CN207424249U - 一种储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，包括支架，支架的上端设置有用于转动连接超声波探头的轴承，支架外周呈辐射状设有至少三个支撑机构。由于超声波探头和扶正装置通过轴承连接，转动超声波探头时，扶正装置不转动，保证了整体的稳定性，提高了检测精度。支撑机构的套筒中设置有弹簧，且弹簧处于压缩状态，当储气井内壁不平时，弹簧发生形变，移动导杆沿套筒移动，弹簧起到缓冲作用，减弱了超声波探头晃动，始终保证超声波探头与储气井同轴，提高检测精度。由于扶正装置位于探头的下部，消除了井口1.5‑2.0m的检测盲区。

Description

一种储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置

技术领域

本实用新型属于储气井超声检测领域，具体涉及一种储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置。

背景技术

目前，CNG加气站主要为城市公共交通提供气源，建于人口稠密的城市。储气井是竖向埋设于地下且井筒与井壁间采用水泥浆进行全填充封固、用于储存压缩气体的管状设施，属于固定式压力容器类别、高压容器品种。储气井由井筒、井口装置、井底装置组成。储气井工作是一个循环充气和放气的过程，主要承受交变内压载荷，压力范围一般在10～25MPa之间，压力波动大于20％，设计压力循环总次数一般为25000次。储气井材料为高强钢，有螺纹连接和截面变化，所以设计时采用了疲劳分析。尽管由于储气井深埋于地下，其优点是安全度高，爆炸风险小，但仍存在包括失稳、疲劳、腐蚀(包括介质腐蚀和环境腐蚀)、刚性失效(螺纹密封失效)等损伤倾向，也会发生井筒爆裂冲出地面的严重事故。由于加气站的储气井具有大储量、高压力、高频率且大幅度压力变化等特点，因此对CNG加气站储气井储的定期检验非常重要。

目前定期检验的主要设备是井筒壁厚腐蚀检测系统，该系统采用阵列式或旋转式超声波探头系统进行井筒壁厚检测，检测时需要将超声波探头系统与储气井的井筒壁距离保持相对固定，超声波探头系统位置由扶正器来确定。超声波探头系统只有放置入井筒一定深度(1.5-2m)后，超声波探头的三组扶正器才能支撑在管壁上，此时超声波探头的位置相对管壁距离才能够稳定，才能可以开始检测，那么离井口深度1.5-2米的井筒便成为检测盲区。且现有的扶正器结构复杂，不易操作，导致整体检测系统稳定性差，检测时不能保证超声波探头位于储气井的中心位置，最终导致检测结果准确度低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种旋转式超声波探头系统的扶正装置，解决现有扶正器结构复杂，不易操作，导致整体检测系统稳定性差，检测时不能保证超声波探头位于储气井的中心位置，最终导致检测结果准确度低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，包括支架，所述支架的上端设置有用于转动连接超声波探头的轴承，支架外周呈辐射状均匀分布有至少三个支撑机构；

每个支撑机构包括水平设置的套筒，套筒与支架固连，套筒中设置有弹簧和移动导杆，弹簧夹持于支架和移动导杆一端之间，移动导杆相对于套筒能够滑动，移动导杆的另一端伸出套筒，且伸出端固定设置有支撑板，支撑板竖直设置；所述支撑板包括靠近储气井内壁一侧的两个斜面，两个斜面关于经过移动导杆轴线的水平面对称，两个斜面上均沿其长度方向凹陷形成凹槽，凹槽中卡设有多个滚珠，滚珠向外伸出斜面；所述支撑板上转动设置有滚轮，滚轮位于两个斜面的相交处。

