CN110056743A - 一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，包括前撑壁装置、清洗平台、扫描平台、后撑壁装置及第一阻尼连接环、第二阻尼连接环、第三阻尼连接环；前撑壁装置与清洗平台之间通过第一阻尼连接环连接，清洗平台与扫描平台之间通过第二阻尼连接环连接，扫描平台与后撑壁装置之间通过第三阻尼连接环连接；所述前撑壁装置与后撑壁装置的结构相同，设于设备的两端，在撑壁装置及后撑壁装置上设有多个液压支撑杆；所述扫描平台上设有多个可伸缩的探针；所述清洗平台上设有物理清洗设备及超声波清洗设备。本发明克服现有技术中管道壁磁化难度大、成像分辨率低、仪器操控困难等难题，研制一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备。
Description
技术领域
本发明属于海洋机械领域，具体涉及一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备。
背景技术
近几十年来，伴随海洋资源的迅猛开发，在我国周边海域内形成了大量的海底管道网络。随着时间推移，处在复杂海洋环境中的海底管道面临着不断增大的腐蚀及损伤风险。作为一种重要的海底管道健康监护方法，管道检测技术对海底管道的安全运行起到了重要的保障作用。特别是，近来年国家立项研发海水抽水蓄能发电技术，要求抽取海水的管道口径更大、管道路线曲率更小、管道抗腐蚀性能更强，这对大型海底管道的建设、检测、运营及维护提出了更高的要求。
按照检测管道的物理区域划分，大型海底管道检测方法可分为管内检测和管外检测两大类。目前，世界上的海底管道内检测技术主要采用超声波成像、漏磁检测、远场涡流、电磁超声等技术，可以实现对海底管道内部金属裂纹、损伤、腐蚀及防腐涂层缺陷、剥落的自动识别与智能探测。但它们往往面临一些技术难题，例如管壁磁化难度大、成像分辨率较低、仪器操控困难等。因此，开发新型的大型海底管道检测设备，弥补现有设备缺陷，将满足我国海洋工程研究，特别是海水抽水蓄能发电的需求，具有重要的应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术中管道壁磁化难度大、成像分辨率低、仪器操控困难等难题，研制一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，提供海底管道内检测新方案，满足海底管道检测需求、特别是海水抽水蓄能发电的需求，不断缩小我国在海洋工程领域与世界先进水平之间的差距。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，包括前撑壁装置、清洗平台、扫描平台、后撑壁装置及第一阻尼连接环、第二阻尼连接环、第三阻尼连接环；前撑壁装置与清洗平台之间通过第一阻尼连接环连接，清洗平台与扫描平台之间通过第二阻尼连接环连接，扫描平台与后撑壁装置之间通过第三阻尼连接环连接；所述前撑壁装置与后撑壁装置的结构相同，设于设备的两端，在撑壁装置及后撑壁装置上设有多个液压支撑杆；所述扫描平台上设有多个可伸缩的探针；所述清洗平台上设有物理清洗设备及超声波清洗设备。
优选的，所述液压支撑杆的一端与液压缸连接，另一端设有球形轮胎，所述液压缸通过安装座固定于前撑壁装置及后撑壁装置上，在液压缸的外部设有液压仓外壳。
优选的，所述球形轮胎包括轮胎外壳以及包覆于轮胎外壳中的球形滚轮，在轮胎外壳内还设有用于带动球形滚轮转动的步第一进马达及传动辊，所述步第一进马达设有多个，每个步第一进马达的输出轴上设有一个传送辊，所述球形滚轮的表面设有圆形凹槽，在传送辊的表面设有与圆形凹槽相配合的圆形凸起。
优选的，所述液压缸通过螺栓固定于安装座上，所述液压支撑杆通过铆钉与液压缸连接。
优选的，所述探针的前端设有压力传感器，在压力传感器的前端设有探头，所述探针的尾端设有齿条；还包括用于带动齿条移动的第二步进马达，第二步进马达的输出端设有齿轮，齿轮与齿条相啮合，在齿条的一侧还设有探针位置测量设备，所述压力传感器、第二步进马达及针位置测量设备均与中控芯片电连接。
优选的，所述探头为磁性探头。
优选的，所述探头为非磁性探头。
优选的，所述探头表面包覆有非磁性防划涂层。
优选的，所述第一阻尼连接环、第二阻尼连接环极第三阻尼连接环可绕阻尼环的中心线弯曲。
本发明提供的一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，具有以下有益效果：
