管道悬空检测试验装置的制作方法

本发明涉及油气管道悬空检测技术领域，特别涉及一种管道悬空检测试验装置。

背景技术：

目前，天然气管线铺设里程越来越长，截止到2016年底，中国已经铺设了12.6万公里的天然气管线。由于管道铺设距离较长，可能会穿越复杂的环境地段。随着时间的积累，有些管段难免会出现一些悬空的情况。当管道出现大段悬空情况对管线来说是一个巨大的安全隐患，因为管道脱离了周围包裹土壤的保护，直接暴露在风吹日晒雨淋的环境中，会引来一些人为破坏及腐蚀等其它自然灾害，从而会引起不必要的安全事故。事故一旦发生就会对企业和国家带来重大经济损失。为了保证天然气管线使用的安全性，需要对管线进行定期年检。

目前对管线的检测技术应用较多的是浅底层剖面技术、单/多波束光纤传感技术等一些光电传感技术。上述检测技术虽能辨别出某一区域管线是否存在悬空段，但也存在很多缺点，比如：成本较高，工作效率低，检测流程复杂，需要单独的铺设配套的辅助检测设备，检测过程中需要较多的人力物力。特别是；由于目前现有的检测技术基本上都采取在管道外部进行检测的方式，由于不同地段管道所处环境的不同，部分地区可能位于山区、丘陵、河谷沼泽等特殊地带或者因某些建筑基础设施等造成阻碍无法开展检测。

因此，有必要提出一种新的管道悬空检测技术，能够克服现有检测技术的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种管道悬空检测试验装置，克服了常规管道检测的局限性，能在管道不停输的工艺下随带压流体前进，实现对管道进行实时检测，识别出悬空段。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种管道悬空检测试验装置，所述管道悬空检测试验装置能设置在管道内，其包括：清管器和通过连接机构连接的振动检测舱，其中，

所述清管器具有中空的骨架，所述骨架的两端分别设置有支撑皮碗和第一端盖，所述第一端盖上设置有至少一个与所述骨架内部连通的通道口；所述骨架的内部设置有涡流发电机；

所述振动检测舱具有振动舱壳体，所述振动舱壳体内设置有主动敲击激振机构和数据采集设备，其中，

所述主动敲击激振机构包括：

底座；

设置在所述底座内的驱动电机；

铰接在所述底座上的敲击力锤，所述敲击力锤上设置有力传感器；

拉压弹簧，其一端固定在所述底座上，另一端固定在所述敲击力锤上；

用于将所述驱动电机的驱动力传递给所述敲击力锤的传动件；

所述振动舱壳体的两端分别设置第二端盖，在远离所述清管器的第二端盖上还设置有里程轮。

在一个优选的实施方式中，所述传动件为偏心轮，所述偏心轮穿设在所述驱动电机的输出轴上，相应的，所述敲击力锤上设置有与所述偏心轮相配合的卡合部。

在一个优选的实施方式中，所述偏心轮利用斐波那契螺旋线加工而成。

在一个优选的实施方式中，所述振动舱壳体在靠近所述第二端盖的外围分别设置有多个沿着周向均匀分布的刚性支撑腿。

在一个优选的实施方式中，所述数据采集设备包括：数据采集元件和数据处理舱；其中，所述数据采集元件为三轴加速度传感器。

在一个优选的实施方式中，所述第二端盖上设置的里程轮包括上下对称的两个，上下对称的两个里程轮构成位置定位系统，所述位置定位系统还包括：支撑臂、压缩弹簧及安装底座；其中，

所述安装底座固定在所述第二端盖上；

所述压缩弹簧的一端固定在所述安装底座上，另一端固定在所述支撑臂上；

所述支撑臂通过铰接的方式设置在所述安装底座上，其一端与所述压缩弹簧固定，另一端用于设置所述里程轮。

本发明的特点和优点是：本申请提供的能够设置在管道内的管道悬空检测试验装置，设置的清管器和振动检测舱采用前后两级连接，用前端清管器内部的涡流发电机发电提供电源。检测时，利用振动检测舱内的主动敲击激振机构进行敲击激振，相应的，所述振动检测舱内的数据采集设备实时采集和处理管道的响应数据，并结合里程轮的定位数据，可以对不同环境状况下管道振动响应情况分析判断管线周围支撑状况，综合确定出预定位置的管道上是否存在悬空段。整体上该管道悬空检测试验装置可以在管道内在不停输的工况下随着带压流体前进检测管道是否出现悬空段。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1是本申请实施方式中一种管道悬空检测试验装置整体三维装配示意图；

