一種壓力管道內(nèi)檢測(cè)用球形密布式探頭超聲測(cè)厚裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及壓力管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是壓力管道內(nèi)檢測(cè)用的球形密布 式探頭超聲測(cè)厚裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 管道作為五大運(yùn)輸方式之一，是輸送石油、天然氣等關(guān)鍵能源介質(zhì)的主要手段，對(duì) 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的"生命線"。隨著"西氣東輸"、 "川氣東送"等重大工程的實(shí)施和城市化的高速發(fā)展，管道運(yùn)輸以其高效率、低成本和安全 可靠的優(yōu)勢(shì)，越來越顯示出強(qiáng)勁的發(fā)展?jié)摿?。腐蝕是金屬管道使用過程中最容易產(chǎn)生的缺 陷，壓力管道在使用過程中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，在土壤或介質(zhì)的腐蝕、沖刷等各種因素下，會(huì) 出現(xiàn)腐蝕坑、壁厚變薄等現(xiàn)象。腐蝕不僅使管道承載截面減少，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生破裂導(dǎo)致介 質(zhì)泄露，而壓力管道輸送的介質(zhì)有些是具有爆炸危險(xiǎn)性、毒性或?qū)Νh(huán)境有破壞性，一旦泄漏 將會(huì)造成職員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，有時(shí)還會(huì)影響人民的生活。據(jù) 統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因管道腐蝕而造成的事故約占事故總數(shù)的30 %~40 %，造成的經(jīng)濟(jì)損失占 國(guó)民生產(chǎn)總值的4%左右。我國(guó)的大部分長(zhǎng)輸管道已經(jīng)使用了 20多年，管道因腐蝕破壞而 造成的穿孔滲漏事故時(shí)有發(fā)生，開始進(jìn)入后期事故多發(fā)階段。但很多管道為埋地敷設(shè)，很多 管道為管溝敷設(shè)，從管道外部檢測(cè)腐蝕困難。因此怎樣從管道內(nèi)進(jìn)行腐蝕檢測(cè)，是量多面廣 的壓力管道實(shí)行定期檢驗(yàn)的關(guān)鍵。國(guó)外在管道內(nèi)檢測(cè)方面的研究開展較早，經(jīng)過幾十年的 不斷研究，一些國(guó)家研制出的管道檢測(cè)器，在檢測(cè)精度、定位精度、數(shù)據(jù)處理等方面都達(dá)到 較高水平，并滿足實(shí)際需求。目前，美國(guó)Tuboscope公司、西南研究院、德國(guó)Pipetron公司， 英國(guó)PII公司，日本NKK公司已研制出各種智能檢測(cè)器，其中超聲法和漏磁法得到了較廣泛 的應(yīng)用。漏磁式管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)其基本原理是利用永久磁鐵磁化管道內(nèi)壁，管道腐蝕處將 有磁場(chǎng)泄露，傳感器檢測(cè)漏磁信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理得到管道腐蝕情況。然而漏磁檢測(cè)存 在著對(duì)被測(cè)管道的限制（壁厚不能太厚），抗干擾能力差和空間分辨力低等缺點(diǎn)，且僅適用 于材料近表面和表面的檢測(cè)。超聲波管道內(nèi)檢測(cè)主要利用超聲探傷原理，通過輸送介質(zhì)從 管道內(nèi)向管道壁發(fā)射超聲波，根據(jù)回波的時(shí)間、大小，檢測(cè)出探頭與管道內(nèi)壁的距離、管道 剩余壁厚、管道腐蝕缺陷情況等。超聲波法具有檢測(cè)精度高，可得到定量的檢測(cè)結(jié)果，可直 接分辨內(nèi)外腐蝕；不同的管道材質(zhì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果基本無影響。