CN210166346U - 在役管道或压力容器的超声波检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种在役管道或压力容器的超声波检测装置，其包括：轨道组件，包括柔性轨道以及用于将柔性轨道定位在待检测壁面上的辅助定位件；检测小车，包括小车主体、横向驱动组件以及相控阵检测探头组件，所述相控阵检测探头组件与小车主体固定，小车主体置于柔性轨道上、且在横向驱动组件的驱动下沿所述柔性轨道运动；纵向驱动组件，与所述柔性轨道相连，带动柔性轨道沿待检测壁面移动；检测控制器，包括与相控阵检测探头组件中的相控阵探头相连的探头激励单元，以及与所述纵向驱动组件和横向驱动组件相连的移动控制单元。本实用新型可适用于各种外径以及各种壁面的检测。

Description

在役管道或压力容器的超声波检测装置

技术领域

本实用新型涉及在役管道或压力容器检测技术领域，特别是涉及一种在役管道或压力容器的超声波检测装置及检测方法。

背景技术

近年来，随着我国国民经济的高速发展，对能源的需求也日益增长，同时带动了一大批石油化工企业的发展。这些行业无论是用于原料的储存，运输还是化工冶炼的工业过程，都要用到大量的管道和压力容器。这些管道和压力容器的安全运营至关重要。特别是管道或压力容器处于长期加压输气和卸压放气的过程容易产生金属疲劳，而且很多管道或压力容器放置在地面，周围并没有地下设施之类进行保护。如果管道或压力容器内部有小的裂纹或腐蚀，在加压卸压过程中会产生应力集中从而使裂纹进一步扩展并有可能最终造成事故。

所以对管道或压力容器的定期检测就显得尤为重要，使裂纹或腐蚀在发展的初期被检出并采取措施防止进一步扩展。目前对压力容器的检测依照通用压力容器的检验标准“TSGR7001-2013《压力容器定期检验规则》”，而且现在的检测手段采用人工手动探伤的方法，但手动检测方法有几个缺点：1.管道或压力容器的检测总面积较大，手工检测费时费力；2.手工检测手段没有可存入电脑的检测结果，很难对管道或压力容器的检测服务进行可靠的质量跟踪与管理；3.手工检测的覆盖率及耦合质量都很难进行控制，直接影响了检测效果；4.人工检测每次只能用一种检测模式，而真正可靠地检测管道或压力容器要多种模式共同检测。根据我国能源行业标准NB/T 47013.3-2015中关于承压设备用无缝钢管超声检测方法和质量分级的规定，检测时需检测出钢管内部纵向缺陷，横向缺陷以及平底孔缺陷，因而完成检测需要从多种角度检测才能完成，人工检测的方法费时费力。

因此，需要一种自动化超声波扫描设备对在役管道及压力容器进行100％的全覆盖检测。为此行业中已出现得到应用的便携式超声波C扫描装置，典型的是英国的银翼公司推出的便携式超声波扫描设备，这些设备的特点都是依赖于一个带X轴刚性导轨的扫查架，探头沿X轴往复移动，Y轴驱动电机带动扫查架沿Y轴方向移动。这些扫查架用于管道检测时，由于X轴是刚性的不能弯曲，X轴只能沿管道轴向方向放置，因而扫描方向也就是X轴方向选在管道的轴线方向上，Y轴的步进选在管道的圆周方向上。由于X轴导轨的长度非常有限，所以这些扫查架一次扫描管道的轴向长度非常有限，往往小于0.5米。当这些扫查架用于检测长的管道时，操作人员需要每次只能扫描0.5米再移到下一个0.5米区域扫描，因此完成一个10米长的管道检测需要分成20次扫描才能完成，因而检测的自动化程度很低。另外，由于X轴采用刚性导轨，这类便携式扫描只能沿管道轴线方向放置才能检测，现场使用的局限性很多。因而迫切需要一种扫描装置，能够实现方便快速扫描管道及压力容器的目的，同时该扫描装置既可用到不同管径管道的检测，也可用于平板或压力容器的检测。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种在役管道或压力容器的超声波检测装置，用于解决现有技术中管道或压力容器难以高效检测的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种在役管道或压力容器的超声波检测装置，其包括：

轨道组件，包括柔性轨道以及用于将柔性轨道定位在待检测壁面上的辅助定位件；

检测小车，包括小车主体、横向驱动组件以及相控阵检测探头组件，所述相控阵检测探头组件与小车主体固定，小车主体置于柔性轨道上、且在横向驱动组件的驱动下沿所述柔性轨道运动；

