CN219915498U - 一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，属于海上采油树检测技术领域，包括高温楔块、探头晶片、探头壳体和集束同轴电缆组，所述探头壳体的下端安装有所述高温楔块，上端安装有集束同轴电缆组，同时所述探头壳体的内腔和所述集束同轴电缆组的内腔连通，所述探头壳体内部靠近所述高温楔块的一端设置有多个探头晶片，每个探头晶片上均连接有晶片电缆，所有晶片电缆远离所述探头晶片的一端汇集并连接至集束同轴电缆组中。本实用新型不仅能够长期适用于采油树脖颈处的超声检测，同时在检测过程中还可以不用将探头取下就可实现采油树脖颈全体积覆盖的超声检测，使采油树脖颈的自动超声检测更加灵活高效。

Description

一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头

技术领域

本实用新型属于海上采油树检测技术领域，尤其是涉及一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头。

背景技术

目前用于固体材料的超声检测技术多为常规无损检测，其检测分辨力不足，尤其是对于类似高温高压环境等特殊工况下的检测部件，常规无损检测技术无论是扫查区域、激发声束都落后于相控阵超声检测。随着超声脉冲信号控制以及信号处理技术的不断发展，相控阵超声检测技术以其高速高效的优越性能得到广泛应用，解决了很多工程难题。目前针对高温高压环境下工件的相控阵超声波无损检测的研究较少，很多现有的相控阵超声检测技术无法适应高温、特殊工件等环境，虽然也有一些针对特殊部件超声检测的研究，但因其材料、外观、功能特殊性等因素，大多数仅适合所研究部件的超声无损检测。

采油树脖颈是采油树保持承压及设备密封性的关键部件，海上平台井口区采油树较为密集，即大量采油树脖颈、螺栓、阀门等部件都聚集在同一受限区域。这些部件长期工作在高温高压环境下，结构材料会发生疲劳﹑蠕变等现象，极易产生裂纹等危险性缺陷，脖颈也会出现表面锈蚀、性能受损情况。按照无损检测规范要求，必须定期对高温条件下采油树脖颈部件进行超声检验，以便及时发现脖颈部件中出现的危险性缺陷，保障海上平台采油树的安全运行。目前没有专门用于海上采油树高温脖颈的相控阵超声无损检测技术，现有技术检测技术大多是由通过比较普适的相控阵探头，不仅检测区域有限，同时由于探头与采油树温差较大，需要对探头进行预热才能进行检测，而且在检测过程中还需要对采油树脖颈位置处进行局部冷却，因此现有技术检测需要从不同角度经过多次预热、局部冷却后进行超声检测，期间需要多次将相控阵探头从采油树脖颈取下，然后再重新放置到采油树脖颈需要检测的位置处，不仅检测效率低下，同时检测精度也大打折扣。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，不仅能够在管壁温度达到130℃的高温状态下，长期适用于采油树脖颈处的超声检测，同时在检测过程中还可以不用将探头取下即可实现采油树脖颈全体积覆盖的超声检测，使采油树脖颈的自动超声检测更加灵活高效。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，包括高温楔块、探头晶片、探头壳体和集束同轴电缆组，所述探头壳体的下端安装有所述高温楔块，上端安装有集束同轴电缆组，同时所述探头壳体的内腔和所述集束同轴电缆组的内腔连通，所述探头壳体内部靠近所述高温楔块的一端设置有多个探头晶片，每个探头晶片上均连接有晶片电缆，所有晶片电缆远离所述探头晶片的一端汇集并连接至集束同轴电缆组中。

进一步的，所述高温楔块上设置有斜平面，所述探头壳体可拆卸安装在高温楔块的斜平面上。

进一步的，所述高温楔块的下端面向内凹陷设置有圆弧形内凹面。

进一步的，所述高温楔块设置有水循环管路，所述水循环管路包括进水口、出水口和走水管道，所述进水口通过所述走水管道与所述出水口连通，所述走水管道设置在所述高温楔块的内部，同时所述走水管道设置在所述斜平面的下方。