图2是本申请实施方式中一种管道悬空检测试验装置整体剖视图；

图3是本申请实施方式中一种管道悬空检测试验装置的左视图；

图4是本申请实施方式中一种管道悬空检测试验装置清管器和连接机构的爆炸图；

图5是本申请实施方式中一种管道悬空检测试验装置主动敲击激振机构结构示意图。

附图标记说明：

清管器-9；骨架-97；支撑皮碗-91；隔离环-95；第一端盖-96；通道口-961；肋板-92；六角螺栓-94；螺母-941；调速阀-93；涡流发电机-10；管道-6；连接器-7；挂钩-71；振动检测舱-2；振动舱壳体-23；第二端盖-22；刚性支撑腿-21；主动敲击激振机构-3；底座-30；拉压弹簧-31；敲击力锤-32；力传感器-33；驱动电机-34；偏心轮35；数据处理舱-4；数据采集元件-41；蓄电池-5；连接管-8；里程轮-1；压缩弹簧-11；支撑臂-12；安装底座-13。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种管道悬空检测试验装置，克服了常规管道检测的局限性，能在管道不停输的工艺下随带压流体前进，实现对管道进行实时检测，识别出悬空段。

请参阅图1至图3，本申请实施方式中提供一种管道悬空检测试验装置，所述管道悬空检测试验装置能设置在管道6内。该管道悬空检测试验装置可以包括：清管器9和通过连接机构连接的振动检测舱2，其中，所述清管器9具有中空的骨架97，所述骨架97的两端分别设置有支撑皮碗91和第一端盖96，所述第一端盖96上设置有至少一个与所述骨架97内部连通的通道口961；所述骨架97的内部设置有涡流发电机10；所述振动检测舱2具有振动舱壳体23，所述振动舱壳体23内设置有主动敲击激振机构3和数据采集设备，其中，所述主动敲击激振机构3包括：底座30；设置在所述底座30内的驱动电机34；铰接在所述底座30上的敲击力锤32，所述敲击力锤32上设置有力传感器33；拉压弹簧31，其一端固定在所述底座30上，另一端固定在所述敲击力锤32上；用于将所述驱动电机34的驱动力传递给所述敲击力锤32的传动件；所述振动舱壳体23的两端分别设置第二端盖22，在远离所述清管器9的第二端盖22上还设置有里程轮1。

本申请实施方式中提供的能够设置在管道6内的管道悬空检测试验装置，设置的清管器9和振动检测舱2采用前后两级连接，用前端清管器9内部的涡流发电机10发电提供电源。检测时，利用振动检测舱2内的主动敲击激振机构3进行敲击激振，相应的，所述振动检测舱2内的数据采集设备实时采集和处理管道6的响应数据，并结合里程轮1的定位数据，可以对不同环境状况下管道6振动响应情况分析判断管线周围支撑状况，综合确定出预定位置的管道6上是否存在悬空段。整体上该管道悬空检测试验装置可以在管道6内在不停输的工况下随着带压流体前进检测管道6是否出现悬空段。

在本实施方式中，清管器9能够为与其连接的机构提供拖拽力。具体的，该清管器9具有骨架97。该骨架97可以为整体呈中空的筒体。在所述骨架97内设置有自发电机构，使得所述清管器9具有发电功能，后续可以通过导线将电能提供给与其连接的振动检测舱2内的各个机构。具体的，所述发电机构可以为在所述清管器9的骨架97内设置的能够利用流体压差进行发电的涡轮发电机。

