CN110118307B - 一种核电厂小型管道泄漏检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种核电厂小型管道泄漏检测装置及其检测方法，该泄漏检测装置包括：至少三个依次连接的万向节；两个充气装置，其分别安装在位于两端的万向节上，用于在充气后接触管道内壁，形成隔离腔室；连接板，其安装在位于中间的万向节上，连接板和两个充气装置之间连接有压电致动器组件，用于进行万向节的方向控制；多个压力传感器，其包括安装在所述隔离腔室内的第一压力传感器和多个安装在所述隔离腔室外的第二压力传感器，用于测量对应位置的压力，根据所述隔离腔室内和隔离腔室外的压力衰减对比判定管道是否存在泄漏。本发明提供的泄漏检测装置及其检测方法，能够满足小型管道的泄漏检测需求，检测能力强，具有良好的技术效果。

Description

一种核电厂小型管道泄漏检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及核电厂管网泄漏检测技术领域，尤其涉及一种核电厂小型管网泄漏检测装置及其检测方法。

背景技术

在核电厂寿期内的运行过程中，由于正常的运行损耗、机械损伤、硼酸腐蚀、应力腐蚀等因素会导致设备性能逐步下降，管道发生泄漏，若不进行及时识别和处理，可能会进一步扩展进而升级为失水事故。目前，针对不同应用场景的管道的泄漏，市场上的监测技术手段也多种多样。例如，目视检查(相机成像、激光扫描、结构光)、电磁方法(涡流测量、声纳技术)、射线照相、热成像及声发射等等。对于小型管道(尺寸为DN50-DN100)的泄漏检测，因厂房空间有限，布置紧凑，缺少检修空间，存在工作人员不可达、大型检修设备无法现场展开布置使用等情况，通用的管道外部的检测方法(例如热成像、射线照相)等不再适用，而受制于管道的内径大小，传统的通过机器人因尺寸过大等原因亦不能应用。

因此，有必要针对小型管道设计合理的泄漏检测装置，解决其泄露源定位和泄漏量定量分析的问题。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种核电厂小型管道泄漏检测装置及其检测方法，能够满足尺寸为DN50-DN100的小型管道的泄漏检测需求。

本发明用于解决以上技术问题的技术方案为：一方面，提供一种核电厂小型管道泄漏检测装置，包括：

至少三个依次连接的万向节；

两个充气装置，其分别安装在位于两端的所述万向节上，用于在充气后接触管道内壁，形成位于两个充气装置之间的隔离腔室；所述两个充气装置上还安装有用于沿管道内壁行走的行走机构和用于提供驱动力的喷嘴机构；

连接板，其安装在位于中间的所述万向节上，所述连接板和所述两个充气装置之间连接有压电制动器组件，用于控制所述至少三个万向节的方向；

摄像机组，安装在所述两个充气装置上，用于检测管道裂纹及方向导航；

多个压力传感器，其包括安装在所述隔离腔室内的第一压力传感器和多个安装在所述隔离腔室外的第二压力传感器，用于测量对应位置的压力，以根据所述隔离腔室内和隔离腔室外的压力衰减对比判定管道是否存在泄漏。

优选地，所述两个充气装置包括：

第一润滑轮和第二润滑轮，分别沿其中心轴线安装在位于两端的所述万向节上，所述第一润滑轮和第二润滑轮外分别套设有一环形气囊；

柔性管，其安装在所述万向节上，用于连接外部气源和两个所述环形气囊，两个所述环形气囊用于在充气后接触管道内壁，围合形成所述隔离腔室。

优选地，所述压电制动器组件包括：

至少三根的第一压电致动器，其两端分别连接所述连接板和第一润滑轮；

至少三根的第二压电致动器，其两端分别连接所述连接板和第二润滑轮；

通信及控制管束，其安装在所述万向节上，所述通信及控制管束分别电连接每一根所述第一压电致动器和第二压电致动器，用于通过施加电压控制所述第一压电致动器和第二压电致动器发生伸缩形变。

