一种旋转式管道缺陷检测实验平台的制作方法

一种旋转式管道缺陷检测实验平台
1.技术领域：
2.本实用新型涉及一种应用于油气管道缺陷检测实验平台,属于油气管道检测领域。
3.

背景技术：

4.管道运输是国际货物运输方式之一，具有运量大、不受气候和地面其他因素限制、可连续作业以及成本低等优点。随着服役时间的增长，因管道材质问题或施工、腐蚀和外力作用造成的损伤，使管道状况逐渐恶化，潜在危险很大。
5.在管道安全工程中，管道检测是保证管道安全的基本方法。通过管道检测，准确了解管道状况，能及早采取有效措施，避免管道事故的发生，并延长管道的使用寿命。除了防止管道事故带来的经济损失，通过管道检测，管道业主可以根据检测结果有针对性地在管道的某些点进行修补，而不必大规模地更换管道，由此可以节省大量的成本。在诸多类型的管道检测技术中，漏磁内检测技术是应用最广泛、技术最成熟的铁磁性管道缺陷检测技术。申请号是cn202111524171.0的发明专利申请公开了一种φ1219输气管道双向励磁超高清晰漏磁内检测系统，其包括动力皮碗、轴向检测系统、里程轮、计算机节、万向节和三个从左至右依次连接在一起的周向检测系统；轴向检测系统左侧设有动力皮碗，轴向检测系统右侧设有里程轮和计算机节，轴向检测系统和位于最左侧位置的周向检测系统通过万向节连接在一起。本发明结构合理而紧凑，使用方便，通过设置周向励磁磁化器和轴向励磁磁化器，对被测管道内进行周向磁化和轴向磁化，周向三轴检测探头和轴向三轴检测探头分别对泄漏磁场进行检测，得到管壁上不同位置的缺陷，并通过里程轮实现缺陷的精确定位，实现了对管道内壁缺陷的检测。专利号为cn202122660758.6的实用新型公开了一种适用于海底管道漏磁检测的内检测器工装，包括主框架、侧摇千斤顶、调节轴、支撑轮组件、漏磁单元支撑和支撑滑动装配，主框架边梁上部对称设置有2组导轨，导轨上平行设置有6组支撑滑动装配，导轨中部设置有漏磁单元支撑滑动装配，通过导轨及支撑滑动装配可实现对内检测球各单元左右前后调整，并实现轴向对齐；通过操作漏磁单元支撑可实现对内检测球升降与旋转；通过对内检测器工装旋转180度依托倒装托盘可实现对内检测球的转运，该内检测球工装可适用于不同规格的内检测球在不同高度、不同角度的调试、检修及拆装，结构简单、操作方便。
6.油气运输管道建造成本较大，且投入使用后需要严格的防护，管道内检测存在堵塞、损坏管道的风险。对于上述管道缺陷检测设备，存在难以实现真实环境中的管道检测实验，获取真实的检测数据的问题。
7.而油气管道缺陷检测装备研制过程中，受限于油气管道的高价值以及高风险的特性，难以在真实环境中开展设备的测试，目前广泛使用的是一长段管道进行牵引实验，这种实验方法实施起来有较大的难度，目前还未见报道使用实验平台对油气管道截段开展模拟实验的报道。
8.因此，急需一种可以对管道试件开展检测的实验平台来测试、获取管道缺陷检测设备的参数。
9.

