CN203431506U - 一种用于外露式管道电磁超声自动检测爬行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于外露式管道电磁超声自动检测爬行器，包括驱动轮环形支架、驱动轮组件、控制器总成、辅助轮组件、滑行支座、万向连接组件、辅助轮环形支架及探头组件。通过控制器总成控制驱动轮内部外转子电机，并通过万向连接组件拖动辅助轮；利用永磁铁与管壁间的磁力实现爬行器吸附并提高运动稳定性；采用两个周向布置的电磁超声探头，并通过控制器总成中的激励/接收模块实现管道缺陷自动检测。本实用新型可用于电力、石化、供水等行业的压力运输管道在线自动超声无损检测，适用于水平、竖直、倾斜等不同布置的外露式管道，能自适应越过弯道，检测管径可在一定范围变化，具有自动化程度高、适应性强、检测效率高等优点。

Description

一种用于外露式管道电磁超声自动检测爬行器

技术领域

本实用新型涉及管道自动无损检测领域，具体涉及一种用于外露式管道电磁超声自动检测爬行器，可应用于电力、石油、化工、天然气、供水等行业的外露式压力运输管道的在线自动超声无损检测。

背景技术

管道运输具有环保、运行安全可靠、损耗低及易实现自动化控制等优点，在电力、石油、化工、天然气、供水等重要行业得到广泛应用。受内部运输介质载荷的长期作用及外界环境腐蚀等因素影响，使得管道在使用过程中易出现裂纹、点蚀、缩孔等缺陷，这些缺陷严重时会引发管道泄漏、炸裂等，造成资源浪费、环境污染及威胁人身安全，因此，必须对管道进行定期检测和维护。

超声无损检测是管道检测的最主要手段之一，目前对管道超声检测的途径可分为人工检测法和自动检测法。人工检测法效率低、劳动强度大、数据不易保存，且有些场合人工检测非常不方便或不安全。因此，管道自动检测法和检测装置正逐渐得到越来越多重视。如申请公布号CN102878385A，公布日2013年1月16日的专利文献公开了一种流体驱动自适应管道爬行器，通过搭载检测装置的方式实现管道在线检测，可适应管径在一定范围变化场合，并具有自适应调节爬行速度功能；授权公布号CN100561213C，授权公布日2009年11月18日的专利文献公开了一种石油管道超声检测方法及检测用的机器人，是一种用于石油运输管道的在线检测设备，具有结构简单、能耗低，以及运行距离长等优点；授权公布号CN2545606Y，授权公布日2003年4月16日的专利文献公开了一种自动纠偏管道爬行器，该爬行器可用于管道检测工作，在爬行过程中具有自动纠偏、拐弯，以及防止翻车功能。然而，上述管道在线自动检测装置只能实现管道内壁爬行检测，影响管道的正常运输，且难以适应高温、高压，以及腐蚀性介质运输管道的检测，同时还存在管道外壁近表面裂纹等缺陷检测灵敏度低等问题。因此，研究一种适用于管道外壁爬行自动检测装置具有重要的工程应用价值和意义。如授权公布号CN100503342C，授权公布日2009年6月24日的专利文献公开了一种轮式永磁吸附管道爬行机器人，该爬行机器人通过携带检测传感器进行管道检测，可沿管道外表面按任意路线爬行，但该装置存在承载能力低难以携带较重检测装置、单次检测面积小等缺陷，难以实现高效率检测。此外，目前管道外壁检测装置在对被检管道的适应性方面，如管道竖直、倾斜、弯管等场合，仍存在一些关键技术问题需解决。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于外露式管道电磁超声自动检测爬行器，该爬行器能沿着铁磁性管道外壁自动爬行并实现管道的自动超声无损检测。通过一次爬行过程即可检测沿途管道的缺陷，且能进行轴向和周向的缺陷定位，提高检测效率。同时该装置能够检测水平、竖直、倾斜等不同布置的外露式管道，且能自适应越过弯管，检测管径可在一定范围内变化，提高对被检管道的适应性。

