CN112747701B - 一种自走式壁厚测量和记录装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自走式壁厚测量和记录装置，包括一对伸缩支架，伸缩支架两端分别固定两对滚轮架，滚轮架上通过轴承安装有滚轮，滚轮上安装有滚轮驱动装置，一个伸缩支架上固定有前固定板，另一个伸缩支架上固定有后固定板，前固定板和后固定板能够联动，后固定板上固定有旋转电机和控制盒，前固定板上设置有探头伸缩装置，探头伸缩装置上固定有超声探头和伸缩电机；控制盒分别与伸缩电机、滚轮驱动装置、超声探头和旋转电机连接。本发明解决了现有技术中存在的隔水管自动化检测和记录方法缺乏自动化工具的问题。

Description

一种自走式壁厚测量和记录装置

技术领域

本发明属于海洋石油钻井装备技术领域，涉及一种自走式壁厚测量和记录装置。

背景技术

海洋钻井隔水管是钻井平台通往井口的咽喉通道，隔水管工作期间需承受顶部平台运动、海洋波浪和洋流运动、泥浆内压、海底水压等外部载荷作用，内壁因下入和提起钻杆承受钻杆接头磨蚀、因成为泥浆返回通道承受岩屑冲蚀、地层流体腐蚀，工作条件十分恶劣，一旦断裂、屈曲等失效发生，泥浆大规模泄露、对环境危害极大。因耽误钻井进度计划、钻井平台日费高昂、打捞费又是一笔不菲的支出，经济损失亦不可估量。因设备要求高，所以隔水管系统的价值在平台所有资产中占据了较大比重，粗略估算，一套适应1500m水深的隔水管系统价值上亿元。因资产占比较大，平台在全生命周期内一般不倾向于购置新的隔水管装备，国内数个平台隔水管服役年限超过30年。隔水管使用寿命的延长来自于完善的生命周期管理计划、细致的维护、颇为频繁的检测以及基于原隔水管的修理和再制造工作。这些工作都基于隔水管壁厚检测及壁厚数据分析。一般的，一条15m长的隔水管单根至少需要检测15个截面，每个截面测量4个点，共六十个点。按照1500m作业水深计算，平台隔水管100根，则需要检测和记录点位6000个。目前这些工作的开展方式为：预先清洗，人工划线确定点位，手持仪器完成检测，人工记录数据表格，人工转换为产品数据存档并进行适用性判定，效率十分低下，缺乏自动化的解决方案。

目前国内外具备一些针对陆上长距离输油管道的检测设备，有的是使用电磁感应等方法开发的新型探头，有的是固定式检测某一小段管线的装备，有的设备庞大、作用于管道外侧，受管道附件或涂层阻碍难以连续作业；针对隔水管自动化检测和记录方法还处于原始阶段，更是缺乏相应的专用工具。

发明内容

本发明的目的是提供一种自走式壁厚测量和记录装置，解决了现有技术中存在的隔水管自动化检测和记录方法缺乏自动化工具的问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种自走式壁厚测量和记录装置，包括一对伸缩支架，伸缩支架两端分别固定两对滚轮架，滚轮架上通过轴承安装有滚轮，滚轮上安装有滚轮驱动装置，一个伸缩支架上固定有前固定板，另一个伸缩支架上固定有后固定板，前固定板和后固定板能够联动，后固定板上固定有旋转电机和控制盒，前固定板上设置有探头伸缩装置，探头伸缩装置上固定有超声探头和伸缩电机；

控制盒分别与伸缩电机、滚轮驱动装置、超声探头和旋转电机连接。

本发明的特点还在于：

伸缩支架两端分别设置有两对滚轮，每对滚轮均通过滚轮轴联动，滚轮驱动装置包括行走电机和齿轮副，行走电机通过齿轮副驱动滚轮轴转动，行走电机与控制盒相连接。

每个伸缩支架都包括一对支架伸缩杆，滚轮架固定在支架伸缩杆的两端，一对支架伸缩杆之间固定有四杆相互交叉铰接的伸缩架。

前固定板和后固定板的联动方式为：前固定板的轴心上固定有旋转盘轴承，旋转电机固定在后固定板的轴心上，旋转电机的电机轴穿过旋转盘轴承并与旋转盘固定连接。

旋转盘的一面与旋转盘轴承固定，旋转盘的另一面固定有伸缩电机，伸缩电机上固定有探头伸缩装置，探头伸缩装置包括摩擦轮，摩擦轮与伸缩电机轴固定；

探头伸缩装置还包括伸缩杆，伸缩杆一端固定有超声探头，伸缩杆的另一端处沿伸缩杆方向开有伸缩杆滑槽，伸缩杆滑槽内设置有两个定位螺栓，两个定位螺栓通过伸缩杆滑槽并固定在旋转盘上，伸缩杆的另一端侧面固定有摩擦带，摩擦带与摩擦轮接触形成摩擦副。