纵向驱动组件，与所述柔性轨道相连，带动柔性轨道沿待检测壁面移动；

检测控制器，包括与相控阵检测探头组件中的相控阵探头相连的探头激励单元，以及与所述纵向驱动组件和横向驱动组件相连的移动控制单元。

优选的，所述相控阵检测探头组件包括密封的探头腔、以及至少一个所述相控阵探头，所有相控阵探头的探头部均位于探头腔内，构成探头腔、且与所述探头部相对的腔壁由弹性的透声薄膜构成。

优选的，所述探头腔的腔壁上还设有向腔内加压的冲压嘴。

优选的，在检测时，所述探头腔内充有耦合液，所述透声薄膜向外凸起、且与待检测壁面紧贴。

优选的，所述小车主体上设有导向轮。

优选的，所述柔性轨道上设有齿条，所述小车主体上设有与所述齿条相啮合的齿轮，所述横向驱动组件中的横向电机与所述齿轮传动相连。

优选的，所述轨道组件包括两条平行的所述柔性轨道，所述小车主体置于两条柔性轨道之间，所述相控阵探头的检测面与两条柔性轨道间的宽度匹配。

优选的，所述辅助定位件与所述待检测壁面吸合的磁吸件。

优选的，所述辅助定位件为与所述柔性轨道衔接形成闭合圈的绳状件。

优选的，所述检测小车上设有编码器，编码器与所述移动控制单元信号相连，使探头激励单元根据检测小车行走的距离周期型地发射超声波进行检测。

优选的，所述柔性轨道由柔性材料制成，随所述待检测壁面的表面伸展。

如上所述，本实用新型的在役管道或压力容器的相控阵超声波检测装置，具有以下有益效果：采用柔性轨道，其便于携带与使用，柔性轨道可随着管道或容器表面自然弯曲，易实现将相控阵检测探头组件贴在管道或压力容器上，完成对管道或压力容器横向的全方位检测；另外通过纵向驱动组件可使柔性轨道沿管道或压力容器进行纵向移动，实现对管道或压力容器纵向的全方位检测；另外，辅助定位件的设置可使柔性轨道不受管道或压力容器的外径限制，其可适用于各种外径以及各种壁面的检测。

附图说明

图1显示为本实用新型的在役高压管道或压力容器的超声波检测装置示意图。

图2显示为本实用新型的柔性轨道在压力容器上检测的示意图。

图3显示本实用新型的在役高压管道或压力容器的超声波检测装置的原理框图。

图4显示为本实用新型在役高压管道或压力容器的超声波检测装置的工作状态图。

图5显示为本实用新型检测小车和柔性轨道的具体结构图。

图6显示为本实用新型检测小车的剖视图。

图7显示为本实用新型相控阵检测探头组件的激发角度和模式。

元件标号说明

1 待检测壁面

2 辅助定位件

3 纵向驱动组件

4 柔性轨道

41 齿条

5 检测小车

51 横向驱动组件

52 相控阵探头

53 小车主体

54 导向轮

55 齿轮

56 夹持组件

57 探头腔

500 探头腔

511 横向电机

512 编码器

101 远程控制端

102 移动控制单元

103 探头激励单元

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1至图5所示，本实用新型提供一种在役管道或压力容器的超声波检测装置，其包括：

轨道组件，包括柔性轨道4以及用于将柔性轨道4定位在待检测壁面1上的辅助定位件2；

检测小车5，包括小车主体53、横向驱动组件51以及相控阵检测探头组件，所述相控阵检测探头组件与小车主体53固定，小车主体53置于柔性轨道4上、且在横向驱动组件51的驱动下沿所述柔性轨道4运动；

纵向驱动组件3，与所述柔性轨道4相连，带动柔性轨道3沿待检测壁面1移动；

检测控制器6，包括与相控阵检测探头组件中的相控阵探头52相连的探头激励单元103，以及与所述纵向驱动组件3和横向驱动组件51相连的移动控制单元102。

本实用新型采用柔性轨道，其便于铺设在管道或压力容器的表面上并根据管道表面的弧度自动弯曲；检测时横向驱动组件51与纵向驱动组件3交替运动，本说明书中横向指的管道或压力容器的圆周方向，而纵向指的是管道或压力容器的轴向也称长度方向，横向驱动组件51带动检测小车沿管道或压力容器的周向运动，纵向驱动组件实现轴向运动，也就实现带动相控阵探头将待检测壁面全方位覆盖检测；本实用新型采用辅助定位件2将柔性轨道4定位在管道或压力容器的表面上，而柔性轨道4自身可沿待检测壁面1延展，或弯曲或伸直，使检测小车5与待检测壁面1紧贴，提高相控阵探头52的检测精度。