优选地，所述喷嘴机构包括：

第一喷嘴和第二喷嘴，其分别安装在所述第一润滑轮的前后两端面上，所述第一喷嘴和第二喷嘴通过前置三通阀连接所述柔性管；

第三喷嘴和第四喷嘴，其分别安装在所述第二润滑轮的前后两端面上，所述第三喷嘴和第四喷嘴通过后置三通阀连接所述柔性管；

所述前置三通阀和后置三通阀电连接所述通信及控制管束，用于通过控制阀门的开启或闭合，控制所述喷嘴机构产生的驱动力。

优选地，所述泄漏检测装置还包括：

探针，其与位于前端的所述万向节之间万向连接，所述探针与第一润滑轮之间连接有至少三根的第三压电致动器，每一根所述第三压电致动器电连接所述通信及控制管束，用于控制所述探针的移动方向；所述探针电连接所述通信及控制管束，用于根据所述探针的触碰信号进行方向导航。

优选地，所述摄像机组包括：

前置摄像机，其安装在所述第一润滑轮的前端面，所述前置摄像机电连接所述通信及控制管束，用于根据所述前置摄像机的实时图像进行方向导航；

后置摄像机，安装在所述第一润滑轮和第二润滑轮之间，所述后置摄像机电连接所述通信及控制管束，用于根据所述后置摄像机的实时图像检测管道是否存在泄漏裂纹，还用于进行所述第二润滑轮的方向导航。

优选地，所述行走机构包括多个分别安装在所述第一润滑轮前端面和第二润滑轮后端面的轮式腿，所述轮式腿的一端可摆动安装在所述第一润滑轮或第二润滑轮上，所述轮式腿的另一端可转动安装滚轮，所述滚轮用于与管道内壁转动接触。

优选地，所述至少三个万向节包括依次连接的第一万向节、第二万向节和第三万向节，所述第一润滑轮安装在所述第一万向节上，所述连接板安装在所述第二万向节上，所述第二润滑轮安装在所述第三万向节上。

优选地，当关闭所述前置三通阀连接第一喷嘴的阀门，打开其连接所述第二喷嘴的阀门；关闭所述后置三通阀连接第三喷嘴的阀门，打开其连接所述第四喷嘴的阀门，所述柔性管通过所述第二喷嘴和第四喷嘴向外排气，用于提供所述泄漏检测装置向前移动的驱动力；

当打开所述前置三通阀连接第一喷嘴的阀门，关闭其连接所述第二喷嘴的阀门；打开所述后置三通阀连接第三喷嘴的阀门，关闭其连接所述第四喷嘴的阀门，所述柔性管通过所述第一喷嘴和第三喷嘴向外排气，用于提供所述泄漏检测装置向后移动的驱动力。

另一方面，提供一种核电厂小型管道泄漏检测方法，使用上述的泄漏检测装置，所述泄漏检测方法包括步骤：

S1、通过行走机构和喷嘴机构将泄漏检测装置移动到管道待检测区域；

S2、通过摄像机组检测所述待检测区域是否存在裂纹；

S3、分别给两个充气装置充气，直至所述充气装置接触管道内壁形成位于两个所述充气装置之间的隔离腔室；

S4、通过第一压力传感器和多个第二压力传感器分别测量所述隔离腔室内和所述隔离腔室外的压力，并根据所述隔离腔室内和隔离腔室外的压力衰减对比判定所述待检测区域是否存在泄漏。

实施本发明实施例提供的技术方案至少包括以下有益效果:

(1)本发明提供的充气装置可以根据管道大小进行调整，满足尺寸为DN50-DN1000的小型管道的泄漏检测需求，同时也满足变径管道的特殊需求；

(2)本发明提供的泄漏检测装置不需要额外的检修空间，所有操作在管道内部或阀门开口处即可完成；同时，该泄漏检测装置适用于各种材质的管道，包括核电厂广泛使用的奥氏体不锈钢管道；

(3)本发明通过万向节和压电制动器组件组成的行走结构，可使得检测装置顺利通过弯管和T型管等复杂区域，同时能够避免传统鲍登驱动电缆因经过弯管或T型管造成的摩擦阻力增加的问题，使得检测装置可以深入管道内部；