技术实现要素：

10.为了解决油气运输管道在长期服役中，管道内外壁腐蚀缺陷及损伤难以快速稳定检测的问题，本实用新型提出了一种油气管道缺陷检测实验平台，该油气管道缺陷检测实验平台可安装不同管径试验管道、并进行速度调节，实现可变径、可调速的缺陷检测。在本实验平台上可进行多种无损检测实验，如漏磁、涡流、超声检测等。检测传感器的空间位置调控采用竖直移动导轨和水平移动导轨组合，实现在两个方向的检测进给，其中水平移动导轨用于调整适配管道的直径，以适配不同管径试件；竖直移动导轨采用步进电机驱动丝杠旋转，用于竖直方向检测进给。
11.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
12.该种油气管道缺陷检测实验平台，具有机架，以及机架上连接的支撑臂，以及管道试件夹持平台，以及检测驱动系统，以及信号采集的传感器盒以及传感器检测进给运动的驱动系统；
13.所述管道试件夹持单元包括试件旋转托盘、径向轴承、径向轴承、卡盘爪、止推轴承；其中，所述试件旋转托盘上加工有3个均匀分布的导轨，卡盘爪上加工有与导轨匹配的滑块，卡盘爪的滑块安装到试件旋转托盘的导轨中，可以径向的滑移，卡盘爪上的夹持块与滑块螺栓连接，通过禁锢螺栓副，可以将卡盘爪固定在试件旋转托盘上导轨的某一位置。试件旋转托盘下部有限位轴轴和止推轴承安装槽位，通过止推轴承与机架接触连接，并承受竖直方向上的压力，同时还通过径向轴承与机架连接，使其径向的移动得到约束。
14.所述装置检测运转机构包括试件旋转驱动电机、电机支架、螺栓副、电机齿轮、从动齿轮、试件旋转托盘组成。 试件旋转托盘下端轴端部与从动齿轮通过键连接。试件旋转驱动电机上安装有电机齿轮，电机齿轮与从动齿轮啮合，试件旋转驱动电机可调速，并带动被检测管道试件旋转，试件旋转驱动电机与电机支架采用螺栓副固定连接，电机支架与机架采用螺栓副固定连接。
15.所述管道缺陷检测单元包括丝杠底座、传感器导轨1、传感器导轨2、内六角螺钉、丝杠、传感器盒、内六角螺钉、螺栓副、传感器检测进给电机组成。检测中，传感器盒需要竖直方向和水平方向的进给。传感器盒通过螺栓连接在传感器导轨1上，传感器导轨1滑块部分安装在传感器导轨2的滑轨中，并使用螺栓进行禁锢定位。传感器导轨2滑块部分安装在内嵌丝杠螺母的导轨上，并通过螺钉禁锢连接。丝杠旋转带动丝杠螺母上下进给运动，并带动传感器盒上下进给运动，实现自动化检测。丝杠通过联轴器与传感器检测进给电机连接，通过电机驱动丝杠旋转。
16.本实用新型针对油气管道检测设备开展测试实验难的问题，提供了油气管道缺陷检测实验平台，利用截断的管道试件开展实验，降低了检测设备开展实验的难度和成本。
17.检测原理是将被检测的管道试件使用三爪卡盘固定在电机驱动的回转平台上，传感器盒通过两根相互连接的滑轨实现水平和竖直方向的运动，其中竖直方向滑轨使用丝杠旋转驱动，可以更加精确的控制进给位移和速度。被检测管道试件在回转平台上以不同的速度运转，以及传感器在竖直方向上以不同速度进给，在管道试件的内壁和外壁开展检测，可以模拟实际检测中的不同情况。在该实验平台上，可以进行多种无损检测实验，获取管道缺陷检测设备研制需要的参数。
18.有益效果：相对于现有技术，本实用新型具有以下特点：
19.首先，本油气管道缺陷检测实验平台创新的使用了油气管道截段开展检测实验，降低了油气管道缺陷检测设备试验难的问题。使用油气管道截段人工模拟出不同的缺陷开展实验，得出油气管道缺陷检测装置的开发参数。三爪卡盘的管道试件夹具，能最大程度的保证被检测的管道截段与回转中心保持一致。