本实用新型采用的技术方案：一种用于外露式管道电磁超声自动检测爬行器，包括驱动轮环形支架、辅助轮环形支架、驱动轮组件、辅助轮组件、控制器总成、滑行支座、万向连接组件及探头组件；驱动轮组件通过滑行支座与驱动轮环形支架上的T形槽配合安装；辅助轮组件、探头组件通过滑行支座与辅助轮环形支架上的T形槽配合安装；控制器总成安装在驱动轮环形支架上；万向连接组件安装在驱动轮、辅助轮环形支架的侧耳处。

在驱动轮、辅助轮环形支架上半环的侧耳处开有通孔，下半环侧耳处开有U形通槽；驱动轮、辅助轮环形支架的上半环通过螺钉与万向连接组件中的环架拉座固定连接，下半环通过锁紧机构锁紧在环架拉座上，便于爬行器的安装与拆卸。

驱动轮组件中的驱动轮支架侧边凹槽和辅助轮组件中的辅助轮支架侧边凹槽中均装有减震装置，用于降低爬行过程中因管道表面不平整、焊缝等因素引起的振动，有效提高运动稳定性。

通过调节驱动轮组件、辅助轮组件及探头组件在滑行支座上的安装位置来适应管径在一定范围变化场合。

通过控制器总成实现驱动轮控制、检测信号采集，以及爬行器的远程运动控制等，并在内部安有电源模块，短距离管道检测可通过电源模块内的蓄电池进行供电，长距离管道检测则电源模块需通过外部电缆接入外部电源。

在驱动轮组件中的驱动轮内装有外转子电机，以此驱动爬行器，并实现辅助轮拖动；外转子电机与控制器总成中的电机控制模块相连，实现爬行器的运动控制；通过驱动轮内部的转矩、转速传感器，实时检测每个驱动轮的转矩、转速，并当爬行器出现运动故障时，转矩传感器因超过阈值而自动报警。

爬行器运行到弯道处时，控制器总成根据各驱动轮运行速度及转矩差异，对各驱动轮进行转速自动补偿控制，且万向连接组件中的伸缩杆可自适应调节伸缩长度，确保爬行器平稳通过弯道。

爬行器用于竖直、倾斜布置管道检测时，通过永磁铁与管壁间的磁力实现爬行器吸附，爬行器环形支架等部件采用铝合金等轻质材料制成，以降低爬行器自身重力载荷。

采用两个沿管道外壁周向布置的电磁超声探头进行缺陷检测，在被测管道管壁产生超声兰姆波；探头的表面设计为圆柱面，其半径与管道外壁半径相当，并通过调节发射和接收探头组件之间的相对安装位置来改变检测夹角大小。

由控制器总成中的电磁超声激励/接收模块实现探头激励及回波电压信号接收，所产生的超声兰姆波沿管壁传播，由此实现在不转动管道情况下实现检测位置处整个管壁的检测；超声信号采集模块采集到的数据存储在控制器总成中的存储器中，同时通过信号分析与缺陷识别模块进行信号在线处理，如检测到缺陷则自动报警；存储器中的数据可通过USB数据接口传输到计算机中，实现超声检测信号的离线分析，并结合转速、时间、位移及管道内外径参数之间的关系确定缺陷位置。

本实用新型的有益效果在于可实现电力、石油、化工、天然气、供水等行业的压力运输管道在线自动超声无损检测，适用于水平、竖直、倾斜等不同布置的外露式管道，且能自适应越过弯管，检测管径可在一定范围内变化场合，并具有自动化程度高、适应性强、检测效率高等优点。

附图说明

图1 为本实用新型的整体装配示意图。

图2 为本实用新型的环形支架上下半环连接示意图。

图3 为本实用新型的驱动轮组件示意图。

图4 为本实用新型的辅助轮组件示意图。

图5 为本实用新型的万向连接组件示意图。

图6 为本实用新型的探头组件示意图。

图7 为本实用新型的控制器总成的构成示意图。

图8为本实用新型的电磁超声发射与接收示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种用于外露式管道电磁超声自动检测爬行器，包括驱动轮环形支架1、驱动轮组件2、控制器总成3、辅助轮组件4、滑行支座5、万向连接组件6、辅助轮环形支架7、探头组件8；所述驱动轮组件2通过滑行支座与驱动轮环形支架1上的T形槽配合安装；所述辅助轮组件4及探头组件8通过滑行支座与辅助轮环形支架7上的T形槽配合安装；所述控制器总成3安装在驱动轮环形支架1的环架上；所述万向连接组件6安装在驱动轮环形支架1和辅助轮环形支架7的侧耳处；结合图2所示，在驱动轮环形支架1、辅助轮环形支架7上半环的侧耳处开有通孔，下半环侧耳处开有U形通槽，上半环通过螺钉与环架拉座65固定连接，下半环由锁紧弹簧61、弹簧座62、锁紧扳手63、锁紧拉轴64及环架拉座65组成的锁紧机构锁紧在环架拉座65上。

