CN110849969A - 用于现场检测gis壳体环形焊缝的扫查装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置。本发明包括限位导轨、链式扫描架、调节长度螺钉和扫查小车；所述的链式扫描架包括多个宽链节、多个连接销、多个窄链节、多个滚轮、一末端链节和一小车连接链节，相邻的链节通过连接销连接，每个连接销上安装一个用于与GIS壳体接触的滚轮；所述的链式扫描架围成一圈后用于固定在GIS壳体环形焊缝一侧，所述的末端链节上安装调节长度螺钉；所述的小车连接链节上安装扫查小车。本发明采用长度可调的链式扫描架，满足了不同直径的GIS壳体的环焊缝检测；通过限位导轨对扫查小车进行限位，从而保证探头与焊缝两侧的工件表面良好接触，提高了检测结果的准确性。
Description
技术领域
本发明属于GIS壳体无损检测技术领域，具体地说是一种用于现场检测GIS壳体环形焊缝的超声相控阵扫查装置。
背景技术
电网设备中的气体绝缘全封闭组合电器（即GIS）是由断路器、隔离开关、接地开关、母线等多种高压电器组合而成的成套装置，这些设备或部件全部封闭在金属罐体内部，并充入一定压力（一般大于0.3MPa）的 SF6气体作为绝缘和灭弧介质。其中 GIS使用的罐体是承压部件，要求 SF6年漏气率小于 1%。一旦由于 GIS罐体损伤而产生 SF6泄漏，不但影响GIS乃至电力系统的可靠运行，同时也会污染周围环境，危害工作人员的身体健康及生命安全。因此，对GIS罐体健康状态进行监测具有重要的社会效益和经济效益。
GIS壳体制造方式一般有整体铸造及卷板焊接两种形式。外形尺寸一般为：壳体直径400-1000mm、壳体厚度6-10mm、长1000-3000mm，材料一般为铸铝和铝合金板，对于尺寸较长的壳体，常用的加工方式是将铝板卷成筒状再焊接，形成一条直焊缝，筒的两端再焊上法兰盘，形成环焊缝。对于焊接壳体，除了母材缺陷外，焊缝还会产生未焊透、气孔及裂纹等焊接缺陷。GIS服役期间，由于应力及振动等原因，容易使壳体产生裂纹等损伤。
目前，国内针对GIS壳体的检测方式主要有射线检测、超声检测和渗透监检测。超声衍射时差法（TOFD）是一种新的无损检测技术，用于GIS壳体的焊缝检测时，需要一组或者多组超声探头，沿着焊缝扫描，在检测过程中一般采用手持探头方式，使得声束很难始终指向一个方向，造成结果失真。所以需要设计一个扫查装置，使得检测过程中探头能够平稳可靠地扫描焊缝，并且能将检测数据与检验位置相对应。如中国实用新型专利201620499094.6公开了一种用于检测管道环形焊缝的手动链式超声相控阵扫查器；中国发明专利201510020885.6公开了一种管座检测扫查架和管座检测扫查装置，实现了手动扫查，但无法满足自动扫查的检测要求，并且由于动力来自于人，其准确度也存在一定问题，多次测试重复性差。除此之外现有的扫查装置还存在以下几点问题：
1.探头和焊缝两侧的工件表面不能很好接触、耦合性差；
2.调节探头位置时需要拆卸探头重新定位；
3.对于不同直径的GIS壳体的环焊缝检测困难。
4.无法满足环缝检测时的多次重复性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种用于现场GIS壳体环焊缝无损检测的超声相控阵扫查装置，其采用长度可调的链式扫描架以满足不同直径的GIS壳体的环焊缝检测；通过限位导轨对扫查小车进行限位，从而保证探头与焊缝两侧的工件表面良好接触，以提高检测结果的准确性。
为此，本发明采用的技术方案是：用于现场检测GIS壳体环形焊缝的超声相控阵扫查装置，其包括限位导轨、链式扫描架、调节长度螺钉和扫查小车；
所述的链式扫描架包括多个宽链节、多个连接销、多个窄链节、多个滚轮、一末端链节和一小车连接链节，相邻的链节通过连接销连接，每个连接销上安装一个用于与GIS壳体接触的滚轮；所述的链式扫描架围成一圈后用于固定在GIS壳体环形焊缝一侧，所述的末端链节上安装调节长度螺钉；所述的小车连接链节上安装用于检测GIS壳体环形焊缝的扫查小车；