进一步的，所述斜平面的背面设置有与之顶部相交的后斜面，所述后斜面上设置有阻声介质；所述阻声介质为多条锯齿型凹槽结构。

进一步的，所述高温楔块的耐热温度大于等于150℃。

进一步的，所述探头晶片为矩形结构，多个探头晶片线性阵列分布，通过电子时序次序的方式激发探头晶片并沿线性阵列排列方向往复循环。

相对于现有技术，本实用新型所述的适合海上采油树高温检测的相控阵探头具有以下优势：

(1)本实用新型设置有高温楔块，所述高温楔块的耐热温度大于150℃，同时高温楔块上设置有水循环管路，使得相控阵探头可长期适应采油树脖颈的高温工况环境；

(2)本实用新型的高温楔块上设置有与内凹面，该圆弧形内凹面可以满足与采油树脖颈外表面无缝贴齐，探头声束入射进采油树脖颈内形成固定角度声束，在一定范围内沿线扫查，实现大面积检测，可以一定程度上减少移动探头造成的信号偏差和干扰，有效提高了检测精度；

(3)只需通过相控阵仪器控制探头晶片的激发时序，通过电子扫描实现声束的角度偏转和移动，就能够对采油树脖颈进行多角度大面积超声检测，使检测效率大大提高；

(4)本实用新型设置有阻声介质，能够避免外界影响因素对超声检测造成干扰，有效提高了检测精度。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的适合海上采油树高温检测的相控阵探头的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的适合海上采油树高温检测的相控阵探头的主视图；

图3为本实用新型实施例所述的高温楔块右前上方的轴测图；

图4为本实用新型实施例所述的高温楔块左前上方的轴测图；

图5为本实用新型实施例所述的高温楔块的主视图；

图6为本实用新型实施例所述的高温楔块的俯视图；

图7为本实用新型实施例所述的探头晶片的布置方式及电子时序激发示意图。

附图标记说明：

1、高温楔块；2、探头晶片；3、探头壳体；4、集束同轴电缆组；5、晶片电缆；6、斜平面；7、内凹面；8、进水口；9、出水口；10、走水管道；11、阻声介质。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1-图6所示，本实用新型为一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，包括高温楔块1、探头晶片2、探头壳体3和集束同轴电缆组4，所述高温楔块1上设置有斜平面6，所述探头壳体3可拆卸安装在高温楔块1的斜平面6上。所述探头壳体3的上端安装有集束同轴电缆组4，并与集束同轴电缆组4封装形成整体结构，同时所述探头壳体3的内腔和所述集束同轴电缆组4的内腔连通，所述探头壳体3内部靠近所述高温楔块1的一端设置有多个探头晶片2，每个探头晶片2上均连接有晶片电缆5，所有晶片电缆5远离所述探头晶片2的一端汇集并连接至集束同轴电缆组4中，所述集束同轴电缆组4与外置的相控阵仪器连接，相控阵仪器用于发射信号激发探头晶片2，相控阵仪器为现有基础。现场采油树生产状态下，由于采油树脖颈属于铸件，在流体运动状态下可以达到130℃高温，本实用新型所述高温楔块1的耐热温度大于等于150℃，使得相控阵探头可长期适应采油树脖颈的高温工况环境，在检测过程中，无需对相控阵探头进行预热，检测过程中也无需对采油树脖颈进行局部冷却，有效提高了检测效率。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

所述高温楔块1的下端面向内凹陷设置有圆弧形内凹面7；所述内凹面7的弧度与采油树脖颈的外径适配，使得该圆弧形内凹面7可以满足与采油树脖颈外表面无缝贴齐，探头声束入射进采油树脖颈内形成固定角度声束，在一定范围内沿线扫查，实现大面积检测，根据实际工作需要，工作人员可以手持相控阵探头沿采油树脖颈表面进行小幅度圆周环绕运动，以实现对脖颈全体积超声检测，整个检测过程不用将相控阵探头从采油树脖颈取下，过程中仅通过人为手持相控阵探头沿脖颈进行圆周环绕运动就可以实现全面积检测，在一定程度上减少了反复取下探头再重新定位检测造成的信号偏差和干扰，有效提高了检测精度。

所述高温楔块1设置有水循环管路，所述水循环管路包括进水口8、出水口9和走水管道10，所述进水口8通过所述走水管道10与所述出水口9连通，所述走水管道10设置在所述高温楔块1的内部，同时所述走水管道10设置在所述斜平面6的下方，通过外接水路即可实现水路循环，水路循环能够带走一定的热量，从而起到保护探头壳体3以及探头晶片2的作用，进而保证超声检测的精度不受影响。