检测小车

见图5所示，本实施例的小车主体53上设有导向轮54，便于在横向驱动组件51的驱动下沿柔性轨道4稳定运动，另外也使小车主体53紧贴待检测壁面1运动，提高相控阵探头的检测精准度。

本实施例中为便于设置上述检测小车，上述柔性轨道4为两条，相互平行设置，而检测小车5置于两条柔性轨道4之间，便于运动和对辐射面的控制；两条柔性轨道4间的间距为相控阵探头52的长度，因此可加大相控阵探头52的长度，也就加大了相控阵探头每次的扫描面。为便于小车主体与柔性轨道相连，本实施例中在小车主体53的两侧设有夹持组件56，夹持组件56可在上述柔性轨道4的厚度方向上将其夹持，另外可在夹持组件56中设置夹持轮，实现夹持组件与柔性轨道的滚动接触，提高检测小车的运动稳定性。

为便于小车主体的驱动，见图5所示，本实施例中在柔性轨道4上设有齿条41，所述小车主体53上设有与所述齿条41相啮合的齿轮55，所述横向驱动组件51中的横向电机与所述齿轮55传动相连，通过齿轮齿条结构实现检测小车与柔性轨道间的配合。

见图6所示，本实施例中相控阵检测探头组件包括密封的探头腔500、以及至少一个所述相控阵探头52，所有相控阵探头52的探头部均位于探头腔500内，构成探头腔500、且与所述探头部相对的腔壁由弹性的透声薄膜57构成。本实施例中探头腔500由上述小车主体53构成，且在小车主体53的底部具有开口，上述透声薄膜57密封在所述开口处，在检测时透声薄膜57与待检测壁面1紧贴合。

本实施例中探头腔500内充满耦合液，如水，相控阵探头52位于探头腔500内，相控阵检测探头组件包括一个测厚/探伤相控阵探头和两个探伤检测探头。见图6所示，居于中间的相控阵探头52为测厚/探伤探头，居于两侧的相控阵探头52为探伤探头，每个相控阵探头52的长度方向(即图7中带D的箭头所指方向)均与管道或压力容器的纵向方向平齐，也即管道或压力容器的轴向方向。中间的测厚/探伤探头具备零角度纵波测厚功能和双向圆周方向裂纹检测功能。两侧的相控阵探头均具备轴向裂纹检测功能。因此三个相控阵探头组合在一起就具备了零角度纵波测厚功能，双向圆周方向裂纹检测功能，和双向轴向裂纹检测功能。

见图3所示，本实例中三个相控阵探头52均与一个128通道的探头激励单元103相连。一般地，测厚/探伤探头的晶片数为96个，轴向裂纹探伤探头的晶片数各位16个。见图7所示，测厚/探伤探头工作时每次激发会同时激发16个晶片，轴向裂纹探伤探头会同时激发4个晶片。

见图6所示，本实施例中探头腔500的腔壁上还设有向腔内加压的冲压嘴58，在检测时，可通过冲压嘴58向探头腔500内冲压，使透声薄膜57向外凸起，确保与待检测壁面1紧贴，提高检测精准度。本实施例的透声薄膜57其为高弹、透声且耐磨的膜状结构，通过其自身的特性作为密封探头腔的结构件，其既能与待检测壁面1紧贴，又能使相控阵探头52发出的超声波透过，实现了超声波经耦合液后直接检测待检测壁面；其自身的弹性可使其与待检测壁面紧密贴合，不存在缝隙。

轨道组件

见图1、图2及图5所示，本实施例中轨道组件包括两条平行的所述柔性轨道4，所述小车主体53置于两条柔性轨道4之间，所述相控阵探头52的检测面与两条柔性轨道4间的宽度匹配。即两条柔性轨道4间的间距为相控阵探头52的长度，因此可加大相控阵探头52的长度，也就加大了相控阵探头每次的扫描面。

为便于固定，本实施例中上述辅助定位件2与所述待检测壁面1吸合的磁吸件。本实例中每个柔性轨道4上均有两排支撑轮，每个支撑轮附近均有磁铁(即磁吸件)来使柔性轨道4能被吸附在管道/压力容器表面上。为便于设置，本实施例中磁铁与金属表面并不接触。为进一步固定，在柔性轨道的两端均设置磁铁，以提高定位力度。

