CN2646659Y - 管道几何检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种检测装置，具体公开一种管道几何检测器。它包括筒体及其前后端的前皮碗和后皮碗，前皮碗前面设有跟踪发射机，后面装有里程轮组件，后皮碗后面装有变形感测组件，筒体内装有电路板组件及电池组等，同时筒体内还装有加速度计和角速率传感器。里程轮组件，变形感测组件经位移传感器，加速度计和角速率传感器均与电路板组件连接。本检测器的优点是提供了新的管道缺陷检测信号特征型，解决了以前的检测器对一些缺陷类型和尺寸判断不确定的问题。提高了检测能力和效率，节约了能源和人力物力的投资。本管道几何检测器适用于埋地输油(气)管道的缺陷检测。

Description

管道几何检测器

技术领域

本实用新型属于检测装置，具体涉及一种电子式测量埋地管道轮廓和曲率的检测装置。

背景技术

在石油天然气管道输送工业领域中，对埋地管道缺陷检测设备的研究和使用已经有很多年的历史了。这些设备一般涉及对管道的变形(通径)、走向(弯曲和移位)和管壁腐蚀的检测。通常是把检测器投放到管道内，让检测器随输送的介质沿管道前进，进行完全自动的在役检测。一个检测段一般长达一百二十至一百五十公里。管道的口径规格很多，小的只有159毫米，大的可达一米以上。

埋地的石油天然气管道在施工过程中或在施工以后的长时间的使用中，由于各种原因，例如热胀冷缩、石块顶压、土层移动、河流冲刷或山体滑坡等，会造成管道的局部凹陷、皱褶、弯头被挤扁或局部管道弯曲移位等。比较老的管道还使用了超规范的大角度斜口、小曲率半径弯头、连续斜口(俗称虾米腰)等，并且没有完整的施工记录。这些缺陷的存在导致了管道运行和管理方面的两个问题：一是增加了管道破坏的因素，影响安全生产；二是会对管道腐蚀检测器的通过形成阻碍。因此需要进行管道检测，尤其要在腐蚀检测之前进行几何变形检测，及时维修，保持管道的完整性。管道腐蚀检测器的运行对管道几何形态提出了苛刻的要求，这些条件一般是：直管段变形≤5％，90°弯头的曲率半径不小于2.5倍D(D是管道的公称直径)，斜口角度不大于6°。而担任检查管道变形任务的检测器通过管道的条件是：直管段变形≤30％，90°弯头的曲率半径不小于1.5倍D，斜口角度不大于15°。

中国专利ZL 98 2 492014公开了一种“管道弯曲检测装置”。《油气储运》1998年第五期P54～56公开了一种“DN-700型电子式管道通径检测器”。前者是检测管道上的弯头和斜口的，后者是检测管道截面变形的。但是它们都存在检测功能单一和对某些检测信号判断不确定的问题。

上述“管道弯曲检测装置”能检测管道上的弯头和斜口的角度，弯头曲率半径及其变化；能发现弯头变形，但不能定量地给出变形的百分比；没有检测直管道变形的功能；也不能对管道弯曲移位进行检测。

上述“DN-700型电子式管道通径检测器”，能定量地检测直管道变形，能判断弯头的位置，估算弯头的弧长，发现弯头变形。因为弯头的弧长因转角或曲率半径的不同而大小不等，所以仅从弧长不能判断弯头曲率半径的规格和大小。由于不能判断弯头曲率半径的规格和大小，所以它不能准确地给出弯头变形的百分比。它也不能识别斜口，因为它对斜口的感测信号与对管壁凹陷的感测信号形态相同，没有特征。

因此，以上两种检测器的缺点是都不能完全确定需要检测的缺陷项目的类型和大小。

由于输油(气)管道是埋在地下，不是直接可见的，长期以来对埋地管道缺陷的检测大都只能以间接测量的方法进行，人们看到的检测结果是一条条起伏跳动的曲线。由于管道缺陷的复杂性和感测方法的局限性，检测结果往往不能对不同的缺陷完全显现出鲜明可辨的特征。因此，如果有一种检测器能对管道缺陷用多种感测方法同时获取尽可能多的信息，能提高对缺陷类型和尺寸判断的准确度，那是非常需要的。综合使用多种感测方法，使得它们对同一个管道缺陷，同时给出相关联的多个信息，产生了一种新的检测器，它能克服上述两种检测装置检测结果中存在的不确定性，准确地判断管道缺陷的类型，定量地给出检测的结果。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用多感测器信息相关的方法，一次运行就能准确给出管道几何状态的管道几何检测器。