如图3所示，驱动轮组件2包括驱动轮滑杆21、减震装置22、驱动轮支架23、轮轴24、永磁铁支架25、驱动轮26、永磁铁27；所述驱动轮支架23与驱动轮滑杆21配合安装，在其两侧凹槽内装有减震装置22；所述减震装置22包括减震弹簧221、弹簧座222及连接螺钉223，并通过连接螺钉223与驱动轮滑杆21连接；所述驱动轮26通过轮轴24安装在驱动轮支架23上；所述永磁铁支架25安装在驱动轮支架23上，并通过螺钉固定永磁铁27。

如图4所示，辅助轮组件4包括辅助轮滑杆41、减震装置42、辅助轮支架43、轮轴44、辅助轮45；所述辅助轮支架43与辅助轮滑杆41配合安装，在其两侧凹槽内装有减震装置42；所述减震装置42包括减震弹簧421、弹簧座422及连接螺钉423，并通过连接螺钉423与辅助轮滑杆41连接；所述辅助轮45通过轮轴44安装在辅助轮支架43上。

如图5所示，万向连接组件6包括锁紧弹簧61、弹簧座62、锁紧扳手63、锁紧拉轴64、环架拉座65、万向节66、伸缩杆67；所述锁紧弹簧61、弹簧座62安装在锁紧拉轴64的下端；所述锁紧扳手63通过销轴与锁紧拉轴64相连接；所述锁紧拉轴64安装在环架拉座65上；所述环架拉座65通过万向节66与伸缩杆67相连接。

如图6所示，探头组件8包括探头支撑杆81、探头座82、紧固螺钉83、电磁超声探头84；所述探头座82安装在探头支撑杆81的下端；所述电磁超声探头84安装在探头座82上，并通过紧固螺钉83进行固定。

如图7所示，控制器总成中的电源模块用于向爬行器供电，长距离检测需通过外部电缆接入外部电源；控制器总成中的电机控制模块、转矩/转速采集模块、运动故障报警器、无线信号发射接收模块及外部无线手操器，分别用于驱动轮控制，转矩转速数据的采集、爬行器出现运动故障时自动报警、爬行器远程控制；控制器总成中的电磁超声激励/接收模块、超声波信号采集模块、信号分析与缺陷识别模块、缺陷信号报警器，分别用于探头的激励与回波信号接收、对采集到的超声波信号进行自动识别与缺陷判定、实现缺陷自动报警；控制器总成中的存储器用于爬行器检测数据的存储，并通过控制器总成中的USB数据接口进行数据传输，供对被测管道进行进一步的离线分析，同时通过USB数据接口，可设置和修改爬行器控制总成中的参数，如管道内外径、电机转速、报警阈值及其他检测参数等。

爬行器调整过程：根据被测管道直径大小，调整驱动轮组件2、辅助轮组件4及探头组件8在滑行支座上的安装位置，使得驱动轮26和辅助轮45与管道外壁接触良好，并保证探头表面与管道表面保持4~5mm距离，以免安装过程中损坏探头；调整探头组件在辅助轮环形支架7上的安装位置，使发射、接收探头检测夹角满足工艺要求；完成以上调整后，将爬行器正确安装在被测管道上，并调整探头表面与管道表面之间的距离，使得检测灵敏度满足要求。

爬行器运动控制过程：通过外部无线手操器控制启动后，通过无线信号发射/接收模块，由电机控制模块控制驱动轮中的外转子电机，同时通过转矩/转速采集模块实时检测每个驱动轮转速、转矩；当爬行器出现运动故障时，转矩传感器扭矩因超过阈值自动启动运动故障报警器。