(4)本发明通过压力衰减测试可以辅助摄像机组的目视检测结果，检测准确度高，也可以实现泄漏量的定量分析，检测能力强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例示出的泄漏检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例示出的泄漏检测装置的平面结构示意图；

图3是本发明实施例示出的泄漏检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

结合图1和图2所示，本实施例示出的一种核电厂小型管道泄漏检测装置，具体包括：至少三个依次连接的万向节10、两个充气装置20、连接板30、摄像机组40和多个压力传感器50，连接板30和两个充气装置20之间连接有压电制动器组件60，两个充气装置20上还安装有用于沿管道内壁行走的行走机构70和用于提供驱动力的喷嘴机构80；

其中，两个充气装置20分别安装在位于两端的万向节10上，用于在充气后接触管道内壁，形成位于两个充气装置之间的隔离腔室；连接板30安装在位于中间的万向节10上，压电制动器组件60用于通过伸缩变形控制万向节10的方向；摄像机组40安装在充气装置20上，用于检测管道裂纹及方向导航；多个压力传感器50包括安装在所述隔离腔室内的第一压力传感器51和多个安装在所述隔离腔室外的第二压力传感器52，用于测量对应位置的压力，并根据所述隔离腔室内和隔离腔室外的压力衰减对比判定管道是否存在泄漏。

本实施例中，摄像机组40用于实现管道泄漏裂纹的目视检测，而通过压力传感器提供的压力数据，可进一步地通过压力衰减测试确认管道是否存在泄漏，可防止目视检测可能产生的漏检问题，压力数据也可用于计算泄漏量大小，从而实现对泄漏裂纹的定量分析。

具体地，两个充气装置20包括第一润滑轮21、第二润滑轮22和柔性管23，第一润滑轮21和第二润滑轮22分别沿其中心轴线安装在位于两端的万向节10上，第一润滑轮21和第二润滑轮22外还分别套设有一环形气囊24；柔性管23安装在万向节10上，用于连接外部气源和两个环形气囊24，两个环形气囊24用于在充气后接触管道内壁，与管道围合形成所述隔离腔室。

需要说明的是，两个环形气囊24在充气后接触管道内壁形成相对密封的隔离腔室，此时，所述隔离腔室在管道正常的情况下也存在压力衰减，该自然衰减可在实验室通过试验分析得到，从而在压力衰减对比测试时可将自然衰减造成的压力下降排除，避免干扰试验结果判定。

进一步地，压电制动器组件60包括至少三根的第一压电致动器61、至少三根的第二压电致动器62以及通信及控制管束63，第一压电致动器61的两端分别连接连接板30和第一润滑轮21，第二压电致动器62的两端分别连接连接板30和第二润滑轮22，通信及控制管束63分别电连接每一根第一压电致动器61和第二压电致动器62，用于通过施加电压控制第一压电致动器61和第二压电致动器62发生伸缩变形；优选地，第一压电致动器61和第二压电致动器62的数量均为三根。

需要说明的是，压电致动器主要是通过压电陶瓷材料具有施加电压发生伸长、缩短的特性进行形变控制，从而实现对万向节的方向控制，其可以克服传统机器人用的鲍登线缆随着经过T型管或弯管数量的增多，摩擦阻力呈指数级增加，导致装置的驱动与方向调节将变得非常困难的缺点。

进一步地，柔性管23与每一环形气囊24之间还连接有气囊开关阀25，气囊开关阀25电连接通信及控制管束63，当控制气囊开关阀25打开时，可通过柔性管23对环形气囊24进行充气和排气操作。

进一步地，喷嘴机构80包括第一喷嘴81、第二喷嘴82、第三喷嘴83和第四喷嘴84，其中，第一喷嘴81安装在第一润滑轮21的前端面上，第二喷嘴82安装在第一润滑轮21的后端面上，第一喷嘴81和第二喷嘴82通过前置三通阀85连接柔性管23；第三喷嘴83安装在第二润滑轮22的前端面上，第四喷嘴84安装在第二润滑轮22的后端面上，第三喷嘴83和第四喷嘴84通过后置三通阀86连接柔性管24；同时，前置三通阀85和后置三通阀86电连接通信及控制管束63，用于通过远程控制前置三通阀85和后置三通阀86中各个阀门的开启或闭合，控制喷嘴机构80产生的驱动力。