请结合参阅图4，清管器9的骨架97具有相对的第一端和第二端。其中，所述第一端位于骨架97的左侧，所述第二端位于骨架97的右侧。在所述骨架97的两端分别设置有第一端盖96。在所述骨架97与各个第一端盖96之间设置有支撑皮碗91。所述支撑皮碗91一方面可以填充骨架97与管道6之间的环形空间，使得带压流体作用在其表面上，从而为清管器9提供前进的动力；另一方面可以用于保证骨架97与第一端盖96之间的密封性。

具体的，所述支撑皮碗91的整体形状可以呈环状。一般的，传输天然气的管道6整体呈圆管状，相应的，所述支撑皮碗91的外轮廓可以与天然气管道6相匹配，也呈圆形。当支撑皮碗91外轮廓呈圆形时，支撑皮碗91的外轮廓直径(简称外径)可以接近或等于天然气管道6的内径。此外，所述支撑皮碗91的内环形状和尺寸可以与所述骨架97的内部形状和尺寸相匹配。例如，当所述骨架97整体呈中空的筒状时，所述支撑皮碗91的内轮廓直径(简称内径)可以与骨架97的内径相同或相接近。

在本实施方式中，所述支撑皮碗91的个数为至少一个。优选的，所述支撑皮碗91的个数为多个。当清管器9在移动过程中，支撑皮碗91会与管道6内壁相接触发生磨损，为磨损件。当支撑皮碗91设置多个时，有利于延长管道悬空检测试验装置的使用寿命，保证其在检测时的可靠性。一般的，支撑皮碗91的材料为具有一定弹性的耐磨材料，例如橡胶等。

在一个实施方式中，当支撑皮碗91的个数为多个时，相邻两个支撑皮碗91之间可以设置有隔离环95。所述隔离环95将相邻两个支撑皮碗91分隔开，保证骨架97的外围形成多级耐磨支撑机构。所述隔离环95的形状可以呈圆环状，当然，其也可以为其他形状，具体的本申请在此并不作具体的限定。当所述隔离环95呈圆环状时，其外轮廓直径小于支撑皮碗91的外轮廓直径，其内环的内径可以与所述骨架97的内部形状和尺寸相匹配。例如，当所述骨架97整体呈中空的筒状时，所述隔离环95的内径可以与骨架97的内径相同或相接近。

在一个实施方式中，在靠近所述骨架97的第一端和第二端可以设置有肋板92，以提高整个骨架97的强度和可靠性。具体的，例如，在所述骨架97的第一端或第二端可以设置有环型支撑部，在所述支撑部与所述骨架97之间设置所述肋板92。所述肋板92的截面可以为三角形，以进一步保证整体骨架97的稳定性和可靠性。

在一个具体的实施方式中，在所述第一端盖96与肋板92之间可以分别设置3个支撑皮碗91。其中，相邻两个支撑皮碗91之间设置有隔离环95。此外，每端的支撑皮碗91和隔离环95以及第一端盖96可以通过可拆卸的方式连接固定，例如，可以通过螺栓连接的方式固定。具体的，可以分别用12根内六角螺栓94和螺母941固定连接，其中，12根配套的内六角螺栓94和螺母941可以沿着周向均匀分布，以保证连接的可靠性。

在本实施方式中，在清管器9的第一端盖96上留有流通流体用的通道口961。具体的，该通道口961的个数可以为一个或者多个，例如，可以为设置在第一端盖96上的上下两个通道口961。如果管道6中的流体沿着自左向右的方向流动时，所述清管器9的左端第一端盖96上的通道口961为入口，右端第一端盖96上的通道口961为出口。

在一个实施方式中，清管器9左端还可以设置有用于调节清管器9或者说整个管道悬空检测试验装置运行速度的调速阀93。通过调节调速阀93对流体流量的控制实现检测装置的匀速运行。例如，所述调速阀93装配时可以和位于左端的设置有入口的第一端盖96相接触。调速时，该调速阀93可以通过改变第一端盖96上通道口961的截面积，从而改变流体的流量，进而控制管道悬空检测试验装置运行速度。例如，当运行速度大于预设速度时，调速阀93可以调整增大中间流体流量，降低清管器9左右压差，使整个试验装置减速；当运行速度小于预设速度时，调速阀93会自动调整减小流量，增大清管器9左右压差，使达到试验装置加速的效果。