上述辅助定位件不限于此，其也可以为与所述柔性轨道4衔接形成闭合圈的绳状件，可通过捆绑使柔性轨道贴合在管道或压力容器的外部。

上述纵向驱动组件3可包括纵向电机31以及安装在柔性轨道4上的驱动轮，本实施例可通过纵向电机31带动驱动轮转动，进而使柔性轨道4纵向移动。

本实施例中柔性轨道4由柔性材料制成，如柔性塑胶，随所述待检测壁面1的表面伸展，柔性轨道4可伸展成直线状与直线面紧贴；也可成弯曲状与弯曲面接触，由此使上述超声波检测装置适应于大直径、下直径的管道或压力容器。

检测控制器

见图3所示，本实施例中检测小车5上设有编码器512，编码器512与所述移动控制单元102信号相连，使探头激励单元103根据检测小车5行走的距离周期型地发射超声波进行检测。移动控制单元102利用编码器512控制所述横向电机511和所述纵向电机31的启停，所述检测控制器6中的探头激励单元103与所述相控阵探头52相连，探头激励单元103可以自行对检测数据进行显示或存储、也可通过有线或无线方式将处理后的数据传输给远程控制端101。

本实施例在每次对高压管道或压力容器进行检测时，可通过横向电机511以及上述旋转增量式的编码器512来获取检测小车5在横向上的位置，再通过纵向电机32及其自带的编码器来获取检测小车5在纵向上的位置，以此来确定检测到的数据信息对应高压管道或压力容器上的位置。上述检测小车5沿柔性轨道4的移动速度和柔性轨道4沿管道或压力容器纵向的移动速度和步进间距均可通过移动控制单元102进行调节。

本实用新型还提供一种在役管道或压力容器的超声波检测方法，其可以采用如上所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置进行检测，包括：1)将上述轨道组件铺设在待检测壁面1上，所述相控阵检测探头组件与待检测壁面1贴合；2)进行检测，所述移动控制单元102控制所述横向驱动组件51和所述纵向驱动组件3交替动作，横向驱动组件51控制检测小车5在柔性轨道4两端间沿柔性轨道4作横向运动，纵向驱动组件3控制柔性轨道4在待检测壁面1上作纵向运动，且在检测小车5作横向运动中，所述探头激励单元103控制相控阵探头52动作、使其实时对壁面进行检测，相控阵探头52检测的数据信息传输给所述检测控制器；通过横向运动和纵向运动结合实现待检测壁面的全覆盖检测。

本实施例中具体地检测过程如下：

a首先横向电机511驱动检测小车5沿柔性轨道从一端移到另一端，在移动过程中探头激励单元103激励相控阵探头52对经过的区域进行扫描，检测小车到达另一端后横向电机511停止；

b纵向电机31驱动柔性轨道4及检测小车5整体沿纵向移动一定距离，然后纵向电机31停止；

c横向电机511再次驱动检测小车5沿柔性轨道从另一端移到起始端，在移动过程中探头激励单元103激励相控阵探头52对经过的区域进行扫描，检测小车5到达起始端后横向电机511停止；

d纵向电机31再次驱动柔性轨道4及检测小车5整体沿纵向移动一定距离，然后纵向电机停止；

如此周而复始横向电机511和纵向电机31交替运动，直到柔性轨道4及检测小车5整体走完整个需要检测的区域，实现全方位的对管道或压力容器进行超声波扫描的效果。

本实施例中柔性轨道4为两段，其平行设置；该柔性轨道4其可设置为管道周长的一半长，因此每次可检测管道面积的一半，另一半要在检测完毕后把超声波检测装置铺设在相反的圆周方位即可进行。

为更好地检测，且获知检测信息与高压管道或压力容器自身位置进行一一对应，本实施例中移动控制单元102利用编码器控制所述横向电机511和所述纵向电机31的启停，检测小车作横向运动时，相控阵探头52横向扫描间距由所述检测控制器通过编码器控制，探头激励单元103可以自行对检测数据进行显示或存储也可通过有线或无线方式将处理后的数据传输给远程控制端101。

本实施例在每次对高压管道或压力容器进行检测时，可通过横向电机511以及上述旋转增量式的编码器来获取检测小车5在横向上的位置，再通过纵向电机31及其自带的编码器来获取检测小车5在纵向上的位置，以此来确定检测到的数据信息对应高压管道或压力容器上的位置。上述检测小车5沿柔性轨道4的移动速度和柔性轨道4沿管道或压力容器纵向的移动速度和步进间距均可通过移动控制单元102进行调节。