20.其次，传感器盒创新的使用了双滑轨安装方式，能满足在竖直方向和水平方向的位移需求，使传感器盒能到达被测管道的内壁或外壁的任意高度位置。其中，水平滑轨使用螺钉固定，待调整好径向位移后固定住滑轨，将传感器盒径向运动自由度约束住。
21.再次，采用步进电机驱动被测的管道截段试件，通过步进电机上齿轮啮合试件安装托盘上的从动齿轮，进行减速增扭；通过调整驱动步进电机的转速，可以精确控制管道缺陷检测实验中管道试件的旋转速度，模拟出多种真实检测情况。传感器盒采用步进电机驱动丝杠转转，从而丝杠带动丝杠螺母在竖直方向上移动，通过调整步进电机的速度，可以精确控制传感器盒在竖直方向上的运动速度和位置。
22.综上所述，本实用新型提出的一种旋转式管道缺陷检测实验平台，针对目前油气管道缺陷检测装备受限于油气管道的高价值以及高风险的特性，难以在真实环境中开展测试，采用一长段管道进行牵引实验实施难度大的问题。创新性的使用油气管道的截段来加工缺陷，模拟实际的油气管道检测实验，制作实验试件，使用卡盘固定实验试件，使用双滑轨装置来安装传感器盒，使用两台步进电机分别驱动油气管道截段实验试件和传感器盒，通过单片机控制可以实现自动化检测；通过调整检测速度和传感器布置位置，可以模拟真实检测环境下不同的情况。
23.附图说明：
24.图1为本实用新型旋转式管道缺陷检测实验平台的三维爆炸视图。
25.图2为本实用新型旋转式管道缺陷检测实验平台的三维轮廓图。
26.图3为管道试件夹持单元26的结构示意图。
27.图4为卡盘运转机构结构部位图。
28.图5为管道缺陷检测单元的结构示意图。
29.1-管道试件，2-止推轴承，3-卡盘爪，4-螺栓副，5-试件旋转托盘，6-径向轴承，7-电机支架，8-螺栓副，9-电机齿轮，10-从动齿轮，11-试件旋转驱动电，12-内六角螺钉，13-底座，14-丝杠底座，15-传感器导轨ⅰ，16-传感器导轨ⅱ，17-内六角螺钉， 18-丝杠，19-传感器盒，20-内六角螺钉， 21-螺栓副，22-传感器检测进给电机，23-支撑架、24-管道缺陷检测单元、25-机架、26-管道试件夹持单元、27-装置检测运转机构、28-导轨。
30.具体实施方式：
31.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
32.首先，结合附图，对本实用新型所述的旋转式管道缺陷检测实验平台作整体描述：
33.实施例1
34.图1为本实用新型旋转式管道缺陷检测实验平台的三维爆炸视图，图2为本实用新型旋转式管道缺陷检测实验平台的三维轮廓图。
35.如图1、2所示，一种旋转式管道缺陷检测实验平台，包括：机架25，以及位于机架上的管道试件夹持单元26、管道缺陷检测单元24、装置检测运转机构27；所述机架25上有止推轴承安装孔位、支撑架安装孔位、驱动电机安装孔位、传感器支架安装孔位。
36.图3为管道试件夹持单元26的结构示意图，参照图3所示，所述管道试件夹持单元26固定在机架上，其包括试件旋转托盘5、径向轴承6、螺栓副4、卡盘爪3、止推轴承2；其中，所述试件旋转托盘5上从靠近中心的位置，沿着径向向外加工有3个均匀分布的导轨28，卡盘爪上加工有与导轨匹配的滑块，卡盘爪3的滑块安装到试件旋转托盘5的导轨中，可以径向的滑移，因此能够实现不同直径的被检管道试件的可变径检测。卡盘爪3上的夹持块与滑块通过螺栓固定连接，通过禁锢螺栓副，将卡盘爪固定在试件旋转托盘上导轨的所需位置。试件安装过程中，三爪卡盘可以使试件与实验平台的旋转检测托盘保持轴心线的统一，使管道试件在检测过程中径向跳动降低。