所述的限位导轨包括用于固定在GIS壳体环形焊缝一侧的一探头限位导轨和两个滚轮限位导轨，探头限位导轨位于滚轮限位导轨上方，所述的两个滚轮限位导轨夹持所述的滚轮，两个滚轮限位导轨的间距为滚轮的宽度；所述的滚轮限位导轨位于链式扫描架的内侧；安装在扫查小车上的探头与探头限位导轨配合使用，使探头与GIS壳体环形焊缝接触。
针对不同直径大小的GIS壳体，链式扫描架的长度可以通过增减宽链节和窄链节进行粗调，通过调节长度螺钉进行细调或精调。通过滚轮限位导轨对滚轮进行限位，完成链式扫描架的限位，使链式扫描架只能周向滚动，而无法上下或轴向移动，从而使扫查小车也只能周向移动；另外，通过探头限位导轨对探头的位置进行限制，使探头扫查焊缝时平稳，探头与焊缝两侧的工件表面接触可靠，提高了检测结果的准确性。
进一步地，滚轮最外层的材质是橡胶，使滚轮能够更好地贴合GIS壳体，运动时滚轮与GIS壳体间有较好的摩擦抓地力，不会打滑。
进一步地，所述的扫查小车包括小车体、探头耦合剂分配器组合体、用于调节探头耦合剂分配器组合体位置的杆组、电机组和主动轮组；所述杆组的一端连接小车体，另一端连接探头耦合剂分配器组合体，探头耦合剂分配器组合体包括耦合剂分配器和探头，耦合剂分配器安装在探头上。
所述的电机组和主动轮组均安装在小车体上，电机组用于带动主动轮组的主动轮转动，主动轮与GIS壳体接触，用于驱动扫查小车和链式扫描架作周向运动。
所述电机组的驱动电源为外置电源，与超声探伤工作主机放在地面或工作台面上，通过足够长的电源线与探头线一起引入至扫查装置。所述的扫查装置启动后，电机会带着整个扫查装置回绕着GIS壳体运动，探头就会对环焊缝进行扫查获取探测数据，此时要确保电源线与探头线有一定长度，跟着回绕着壳体，操作人员也要注意防止导线缠结，当扫查装置回绕GIS壳体一圈后关断电机运动。如果需要多次重复测量，则可以控制电机反转，使得扫查装置探头回到原初始点，重复前述测量过程。
进一步地，所述的杆组包括依次连接的探头杆、长连杆、短连杆和杆座，杆座上设有螺纹孔，通过螺钉固定在小车体上，探头杆、短连杆和长连杆上均设有通孔，相邻杆之间通过固定螺钉连接；
所述的短连杆和杆座通过扭簧固定螺钉连接，扭簧固定螺钉由固定螺钉和扭簧组成，固定螺钉上套扭簧，扭簧的两端分别与短连杆和杆座固定，扭簧在杆座上施加一个顺时针的弹性力，使得长连杆靠近GIS壳体，确保探头紧贴GIS壳体焊缝处，使探头与焊缝的耦合性更好；探头杆与探头通过螺栓连接。
所述的探头杆、短连杆、长连杆、杆座上的孔为通孔，螺钉通过与螺帽配合产生的摩擦力使杆组固定在指定位置，从而简化了探头位置的调整。
进一步地，所述的电机组包括电机、减速器和同步带小轮，电机通过联轴器与减速器连接，同步带小轮安装在减速器轴上；所述的电机和减速器底部开有螺纹孔，小车体上对应位置开有通孔，通过螺钉将电机和减速器固定在小车体上。
进一步地，所述的主动轮组包括主动轮、轮架、同步带轮和轮架轴，所述的轮架通过轮架轴与小车体轴接，轮架可绕轮架轴转动，同步带轮安装在轮架的两个吊耳之间，可自由转动；
所述主动轮中间铣有槽，槽中为同步带轨道；两条同步带分别连接主动轮和同步带轮以及同步带轮和同步带小轮，构成同步带轮组。
进一步地，所述的轮架上还有一个轮架弹簧固定吊耳，小车体内也有一个小车体弹簧固定吊耳，两个吊耳之间设有一个弹簧，弹簧给轮架提供一个向外的力使得主动轮紧贴GIS壳体。
进一步地，所述同步带轮两侧为同步带的轨道，中间是挡板；轮架轴通过轴孔过盈配合固定在轮架上，主动轮与轮架上的转轴间隙配合，可绕转转动。
进一步地，所述的探头限位导轨和滚轮限位导轨均为带活扣的扎带，通过活扣调节扎带的长度。
进一步地，所述的末端链节由结构基本一致的左右两部分组成，左右两部分通过调节长度螺钉连接；左侧部分与调节长度螺钉配合的是通孔，右侧部分与调节长度螺钉配合的是与调节长度螺钉对应的螺纹孔，通过拧紧调节长度螺钉使链式扫描架紧贴在GIS壳体上；所述的调节长度螺钉包括螺钉、万向节和螺帽，螺钉和螺帽用万向节连接。采用上述结构的调节长度螺钉，方便现场安装时徒手就可拧紧或拧松螺钉。
进一步地，所述的小车链节的位置处于整个链式扫描架的中间位置，当链式扫描架围成圆时，处于末端链节位置的对面。
本发明具有的有益技术效果如下：1.实现了探头的自动扫查，扫查轨迹稳定，可重复性好；2.采用长度可调的链式扫描架，可适应不同直径的GIS壳体环焊缝检测；3.探头位置调节简单，不需要拆卸探头；通过探头限位导轨对探头的位置进行限制，使探头扫查焊缝时平稳，探头与焊缝两侧的工件（即GIS壳体）表面耦合性好，检测结果准确性高。
