CN102830158B - 一种基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，包括移动平台组件、夹管器和检测小车，移动平台组件包括移动平台，平台支架和驱动电机；夹管器通过支撑架与平台支架的连接块枢接，夹管器包括安装座、能沿纵向伸缩的螺杆、游动架、一对夹持臂，所述螺杆带动所述游动架并驱动所述夹持臂张合；检测小车包括车体、磁记忆检测传感器、两接触轮、摆杆，摆杆一端铰接于所述车体上，另一端贯穿旋转轴，在摆杆的中部设有凸环，在凸环与旋转轴的底面之间抵接有弹簧。本发明可对弯管外侧进行检测，能准确的检测出应力集中部位以及应力集中的程度，从而判断出弯管的冲蚀状况，达到早期预防和诊断，避免重大安全事故发生的功效。

Description

一种基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置

技术领域

本发明涉及一种无损检测装置，尤其涉及一种基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，属于油气钻采技术领域，主要用于对地面高压设备中受冲蚀、应力等复杂工况影响较为严重的弯管部位进行应力及损伤的检测。

背景技术

在油气钻采过程中，由于地面的高压设备承受高达数十甚至上百兆帕的压力、高速运动固相粒子的冲刷、流体腐蚀、温度及压力波动以及迂回管汇转折引起的巨大的拉压应力作用，导致高压管件极易产生壁厚减薄、应力腐蚀、酸蚀和冲蚀。这种现象尤其是在弯管或变径区域表现最为明显。在反复的动态应力及高速的流体冲刷下，弯管部位往往极易诱发疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹或产生应力腐蚀坑，并引发弯管的刺穿或破裂，导致高压流体外泄，造成重大的事故的发生。因此实现弯管部位的早期检测，预防意外事故的发生极其重要。

目前，针对弯管检测方法有很多，如外观检测、超声检测、磁粉检测和声发射检测技术等等。但上述几种检测技术可以检测出弯管内外表面裂纹及内壁的冲刷腐蚀引起的管壁减薄等宏观缺陷。换言之，即只是在裂纹等缺陷出现后或发生时才能发生预警。另外，上述几种检测方法实现方式多为手动检测或是固定式在线检测，尤其是对于弯管等结构复杂部件的检测多采用手动检测的方法(如磁粉检测、渗透检测等)。而磁记忆检测技术是基于应力集中的检测新方法，它既能有效的检测出弯管的应力集中区域，对弯管内外壁的宏观线性缺陷、腐蚀坑及壁厚磨损等高压管件常见缺陷进行准确的判断，又能检测出弯管的微观的缺陷，对弯管缺陷萌生区域进行提前预测和监控，有效的保证弯管部位的安全使用。

现有的磁记忆检测多采用扫描检测的方法，这就需要检测传感器能沿工件表面以给定速度移动，同时为保证检测结果的准确性，要求检测传感器与工件的提离值保持恒定，这对于弯管检测存在一定的难度，容易造成检测效果不够准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对弯管部位损伤早期诊断和预测，预防弯管刺穿和破裂，避免重大安全事故发生的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置。

为达到上述目的，本发明提出一种基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，包括：移动平台组件，包括移动平台，平台支架和驱动电机，所述平台支架包括丝杠、与所述丝杠相配合移动的丝杠螺母和设在所述丝杠两端的连接块；所述移动平台通过所述丝杠螺母沿所述丝杠平移，所述驱动电机驱动所述丝杠转动；夹管器，通过支撑架与所述平台支架的连接块枢接，所述夹管器包括：安装座；贯穿所述安装座且能沿纵向伸缩的螺杆；所述螺杆的上端连接有手轮，其底端连接游动架，一对夹持臂与所述游动架的两侧开设的长槽铰接，所述螺杆带动所述游动架纵向往复移动并驱动所述夹持臂张合；检测小车，设于所述移动平台组件的下方，包括：车体；设置于所述车体底侧的磁记忆检测传感器；两接触轮，通过贯穿所述车体的车轴能转动的设置于所述车体的两侧；摆杆，其一端铰接于所述车体上，其另一端贯穿所述移动平台上横向设置的旋转轴，在所述摆杆的中部设有凸环，在所述凸环与所述旋转轴的底面之间抵接有弹簧。

如上所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其中，所述螺杆与滑套螺纹配合，所述滑套能纵向滑动的贯穿于所述安装座，一调节螺栓由所述安装座的侧壁伸入所述安装座内并能顶抵于所述滑套的外壁上；在所述滑套上端设有凸圈，在所述凸圈与所述安装座的上端面之间抵接有压缩弹簧。