伸缩杆与超声探头通过固定卡相互固定。

控制盒包括控制器，控制器与电机控制指令模块连接，电机控制指令模块分别与伸缩电机、行走电机和旋转电机连接，控制器还分别与数据运算模块、数据存储模块、绘图和报告生成模块和超声信号处理模块连接，数据存储模块还分别与数据运算模块、绘图和报告生成模块和超声信号处理模块连接。

后固定板上还固定有电源，电源分别为伸缩电机、控制盒、行走电机、超声探头和旋转电机进行供电。

前固定板和后固定板上均开有向顶部、底部、两侧四个方向的连杆滑槽，每个连杆滑槽均配合有固定连杆，固定连杆固定在伸缩支架上，固定连杆穿过连杆滑槽并通过紧固螺母固定。

两个伸缩支架之间通过固定件相互固定。

伸缩电机、行走电机和旋转电机均为可编程电机。

本发明的有益效果是：

本发明自带电源和中央信息处理装置，可适应(21-24)in多种直径规格的隔水管产品，可自驱动行走，通过小车可编程电机控制的前进运动和旋转探头，按照任意预设置的测量点阵一次性完成隔水管单根或伸缩装置的壁厚测量，生成检测记录报告，并根据预设程序完成隔水管适用性判定，标识出磨损超差需重点关注、维护和修理的部位。本装置最大程度地减少了隔水管生命周期管理中的人工操作，大大加快了检测速度，节省了人力成本，降低了大规模数据人工记录、处理和判定带来的数据记录不准确和丢失等问题。

附图说明

图1是本发明一种自走式壁厚测量和记录装置的正面结构图；

图2是本发明一种自走式壁厚测量和记录装置的背面结构图；

图3是本发明一种自走式壁厚测量和记录装置的侧视图；

图4是本发明一种自走式壁厚测量和记录装置中伸缩支架的结构图；

图5是本发明一种自走式壁厚测量和记录装置中探头伸缩装置的结构图；

图6是本发明一种自走式壁厚测量和记录装置控制系统的结构图

图7是本发明一种自走式壁厚测量和记录装置的工作流程图；

图8是待测管道测点示意图；

图9是本发明一种自走式壁厚测量和记录装置的安装示意图；

图中，1.超声探头，2.固定卡，3.支架伸缩杆，4.伸缩杆，5.旋转盘，6.伸缩电机，7.摩擦轮，8.伸缩杆滑槽，9.定位螺栓，10.摩擦带，11.前固定板，12.紧固螺母，13.电源，14.旋转电机，15.控制盒，16.固定连杆，17.连杆滑槽，18.后固定板，19.滚轮，20.滚轮架，21.

滚轮轴，22.伸缩支架，23.行走电机，24.齿轮副，25.旋转盘轴承，26.电机轴，27.伸缩架，28.固定件，29.控制器，30.电机控制指令模块，31.数据运算模块，32数据存储模块，33.绘图和报告生成模块，34.超声信号处理模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1-图5，本发明一种自走式壁厚测量和记录装置，包括一对伸缩支架22，伸缩支架22两端分别固定两对滚轮架20，滚轮架20上通过轴承安装有滚轮19，滚轮19上安装有滚轮驱动装置，一个伸缩支架22上固定有前固定板11，另一个伸缩支架22上固定有后固定板18，前固定板11和后固定板18能够联动，后固定板18上固定有旋转电机25和控制盒15，前固定板11上设置有探头伸缩装置，探头伸缩装置上固定有超声探头1和伸缩电机6；控制盒15分别与伸缩电机6、滚轮驱动装置、超声探头1和旋转电机14连接。

伸缩支架22两端分别设置有两对滚轮19，每对滚轮19均通过滚轮轴21联动，滚轮驱动装置包括行走电机23和齿轮副24，行走电机23通过齿轮副24驱动滚轮轴21转动，行走电机23与控制盒15相连接。

每个伸缩支架22都包括一对支架伸缩杆3，滚轮架20固定在支架伸缩杆3的两端，一对支架伸缩杆3之间固定有四杆相互交叉铰接的伸缩架27。

前固定板11和后固定板18的联动方式为：前固定板11的轴心上固定有旋转盘轴承25，旋转电机14固定在后固定板18的轴心上，旋转电机14的电机轴26穿过旋转盘轴承25并与旋转盘5固定连接。