附图说明
图1是本发明的安装示意图；
图2是本发明的结构示意图（不包括探头限位导轨）；
图3是图2的俯视图；
图4是本发明调节长度螺钉的结构示意图；
图5是本发明扫查小车的侧视图；
图6是本发明扫查小车的正视图；
图7是图6的A-A方向的局部剖视图；
图8是本发明扫查小车的俯视图；
图9是本发明扫查小车轮架的示意图。
图中，1-探头限位导轨，2-宽链节，3-连接销，4-窄链节，5-扫查小车，6-GIS壳体，7-调节长度螺钉，8-末端链节，9-滚轮限位导轨，10-滚轮，11-小车连接链节，51-探头杆，52-长连杆，53-短连杆，54-减速器，55-同步带小轮，56-轮架轴，57-轮架，58-主动轮，59-小车体，71-螺钉，72-万向节，73-螺帽，510-扭簧固定螺钉，512-固定螺钉，513-电机，514-杆座，515-同步带轮，516-探头耦合剂分配器组合体，571-轮架弹簧固定吊耳，572-吊耳，573-转轴，591-小车体弹簧固定吊耳。
具体实施方式
如图1所示，一种用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置安装在GIS壳体6上，所述的扫查装置由限位导轨、链式扫描架、调节长度螺钉7和扫查小车5组成。
如图1-3所示，所述的链式扫描架包括多个宽链节2、多个连接销3、多个窄链节4、多个滚轮10、一个末端链节8和一个小车连接链节11，相邻的链节通过连接销3连接，每个连接销3上安装一个用于与GIS壳体6接触的滚轮10；所述的链式扫描架围成一圈后用于固定在GIS壳体环形焊缝一侧，所述的末端链节8上安装调节长度螺钉7；所述的小车连接链节11上安装用于检测GIS壳体环形焊缝的扫查小车5。
所述的限位导轨包括用于固定在GIS壳体环形焊缝一侧的一探头限位导轨1和两个滚轮限位导轨9，探头限位导轨1位于滚轮限位导轨9上方，所述的两个滚轮限位导轨9夹持所述的滚轮10，两个滚轮限位导轨9的间距为滚轮10的宽度；所述的滚轮限位导轨9位于链式扫描架的内侧；安装在扫查小车5上的探头与探头限位导轨1配合使用，使探头与GIS壳体环形焊缝接触。
所述的小车链节11的位置处于整个链式扫描架的中间位置，当链式扫描架围成圆时，处于末端链节8位置的对面。小车连接链节11上开有三个孔，在扫查小车5的相同位置也开设了三个孔，具有同轴约束，通过螺钉将小车连接链节11与扫查小车5连接。
所述的探头限位导轨1和滚轮限位导轨9均为带活扣的扎带，通过活扣调节扎带的长度。扎带可以为金属，也可为橡胶等其他材料，所述的活扣可以为螺栓等，扎带抽紧后通过活扣固定在GIS壳体环焊缝一侧的合适位置，具体位置由操作工在现场安装确定，使得无损探伤检测探头可以被限制在能够正对焊缝的合适位置；通过解锁活扣来松开扎带。
如图5-9所示，所述的扫查小车5包括小车体59、探头耦合剂分配器组合体516、用于调节探头耦合剂分配器组合体位置的杆组、电机组和主动轮组；所述杆组的一端连接小车体，另一端连接探头耦合剂分配器组合体，探头耦合剂分配器组合体包括耦合剂分配器和探头，耦合剂分配器安装在探头上。
所述的电机组和主动轮组均安装在小车体59上，电机组用于带动主动轮组的主动轮58转动，主动轮58与GIS壳体6接触，用于驱动扫查小车5和链式扫描架作周向运动。
所述的杆组包括依次连接的探头杆51、长连杆52、短连杆53和杆座514，杆座514上设有螺纹孔，通过螺钉固定在小车体59上，探头杆51、短连杆53和长连杆52上均设有通孔，相邻杆之间通过固定螺钉512连接。
所述的短连杆53和杆座514通过扭簧固定螺钉510连接，扭簧固定螺钉510由固定螺钉512和扭簧组成，固定螺钉上套扭簧，扭簧的两端分别与短连杆53和杆座514固定，扭簧在杆座514上施加一个顺时针的弹性力，使得长连杆52靠近GIS壳体6，确保探头紧贴GIS壳体焊缝处；探头杆51与探头通过螺栓连接。
所述的电机组包括电机513、减速器54和同步带小轮55，电机513通过联轴器与减速器54连接，同步带小轮55安装在减速器轴上；所述的电机513和减速器54底部开有螺纹孔，小车体59上对应位置开有通孔，通过螺钉将电机513和减速器54固定在小车体59上。