如上所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其中，两所述夹持臂呈折弯状且相对设置，两所述夹持臂的一端分别铰接于所述游动架两侧的长槽内，其另一端设有定位块，所述两夹持臂的折弯处分别铰接于所述安装座的两侧端。

如上所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其中，在所述游动架的底面下方连接有伸缩定位块组件，所述伸缩定位块组件包括：沿纵向滑动穿设于所述游动架下部的伸缩杆，所述伸缩杆下端连接定位块，一限位螺栓由所述游动架的侧壁伸入所述游动架内并能顶抵于所述伸缩杆上，在所述游动架的底面与所述定位块的上端面之间抵接有压缩弹簧。

如上所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其中，所述螺杆的底部设有凸接端，所述游动架的上端设有容纳所述凸接端的容置槽，在所述凸接端上压盖有盖板，所述盖板与所述游动架的上端面螺栓固定。

如上所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其中，在所述丝杠的两侧设有两导杆，所述导杆贯穿所述移动平台且与所述移动平台之间设有轴承，所述导杆的两端分别与所述丝杠两端的连接块相接。

如上所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其中，在所述检测小车的接触轮外侧连接有车速检测元件。

如上所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其中，在所述车体的前后侧向外凸设有轴承支架，在所述轴承支架上设有能转动的滚动轴承，所述滚动轴承的轴线与所述接触轮的轴线平行。

如上所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其中，在所述车体上设有四根摆杆，其中两根摆杆铰接于所述车体的前侧两端形成第一摆杆组，另两根摆杆铰接于所述车体的后侧两端形成第二摆杆组，所述第一摆杆组滑动的贯穿于所述移动平台上横向设置的第一旋转轴，所述第二摆杆组滑动的贯穿于所述移动平台上横向设置的第二旋转轴。

如上所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其中，在所述第一旋转轴上设有限位座，所述限位座与所述移动平台固定连接，所述第一摆杆组滑动的贯穿于所述限位座；或者在所述第二旋转轴上设有限位座，所述限位座与所述移动平台固定连接，所述第二摆杆组滑动的贯穿于所述限位座。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、本发明依据磁记忆检测原理对弯管进行检测，可实现对弯管损伤的早期评判，采用弹簧推靠的形式，可充分保证磁记忆检测传感器与弯管紧密接触，避免提离效应对测量结果的影响。

2、本发明采用直线扫描的形式，通过编码器反馈控制步进电机，实现检测小车相对弯管的匀速扫描检测，减小了测量速度不恒定对测量结果的影响，降低了信号后期分析处理的难度。

3、本发明采用夹管器固定移动平台组件于弯管弯曲平面，可对弯管损伤最明显的弯曲外侧进行扫描检测。同时，该夹管器操作方便快捷，可减少检测准备时间。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明弯管损伤扫描检测装置使用时的结构示意图；

图2为本发明的夹管器的立体结构示意图；

图3为本发明的夹管器的主视剖面结构示意图；

图4为本发明的移动平台组件与检测小车组合结构示意图；

图5为本发明的检测小车的主视结构示意图；

图6为本发明的检测小车的仰视结构示意图。

附图标记说明：

10-测试弯管；

1-移动平台组件；101-移动平台；102-平台支架；103-驱动电机；104-丝杠；105-连接块；106-旋转轴；107-导杆；108-轴承；111-第一旋转轴；112-第二旋转轴；113-限位座；

2-夹管器；201-安装座；202-螺杆；203-游动架；204-夹持臂；205-手轮；206-滑套；207-调节螺栓；208-凸圈；209-压缩弹簧；210-长槽；211-定位块；212-伸缩杆；213-定位块；214-限位螺栓；215-压缩弹簧；216-凸接端；217-容置槽；218-盖板；

3-检测小车；301-车体；302-接触轮；303-磁记忆检测传感器；304-摆杆；305-凸环；306-弹簧；307-编码器；308-轴承支架；309-滚动轴承；311-第一摆杆组；312-第二摆杆组；

4-支撑架。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

请参考图1至图6，分别为本发明弯管损伤扫描检测装置使用时的结构示意图；夹管器的立体结构示意图和主视剖面结构示意图；本发明的移动平台组件与检测小车组合结构示意图；以及本发明的检测小车的主视结构示意图和仰视结构示意图。如图所示，本发明提出的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，包括移动平台组件1、夹管器2和检测小车3，其中：