将超声波探头通过轴承设置在扶正装置支架的顶端，构成储气井超声波测厚装置，保证超声波探头与支架同轴设置。由于扶正装置位于探头的下部，消除了井口1.5-2.0m的检测盲区。在对储气井进行超声波测厚时，首先将整个储气井超声波测厚装置移动至待测储气井井口附近，将通过升降机吊起储气井超声波测厚装置然后放入储气井中，多个支撑机构的滚轮与储气井的内壁接触，起到支撑和定心的作用，保证超声波探头与储气井同轴。在测量过程中，储气井超声波测厚装置升、降运动，为了测量整个圆周面上各个点的腐蚀情况，通过转动使超声波探测到整个圆周面上各点，超声波探测的轨迹承螺旋状。旋转式超声波探头系统的检测原理是基于中心反射旋转检测的方法，在测量过程中，超声波声束以螺旋状路径在储气井内壁表面进行扫查。中心反射体的居中、是否晃动是系统发射和接收超声波的关键。由于超声波探头和扶正装置通过轴承连接，所以转动超声波探头时，扶正装置的各个滚轮抵持在储气井的内壁上，扶正装置并不转动，只是沿着储气井壁上、下移动，保证了整个整体的稳定性，提高了检测精度。由于套筒中设置有弹簧，且弹簧处于压缩状态，当储气井内壁出现凸凹不平时，弹簧发生形变，移动导杆沿套筒移动，弹簧起到缓冲作用，减弱了超声波探头晃动，始终保持保证超声波探头与储气井同轴，提高检测精度。

当储气井在上封头或接箍处等内壁变径时，通过倾斜设置两个斜面，保证支撑板不会与储气井内壁发生干涉、卡塞现象，保证整个储气井超声波测厚装置能顺利升、降。当储气井内壁凸凹不平或出现阶梯状时，通过设置滚珠，减小摩擦面，且变滑动为滚动，减小摩擦力，保证整个储气井超声波测厚装置能顺利升、降，减小晃动，提高检测精度。

所述超声波探头为现有技术，在本申请人的前期专利(申请号：2017200602698，名称：一种储气井检测装置的电缆导向机构)中已详细介绍，不再赘述。

进一步改进，所述斜面为平面，两斜面之间的夹角为150度-170度，防止储气井内壁凸凹不平或出现阶梯状时，支撑板与储气井内壁发生干涉、卡塞现象。

进一步改进，所述套筒中设置有滚珠衬套，且滚珠衬套套设在移动导杆上，减小套筒与移动导杆之间的摩擦，防止二者发生卡塞，提高装置稳定性。

进一步改进，所述移动导杆为中空结构，弹簧部分位于移动导杆的腔体中，部分位于套筒中。通过将移动导杆设置为中空结构，弹簧部分位于移动导杆的腔体中，则增加了弹簧的长度，提高了稳定性。

进一步改进，所述套筒上套设有限位环，限位环、套筒、滚珠衬套上沿径向对应开设有第一螺纹孔，第一螺栓插设于第一螺纹孔中，且与限位环、套筒、滚珠衬套螺纹连接，移动导杆上沿长度方向开设有腰型孔作为限位槽，第一螺栓插的末端位于限位槽中。第一螺栓相当于限位件，通过设置限位槽、限位件，防止移动导杆、弹簧与套筒意外脱离。当储气井内壁出现凸凹不平时，弹簧发生形变，移动导杆沿套筒移动，第一螺栓插的末端始终位于限位槽中，腰型孔的长度为支撑机构的水平移动行程。

进一步改进，所述第一螺纹孔贯穿限位环，限位环、套筒和滚珠衬套开设，限位槽有两个，第一螺栓为两个，第一螺栓分别位于弹簧的两侧。通过设置两个对称的限位件，提高结构稳定性。

进一步改进，所述支架包括端面为正多边形的柱状体和固定在柱状体顶部的轴承连接件，支撑机构的数量和正多边形的边数相同；套筒靠近支架的一端固定设置有底板，每个支撑机构通过底板与柱状体上对应的一个侧面通过螺栓连接，方便拆、装。