所述斜平面6的背面设置有与之顶部相交的后斜面，所述后斜面上设置有阻声介质11；所述阻声介质11为多条锯齿型凹槽结构，所述阻声介质11的存在能够有效避免外界影响因素对超声检测造成干扰，从而提高超声检测的精度。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多条”的含义是两个或两个以上。

探头晶片2为矩形结构，多个探头晶片2线性阵列分布，阵元通道数量为32，阵元中心距0.5mm，阵元隔槽0.1mm，阵元有效面积16×10mm²，32个探头晶片2在探头壳体3内(靠近高温楔块1与探头壳体3的接触面)呈线性均匀布置，探头晶片2材料为压电复合晶片，中心频率为2.5MHz±10％；采用相控阵仪器控制探头晶片2的激发时间和激发次序的变化对探头晶片2进行激发，如图7所示，一次至少激发8个相邻探头晶片2，次序激发探头晶片2的间隔为1，即第一次激发9-16号探头晶片2，第二次激发10-17号探头晶片2，第三次激发11-18号相控阵探头晶片2，第四次激发12-19号相控阵探头晶片2……以此类推。电子时序次序激发晶片并沿线阵排列方向往复循环，将声束聚焦在指定区域进行沿线扫查。由于探头晶片2呈线阵排列，排列结构和高温楔块1外观有关，高温线阵排列，晶片数量多，超声波聚焦能力强，所以扫查区域更广，检测灵敏度更高。由于高温楔块1贴近采油树脖颈表面，检测时探头晶片2也在按照激发次序进行激发，从而实现对采油树脖颈的全体积超声检测。

在实际工作过程中，相控阵仪器与相控阵探头的集束同轴电缆组4通过电缆相连接，检测时由人为手持相控阵探头，使高温楔块1的内凹面7与检测铸件采油树脖颈表面贴合，相控阵仪器对相控阵探头内的探头晶片2进行激发，探头晶片2发出声束聚焦在采油树脖颈内固定区域，进行沿线扫描，即完成相控阵超声检测，检测数据通过相控阵仪器完成可视化。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，其特征在于：包括高温楔块(1)、探头晶片(2)、探头壳体(3)和集束同轴电缆组(4)，所述探头壳体(3)的下端安装有所述高温楔块(1)，上端安装有集束同轴电缆组(4)，同时所述探头壳体(3)的内腔和所述集束同轴电缆组(4)的内腔连通，所述探头壳体(3)内部靠近所述高温楔块(1)的一端设置有多个探头晶片(2)，每个探头晶片(2)上均连接有晶片电缆(5)，所有晶片电缆(5)远离所述探头晶片(2)的一端汇集并连接至集束同轴电缆组(4)中。

2.根据权利要求1所述的一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，其特征在于：所述高温楔块(1)上设置有斜平面(6)，所述探头壳体(3)可拆卸安装在高温楔块(1)的斜平面(6)上。

3.根据权利要求2所述的一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，其特征在于：所述高温楔块(1)的下端面向内凹陷设置有圆弧形内凹面(7)。

4.根据权利要求2所述的一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，其特征在于：所述高温楔块(1)设置有水循环管路，所述水循环管路包括进水口(8)、出水口(9)和走水管道(10)，所述进水口(8)通过所述走水管道(10)与所述出水口(9)连通，所述走水管道(10)设置在所述高温楔块(1)的内部，同时所述走水管道(10)设置在所述斜平面(6)的下方。

5.根据权利要求2所述的一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，其特征在于：所述斜平面(6)的背面设置有与之顶部相交的后斜面，所述后斜面上设置有阻声介质(11)；所述阻声介质(11)为多条锯齿型凹槽结构。

6.根据权利要求5所述的一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，其特征在于：所述高温楔块(1)的耐热温度大于等于150℃。

7.根据权利要求1所述的一种适合海上采油树高温检测的相控阵探头，其特征在于：所述探头晶片(2)为矩形结构，多个探头晶片(2)线性阵列分布，通过电子时序次序的方式激发探头晶片(2)并沿线性阵列排列方向往复循环。