旋转盘5的一面与旋转盘轴承25固定，旋转盘5的另一面固定有伸缩电机6，伸缩电机6上固定有探头伸缩装置，探头伸缩装置包括摩擦轮7，摩擦轮7与伸缩电机6轴固定；探头伸缩装置还包括伸缩杆4，伸缩杆4一端固定有超声探头1，伸缩杆4的另一端处沿伸缩杆4方向开有伸缩杆滑槽8，伸缩杆滑槽8内设置有两个定位螺栓9，两个定位螺栓9通过伸缩杆滑槽8并固定在旋转盘5上，伸缩杆4的另一端侧面固定有摩擦带10，摩擦带10与摩擦轮7接触形成摩擦副。

伸缩杆4与超声探头1通过固定卡2相互固定。

如图6，控制盒15包括控制器29，控制器29与电机控制指令模块30连接，电机控制指令模块30分别与伸缩电机6、行走电机23和旋转电机14连接，控制器29还分别与数据运算模块31、数据存储模块32、绘图和报告生成模块33和超声信号处理模块34连接，数据存储模块32还分别与数据运算模块31、绘图和报告生成模块33和超声信号处理模块34连接。

后固定板18上还固定有电源13，电源13分别为伸缩电机6、控制盒15、行走电机23、超声探头1和旋转电机14进行供电。

前固定板11和后固定板18上均开有向顶部、底部、两侧四个方向的连杆滑槽17，每个连杆滑槽17均配合有固定连杆16，固定连杆16固定在伸缩支架22上，固定连杆16穿过连杆滑槽17并通过紧固螺母12固定。

两个伸缩支架22之间通过固定件28相互固定。

伸缩电机6、行走电机23和旋转电机14均为可编程电机。

电源13可以是蓄电池也可以是电池组。

本发明的原理是：

通过改变伸缩支架22的长度使本装置适应不同隔水管的内径，伸缩支架22需要进行变形时，拧松紧固螺母12后对伸缩支架22进行拉伸或者压缩，此时固定连杆16在连杆滑槽17滑动，变形完成后拧紧紧固螺母12完成伸缩支架22与后固定板18和前固定板11的相互固定。

滚轮19在伸缩支架22的两端分别设置两组，目的是保证车架在管道内运行过程中始终保持直线运行，且在前进过程中不会出现倾摆进而导致前进受阻、卡顿等问题。车架底部通过行走电机23带动齿轮副24驱动，可根据电机转角清楚的计算和控制小车位移。

伸缩电机6正转反转带动伸缩杆4来回运动。当收到指令时，伸缩电机6正转直至扭矩超过预设值，控制伸缩电机6停转，指令超声探头1工作，一个点测值三次，取其平均，测试数据录入以后，指令伸缩电机6反转相同角度，伸缩杆4回到初始位置。

旋转电机14采用步进可编程电机，旋转电机14每次旋转角度由初始输入参数确定，其值为360°/单截面测点数。

电机控制指令模块30可根据输入信息进行电机行为模式编程，完成前进、旋转伸缩等机构的动作，超声信号处理34可根据每次超声探头1返回的数据判定输出管道壁厚情况并储存在数据储存模块31中，在一条管道检测完成之后进行数据运算并输出图形和表格数据储存在数据储存模块31中。最终在完成一批次的检测后统一输出数据到计算机。

如图7～图9，本发明的完成隔水管测量和记录的方法为：

步骤1，将批量的隔水管按照相同的端面旋转方位摆放在待测场地中，如：泥浆管线过孔统一朝上，这样做的目的是便于测试系统找准所测量的点在管道中的具体位置。

步骤2，通过计算机或其他输入设备在控制系统中输入隔水管编号，需检测的总截面数n，每截面点数m，起始面行程s，截面间距L，总行程S，允许的最小壁厚值t以及钢管材料屈服强度ReL和名义外径D等参数作为初始设定记入数据存储模块32中。

步骤3，如图9将本装置放入隔水管中，拧松紧固螺母12，此时伸缩支架22处于可调整状态，调整伸缩支架22使得本装置刚好顶住隔水管端部内腔壁面完成定心，拧紧紧固螺母12，将本装置放在起始位置，控制小车进入程序控制模式。

