一种管道检测器驱动力测量装置及方法与流程

1.本技术涉及管道检测器驱动力测量技术领域，尤其涉及一种管道检测器驱动力测量装置及方法。


背景技术：

2.陆地油气管道由于常埋地下，受到地壳应力及其他外力原因会产生变形，或由于长时间腐蚀产生管道缺陷，因此需要定期进行检查。管道检测器作为在役油气管道唯一内检测设备，对保证管道安全运行有着重要意义，因此，掌握管道检测器运行时的驱动力参数十分必要。
3.管道介质压力所提供的驱动力是保证管道检测器可以向前运行的重要条件之一，当驱动力大于管道检测器阻力时，管道检测器可以正常向前运行，但不同管道环境对于管道检测器的阻力不同，获取管道检测器在管道中所需驱动力的方法通常为直管牵引，因此只能取得直管中管道检测器的驱动力，无法获取弯管中管道检测器的驱动力。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种管道检测器驱动力测量装置及方法，以解决一般方法只能取得直管中管道检测器的驱动力，无法获取弯管中管道检测器的驱动力的问题。
5.第一方面，本技术提供一种管道检测器驱动力测量装置，其特征在于，包括：管道机构、弯头牵引机构、卷扬机和控制机构，其中，所述管道机构包括：直管和弯管，所述直管与弯管连接；所述弯管上设有开槽；所述弯头牵引机构穿过所述开槽连接管道检测器，用于牵引所述管道检测器通过所述弯管；所述弯头牵引机构上设有扭矩传感器；所述卷扬机连接所述管道检测器，用于牵引所述管道检测器通过所述直管；所述卷扬机上设有拉力计；所述控制机构分别与弯头牵引机构、卷扬机、扭矩传感器和拉力计连接。
6.可选的，所述弯头牵引机构还包括：底座，电机设置在所述底座上；所述电机的输出轴与联轴器连接，所述联轴器与底部传动轴连接，所述底部传动轴与顶部传动轴连接，所述顶部传动轴与传动臂的后端连接；所述电机的输出轴、联轴器、底部传动轴和顶部传动轴同轴设置；所述扭矩传感器设置在底部传动轴和顶部传动轴之间；所述传动臂前端穿过所述开槽，所述传动臂前端设有牵引挂钩，所述牵引挂钩与管道检测器连接。
7.可选的，所述传动臂还包括：前臂和后臂，所述前臂与后臂组成套入式伸缩臂结构；所述前臂和后臂上设有销孔，固定销穿过所述销孔；所述后臂的后端设有花键槽，所述顶部传动轴上设有花键，所述花键设置在所述花键槽内。
8.可选的，所述传动臂的前端设有球型槽；所述牵引挂钩一端设有球型关节，另一端设有钩头；所述球型关节设置在所述球型槽内。
9.可选的，所述弯头牵引机构还包括：辅助支架和辅助轮，所述辅助支架与所述传动臂固定连接，所述辅助轮设置在所述辅助支架上。
10.可选的，所述管道机构还包括：变径筒、发球筒和管道支架，其中，所述变径筒一端
与所述发球筒连接，另一端与所述弯管连接；所述管道支架分别设置在发球筒、直管和弯管上。
11.可选的，所述直管的直径与所述弯管的直径相同，所述发球筒的直径比所述直管的直径大至少4英寸。
12.可选的，所述弯管的转弯角度为90
°‑
180
°
。
13.可选的，所述卷扬机还包括：卷扬机挂钩和卷筒，所述拉力计一端通过绳索与所述卷筒连接，另一端通过绳索与所述卷扬机挂钩连接；所述卷扬机挂钩与管道检测器连接。
14.第二方面，本技术提供一种管道检测器驱动力测量方法，应用于第一方面所述的管道检测器驱动力测量装置，所述方法包括：根据弯管的弯曲半径，调整传动臂的长度，获得力臂长度数据；控制弯头牵引机构牵引管道检测器通过所述弯管，记录扭矩传感器的数据，获得扭矩数据；计算管道检测器在所述弯管中的驱动力数据，所述驱动力数据为所述扭矩数据与所述力臂长度数据的比值；控制卷扬机牵引管道检测器通过直管，记录拉力计的数据，得到管道检测器在所述直管中的驱动力数据。