进一步改进，所述柱状体为中空结构，套筒腔体中靠近柱状体的一端活动式设置有调节板，弹簧与调节板的一端相抵持，柱状体的侧壁上开设有第二螺纹孔，第二螺栓插设在第二螺纹孔中，且与柱状体螺纹连接，第二螺栓插的末端与调节板的另一端相抵持。长时间使用后，弹簧的弹性系数会下降，通过转动第二螺栓，平移调节板，压缩弹簧，调节弹簧的性能，提高弹簧的弹力，提高整个装置的稳定性。

进一步改进，所述支撑机构为三个。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、为了测量同一高度整个圆周面上各个点的腐蚀情况，需要转动超声波探头测量整个圆周面上各个点的厚度，由于超声波探头和扶正装置通过轴承连接，所以转动超声波探头时，扶正装置的各个滚轮抵持在储气井的内壁上，扶正装置并不转动，保证了整个整体的稳定性，提高了检测精度。

2、需要检测不同高度处的厚度时，通过升降机带动超声波探头和扶正装置一起升、降，由于套筒中设置有弹簧，且弹簧处于压缩状态，当储气井内壁出现凸凹不平时，弹簧发生形变，起到缓冲作用，超声波探头不会发生晃动，始终保持保证超声波探头与储气井同轴，提高检测精度。

3、当储气井为变径腔体时(当储气井在上封头或接箍处等内壁变径时)，通过倾斜设置两个斜面，保证支撑板不会与储气井内壁发生干涉、卡塞现象，保证整个储气井超声波测厚装置能顺利升、降。当储气井内壁凸凹不平或出现阶梯状时，通过设置滚珠，减小摩擦面，且变滑动为滚动，减小摩擦力，保证整个储气井超声波测厚装置能顺利升、降，减小晃动，提高检测精度。

4、第一螺栓相当于限位件，通过设置限位槽、限位件，防止移动导杆、弹簧与套筒意外脱离，提高结构稳定性。

5、长时间使用后，弹簧的弹性系数会下降，通过转动第二螺栓，平移调节板，压缩弹簧，调节弹簧的性能，提高弹簧的弹力，提高整个装置的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型所述的储气井超声波测厚装置的结构示意图。

图2为本实用新型所述扶正装置的结构示意图。

图3为支撑机构沿轴线方向被竖直平面所剖的剖视图。

图4为图3中A部的局部放大视图。

图5为图3中B部的局部放大视图。

图6为移动导杆的结构示意图。

图7为套筒的结构示意图。

图8为检测系统工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-7所示，一种储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，包括支架，支架包括端面为正三角形的柱状体3和固定在柱状体顶部的轴承连接件1，所述支架的上端设置有用于转动连接超声波探头的轴,2，支架外周呈辐射状均匀分布有三个支撑机构。

每个支撑机构包括水平设置的套筒8，套筒8靠近支架的一端固定设置有底板10，每个支撑机构通过底板10与柱状体3对应的一个侧面螺栓连接。套筒8中设置有弹簧11、移动导杆7和滚珠衬套9；所述移动导杆7为中空结构，弹簧11部分位于移动导杆的腔体中，部分位于套筒8中。移动导杆7相对于套筒能够滑动，滚珠衬套9套设在移动导杆7上；所述移动导杆7的另一端伸出套筒8，且伸出端固定设置有支撑板4，支撑板4竖直设置；所述支撑板4包括靠近储气井内壁一侧的两个斜面，两个斜面关于经过移动导杆轴线的水平面对称，两斜面之间的夹角为170度，两个斜面上均沿其长度方向凹陷形成凹槽，凹槽中卡设有多个滚珠6，滚珠6向外伸出斜面；所述支撑板4上转动设置有滚轮5，滚轮5位于两个斜面的相交处。

在本实施例中，所述移动导杆7为中空结构，弹簧11部分位于移动导杆7的腔体中，部分位于套筒中。通过将移动导杆7设置为中空结构，弹簧11部分位于移动导杆的腔体中，则增加了弹簧的长度，提高了稳定性。