在本实施方式中，设置在清管器9骨架97内的涡流发电机10在使用时，流体由左侧第一端盖96上的入口流入经发涡流发电机10后再由右侧第一端盖96的出口流出，利用管内流体的随压流动发电。后续发出的电能通过导线经连接管88输送振动检测舱2内的各个机构，使整个装置仅在内压作用下可持续运行。

在本实施方式中，振动检测舱2可以整体为一个密封腔，其内部用于设置主动敲击激振机构3和数据采集设备。具体的，所述振动检测舱2设置有振动舱壳体23，该振动舱壳体23为一个刚性外壳。该振动舱壳体23设置有直径略小于检测管道6内径的圆柱筒，圆柱筒外壁上设置有多个可用于振动传递的刚性支撑腿21。

在一个具体的实施方式中，在圆柱筒靠近端部的外围分别设有两排刚性支撑腿21，每排可以包含有6个刚性支撑腿21，6个刚性支撑腿21可以均匀的分布在圆柱筒壁周围，从而保证无论振动检测舱2处于何种姿态，其上的刚性支撑腿21都能和管道6内壁存在有效接触，便于对响应数据的采集。当然，所述刚性支撑腿21的个数和分布形式还可以为其他形式，具体的本申请在此并不作具体的限定。

在本实施方式中，所述振动舱壳体23的圆柱筒两端分别设置有一个独立的第二端盖22。所述第二端盖22与圆柱筒筒体的两端可以通过螺钉密封连接。在远离所述清管器9的第二端盖22上还设置有里程轮1。里程轮1主要起到对悬空位置的精确定位作用。具体的，可以设置上下对称两个里程轮1组成一独立的位置定位系统，该位置定位系统除了里程轮1外还可以包括：压缩弹簧11、支撑臂12和安装底座13。其中，所述安装底座13固定在所述第二端盖22上，所述压缩弹簧11的一端固定在所述安装底座13上，另一端固定在所述支撑臂12上；所述支撑臂12通过铰接的方式设置在所述安装底座13上，其一端与所述压缩弹簧11固定，另一端用于设置所述里程轮1。上述位置定位系统，通过调节压缩弹簧11和支撑臂12以适应不同的管道6内径，通用性较高。

检测时，所述里程轮1与管道6内壁相滚动接触，所述里程轮1的转速可以直接反应出整个管道悬空检测试验装置的运行速度。通过检测里程轮1的转速可以对清管器9上的调速阀93的调速效果进行反馈，从而更为精准地实现对管道悬空检测试验装置的速度控制，使得管道悬空检测试验装置保持匀速前进。当管道6悬空检测装置检测时保持匀速前进时，有利于保证检测结果的可靠性和准确性。

在本实施方式中，所述振动检测舱2通过连接机构与所述清管器9相连接。具体的，所述连接机构可以为能相对所述振动检测舱2或清管器9转动的铰接机构。例如，在相邻的所述振动检测舱2的第二端盖22与所述清管器9的第一端盖96上分别以转动的方式设置有挂钩71。其中，所述转动的方式可以为孔轴配合的方式。例如，在所述第一端盖96或第二端盖22上设置有开孔，相应的挂钩71的一端设置在所述开孔内。进一步的，在两个挂钩71之间可以设置有一个中间连接器7，用于连接两个挂钩71。其中，所述连接器7为可以自由旋转的连接机构。当然，所述两个挂钩71也可以为一体结构，或者，也可以通过两个挂钩71直接配合等，具体的所述铰接机构的具体形式并不限于上述举例，本申请在此并不作具体的限定。当所述连接机构为铰接的形式时，可以防止清管器9与所述振动检测舱2之间产生扭矩，从而增加清管器9所需的拖拽力。

在本实施方式中，振动检测舱2内设置有主动敲击激振机构3，该主动敲击激振机构3敲击所述振动检测舱2的刚性外壳后，产生的振动通过振动舱壳体23能够传递到管道6中，使得管道6发生振动。其中，所述主动敲击激振机构3通过固定连接的方式固定在振动检测舱2的振动舱壳体23内。