1.提供了一种新的大型海底管道健康诊断设备，可以检测海底管道内部表面形貌变化，从而判别管道内的腐蚀位点及腐蚀程度。
2.设备采用模块化设计，各模块间由可变形的阻尼环相连接，提高了设备对弯曲管道的适应能力。
3.设备提供了力学模式与磁学模式两种扫描方式，可以获得管道内表面的力学形貌与磁学形貌特征，二者可以相互印证，提高图像准确性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明球形轮胎的装设结构示意图；
图3为本发明探针的装设结构示意图；
图4为本发明阻尼环的结构示意图；
图5为本发明为管壁扫描时的效果示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，包括前撑壁装置1、清洗平台2、扫描平台3、后撑壁装置4及第一阻尼连接环5、第二阻尼连接环6、第三阻尼连接环7；前撑壁装置1与清洗平台2之间通过第一阻尼连接环5连接，清洗平台2与扫描平台3之间通过第二阻尼连接环6连接，扫描平台3与后撑壁装置4之间通过第三阻尼连接环7连接；所述前撑壁装置1与后撑壁装置4的结构相同，设于设备的两端，在撑壁装置1及后撑壁装置4上设有多个液压支撑杆8；所述扫描平台3上设有多个可伸缩的探针9；所述清洗平台2上设有物理清洗设备10及超声波清洗设备11。
优选的，如图2所示，所述液压支撑杆8的一端与液压缸12连接，可自由伸缩，另一端设有球形轮胎13，所述液压缸12通过安装座14固定于前撑壁装置1及后撑壁装置4上，在液压缸12的外部设有液压仓外壳15。
优选的，所述球形轮胎13包括轮胎外壳16以及包覆于轮胎外壳16中的球形滚轮17，在轮胎外壳16内还设有用于带动球形滚轮17转动的步第一进马达18及传动辊19，所述步第一进马达18设有多个，每个步第一进马达18的输出轴上设有一个传送辊19，所述球形滚轮17的表面设有圆形凹槽20，在传送辊19的表面设有与圆形凹槽20相配合的圆形凸起21。球形滚轮17在多组互成一定夹角的第一步进马达驱动下滚动，从而带动设备整体移动、旋转。优选的，所述扫描平台3自身可有电机驱动带动其绕本装置的轴心线旋转。
优选的，所述液压缸12通过螺栓22固定于安装座14上，所述液压支撑杆8通过铆钉23与液压缸12连接。
优选的，如图3所示，所述探针9的前端设有压力传感器24，在压力传感器24的前端设有探头30，所述探针9的尾端设有齿条25；还包括用于带动齿条25移动的第二步进马达26，第二步进马达26的输出端设有齿轮27，齿轮27与齿条25相啮合，在齿条25的一侧还设有探针位置测量设备28，所述压力传感器24、第二步进马达26及针位置测量设备28均与中控芯片29电连接。
本实施例中，压力传感器24采用薄膜压力传感器DF9-40@5kg（郑州炜盛电子科技有限公司），步进马达采用PFC55H(日本脉冲马达集团)，探针位置测量设备28采用aTiny点式激光位移传感器（北京创想智控科技有限公司），中控芯片29采用W-3175X套装控制芯片。
优选的，所述探头30为磁性探头。优选的，所述探头30为非磁性探头。使用时两类探针可交错设置于扫描平台3上。
优选的，所述探头30表面包覆有非磁性防划涂层31。防止探头划伤管道内壁，并对探头起到保护作用，可采用橡胶涂层。
优选的，如图4所述，所述第一阻尼连接环5、第二阻尼连接环6极第三阻尼连接环7可绕阻尼环的中心线弯曲。以适应管道路线中局域曲率变化。
如图5所示，本发明用于大型海底管道健康检测的具体实施方式如下：
将本发明设备置于海底管道检修入口，在前、后撑壁装置支撑下，装置将悬停于管道中。开启步进马达，驱动球形滚轮沿管壁滚动，本发明设备将整体向前移动；移动过程中，开启清洗装置，对管壁先前进行清洗，并开启扫描平台，平台将绕设备中心轴线以恒定速率旋转，平台上的磁性探针与非磁性在步进马达驱动下伸出检测平台，开始扫描。依据扫描探针是否具备磁性，可将探针扫描方式分为两大类：
（1） 非磁性探针的力学扫描模式：当非磁性探头抵达被扫描管道32内壁后，将非磁性扫描探头与被扫描管道壁间的压力设为恒定值，旋转扫描平台，对管壁进行扫描，管壁上的点阵为扫描路径。当探针遇到道内壁腐蚀位点33、裂纹34（或吸附物）时，压力传感器感受到的压力将变小（或变大）。此时，第二歩进马达会驱动探针进一步往前伸出（或缩回），确保探针头感受到的压力恒定，此时，位置记录装置会记录下探针伸出平台的长度，并将数据输入中控芯片。由此反衍出管道内壁二维形貌35。