具体的，当关闭前置三通阀85连接第一喷嘴81的阀门，打开前置三通阀85连接第二喷嘴82的阀门；同时，关闭后置三通阀86连接第三喷嘴83的阀门，打开后置三通阀86连接第四喷嘴84的阀门，柔性管23可通过第二喷嘴82和第四喷嘴84向外排气，提供推动泄漏检测装置向前移动的驱动力；

当打开前置三通阀85连接第一喷嘴81的阀门，关闭前置三通阀85连接第二喷嘴82的阀门；同时，打开后置三通阀86连接第三喷嘴83的阀门，关闭后置三通阀86连接第四喷嘴84的阀门时，柔性管23通过第一喷嘴81和第三喷嘴83向外排气，提供推动泄漏检测装置向后移动的驱动力；

本实施例中，第一润滑轮21远离第二润滑轮22的端面定义为第一润滑轮21的前端面，第一润滑轮21朝向第二润滑轮22的端面定义为第一润滑轮21的后端面；第二润滑轮22朝向第一润滑轮21的端面定义为第二润滑轮22的前端面，第二润滑轮22远离第一润滑轮21的端面定义为第二润滑轮22的后端面。

进一步地，该检测装置还包括探针90，其通过万向连接安装在至少三个万向节10的前端，探针90与第一润滑轮21之间连接有至少三根的第三压电致动器91，每一根第三压电致动器91电连接通信及控制管束63，用于通过第三压电致动器的伸缩变形控制探针90的移动方向；探针90还电连接通信及控制管束63，用于根据探针90的触碰信号进行方向导航；优选地，第三压电致动器的数量为三根。

具体的，当探针90触碰到管道内壁时，会产生触碰信号并通过通信及控制管束63传输到外部控制中心，外部控制中心即可通过施加电压的变化各个调节压电致动器的形变，从而调整充气装置的行走方向。

进一步地，摄像机组40包括前置摄像机41和后置摄像机(未示出)，前置摄像机41安装在第一润滑轮21的前端面上，且电连接通信及控制管束63，用于根据前置摄像机的实时图像进行方向导航；后置摄像机安装在第一润滑轮21和第二润滑轮22之间，且电连接通信及控制管束63，用于根据后置摄像机的实时图像检测管道是否存在泄漏裂纹，还用于根据后置摄像机的实时图像进行第二润滑轮22的方向导航；优选地，后置摄像机安装在第二润滑轮22的前端面上。

进一步地，行走机构70包括多个分别安装在第一润滑轮21前端面和第二润滑轮22后端面的轮式腿71，轮式腿71的一端可摆动安装在第一润滑轮21和第二润滑轮22上，轮式腿71的另一端可转动安装有滚轮72，滚轮72用于与管道内壁转动接触，使得行走机构70能够沿管道壁面进行行走。

本实施例中，轮式腿71与第一润滑轮21和第二润滑轮22之间还连接有弹性机构，该弹性机构用于提供每一轮式腿71向外打开的弹性力，使得滚轮72能够在行进过程中始终接触管道壁面。

优选地，至少三个的万向节10包括依次连接的第一万向节11、第二万向节12和第三万向节13，第一润滑轮21安装在第一万向节11上，连接板30安装在第二万向节12上，第二润滑轮22安装在第三万向节13上，探针90安装在第一万向节11的前端。

需要说明的是，三个依次连接的万向节允许泄漏检测装置弯曲90°，即每段弯曲45°，从而顺利通过弯管和T型管等复杂区域；而当万向节的数量进一步增加时，会增加方向控制的调节难度。

优选地，第二压力传感器52的数量为两个，其分别安装在第一润滑轮21的前端面上和第二润滑轮22的后端面上，通过对比第一压力传感器51和两个第二压力传感器52的压力衰减曲线，即可分析确认管道是否存在泄漏以及泄漏量大小计算。

