间；两根相互平行的圆柱滑轨(5)安装在”凹”字型支架(6)上，作为上述两个滑块(4)的共用滑动轨道，两个滑块4在两个空心滚轮(1)保持相互平行且与圆柱滑轨(5)垂直的状态下能够沿圆柱滑轨(5)开合运动；所述的每个滑块(4)的两侧均在圆柱滑轨(5)上套装弹簧(7)；所述的位移传感器插入一个滑块的卡槽内，其中，位移传感器(8)的伸缩杆(9)的前端垂直顶在另一个滑块(4)的凸台平面上，通过调节位移传感器(8)在卡槽中位置，保证检测过程中伸缩杆(9)的测量范围处于线性工作区；
所述的连续测量装置通过”凹”字型支架(6)下方的导轨支架背板(11)固定于管道超声无损检测系统爬行驱动器后架(13)的上边缘，爬行驱动器后架(13)与爬行驱动器前架(16)连接，实现对被测管道(10)的开合更换和装卡；所述的爬行驱动器后架(13)和爬行驱动器前架(16)配合沿被测管道(10)移动；爬行驱动器前架(16)带动前架驱动轮(19)旋转，实现该爬行驱动器的上下运动并同时完成对被测管道(10)的超声检测和外径尺寸相对变化量的测量；所述的编码器(20)安装在爬行驱动器后架(13)上的炉管轴向位置；数据采集控制、处理和发射传输单元(22)固定在爬行驱动器后架(13)上，与编码器(20)进行通信；爬行驱动器后架(13)上设有后架行走轮(15)；
所述的测量装置在沿被测管道(10)轴向运动过程中，位移传感器(8)检查被测管道(10)外径尺寸的变化量，同时编码器(20)同时控制采集被测管道(10)外径尺寸变化量的电压信号和超声检测信号，信号经模数转换处理后与编码器(20)给出的管道轴向位置信号一起，经数据采集控制、处理和发射传输单元(22)传输给计算机进行实时显示和存储，得到被测管道(10)的外径尺寸随其轴向位置的变化规律。
2.根据权利要求1所示的一种管道外径尺寸相对变化量的连续测量装置，其特征在于，所述的爬行驱动器后架(13)和爬行驱动器前架(16)之间通过连接螺栓(14)连接，连接螺栓(14)一侧设有调节弹簧(17)和螺母(18)，用于调节二者在被测管道(10)上的夹紧度。
3.根据权利要求1或2所示的一种管道外径尺寸相对变化量的连续测量装置，其特征在于，所述的位移传感器(8)为伸缩式结构。
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