如图1所示，移动平台组件1包括移动平台101，平台支架102和驱动电机103，平台支架102包括丝杠104、与丝杠104相配合移动的丝杠螺母(图中未示出)和设在丝杠104两端的连接块105。丝杠104与丝杠螺母相配合构成丝杠螺母副，驱动电机103与丝杠104相连接，以驱动丝杠104转动。通过丝杠螺母副将驱动电机103旋转运动转化为移动平台101的直线运动。移动平台1通过丝杠螺母能滑动地设置在丝杠104上，使得移动平台1能够沿丝杠104平移。

如图2、3所示，夹管器2通过支撑架4与平台支架102的连接块105枢接，在本实施例中，两夹管器2对称枢接于平台支架102两侧的支撑架4上，起到夹持测试弯管10的作用。该夹管器2包括：安装座201、螺杆202、游动架203、一对夹持臂204，螺杆202能沿纵向伸缩的贯穿安装座201，螺杆202的上端连接有手轮205，其底端连接游动架203，通过人工旋动手轮205使得螺杆202相对于安装座201沿纵向伸缩，从而带动游动架203沿纵向升降运动。在本如图2、3所示，在本发明一个可选的实施例中，在螺杆202外壁套装有滑套206，滑套206与螺杆202螺纹配合，滑套206能纵向滑动的贯穿于安装座201，调节螺栓207通过安装座201上的螺纹孔由安装座201的侧壁伸入安装座201内并能顶抵于滑套206的外壁上，起到对滑套206定位的作用。在206滑套上端设有凸圈208，在凸圈208与安装座202的上端面之间抵接有压缩弹簧209。当调节螺栓207与滑套206脱离时，在压缩弹簧209的弹性力作用下，实现滑套206、螺杆202及游动架203一起上提移动。当然，作为本发明另一个可选的实施例，螺杆202与安装座201也可以采用螺纹配合，使得通过旋动手轮205驱动螺杆202相对于安装座201沿纵向伸缩，从而带动游动架203沿纵向升降运动。本发明对螺杆202与安装座201的具体配合结构不作限制，只要能够实现螺杆202的伸缩，带动游动架203沿纵向升降运动即可。一对夹持臂204分别铰接于游动架203的两侧开设的长槽210上，当游动架203沿纵向升降移动时，游动架203驱动夹持臂204张合，实现抱紧测试弯管10的功能。

如图4、5、6所示，检测小车3设于移动平台组件1的下方，通过移动平台的移动带动检测小车3沿测试弯管10的外壁运动。该检测小车3包括车体301、两接触轮302、磁记忆检测传感器303和摆杆304，其中：两接触轮302通过贯穿车体301的车轴能转动的设置于车体301的两侧，接触轮302的外轮廓与测试弯管10的外壁相接触。磁记忆检测传感器303设置于车体301底侧(如图6所示)，基于磁记忆效应对弯管进行无损伤检测。摆杆304的一端铰接于车体301上，其另一端贯穿移动平台101上横向设置的旋转轴106，旋转轴106连接于移动平台101之上，可相对移动平台101转动，通过摆杆304将移动平台101与车体301连接在一起，在摆杆304的中部设有凸环305，在凸环305与旋转轴106的底面之间抵接有弹簧306。这样，当检测小车3沿测试弯管10的外壁行走时，在弹簧306的弹性力的作用下，摆杆304向检测小车3施加压力，使得两接触轮302的外轮廓始终贴紧测试弯管10的外壁，保证接触轮与弯管始终接触，达到保证提离值恒定的目的。同时检测小车3也向摆杆304施加反作用力，使得摆杆304随检测小车3的运动轨迹调节伸缩，同时绕旋转轴106摆动，实现检测小车3紧贴测试弯管10的外壁行走的功能。

在本发明中，如图2、3所示，两夹持臂204呈折弯状且相对设置，两夹持臂204的一端分别铰接于游动架203两侧的长槽210内，使得两夹持臂204具有一定的转动余量；其另一端设有定位块211，用于夹紧测试弯管10。两夹持臂204的折弯处分别铰接于安装座201的两侧端，使得两夹持臂204在游动架203升降运动的作用下绕两夹持臂204折弯处的铰接位置转动，从而实现两夹持臂204的张合功能。