（2） 磁性探针的磁学扫描模式：当磁性探头抵达被扫描管道内壁附件时，若管壁32为钢铁等铁磁性金属材质，会对探针磁头产生吸引力。令磁性探针靠近管壁，但不与管壁接触，并固定探针相对于扫描平台的位置，旋转扫描平台，对管壁进行扫描。如图5所示，当磁性探针遇到道内壁腐蚀位点33、裂纹34（或吸附物）时，由于管道腐蚀点、裂纹或的磁学性能发生改变，探头感受到的磁性吸引力将变小（或变大）。通过压力传感器记录针头感受到磁性吸引力的大小，并将数据传入中控芯片。由此反衍出钢管内壁二维磁学形貌，可以得到与管道内壁二维形貌类似的图片。结合二者，便可清楚判断管道内部健康状况。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，其特征在于：包括前撑壁装置（1）、清洗平台（2）、扫描平台（3）、后撑壁装置（4）及第一阻尼连接环（5）、第二阻尼连接环（6）、第三阻尼连接环（7）；前撑壁装置（1）与清洗平台（2）之间通过第一阻尼连接环（5）连接，清洗平台（2）与扫描平台（3）之间通过第二阻尼连接环（6）连接，扫描平台（3）与后撑壁装置（4）之间通过第三阻尼连接环（7）连接；所述前撑壁装置（1）与后撑壁装置（4）的结构相同，设于设备的两端，在撑壁装置（1）及后撑壁装置（4）上设有多个液压支撑杆（8）；所述扫描平台（3）上设有多个可伸缩的探针（9）；所述清洗平台（2）上设有物理清洗设备（10）及超声波清洗设备（11）。
2.根据权利要求1所述一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，其特征在于：所述液压支撑杆（8）的一端与液压缸（12）连接，另一端设有球形轮胎（13），所述液压缸（12）通过安装座（14）固定于前撑壁装置（1）及后撑壁装置（4）上，在液压缸（12）的外部设有液压仓外壳（15）。
3.根据权利要求2所述一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，其特征在于：所述球形轮胎（13）包括轮胎外壳（16）以及包覆于轮胎外壳（16）中的球形滚轮（17），在轮胎外壳（16）内还设有用于带动球形滚轮（17）转动的步第一进马达（18）及传动辊（19），所述步第一进马达（18）设有多个，每个步第一进马达（18）的输出轴上设有一个传送辊（19），所述球形滚轮（17）的表面设有圆形凹槽（20），在传送辊（19）的表面设有与圆形凹槽（20）相配合的圆形凸起（21）。
4.根据权利要求2所述一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，其特征在于：所述液压缸（12）通过螺栓（22）固定于安装座（14）上，所述液压支撑杆（8）通过铆钉（23）与液压缸（12）连接。
5.根据权利要求1所述一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，其特征在于：所述探针（9）的前端设有压力传感器（24），在压力传感器（24）的前端设有探头（30），所述探针（9）的尾端设有齿条（25）；还包括用于带动齿条（25）移动的第二步进马达（26），第二步进马达（26）的输出端设有齿轮（27），齿轮（27）与齿条（25）相啮合，在齿条（25）的一侧还设有探针位置测量设备（28），所述压力传感器（24）、第二步进马达（26）及针位置测量设备（28）均与中控芯片（29）电连接。
6.根据权利要求5所述一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，其特征在于：所述探头（30）为磁性探头。
7.根据权利要求5所述一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，其特征在于：所述探头（30）为非磁性探头。
8.根据权利要求5所述一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，其特征在于：所述探头（30）表面包覆有非磁性防划涂层（31）。
9.根据权利要求1所述一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备，其特征在于：所述第一阻尼连接环（5）、第二阻尼连接环（6）极第三阻尼连接环（7）可绕阻尼环的中心线弯曲。
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