本实用新型提供的具体技术方案是：一种管道几何检测器，它包括一个筒体及设在筒体前，后端的前皮碗和后皮碗，在前皮碗前面设有跟踪发射机，在前皮碗的后面安装有里程轮组件，在后皮碗的后面安装有变形感测组件，在筒体内安装有电路板组件、电池组，在筒体上还设有密封引线插头和密封通讯插头，里程轮组件的信号电缆通过密封引线插头引入筒体内与电路板组件连接，变形感测组件经位移传感器与电路板组件连接，其特征在于：在筒体内还设有加速度计和角速率传感器，加速度计和角速率传感器的信号电缆与电路板组件连接。

角速率传感器、加速度计和变形感测组件都会对这些变形作出反应，把这些信号同时采集，送到电路板组件中，信号在电路板组件中经过放大整形等预处理后，自动以数据组的方式存储在数据存储器中。里程轮组件记录检测器在管道中运行的距离。跟踪发射机用于在地面上跟踪本检测器在埋地管道中的具体位置，它是自带电源的独立体。

管道几何检测器在投放入管道以前与PC机连接进行必要的设置。投放到管道内部后，由于前后皮碗是与管道内壁贴紧密封的，管道几何检测器在管输介质前后压差的推动下沿管道向前运动，边运动边检测。当一段管道被检测完成后，管道几何检测器被从管道中取出。接上PC机，把数据存储器中的数据读出到PC机中，就可以对检测结果进行显示和分析解读了。

本实用新型的优点是同时取得并对应显示出角速率传感器、加速度计和变形感测组件对任一个管道缺陷的全部感测信号，使得这些管道缺陷有了新的检测信号特征型。这些新的检测信号特征型是全部感测信号的信息组，每个信息组都以不同的组合表征着不同的管道缺陷类型。例如斜口的信息组就与管道凹陷的信息组明显不同，很容易区分。再例如通过分析变形弯头的信息组，不仅得到了转角和曲率半径的数据，还可以计算出弯头变形的百分比。因此，它能准确判断缺陷的类型和尺寸，消除了上述两种已公开的检测装置检测结果中存在的不确定部分。用这样一台管道几何检测器，通过一次运行，解决了原来用两台检测器运行两次还解决不了的问题，提高了检测能力和效率，节约了能源和人力物力的投资。

附图说明

本实用新型有如下附图：

图1为管道几何检测器一个实施例：

图2为管道几何检测器另一个实施例；

图3为电路原理框图；

图4为数据采集与存储电路原理图；

图5为里程轮选速电路原理图。

图1和图2中，1跟踪发射机2前盖板3前皮碗4前法兰5密封引线插头6筒体7电池组8后法兰9后皮碗10加速度计11角速率传感器12里程轮组件13密封通讯插头14位移传感器15电路板组件16后盖板17变形感测组件18感测臂19连杆20积分盘21球形铰链22中心杆23万向节24中心轴25另一个密封引线插头。

具体实施方式：

实施例之一：

如图1所示，一种管道几何检测器由筒体6、前法兰4、前皮碗3、加速度计10、角速率传感器11、位移传感器14、后法兰8、后皮碗9、变形感测组件17、里程轮组件12、电池组7、电路板组件15、前盖板2、后盖板16、密封引线插头5、密封通讯插头13和跟踪发射机1组成。加速度计10、角速率传感器11、位移传感器14、电池组7、电路板组件15安装在筒体6内，前法兰4和后法兰8与筒体6两端密封连接，形成对管道内输送介质密封的舱体；前盖板2与前法兰4夹紧并固定前皮碗3，后盖板16与后法兰8夹紧并固定后皮碗9，跟踪发射机1安装在前盖板2上；变形感测组件17安装在后盖板16上，它是由感测臂18、连杆19、积分盘20、球形铰链21、中心杆22、万向节23、中心轴24组成的伞架式空间连杆机构，感测臂18是多个，均匀分布在后盖板16上，形成一个圆周，分别通过连杆19与积分盘20连接，球形铰链21在积分盘20的中心，并与中心杆22连接，中心杆22通过万向节23与中心轴24连接，中心轴24与设在筒体6内的位移传感器14的触头接触，感测变形信号；位移传感器14安装在筒体6的内部，其信号电缆直接引入电路板组件15；里程轮组件12安装在前皮碗3的后面，信号电缆是通过密封引线插头5引入筒体内部的；电路板组件15与外部PC机的通讯是通过密封通讯插头13实现的。增加的万向节23改善了空间连杆机构的机械性能。这里的位移传感器14为差动变压器式线位移传感器，例如：GA-30，DA-30等。