进一步的，如图3所示，为了使夹管器更加牢固可靠地夹紧测试弯管10，在游动架203的底面下方连接有伸缩定位块组件，该伸缩定位块组件包括：伸缩杆212、定位块213、限位螺栓214和压缩弹簧215，其中：伸缩杆212沿纵向滑动穿设于游动架203的下部，伸缩杆212下端连接定位块213，限位螺栓214通过游动架203上的螺纹孔由游动架203的侧壁伸入游动架203内并能顶抵于伸缩杆212上，起到定位伸缩杆212的作用。在游动架203的底面与定位块213的上端面之间抵接有压缩弹簧215，以推动定位块213压紧于测试弯管10上。通过伸缩杆212的纵向伸缩移动，带动定位块213上下移动，使得定位块213与两夹持臂204下端的定位块211共同作用夹紧测试弯管10，提高了夹紧的牢固可靠性。

进一步的，如图3所示，为了保证螺杆202与游动架203连接方便且牢固，螺杆202的底部设有凸接端216，游动架203的上端设有容纳凸接端216的容置槽217，在凸接端216上压盖有盖板218，盖板218与游动架203的上端面螺栓固定，从而将凸接端216固定于容置槽217内，实现螺杆202与游动架203的连接。当然，螺杆202与游动架203也可以采用其他公知的连接方式，只要保证螺杆202与游动架203具有足够的连接强度即可，本发明对此不作限制。

在本发明中，如图1、4所示，在丝杠104的两侧设有两导杆107，导杆107贯穿移动平台101且与移动平台101之间设有轴承108，导杆107的两端分别与丝杠104两端的连接块105相接，使得移动平台101沿导杆107滑行，导杆107起到导向的作用。

如图4、5、6所示，在检测小车3的接触轮302外侧连接有车速检测元件，即编码器307。编码器307与接触轮302相连，可获取检测小车实际速度，进而反馈调节驱动电机103转速，实现检测小车3沿弯管匀速扫描。

如图4、5、6所示，在车体301的前后侧向外凸设有轴承支架308，在轴承支架308上设有能转动的滚动轴承309，滚动轴承309的轴线与接触轮302的轴线平行。这样，在摆杆304上的弹簧306的作用下，车体301随弯管角度而绕车轴前后摆动，使得车体301前后两侧的两滚动轴承309中至少有一个滚动轴承309接触测试弯管10的外壁，这样就保证了检测小车3在运动的过程中，两个接触轮302和一个滚动轴承309与测试弯管10外壁三点接触，从而提高了检测小车3运行的稳定性，使得磁记忆检测传感器303与测试弯管10之间的提离值恒定。

如图4所示，在车体301上设有四根摆杆304，其中两根摆杆304铰接于车体301的前侧两端形成第一摆杆组311，另两根摆杆304铰接于车体301的后侧两端形成第二摆杆组312，第一摆杆组311滑动的贯穿于移动平台101上横向设置的第一旋转轴111，第二摆杆组312滑动的贯穿于移动平台上101横向设置的第二旋转轴112。在检测小车3行走过程中，第一摆杆组311和第二摆杆组312通过在第一旋转轴111和第二旋转轴112上伸缩移动来调整检测小车3的运行角度，完成检测小车3在弯管上的行走。

如图4所示，作为本发明的一个优选的实施方式，在第一旋转轴111上设有限位座113，限位座113与移动平台101固定连接，第一摆杆组311滑动的贯穿于限位座113，限位座113下平面压紧第一旋转轴111，以限制第一旋转轴111的转动。当然，也可以在第二旋转轴112上设有限位座113，限位座113与移动平台101固定连接，第二摆杆组312滑动的贯穿于限位座113，以限制第二旋转轴112的转动。检测时，可利用限位座113限制两旋转轴之一，使得该旋转轴上的摆杆始终垂直于移动平台101，并只能沿垂直于移动平台101的方向移动，使得检测小车3沿弯管运动平稳，且便于控制检测小车3的速度。

本发明可用于对地面高压设备弯管部位的微观缺陷和应力集中等进行检测。其具体使用方法如下：首先，通过支撑架4连接夹管器2与移动平台组件1，并根据弯管直径尺寸调节夹管器2的手轮205及定位块211、213的位置。然后，将夹管器2固定于弯管两端的直管部位，此时在压缩弹簧209的作用下，夹管器2的两夹持臂204抱在弯管两端，调整夹持臂204的位置保证移动平台101处于弯管弯曲平面，并适当的调节手轮205以确保夹管器2装卡稳固。另外，还需保证检测小车3与管壁紧密贴合，进而避免提离效果对检测结果的影响。最后，通过编码器307反馈控制驱动电机103，使检测小车3沿弯管外侧匀速移动，并获取相关的磁记忆检测信号。通过对信号进行分析处理得出弯管外侧应力集中区域和应力集中的程度情况，进而通过对应力情况的分析实现弯管损伤的早期诊断和预测的目的，对避免重大安全事故的发生具有较大的工程和实际应用意义。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (10)