在本发明的另一些实施例中，该泄漏检测装置还包括安装在万向节上的真空管道，其一端连接所述隔离腔室，另一端连接外部气泵，用于将所述隔离腔室抽成真空状态，通过压力传感器观察其压力恢复情况，如果与预期恢复情况不符，则可以判定所述隔离腔室对应的管道部分存在泄漏。

在本发明的另一些实施例中，该泄漏检测装置还包括安装在万向节上的示踪气体管道，其一端连接所述隔离腔室，另一端连接示踪气体气源，用于向所述隔离腔室内注入示踪气体，此时，可在管道外部检测是否存在示踪气体，若存在，则管道存在泄漏，同时可对泄漏源进行定位；若不存在，则管道不存在泄漏。

图3是本发明提供的上述泄漏检测装置的泄漏检测方法的流程示意图，结合图3所示，该泄漏检测方法包括步骤：

S1、在阀门等合适的接入点将泄漏检测装置放入管道，并通过行走机构70和喷嘴机构80将所述泄漏检测装置移动到待检测区域；

S2、通过摄像机组40检测所述待检测区域是否存在泄漏裂纹；

S3、分别给两个充气装置20充气，直至充气装置20接触管道内壁形成位于两个所述充气装置之间的隔离腔室；

S4、通过第一压力传感器51和多个第二压力传感器52分别测量所述隔离腔室内和所述隔离腔室外的压力，并根据所述隔离腔室内和隔离腔室外的压力衰减对比判定所述待检测区域是否存在泄漏；

当前检测区域检测完成之后，可将两个所述充气装置20进行排气，然后通过行走机构70和喷嘴机构80将所述泄漏检测装置移动到下一检测区域，并重复步骤S1-S4。

上述泄漏检测方法适用于所有材质的管道，相比电磁类检测方法而言，其不受管道材料的影响；同时，相比于传统的基于声发射进行泄漏定位的方法，其不受现场噪声等环境条件的影响，适用性强。

综上所述，本实施例提供的一种核电厂小型管道泄漏检测装置及其检测方法，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的充气装置可以根据管道大小进行调整，满足尺寸为DN50-DN1000的小型管道的泄漏检测需求，同时也满足变径管道的特殊需求；

(2)本发明提供的泄漏检测装置不需要额外的检修空间，所有操作在管道内部或阀门开口处即可完成；同时，该泄漏检测装置适用于各种材质的管道，包括核电厂广泛使用的奥氏体不锈钢管道；

(3)本发明采用万向节和压电制动器组件组成导航结构，可以顺利通过弯管和T型管等复杂区域，同时可以避免传统鲍登驱动电缆因经过弯管或T型管造成的摩擦阻力增加的问题，使得检测装置可以深入管道内部；

(4)本发明通过压力衰减测试可以辅助摄像机组的目视检测结果，检测准确度高，也可以实现泄漏量的定量分析，检测能力强。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种核电厂小型管道泄漏检测装置，其特征在于，包括：

至少三个依次连接的万向节；

两个充气装置，其分别安装在位于两端的所述万向节上，用于在充气后接触管道内壁，形成位于两个充气装置之间的隔离腔室；所述两个充气装置上还安装有用于沿管道内壁行走的行走机构和用于提供驱动力的喷嘴机构；

连接板，其安装在位于中间的所述万向节上，所述连接板和所述两个充气装置之间连接有压电致动器组件，用于控制所述至少三个万向节的方向；

摄像机组，安装在所述两个充气装置上，用于检测管道裂纹及方向导航；

多个压力传感器，其包括安装在所述隔离腔室内的第一压力传感器和多个安装在所述隔离腔室外的第二压力传感器，用于测量对应位置的压力，以根据所述隔离腔室内和隔离腔室外的压力衰减对比判定管道是否存在泄漏。