本实例中三个相控阵探头52均与一个128通道的探头激励单元103相连。一般地，测厚/探伤探头的晶片数为96个，轴向裂纹探伤探头的晶片数各位16个。检测时，在每个管道或压力容器的检测点都要进行分组激发，每个检测点的激发顺序如下：

1.首先会没有延时来分组激发测厚探头的96个晶片，每组激发16个晶片，用于0角度纵波检测；

2.改变延时聚焦法则，把96个晶片的探头再激发一次，每组激发16个晶片，进行往前的圆周方向裂纹检测；

3.改变延时聚焦法则，把96个晶片的探头再激发一次，每组激发16个晶片，进行往后的圆周方向裂纹检测；

4.激发其中一个轴向裂纹检测探头，每次激发4个晶片，用于顺时针方向的轴向裂纹检测；

5.激发另一个轴向裂纹检测探头，每次激发4个晶片，用于逆时针方向的轴向裂纹检测。

上述激发过程在检测小车5横向移动时在每个点进行检测时都要进行一次。检测小车5横向移动中其检测点的密度取决于操作人员的参数设置。检测完毕后每种检测模式均会产生一个超声波C扫描图像，因而本实施例会产生五个C扫描图像。

本实施例中上述检测控制器的软件界面可进行调整设置参数，也可观察上述各超声检测通道的波形，移动相控阵检测探头组的位置，以及执行自动测量，产生与显示C扫描等功能。远程控制端101可为笔记本，操作者可用笔记本电脑通过无线或有限通讯方式和检测仪器通信并观测每个超声波探头的实时超声波原始信号，也可进行自动检测得到检测小车处理后的超声波数据。笔记本得到处理后的超声波检测数据后与探头位置信息一起组合成检测的C扫描图像。

本实施例中纵向运动时，所述柔性轨道4的行走间距为所述检测小车5上所述相控阵探头52的纵向扫描宽度匹配，即柔性轨道每次纵向移动一个自身宽度距离，即移动一个相控阵探头长度距离，使其实现对管道或压力容器壁面的全覆盖扫描。

综上所述，本实用新型的在役管道或压力容器的超声波检测装置及检测方法，实现了对整个高压管道或压力容器的全方位检测，铺设简单，安装方便，且可用于各种直径的管道或压力容器的检测。另外，采用多个相控阵探头组合检测的方法，大大提高了检测效率与检测精度。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：包括：

轨道组件，包括柔性轨道以及用于将柔性轨道定位在待检测壁面上的辅助定位件；

检测小车，包括小车主体、横向驱动组件以及相控阵检测探头组件，所述相控阵检测探头组件与小车主体固定，小车主体置于柔性轨道上、且在横向驱动组件的驱动下沿所述柔性轨道运动；

纵向驱动组件，与所述柔性轨道相连，带动柔性轨道沿待检测壁面移动；

检测控制器，包括与相控阵检测探头组件中的相控阵探头相连的探头激励单元，以及与所述纵向驱动组件和横向驱动组件相连的移动控制单元。

2.根据权利要求1所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：所述相控阵检测探头包括密封的探头腔、以及至少一个相控阵探头，所有相控阵探头的探头部均位于探头腔内，构成探头腔、且与所述探头部相对的腔壁由弹性的透声薄膜构成。

3.根据权利要求2所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：所述探头腔的腔壁上还设有向腔内加压的冲压嘴。

4.根据权利要求2所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：在检测时，所述探头腔内充有耦合液，所述透声薄膜向外凸起、且与待检测壁面紧贴。

5.根据权利要求2所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：所述小车主体上设有导向轮。

6.根据权利要求1所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：所述柔性轨道上设有齿条，所述小车主体上设有与所述齿条相啮合的齿轮，所述横向驱动组件中的横向电机与所述齿轮传动相连。

7.根据权利要求1所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：所述轨道组件包括两条平行的所述柔性轨道，所述小车主体置于两条柔性轨道之间，所述相控阵探头的检测面与两条柔性轨道间的宽度匹配。

8.根据权利要求1所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：所述辅助定位件与所述待检测壁面吸合的磁吸件。

9.根据权利要求1所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：所述辅助定位件为与所述柔性轨道衔接形成闭合圈的绳状件。

10.根据权利要求1所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：所述检测小车上设有编码器，编码器与所述移动控制单元信号相连，使探头激励单元根据检测小车行走的距离周期型地发射超声波进行检测。

11.根据权利要求1所述的在役管道或压力容器的超声波检测装置，其特征在于：所述柔性轨道由柔性材料制成，随所述待检测壁面的表面伸展。

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