37.试件旋转托盘5下部有限位轴和止推轴承安装槽位，通过止推轴承2与机架25接触连接，并承受竖直方向的压力，降低旋转摩擦力；同时还通过径向轴承6与机架连接，使其径向的移动得到约束。
38.所述管道缺陷检测单元24包括丝杠底座14、传感器导轨ⅰ15、传感器导轨ⅱ16、内六角螺钉17、丝杠18、传感器盒19、内六角螺钉20、螺栓副21、传感器检测进给电机22。检测过程中，传感器盒19需要实现竖直方向和水平方向的进给。传感器盒19通过螺栓连接在传感器导轨ⅰ15上，传感器导轨ⅰ15的滑块部分安装在传感器导轨ⅱ16的滑轨中，并使用螺栓进行禁锢定位。传感器导轨
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16 滑块部分安装在内嵌丝杠螺母的导轨上，并通过螺钉禁锢连接。丝杠18旋转带动丝杠螺母做上下进给运动，并带动传感器导轨ⅱ、传感器导轨ⅰ，进而带动连接在传感器导轨ⅰ的传感器盒19做上下进给运动，实现自动化检测。丝杠18通过联轴器与传感器检测进给电机22连接，通过电机驱动丝杠旋转18。
39.所述装置检测运转机构27主要包括试件旋转驱动电机11、电机支架7、螺栓副8、电机齿轮9、从动齿轮10、试件旋转托盘5。 试件旋转托盘5下端轴端部与从动齿轮10通过键连接。试件旋转驱动电机11上安装有电机齿轮9，电机齿轮9与从动齿轮10啮合，试件旋转驱动电机11可调速，并带动被检测管道试件旋转，试件旋转驱动电机11与电机支架7采用螺栓副8固定连接，电机支架7 与机架采用螺栓副连固定连接。
40.旋转式管道缺陷检测实验平台的使用过程如下：
41.（1）、管道试件经管道试件夹持单元26夹持在实验平台上，在夹持过程根据管道试件外径的大小，调整卡盘爪3的滑块在试件旋转托盘5的导轨中的位置，实现径向的滑移，进而将管道试件固定在试件旋转托盘上。
42.（2）运行装置检测运转机构，开启试件旋转驱动电机11，驱动电机11的电机齿轮9与从动齿轮10啮合，带动从动齿轮10运转，试件旋转托盘5下端轴端部与从动齿轮10键合，从动齿轮10带动试件旋转托盘旋转，试件旋转驱动电机11可调速，进而实现试件旋转托盘的速度可调。
43.（3）运行管道缺陷检测单元，根据检测需要，传感器盒19位于管道试件外侧或者内侧，两者之间的提离值固定。在检测过程中，开启传感器检测进给电机22，电机通过联轴器带动丝杠18旋转，丝杠18带动丝杠螺母做上下进给运动，并带动传感器导轨ⅱ、传感器导轨ⅰ，进而带动连接在传感器导轨ⅰ的传感器盒(19)做上下进给运动，完成竖直方向和水平方向的进给，实现自动化检测。
44.（4）借助水平、竖向导轨， 使得传感器盒在竖直和水平方向上调整位移，实现不同提离值、不同检测位置以及不同的励磁强度等的检测实验；
45.传感器盒19将数据传递至接收主机，进行信号分析。
46.本实用新型所提出的一种应用于油气管道缺陷检测实验平台，可应用于检测不同直径、不同缺陷的管道试件。该检测实验平台具有可变径、可调速的管道试件夹持平台：使用可滑动的卡盘爪，可夹紧不同直径的管道；使用步进电机通过减速齿轮驱动被测管道试件，实现可调速的自动检测，提高模拟实验的准确性。缺陷检测传感器盒的空间位置采用竖直移动导轨和水平移动导轨组合控制，可以调整不同的提离值。水平移动的导轨可以适配不同管径试件，通过螺栓副保证试件与传感器之间的提离值固定，提高实验参数的精度。竖直移动导轨采用步进电机驱动丝杠旋转，用于竖直方向检测定量进给，确保管道不同高度、不同位置的检测截面均匀检测。
47.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。