在本实施例中，所述套筒上套设有限位环13，限位环13、套筒8、滚珠衬套9上沿径向对应开设有第一螺纹孔，第一螺栓14插设于第一螺纹孔中，且与限位环、套筒、滚珠衬套螺纹连接，移动导杆7上沿长度方向开设有腰型孔作为限位槽15，第一螺栓14插的末端位于限位槽中。第一螺栓相当于限位件，通过设置限位槽、限位件，防止移动导杆、弹簧与套筒意外脱离。当储气井内壁出现凸凹不平时，弹簧发生形变，移动导杆沿套筒移动，第一螺栓插的末端始终位于限位槽中，腰型孔的长度为支撑机构的水平移动行程。

在本实施例中，所述第一螺纹孔贯穿限位环，限位环、套筒和滚珠衬套开设，限位槽有两个，第一螺栓为两个，第一螺栓分别位于弹簧的两侧。通过设置两个对称的限位件，提高结构稳定性。

在本实施例中，所述支架包括端面为正多边形的柱状体3和固定在柱状体顶部的轴承连接件，支撑机构的数量和正多边形的边数相同；套筒8靠近支架的一端固定设置有底板10，每个支撑机构通过底板与柱状体上对应的一个侧面通过螺栓连接，方便拆、装。

在本实施例中，所述柱状体3为中空结构，套筒腔体中靠近柱状体的一端活动式设置有调节板16，弹簧11与调节板16的一端相抵持，柱状体3的侧壁上开设有第二螺纹孔，第二螺栓17插设在第二螺纹孔中，且与柱状体螺纹连接，第二螺栓插的末端与调节板的另一端相抵持。长时间使用后，弹簧的弹性系数会下降，通过转动第二螺栓，平移调节板，压缩弹簧，调节弹簧的性能，提高弹簧的弹力，提高整个装置的稳定性。

将超声波探头12通过轴承设置在扶正装置支架的顶端，构成储气井超声波测厚装置，保证超声波探头与支架同轴设置。在对储气井进行超声波测厚时，首先将整个储气井超声波测厚装置移动至待测储气井井口附近，将通过升降机吊起储气井超声波测厚装置然后放入储气井中，多个支撑机构的滚轮与储气井的内壁接触，起到支撑和定心的作用，保证超声波探头与储气井同轴。在测量过程中，储气井超声波测厚装置呈螺旋式升、降，为了测量同一高度整个圆周面上各个点的腐蚀情况，需要转动超声波探头测量整个圆周面上各个点的厚度，由于超声波探头和扶正装置通过轴承连接，所以转动超声波探头时，扶正装置的各个滚轮抵持在储气井的内壁上，扶正装置并不转动，只是沿着储气井壁上、下移动，保证了整个整体的稳定性，提高了检测精度。由于套筒中设置有弹簧，且弹簧处于压缩状态，当储气井内壁出现凸凹不平时，弹簧发生形变，移动导杆沿套筒移动，弹簧起到缓冲作用，超声波探头不会发生晃动，始终保持保证超声波探头与储气井同轴，提高检测精度。当储气井为变径腔体时，通过倾斜设置两个斜面，保证支撑板不会与储气井内壁发生干涉、卡塞现象，保证整个储气井超声波测厚装置能顺利升、降。当储气井内壁凸凹不平或出现阶梯状时，通过设置滚珠，减小摩擦面，且变滑动为滚动，减小摩擦力，保证整个储气井超声波测厚装置能顺利升、降，减小晃动，提高检测精度。