15.本技术提供一种管道检测器驱动力测量装置及方法，包括：管道机构、弯头牵引机构、卷扬机和控制机构，其中，所述管道机构包括：直管和弯管，所述直管与弯管连接；所述弯管上设有开槽。所述管道机构，用于模拟真实管道环境；所述弯头牵引机构用于穿过所述开槽牵引管道检测器通过所述弯管；所述弯头牵引机构上设有扭矩传感器。所述扭矩传感器，用于采集扭矩数据。所述卷扬机用于牵引管道检测器通过所述直管；所述卷扬机上设有拉力计。所述拉力计，用于测量管道检测器通过所述直管时的驱动力大小。所述测量装置结构简单成本低，适用性强，可以测量管道检测器在直管和弯管中的驱动力。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本技术所述一种管道检测器驱动力测量装置的结构示意图；图2为本技术所述管道机构的结构示意图；图3为本技术所述弯头牵引机构的结构示意图；图4为本技术所述弯头牵引机构的正视图；图5为本技术所述牵引挂钩与管道检测器连接的状态示意图；图6为本技术所述前臂的结构示意图；图7为本技术所述后臂的结构示意图；图8为本技术所述弯头牵引机构牵引管道检测器通过弯管的状态示意图；图9为本技术所述卷扬机牵引管道检测器通过直管的状态示意图；图10为本技术所述控制机构的示意图；图11为本技术所述一种管道检测器驱动力测量方法的流程示意图。
18.图示说明：其中，1-管道机构，11-管道支架，12-直管，13-弯管，1301-开槽，14-变径筒，15-发球筒，2-弯头牵引机构，201-底座，202-电机，203-联轴器，204-底部传动轴，205-扭矩传感
器，206-顶部传动轴，207-传动臂，2071-前臂，2072-后臂，2073-花键槽，2074-销孔，2075-固定销，2076-球型槽，208-牵引挂钩，2081-球型关节，2082-钩头，209-辅助支架，210-辅助轮，3-卷扬机，301-拉力计，302-卷扬机挂钩，303-卷筒，4-管道检测器，5-控制机构。
具体实施方式
19.下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的系统和方法的示例。
20.管道检测器作为在役油气管道唯一内检测设备，对保证管道安全运行有着重要意义，因此，掌握管道检测器运行时的驱动力参数十分必要。管道介质压力所提供的驱动力是保证管道检测器可以向前运行的重要条件之一，当驱动力大于管道检测器阻力时，管道检测器可以正常向前运行，但不同管道环境对于管道检测器的阻力不同，获取管道检测器在管道中所需驱动力的方法通常为直管段牵引，因此只能取得直管段中管道检测器的驱动力，无法获取弯管中管道检测器的驱动力。
21.为了解决上述问题，本技术提供的一种管道检测器驱动力测量装置，如图1所示，包括：管道机构1、弯头牵引机构2、卷扬机3和控制机构5，其中，所述管道机构1包括：直管12和弯管13，所述直管12与弯管13连接；所述弯管13上设有开槽1301。
22.所述管道机构1，用于模拟真实管道环境；所述直管12，用于测量管道检测器4在直管段的驱动力；所述弯管13，用于测量管道检测器4通过弯头的驱动力。所述直管12与弯管13可以通过焊接方式连接构成实验管道。所述开槽1301，用于容纳所述弯头牵引机构2进入所述弯管13内，所述开槽1301位于所述弯管13的内侧，所述弯管13的内侧为靠近所述弯管13所在圆环的圆心侧，所述开槽1301的宽度为可容下传动臂207，所述开槽1301的长度在不影响弯头牵引装置挂钩臂旋转的情况下尽量短，以保证实验管道的强度。
23.在一种示意性的实施方式中，如图2所示，所述管道机构1还包括：变径筒14、发球筒15和管道支架11，其中，所述变径筒14一端与所述发球筒15连接，另一端与所述弯管13连接；所述管道支架11分别设置在发球筒15、直管12和弯管13上。
24.所述发球筒15，用于放置管道检测器4，作为管道检测器4进入实验管道的预备区域；所述变径筒14，用于连接所述发球筒15和弯管13，使管道检测器4通过变径的斜口进入实验管道，避免管道检测器4被管道边缘划伤，为了方便操作，根据所述弯管13的转弯角度和长度，所述变径筒14和所述发球筒15上也可以设置所述开槽1301；所述管道支架11，用于支撑和固定管道，示例的，所述管道支架11可以用两块半圆形板相扣，用螺栓固定，箍紧管道，底部为工字形支架支撑，底板固定于混凝土地坪上。