实施例之二：

如图2所示与实施例之一不同的是变形感测组件17，它是由一组安装在后盖板16上周向均布的感测臂18组成。每个感测臂18都与一个位移传感器14连接，独立感测变形信号，这样就可以同时了解凹陷变形在管道径向和周向的形状变化。除了密封引线插头5以外，另一个密封引线插头25和密封通讯插头13安装到后法兰8的中部，另一个密封引线插头25用于连接位移传感器14的信号电缆。这里的位移传感器14为差动变压器式角位移传感器。例如R36A，NSRA，NSRB等。

在本实施例中也可以把安装在后盖板16上的变形感测组件17安装在筒体6的前部即前皮碗3的后面(即图2中里程轮组件12所安装的位置)，而将里程轮组件12安装到后盖板16上。内外的信号电缆也要作相应的改变。

本实用新型中加速度计10是半导体型的，例如ADXL202E，ICS3028等。角速率传感器11是压电型的，例如：PFRS-18，CS42B-15等。

如图3，图4所示，本实用新型的电路采用公知的数据采集和存储电路技术。由角速率传感器、加速度计、位移传感器敏感出的信号分别经预处理电路(放大整形)进入A/D转换器U1，转换后的数字信号被送到单片机U2，经选速后的里程轮数据直接进入单片机U2，所有这些数据由单片机控制通过锁存器U3存入存储器U4，U5、U7分别为数据输出输入锁存器，U6为译码器。单片机与A/D转换器、存储器、通讯接口之间有必要的控制信号与数据信号的线路连接。

里程轮选速电路如图5所示，里程轮输出的信号ODO1和ODO2分别由U10、U11进行放大和整形，通过U12对两个里程轮之间的数据进行比较，选择单位时间内输出多的里程数据进行记录，以减少里程轮打滑误差。

本实用新型实施例电路图中主要芯片的型号是：U1-MAX197，U2-AT89C51，U3，U7-74HC373，U4-HK1255，U5-74HC244，U6-74HC138。U8-74HC00，U9-74HC32，U10-LM393，U11-74LS74，U12-74LS00

本实用新型所用的PC机为通用的笔记本电脑。

本实用新型主要检测性能参数(对不同直径的管道略有不同)：

    弯头转角检测精度：                    ±1.0°

    斜口转角检测精度：                    ±1.0°

    检测管道变形精度：                    ≤1％D

    里程系统定位精度(距最近参照物的误差)：≤±1.5m

    通过管道能力：

    直管段变形≤30％

    90°弯头的曲率半径不小于1.5倍D

    斜口角度不大于15°。

Claims (4)

1.一种管道几何检测器，它包括一个筒体(6)及设在筒体(6)前，后端的前皮碗(3)和后皮碗(9)，在前皮碗(3)前面设有跟踪发射机(1)，在前皮碗(3)的后面安装有里程轮组件(12)，在后皮碗(9)的后面安装有变形感测组件(17)，在筒体(6)内安装有电路板组件(15)、电池组(7)，在筒体(6)上还设有密封引线插头(5)和密封通讯插头(13)，里程轮组件(12)的信号电缆通过密封引线插头(5)引入筒体(6)内与电路板组件(15)连接，变形感测组件(17)经位移传感器(14)与电路板组件(15)连接，其特征在于：在筒体(6)内还设有加速度计(10)和角速率传感器(11)，加速度计(10)和角速率传感器(11)的信号电缆与电路板组件(15)连接。

2.根据权利要求1所说的一种管道几何检测器，其特征在于：所说的加速度计(10)是半导体型的，所说的角速率传感器(11)是压电型的。

3.根据权利要求1或者2所说的一种管道几何检测器，其特征在于：所说的变形感测组件(17)是由感测臂(18)、连杆(19)、积分盘(20)、球形铰链(21)、中心杆(22)、万向节(23)、中心轴(24)组成的伞架式空间连杆机构，感测臂(18)分别通过各个连杆(19)与积分盘(20)连接，球形铰链(21)在积分盘(20)的中心并与中心杆(22)连接，中心杆(22)通过万向节(23)与中心轴(24)连接，中心轴(24)与设在筒体(6)内的差动变压器式线位移传感器(14)的触头接触，差动变压器式线位移传感器(14)的信号电缆直接引入电路板组件(15)。

4.根据权利要求1或者2所说的一种管道几何检测器，其特征在于：所说的变形感测组件(17)是由一组周向均布的感测臂(18)组成，每一个感测臂(18)都与一个差动变压器式角位移传感器(14)连接，在后法兰(8)上还设有另一个密封引线插头(25)和密封通讯插头(13)，差动变压器式角位移传感器(14)的信号电缆与另一个密封引线插头(25)连接。

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