所述的主动轮组包括主动轮58、轮架57、同步带轮515和轮架轴56，所述的轮架57通过轮架轴56与小车体59轴接，轮架57可绕轮架轴56转动，同步带轮515安装在轮架57的两个吊耳572之间，可自由转动。
所述主动轮58中间铣有槽，槽中为同步带轨道；两条同步带分别连接主动轮58和同步带轮515以及同步带轮515和同步带小轮55，构成同步带轮组。
所述的轮架57上还有一个轮架弹簧固定吊耳571，小车体59内也有一个小车体弹簧固定吊耳591，两个吊耳之间设有一个弹簧，弹簧给轮架57提供一个向外的力使得主动轮58紧贴GIS壳体6。
所述同步带轮515两侧为同步带的轨道，中间是挡板；轮架轴56通过轴孔过盈配合固定在轮架57上，主动轮58与轮架57上的转轴573间隙配合，可绕转轴573转动。
所述的末端链节8由结构基本一致的左右两部分组成，左右两部分通过调节长度螺钉连接；左侧部分与调节长度螺钉7配合的是通孔，右侧部分与调节长度螺钉7配合的是与调节长度螺钉对应的螺纹孔，通过拧紧调节长度螺钉7使链式扫描架紧贴在GIS壳体上；所述的调节长度螺钉7包括螺钉71、万向节72和螺帽73，螺钉71和螺帽73用万向节连接，如图4所示。所述的万向节72是一种已知的常规结构，用以实现旋转的转向。
所述的探头杆51、短连杆53、长连杆52、杆座514上的孔为通孔，螺钉通过与螺帽配合产生的摩擦力使杆组固定在指定位置。
所述的扭簧固定螺钉510是在一般固定螺钉中套上扭簧，扭簧的两端分别与长连杆53和杆座514固定，扭簧在长连杆514上施加一个顺时针的弹性力，使得长连杆53有靠近GIS壳体6的趋势，确保超声探头紧贴GIS壳体焊缝处。
所述的电机513和减速器54底部开有螺纹孔，小车体59上对应位置开有通孔，通过螺钉将电机513和减速器54固定在小车体59上。
所述电机的驱动电源为外置电源，与超声探伤工作主机放在地面或工作台面上，通过足够长的电源线与探头线一起引入至扫查装置。
所述的扫查装置启动后，电机会带着整个扫查装置回绕着GIS壳体运动，探头就会对环焊缝进行扫查获取探测数据，此时要确保电源线与探头线有一定长度，跟着回绕着壳体，操作人员也要注意防止导线缠结，当扫查装置回绕GIS壳体一圈后关断电机运动。
如果需要多次重复测量，则可以控制电机反转，使得扫查装置探头回到原初始点，重复前述测量过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置，其特征在于，包括限位导轨、链式扫描架、调节长度螺钉(7)和扫查小车(5)；
所述的链式扫描架包括多个宽链节(2)、多个连接销(3)、多个窄链节(4)、多个滚轮(10)、一末端链节(8)和一小车连接链节(11)，相邻的链节通过连接销(3)连接，每个连接销(3)上安装一个用于与GIS壳体(6)接触的滚轮(10)；所述的链式扫描架围成一圈后用于固定在GIS壳体环形焊缝一侧，所述的末端链节(8)上安装调节长度螺钉(7)；所述的小车连接链节(11)上安装用于检测GIS壳体环形焊缝的扫查小车(5)；
所述的限位导轨包括用于固定在GIS壳体环形焊缝一侧的一探头限位导轨(1)和两个滚轮限位导轨(9)，探头限位导轨(1)位于滚轮限位导轨(9)上方，所述的两个滚轮限位导轨(9)夹持所述的滚轮(10)，两个滚轮限位导轨(9)的间距为滚轮(10)的宽度；所述的滚轮限位导轨(9)位于链式扫描架的内侧；安装在扫查小车(5)上的探头与探头限位导轨(1)配合使用，使探头与GIS壳体环形焊缝接触。
2.根据权利要求1所述的用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置，其特征在于，所述的扫查小车(5)包括小车体(59)、探头耦合剂分配器组合体(516)、用于调节探头耦合剂分配器组合体位置的杆组、电机组和主动轮组；所述杆组的一端连接小车体，另一端连接探头耦合剂分配器组合体，探头耦合剂分配器组合体包括耦合剂分配器和探头，耦合剂分配器安装在探头上；
所述的电机组和主动轮组均安装在小车体(59)上，电机组用于带动主动轮组的主动轮(58)转动，主动轮(58)与GIS壳体(6)接触，用于驱动扫查小车(5)和链式扫描架作周向运动。