25.在一种示意性的实施方式中，所述直管12的直径与所述弯管13的直径相同，所述发球筒15的直径比所述直管12的直径大至少4英寸。
26.在一种示意性的实施方式中，所述弯管13的转弯角度为90
°‑
180
°
。
27.实验管道是为了模拟真实的管道环境，一般真实的管道环境中，所述直管12的直径与所述弯管13的直径相同，所述弯管13的转弯角度可以为90
°‑
180
°
的任意角度。所述发球筒15的直径比所述直管12的直径大至少4英寸，是为了避免管道检测器4被管道边缘划
伤。
28.如图8所示，所述弯头牵引机构2穿过所述开槽1301连接管道检测器4，用于牵引所述管道检测器4通过所述弯管13；所述弯头牵引机构2上设有扭矩传感器205。所述扭矩传感器205，用于采集扭矩数据。
29.在一种示意性的实施方式中，如图3所示，所述弯头牵引机构2还包括：底座201，电机202设置在所述底座201上；所述电机202的输出轴与联轴器203连接，所述联轴器203与底部传动轴204连接，所述底部传动轴204与顶部传动轴206连接，所述顶部传动轴206与传动臂207的后端连接；所述电机202的输出轴、联轴器203、底部传动轴204和顶部传动轴206同轴设置；所述扭矩传感器205设置在底部传动轴204和顶部传动轴206之间；所述传动臂207前端穿过所述开槽1301，所述传动臂207前端设有牵引挂钩208，所述牵引挂钩208与管道检测器4连接。
30.所述底座201为长方体的框架，用于承载所述电机202；所述电机202，用于带动所述传动臂207牵引管道检测器4通过所述弯管13；所述牵引挂钩208，用于与管道检测器4前端的牵引头连接。
31.在一种示意性的实施方式中，如图6和7所示，所述传动臂207还包括：前臂2071和后臂2072，所述前臂2071与后臂2072组成套入式伸缩臂结构；所述前臂2071和后臂2072上设有销孔2074，固定销2075穿过所述销孔2074；所述后臂2072的后端设有花键槽2073，所述顶部传动轴206上设有花键，所述花键设置在所述花键槽2073内。
32.所述后臂2072为空心的套筒，所述前臂2071套在所述后臂2072内组成套入式伸缩臂结构，所述后臂2072上设有多个销孔2074，所述前臂2071也设有相对应的销孔2074，通过所述固定销2075穿过所述销孔2074将所述前臂2071和后臂2072固定住，还可以根据需要选择不同的销孔2074来调整所述前臂2071和后臂2072的长度。
33.在一种示意性的实施方式中，所述传动臂207的前端设有球型槽2076；如图5所示，所述牵引挂钩208一端设有球型关节2081，另一端设有钩头2082；所述球型关节2081设置在所述球型槽2076内。
34.所述球型槽2076与所述球型关节2081构成万向节结构，可以使所述牵引挂钩208适应通过所述弯管13时的角度变化。
35.在一种示意性的实施方式中，如图4所示，所述弯头牵引机构2还包括：辅助支架209和辅助轮210，所述辅助支架209与所述传动臂207固定连接，所述辅助轮210设置在所述辅助支架209上。
36.所述辅助支架209和辅助轮210，用于辅助支撑所述传动臂207，使所述传动臂207在转动时更加平稳。
37.如图9所示，所述卷扬机3连接所述管道检测器4，用于牵引所述管道检测器4通过所述直管12；所述卷扬机3上设有拉力计301。所述拉力计301，用于测量管道检测器4通过所述直管12时的驱动力大小。
38.在一种示意性的实施方式中，所述卷扬机3还包括：卷扬机挂钩302和卷筒303，所述拉力计301一端通过绳索与所述卷筒303连接，另一端通过绳索与所述卷扬机挂钩302连接；所述卷扬机挂钩302与管道检测器4连接。
39.通过控制所述卷筒303缠绕绳索，可以牵引管道检测器4通过所述直管12，这时所
述拉力计301可以直接显示管道检测器4在所述直管12中驱动力的大小。