爬行器的超声探伤过程：在爬行器工作之前，通过USB数据接口设定或修改检测参数；爬行器工作开始后，由电磁超声激励/接收模块实现探头的激励与回波电压信号接收，如图8所示，发射探头841在管壁产生的超声兰姆波沿S1和S2两个方向传播，当超声兰姆波传播到接收探头842区域时，由接收模块获取回波电压信号，然后通过超声信号采集模块进行采集，并存储到存储器中，同时由信号分析与缺陷识别模块对超声回波信号实时监控，如检测到缺陷则启动缺陷报警器；存储器中的数据可通过USB数据接口传输到计算机中，实现超声检测信号的离线分析，并结合转速、时间、位移及管道内外径参数之间的关系来确定缺陷位置。

Claims (3)

1.一种用于外露式管道电磁超声自动检测爬行器，包括驱动轮环形支架（1）、驱动轮组件（2）、控制器总成（3）、辅助轮组件（4）、滑行支座（5）、万向连接组件（6）、辅助轮环形支架（7）及探头组件（8）；其特征在于：所述驱动轮组件（2）通过滑行支座与驱动轮环形支架（1）上的T形槽配合安装；所述控制器总成（3）安装在驱动轮环形支架（1）上；所述万向连接组件（6）安装在驱动轮环形支架（1）和辅助轮环形支架（7）的侧耳处；所述辅助轮组件（4）和探头组件（8）通过滑行支座与辅助轮环形支架（7）上的T形槽配合安装；

所述驱动轮组件（2）包括驱动轮滑杆（21）、减震装置（22）、驱动轮支架（23）、轮轴（24）、永磁铁支架（25）、驱动轮（26）及永磁铁（27）；所述驱动轮支架（23）与驱动轮滑杆（21）配合安装，在其两侧凹槽内装有减震装置（22）；所述减震装置（22）包括减震弹簧（221）、弹簧座（222）及连接螺钉（223），通过连接螺钉（223）与驱动轮滑杆（21）连接；所述驱动轮（26）通过轮轴（24）安装在驱动轮支架（23）上；所述永磁铁支架（25）安装在驱动轮支架（23）上，并通过螺钉固定永磁铁（27）；

所述辅助轮组件（4）包括辅助轮滑杆（41）、减震装置（42）、辅助轮支架（43）、轮轴（44）及辅助轮（45）；所述辅助轮支架（43）与辅助轮滑杆（41）配合安装，在其两侧凹槽内装有减震装置（42）；所述减震装置（42）包括减震弹簧（421）、弹簧座（422）及连接螺钉（423），通过连接螺钉（423）与辅助轮滑杆（41）连接；所述辅助轮（45）通过轮轴（44）安装在辅助轮支架（43）上；

所述万向连接组件（6）包括锁紧弹簧（61）、弹簧座（62）、锁紧扳手（63）、锁紧拉轴（64）、环架拉座（65）、万向节（66）及伸缩杆（67）；所述锁紧弹簧（61）、弹簧座（62）安装在锁紧拉轴（64）的下端；所述锁紧扳手（63）通过销轴连接安装在锁紧拉轴（64）上；所述锁紧拉轴（64）安装在环架拉座（65）上；所述环架拉座（65）通过万向节（66）与伸缩杆（67）相连；

所述探头组件（8）包括探头支撑杆（81）、探头座（82）、紧固螺钉（83）及电磁超声探头（84）；所述探头座（82）安装在探头支撑杆（81）上；所述电磁超声探头（84）安装在探头座（82）上，其探头表面为圆柱面，半径与管道外壁半径相当，通过紧固螺钉（83）进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种用于外露式管道电磁超声自动检测爬行器，其特征在于：通过调节驱动轮组件（2）、辅助轮组件（4）及探头组件（8）在滑行支座上的安装位置来适应管径在一定范围变化场合，并通过调节滑行支座在辅助轮环形支架（7）上的安装位置来改变探头检测夹角大小。

3.根据权利要求1所述的一种用于外露式管道电磁超声自动检测爬行器，其特征在于：所述驱动轮(26)内部装有转速、转矩传感器，实时检测每个驱动轮的转速和转矩，并通过控制器总成采集运算，实现对每个驱动轮的控制，同时结合超声检测信号，实现管道缺陷的定位。

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