2.根据权利要求1所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述两个充气装置包括：

第一润滑轮和第二润滑轮，分别沿其中心轴线安装在位于两端的所述万向节上，所述第一润滑轮和第二润滑轮外分别套设有一环形气囊；

柔性管，其安装在所述万向节上，用于连接外部气源和两个所述环形气囊，两个所述环形气囊用于在充气后接触管道内壁，围合形成所述隔离腔室。

3.根据权利要求2所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述压电制动器组件包括：

至少三根的第一压电致动器，其两端分别连接所述连接板和第一润滑轮；

至少三根的第二压电致动器，其两端分别连接所述连接板和第二润滑轮；

通信及控制管束，其安装在所述万向节上，所述通信及控制管束分别电连接每一根所述第一压电致动器和第二压电致动器，用于通过施加电压控制所述第一压电致动器和第二压电致动器发生伸缩形变。

4.根据权利要求3所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述喷嘴机构包括：

第一喷嘴和第二喷嘴，其分别安装在所述第一润滑轮的前后两端面上，所述第一喷嘴和第二喷嘴通过前置三通阀连接所述柔性管；

第三喷嘴和第四喷嘴，其分别安装在所述第二润滑轮的前后两端面上，所述第三喷嘴和第四喷嘴通过后置三通阀连接所述柔性管；

所述前置三通阀和后置三通阀电连接所述通信及控制管束，用于通过控制阀门的开启或闭合，控制所述喷嘴机构产生的驱动力。

5.根据权利要求3所述的泄漏检测装置，其特征在于，还包括：

探针，其通过万向连接安装在所述至少三个万向节的前端，所述探针与第一润滑轮之间连接有至少三根的第三压电致动器，每一根所述第三压电致动器电连接所述通信及控制管束，用于控制所述探针的移动方向；所述探针电连接所述通信及控制管束，用于根据所述探针的触碰信号进行方向导航。

6.根据权利要求3所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述摄像机组包括：

前置摄像机，其安装在所述第一润滑轮的前端面，所述前置摄像机电连接所述通信及控制管束，用于根据所述前置摄像机的实时图像进行方向导航；

后置摄像机，安装在所述第一润滑轮和第二润滑轮之间，所述后置摄像机电连接所述通信及控制管束，用于根据所述后置摄像机的实时图像检测管道是否存在泄漏裂纹，还用于进行所述第二润滑轮的方向导航。

7.根据权利要求2所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述行走机构包括多个分别安装在所述第一润滑轮前端面和第二润滑轮后端面的轮式腿，所述轮式腿的一端可摆动安装在所述第一润滑轮或第二润滑轮上，所述轮式腿的另一端可转动安装有滚轮，所述滚轮用于与管道内壁转动接触。

8.根据权利要求3所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述至少三个万向节包括依次连接的第一万向节、第二万向节和第三万向节，所述第一润滑轮安装在所述第一万向节上，所述连接板安装在所述第二万向节上，所述第二润滑轮安装在所述第三万向节上。

9.根据权利要求4所述的泄漏检测装置，其特征在于，当关闭所述前置三通阀连接第一喷嘴的阀门，打开其连接所述第二喷嘴的阀门；关闭所述后置三通阀连接第三喷嘴的阀门，打开其连接所述第四喷嘴的阀门，所述柔性管通过所述第二喷嘴和第四喷嘴向外排气，用于提供所述泄漏检测装置向前移动的驱动力；

当打开所述前置三通阀连接第一喷嘴的阀门，关闭其连接所述第二喷嘴的阀门；打开所述后置三通阀连接第三喷嘴的阀门，关闭其连接所述第四喷嘴的阀门，所述柔性管通过所述第一喷嘴和第三喷嘴向外排气，用于提供所述泄漏检测装置向后移动的驱动力。

10.一种核电厂小型管道泄漏检测方法，使用如权利要求1-8任一项所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述泄漏检测方法包括步骤：

S1、通过行走机构和喷嘴机构将泄漏检测装置移动到管道待检测区域；

S2、通过摄像机组检测所述待检测区域是否存在裂纹；

S3、分别给两个充气装置充气，直至所述充气装置接触管道内壁形成位于两个所述充气装置之间的隔离腔室；

S4、通过第一压力传感器和多个第二压力传感器分别测量所述隔离腔室内和所述隔离腔室外的压力，并根据所述隔离腔室内和隔离腔室外的压力衰减对比判定所述待检测区域是否存在泄漏。

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