40.如图10所示，所述控制机构5分别与弯头牵引机构2、卷扬机3、扭矩传感器205和拉力计301连接。
41.所述控制机构5，用于接收各个传感器反馈的信号并对各个机构的动作进行控制。示例地，所述控制机构5可以是电脑、服务器、工控机、单片机、plc（programmable logic controller，可编程逻辑控制器）、dsp（digital signal processor，数字信号处理器）、fpga（field programmable gate array，场可编程逻辑门阵列）、asic（application-specific integrated circuit，专用集成电路）等具有存储和运算功能的设备，本技术实施例对此不做限制。
42.基于上述实施例提供的管道检测器驱动力测量装置，本技术还提供一种管道检测器驱动力测量方法，如图11所示，包括：s100：根据弯管13的弯曲半径，调整传动臂207的长度，获得力臂长度数据。
43.以弯管13的转弯角度是90
°
为例，如图8所示，将传动臂207穿过开槽1301。根据弯管13的弯曲半径，调整传动臂207的长度，使球型关节2081的球心处于弯管13中心线位置。后臂2072上每个销孔2074代表的力臂长度是预设好的，根据选择的销孔2074，可以获得力臂长度数据l。
44.s200：控制弯头牵引机构2牵引管道检测器4通过弯管13，记录扭矩传感器205的数据，获得扭矩数据。
45.将管道检测器4从发球筒15推入弯管13中，旋转传动臂207将牵引挂钩208连接在管道检测器4前端的牵引头上。启动电机202，使传动臂207牵引管道检测器4通过弯管13。当管道检测器4头部进入直管12后，停止电机202，取下牵引挂钩208，弯头牵引部分结束。记录过程中扭矩传感器205的数据，获得扭矩数据m。
46.s300：计算管道检测器4在所述弯管13中的驱动力数据，所述驱动力数据为所述扭矩数据与所述力臂长度数据的比值。
47.扭矩（torque，也称为转矩）在物理学中就是特殊的力矩，等于力和力臂的乘积，国际单位是牛米（n
·
m）。根据扭矩公式m=f*l，其中m为扭矩，f为驱动力，l为力臂长度，转换一下，得到f=m/l，可以计算得到管道检测器4在弯管13中的驱动力数据f。
48.s400：控制卷扬机3牵引管道检测器4通过直管12，记录拉力计301的数据，得到管道检测器4在所述直管12中的驱动力数据。
49.如图9所示，将卷扬机挂钩302穿过直管12与管道检测器4前端的牵引头连接，启动卷筒303，牵引管道检测器4通过直管12。在直管12出口放置托盘承接管道检测器4，当管道检测器4完全驶出直管12后，停止卷筒303，直管段牵引部分结束。记录过程中拉力计301的数据，拉力计301的读数直接表示管道检测器4在直管12中驱动力的大小。
50.本技术提供一种管道检测器驱动力测量装置及方法，包括：管道机构1、弯头牵引机构2、卷扬机3和控制机构5，其中，所述管道机构1包括：直管12和弯管13，所述直管12与弯管13连接；所述弯管13上设有开槽1301。所述管道机构1，用于模拟真实管道环境；所述弯头牵引机构2用于穿过所述开槽1301牵引管道检测器4通过所述弯管13；所述弯头牵引机构2上设有扭矩传感器205。所述扭矩传感器205，用于采集扭矩数据。所述卷扬机3用于牵引管道检测器4通过所述直管12；所述卷扬机3上设有拉力计301。所述拉力计301，用于测量管道
检测器4通过所述直管12时的驱动力大小。所述测量装置结构简单成本低，适用性强，可以测量管道检测器4在直管12和弯管13中的驱动力。
51.本技术提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本技术总的构思下的几个示例，并不构成本技术保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本技术方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本技术的保护范围。