3.根据权利要求2所述的用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置，其特征在于，所述的杆组包括依次连接的探头杆(51)、长连杆(52)、短连杆(53)和杆座(514)，杆座(514)上设有螺纹孔，通过螺钉固定在小车体(59)上，探头杆(51)、短连杆(53)和长连杆(52)上均设有通孔，相邻杆之间通过固定螺钉(512)连接；
所述的短连杆(53)和杆座(514)通过扭簧固定螺钉(510)连接，扭簧固定螺钉(510)由固定螺钉(512)和扭簧组成，固定螺钉上套扭簧，扭簧的两端分别与短连杆(53)和杆座(514)固定，扭簧在杆座(514)上施加一个顺时针的弹性力，使得长连杆(52)靠近GIS壳体(6)，确保探头紧贴GIS壳体焊缝处；探头杆(51)与探头通过螺栓连接。
4.根据权利要求2或3所述的用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置，其特征在于，所述的电机组包括电机(513)、减速器(54)和同步带小轮(55)，电机(513)通过联轴器与减速器(54)连接，同步带小轮(55)安装在减速器轴上；所述的电机(513)和减速器(54)底部开有螺纹孔，小车体(59)上对应位置开有通孔，通过螺钉将电机(513)和减速器(54)固定在小车体(59)上。
5.根据权利要求2或3所述的用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置，其特征在于，所述的主动轮组包括主动轮(58)、轮架(57)、同步带轮(515)和轮架轴(56)，所述的轮架(57)通过轮架轴(56)与小车体(59)轴接，轮架(57)可绕轮架轴(56)转动，同步带轮(515)安装在轮架(57)的两个吊耳(572)之间，可自由转动；
所述主动轮(58)中间铣有槽，槽中为同步带轨道；两条同步带分别连接主动轮(58)和同步带轮(515)以及同步带轮(515)和同步带小轮(55)，构成同步带轮组。
6.根据权利要求5所述的用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置，其特征在于，所述的轮架(57)上还有一个轮架弹簧固定吊耳(571)，小车体(59)内也有一个小车体弹簧固定吊耳(591)，两个吊耳之间设有一个弹簧，弹簧给轮架(57)提供一个向外的力使得主动轮(58)紧贴GIS壳体(6)。
7.根据权利要求5所述的用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置，其特征在于，所述同步带轮(515)两侧为同步带的轨道，中间是挡板；轮架轴(56)通过轴孔过盈配合固定在轮架(57)上，主动轮(58)与轮架(57)上的转轴(573)间隙配合，可绕转轴(573)转动。
8.根据权利要求5所述的用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置，其特征在于，所述的探头限位导轨(1)和滚轮限位导轨(9)均为带活扣的扎带，通过活扣调节扎带的长度。
9.根据权利要求5所述的用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置，其特征在于，所述的末端链节(8)由结构基本一致的左右两部分组成，左右两部分通过调节长度螺钉连接；左侧部分与调节长度螺钉(7)配合的是通孔，右侧部分与调节长度螺钉(7)配合的是与调节长度螺钉对应的螺纹孔，通过拧紧调节长度螺钉(7)使链式扫描架紧贴在GIS壳体上；所述的调节长度螺钉(7)包括螺钉(71)、万向节(72)和螺帽(73)，螺钉(71)和螺帽(73)用万向节连接。
10.根据权利要求9所述的用于现场检测GIS壳体环形焊缝的扫查装置，其特征在于，所述的小车链节(11)的位置处于整个链式扫描架的中间位置，当链式扫描架围成圆时，处于末端链节(8)位置的对面。
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