检测系统的整个检测过程描述如下：首先由5MHzΦ14超声纵波直探头发射一个超声波，经过清水耦合到达45°的反射镜，45°的反射结构将超声波反射沿储气井径向射入，如图8(b)所示，到达储气井内壁反射一个回波S，超声波衰减一定的量在井壁材料内继续传播，直至碰到储气井壁的外壁表面又反射一个回波B，如图8(a)所示。回波S和回波B经过复合光缆传输到PC机中的上位机进行处理，通过回波S与回波B的时间差和回波的幅值，可以得到储气井的内径、外径和壁厚的信息。当对管壁腐蚀进行连续扫查检测时，45°的反射结构将探头轴向的声束垂直反射到储气井内表面，旋转反射结构在电机的驱动下以一恒定的速度旋转。当周向扫查完一周时，将仪器整体提升一定的高度，本文设定的每次提升的高度约为14mm，以保证轴向扫查的全覆盖率，超声波声束以螺旋状路径在储气井内壁表面进行扫查，高速超声采集卡采集超声探头接收到的反射回波，经过光端机转换为光信号、复合光缆传输、最后又由经过光端机转换为声信号加以储存。PC机上的上位机软件上调用储存的数据进行处理就可以显示出一层一层的井壁厚度云图及井壁厚度信息，通过这些厚度云图就可以一目了然地判断储气井的内外壁腐蚀情况。

本实用新型中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。

Claims (9)

1.一种储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，其特征在于，包括支架，所述支架的上端设置有用于转动连接超声波探头的轴承，支架外周呈辐射状均匀分布有至少三个支撑机构；

每个支撑机构包括水平设置的套筒，套筒与支架固连，套筒中设置有弹簧和移动导杆，弹簧夹持于支架和移动导杆一端之间，移动导杆相对于套筒能够滑动，移动导杆的另一端伸出套筒，且伸出端固定设置有支撑板，支撑板竖直设置；所述支撑板包括靠近储气井内壁一侧的两个斜面，两个斜面于经过移动导杆轴线的水平面对称，两个斜面上均沿其长度方向凹陷形成凹槽，凹槽中卡设有多个滚珠，滚珠向外伸出斜面；所述支撑板上转动设置有滚轮，滚轮位于两个斜面的相交处。

2.根据权利要求1所述的储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，其特征在于，所述斜面为平面，两斜面之间的夹角为150度-170度。

3.根据权利要求1或2所述的储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，其特征在于，所述套筒中固定设置有滚珠衬套，且滚珠衬套套设在移动导杆上。

4.根据权利要求3所述的储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，其特征在于，所述移动导杆为中空结构，弹簧部分位于移动导杆的腔体中，部分位于套筒中。

5.根据权利要求4所述的储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，其特征在于，所述套筒上套设有限位环，限位环、套筒、滚珠衬套上沿径向对应开设有第一螺纹孔，第一螺栓插设于第一螺纹孔中，且与限位环、套筒、滚珠衬套螺纹连接，移动导杆上沿长度方向开设有腰型孔作为限位槽，第一螺栓插的末端位于限位槽中。

6.根据权利要求5所述的储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，其特征在于，所述第一螺纹孔贯穿限位环，限位环、套筒和滚珠衬套开设，限位槽有两个，第一螺栓为两个，第一螺栓分别位于弹簧的两侧。

7.根据权利要求6所述的储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，其特征在于，所述支架包括端面为正多边形的柱状体和固定在柱状体顶部的轴承连接件，支撑机构的数量和正多边形的边数相同；套筒靠近支架的一端固定设置有底板，每个支撑机构通过底板与柱状体上对应的一个侧面通过螺栓连接。

8.根据权利要求7所述的储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，其特征在于，所述柱状体为中空结构，套筒腔体中靠近柱状体的一端活动式设置有调节板，弹簧与调节板的一端相抵持，柱状体的侧壁上开设有第二螺纹孔，第二螺栓插设在第二螺纹孔中，且与柱状体螺纹连接，第二螺栓插的末端与调节板的另一端相抵持。

9.根据权利要求4所述的储气井检测用旋转式超声波探头系统的扶正装置，其特征在于，所述支撑机构为三个。