1.一种基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其特征在于，所述装置包括：

移动平台组件，包括移动平台，平台支架和驱动电机，所述平台支架包括丝杠、与所述丝杠相配合移动的丝杠螺母和设在所述丝杠两端的连接块；所述移动平台通过所述丝杠螺母沿所述丝杠平移，所述驱动电机驱动所述丝杠转动；

夹管器，通过支撑架与所述平台支架的连接块枢接，所述夹管器包括：安装座；贯穿所述安装座且能沿纵向伸缩的螺杆；所述螺杆的上端连接有手轮，其底端连接游动架，一对夹持臂与所述游动架的两侧开设的长槽铰接，所述螺杆带动所述游动架纵向往复移动并驱动所述夹持臂张合；

检测小车，设于所述移动平台组件的下方，包括：车体；设置于所述车体底侧的磁记忆检测传感器；两接触轮，通过贯穿所述车体的车轴能转动的设置于所述车体的两侧；摆杆，其一端铰接于所述车体上，其另一端贯穿所述移动平台上横向设置的旋转轴，在所述摆杆的中部设有凸环，在所述凸环与所述旋转轴的底面之间抵接有弹簧。

2.如权利要求1所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其特征在于，所述螺杆与滑套螺纹配合，所述滑套能纵向滑动的贯穿于所述安装座，一调节螺栓由所述安装座的侧壁伸入所述安装座内并能顶抵于所述滑套的外壁上；在所述滑套上端设有凸圈，在所述凸圈与所述安装座的上端面之间抵接有压缩弹簧。

3.如权利要求1所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其特征在于，两所述夹持臂呈折弯状且相对设置，两所述夹持臂的一端分别铰接于所述游动架两侧的长槽内，其另一端设有定位块，所述两夹持臂的折弯处分别铰接于所述安装座的两侧端。

4.如权利要求1或2或3所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其特征在于，在所述游动架的底面下方连接有伸缩定位块组件，所述伸缩定位块组件包括：沿纵向滑动穿设于所述游动架下部的伸缩杆，所述伸缩杆下端连接定位块，一限位螺栓由所述游动架的侧壁伸入所述游动架内并能顶抵于所述伸缩杆上，在所述游动架的底面与所述定位块的上端面之间抵接有压缩弹簧。

5.如权利要求1所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其特征在于，所述螺杆的底部设有凸接端，所述游动架的上端设有容纳所述凸接端的容置槽，在所述凸接端上压盖有盖板，所述盖板与所述游动架的上端面螺栓固定。

6.如权利要求1所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其特征在于，在所述丝杠的两侧设有两导杆，所述导杆贯穿所述移动平台且与所述移动平台之间设有轴承，所述导杆的两端分别与所述丝杠两端的连接块相接。

7.如权利要求1或2或3所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其特征在于，在所述检测小车的接触轮外侧连接有车速检测元件。

8.如权利要求1所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其特征在于，在所述车体的前后侧向外凸设有轴承支架，在所述轴承支架上设有能转动的滚动轴承，所述滚动轴承的轴线与所述接触轮的轴线平行。

9.如权利要求1或8所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其特征在于，在所述车体上设有四根摆杆，其中两根摆杆铰接于所述车体的前侧两端形成第一摆杆组，另两根摆杆铰接于所述车体的后侧两端形成第二摆杆组，所述第一摆杆组滑动的贯穿于所述移动平台上横向设置的第一旋转轴，所述第二摆杆组滑动的贯穿于所述移动平台上横向设置的第二旋转轴。

10.如权利要求9所述的基于磁记忆效应的弯管损伤扫描检测装置，其特征在于，在所述第一旋转轴上设有限位座，所述限位座与所述移动平台固定连接，所述第一摆杆组滑动的贯穿于所述限位座；或者在所述第二旋转轴上设有限位座，所述限位座与所述移动平台固定连接，所述第二摆杆组滑动的贯穿于所述限位座。