请结合参阅图5，在本实施方式中，所述主动敲击激振机构3可以主要包括：底座30，设置在底座30内的驱动电机34，一端铰接在所述底座30上的敲击力锤32，所述敲击力锤32的另一端设置有力传感器33。通过在敲击力锤32的端部设所述力传感器33，可以实时测量敲击力的大小与振型。所述底座30与所述敲击力锤32之间设置有拉压弹簧31，利用拉压弹簧31作为能量转换器件，把拉压弹簧31的弹性势能转化为敲击力锤32的动能作用在管道6内壁上。

在本实施方式中，所述驱动电机34与所述敲击力锤32之间还设置有传动件。具体的，所述传动件可以为偏心轮35的形式。当所述传动件为偏心轮35的形式时，所述偏心轮35穿设在所述驱动电机34的输出轴上，相应的，所述敲击力锤32上设置有与所述偏心轮35相配合的卡合部。使用时，驱动电机34用于提供动力源，驱动电机34的电机轴输出转矩传递到偏心轮35上，从而实现通过驱动电机34提供敲击力锤32敲击的动力源。

进一步的，所述偏心轮35可以为利用斐波那契螺旋线加工而成。偏心轮35与敲击力锤32之间采用机械式接触。使用时，可以对驱动电机34的转速设置，结合偏心轮35位置的改变，可以改变敲击力锤32的敲击力和敲击频率。具体的，例如改变偏心轮35的位置可以改变驱动电机34输出轴至所述卡合部的扭矩大小，从而可以改变敲击力锤32的敲击力大小。通过改变所述驱动电机34的转动频率可以改变所述敲击力锤32的敲击频率。

此外，由于管道悬空检测试验装置在前进过程中，会与管道6内壁产生滑动摩擦，为了避免滑动摩擦引起的信号干扰，所述主动敲击激振机构3还可以实现隔段敲击，即每前进一端距离后，先停止再进行敲击作业。

在本实施方式中，数据采集设备用于实施采集、存储、分析和处理激振后管道6产生的响应数据，并基于该响应数据确定管道6是否存在悬空段。具体的，所述数据采集设备可以包括数据采集元件41和数据处理舱35。当主动敲击激振机构3对管道6进行外部激励作用后，数据采集元件41能对管道6的响应数据进行实时采集并传输给数据处理舱4。进一步的，可以数据处理舱4利用数据采集元件41采集到的响应数据进行分析，确定出对应管段是否存在悬空段。

其中，所述数据采集元件41可以为三轴加速度传感器。三轴加速度传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质。所述三轴加速度传感器与所述数据处理舱4电性连接，所述数据处理舱4直接或间接与所述涡流发电机10电性连接。

当所述数据处理舱4直接与所述涡流发电机10电性连接时，具体的，可以通过导线连接的方式相连。当所述数据处理舱4间接与所属涡流发电机10电性连接时，所述振动检测舱2内还可以设置有蓄电池5，所述蓄电池5与所述涡流发电机10通过连接管8内的导线相连接，相应的，所述蓄电池5与所述数据处理舱4电性连接。也就是说，所述涡流发电机10在流体压差作用下产生的电能可以先存储到蓄电池5中，后续由所述蓄电池5向各个机构稳定地供电。

在本实施方式中，设置的清管器9和振动检测舱2采用前后两级连接，中间是可以旋转的连接机构连接，把主动敲击激振机构3和数据采集设备等整个振动检测装置压缩到体积更小的振动检测舱2内，使之具有更强的通过性，可以通过转弯半径更小的管段。

本申请实施方式中提供的能够设置在管道6内的管道悬空检测试验装置，设置的清管器9和振动检测舱2采用前后两级连接，用前端清管器9内部的涡流发电机10发电提供电源。检测时，利用振动检测舱2内的主动敲击激振机构3进行敲击激振，相应的，所述振动检测舱2内的数据采集设备实时采集和处理管道6的响应数据，并结合里程轮1的定位数据，可以对不同环境状况下管道6振动响应情况分析判断管线周围支撑状况，综合确定出预定位置的管道6上是否存在悬空段。整体上该管道悬空检测试验装置可以在管道6内在不停输的工况下随着带压流体前进检测管道6是否出现悬空段。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。