步骤4，由数据运算模块31对输入数据进行分析，确定旋转电机14和行走电机23步进转角。

步骤5：判定目前所测截面是否为量程范围内，如果是，启动伸缩电机6直到扭矩过载，停转，发射超声信号并记录返回信号，经处理转换为位置和壁厚信息进行存储，

步骤6，伸缩电机6反转归位，旋转电机14步进，测量同截面下一个点

步骤7，本截面完成测量后，行走电机23启动，装置向前运动，判定是否处于规定量程范围内，若已走出量程范围，则记录总行程，测量结束。

步骤8，对每一根隔水管重复步骤3～步骤7，直到所有待测管道被测试完成。

步骤9，由的数据存储模块23读出本次测量和计算得出的所有数据。

通过上述方式，本发明所述的海洋钻井隔水管生命周期管理工具可一次性完成多根隔水管的检测、判定和结果输出工作，输出结果精确，能够节约大量的人力物力。

Claims (4)

1.一种自走式壁厚测量和记录装置，其特征在于，包括一对伸缩支架（22），所述伸缩支架（22）两端分别固定两对滚轮架（20），所述滚轮架（20）上通过轴承安装有滚轮（19），所述滚轮（19）上安装有滚轮驱动装置，一个所述伸缩支架（22）上固定有前固定板（11），另一个所述伸缩支架（22）上固定有后固定板（18），所述前固定板（11）和后固定板（18）能够联动，所述后固定板（18）上固定有旋转电机（14）和控制盒（15），所述前固定板（11）上设置有探头伸缩装置，探头伸缩装置上固定有超声探头（1）和伸缩电机（6）；

所述伸缩支架（22）两端分别设置有两对滚轮（19），每对所述滚轮（19）均通过滚轮轴（21）联动，所述滚轮驱动装置包括行走电机（23）和齿轮副（24），所述行走电机（23）通过齿轮副（24）驱动滚轮轴（21）转动，所述行走电机（23）与控制盒（15）相连接；

每个所述伸缩支架（22）都包括一对支架伸缩杆（3），所述滚轮架（20）固定在支架伸缩杆（3）的两端，一对所述支架伸缩杆（3）之间固定有四杆相互交叉铰接的伸缩架（27）；

所述前固定板（11）和后固定板（18）的联动方式为：所述前固定板（11）的轴心上固定有旋转盘轴承（25），旋转电机（14）固定在后固定板（18）的轴心上，旋转电机（14）的电机轴（26）穿过旋转盘轴承（25）并与旋转盘（5）固定连接；

所述旋转盘（5）的一面与旋转盘轴承（25）固定，所述旋转盘（5）的另一面固定有伸缩电机（6），所述伸缩电机（6）上固定有探头伸缩装置，探头伸缩装置包括摩擦轮（7），摩擦轮（7）与伸缩电机（6）轴固定；

所述探头伸缩装置还包括伸缩杆（4），所述伸缩杆（4）一端固定有超声探头（1），所述伸缩杆（4）的另一端处沿伸缩杆（4）方向开有伸缩杆滑槽（8），所述伸缩杆滑槽（8）内设置有两个定位螺栓（9），两个所述定位螺栓（9）通过伸缩杆滑槽（8）并固定在旋转盘（5）上，所述伸缩杆（4）的另一端侧面固定有摩擦带（10），所述摩擦带（10）与摩擦轮（7）接触形成摩擦副；

所述前固定板（11）和后固定板（18）上均开有向顶部、底部、两侧四个方向的连杆滑槽（17），每个连杆滑槽（17）均配合有固定连杆（16），所述固定连杆（16）固定在伸缩支架（22）上，所述固定连杆（16）穿过连杆滑槽（17）并通过紧固螺母固定；

控制盒（15）分别与伸缩电机（6）、滚轮驱动装置、超声探头（1）和旋转电机（14）连接，所述控制盒（15）包括控制器（29），所述控制器（29）与电机控制指令模块（30）连接，所述电机控制指令模块（30）分别与伸缩电机（6）、行走电机（23）和旋转电机（14）连接，所述控制器（29）还分别与数据运算模块（31）、数据存储模块（32）、绘图和报告生成模块（33）和超声信号处理模块（34）连接，所述数据存储模块（32）分别与数据运算模块（31）、绘图和报告生成模块（33）和超声信号处理模块（34）连接。

2.如权利要求1的一种自走式壁厚测量和记录装置，其特征在于，所述伸缩杆（4）与超声探头（1）通过固定卡（2）相互固定。

3.如权利要求1的一种自走式壁厚测量和记录装置，其特征在于，所述后固定板（18）上还固定有电源（13），所述电源（13）分别为伸缩电机（6）、控制盒（15）、行走电机（23）、超声探头（1）和旋转电机（14）进行供电。

4.如权利要求1的一种自走式壁厚测量和记录装置，其特征在于，两个所述伸缩支架（22）之间通过固定件（28）相互固定。

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