綜合分析，漏磁法和超聲法各有 優(yōu)缺點(diǎn)，但對(duì)于輸送液體管道而言，超聲波檢測(cè)技術(shù)將有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 管道超聲內(nèi)檢測(cè)采用超聲波測(cè)厚技術(shù)判斷管道的腐蝕情況，利用超聲波脈沖反射 原理，因此在檢測(cè)過程中聲束要垂直于內(nèi)壁，稍有偏斜就可能無法得到足夠強(qiáng)度的超聲波 信號(hào)。然而，超聲測(cè)厚裝置在運(yùn)動(dòng)過程中由于振動(dòng)、轉(zhuǎn)向等因素難以保證聲束始終垂直于內(nèi) 壁，特別是超聲測(cè)厚裝置經(jīng)過管道彎頭部位時(shí)更難保證聲束垂直或基本垂直于內(nèi)壁，而彎 頭外側(cè)往往是介質(zhì)沖刷導(dǎo)致壁厚減薄部位，是管道腐蝕檢測(cè)的重點(diǎn)部位，因此現(xiàn)有的超聲 內(nèi)檢測(cè)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)彎頭的腐蝕檢測(cè)，此問題尚待解決。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)壓力管道內(nèi)部超 聲測(cè)厚的裝置，該裝置能夠滿足較大直徑管道尤其是彎頭處的測(cè)厚要求，并具有在運(yùn)動(dòng)過 程中穩(wěn)定性好、檢測(cè)精度高、檢測(cè)效率高等特點(diǎn)。
[0005] 本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：
[0006] -種壓力管道內(nèi)檢測(cè)用球形密布式探頭超聲測(cè)厚裝置，其特征在于：包括球形殼 體、球形外罩、若干超聲波探頭以及信號(hào)處理裝置；所述若干超聲波探頭均布在球形殼體 上，并通過導(dǎo)線與球形殼體內(nèi)部的信號(hào)處理裝置連接；所述球形外罩包附在球形殼體的外 壁，并且開制有若干與超聲波探頭位置對(duì)應(yīng)的通孔。
[0007] 作為優(yōu)選，所述信號(hào)處理裝置包括嵌入式PC平臺(tái)及與其連接的多通道超聲卡、U 盤儲(chǔ)存器、高效能電池，多通道超聲卡與所述若干超聲波探頭連接。
[0008] 作為優(yōu)選，所述球形殼體開設(shè)有與U盤儲(chǔ)存器位置對(duì)應(yīng)的螺紋通孔，該螺紋通孔 通過螺紋塞及密封圈實(shí)現(xiàn)密封，球形外罩上開設(shè)有利于螺紋塞通過的通孔。
[0009] 作為優(yōu)選，所述信號(hào)處理裝置還包括加速度計(jì)和磁力計(jì)，該加速度計(jì)和磁力計(jì)與 所述嵌入式PC平臺(tái)連接。
[0010] 作為優(yōu)選，所述若干超聲波探頭均沿球形殼體的徑向朝外布置，各超聲波探頭的 外端相對(duì)球形外罩的外壁縮進(jìn)一段距離。
[0011] 作為優(yōu)選，所述若干超聲波探頭均采用圓形晶片，圓形晶片的外側(cè)設(shè)置有用于聲 波聚焦的凹透鏡。
[0012] 作為優(yōu)選，所述球形殼體由兩個(gè)半球殼通過螺紋對(duì)接而成，對(duì)接處通過密封圈密 封。
[0013] 作為優(yōu)選，所述半球殼采用金屬制作。
[0014] 作為優(yōu)選，所述球形外罩的外徑大于待測(cè)管道的內(nèi)徑，從而與待測(cè)管道形成過盈 配合。
[0015] 作為優(yōu)選，所述球形外罩由兩個(gè)半球形皮碗通過粘結(jié)劑連接而成，每個(gè)半球形皮 碗采用高彈性材料制作。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0017] 1、由于整個(gè)超聲測(cè)厚裝置呈球形，在球形殼體上均勻密布超聲探頭，因此在運(yùn)行 過程中不會(huì)發(fā)生顛覆，并且在沿管道圓周方向，總有一組探頭聲束垂直或基本垂直于內(nèi)壁， 使探頭能夠接收到超聲信號(hào)，從而檢測(cè)管壁腐蝕情況。特別是在彎管外側(cè)最容易遭受沖蝕 部位，沿徑向發(fā)射的超聲波指向彎管的凹面，使能夠接收到超聲信號(hào)的探頭數(shù)量增加，更容 易判別彎管外側(cè)的腐蝕情況。
[0018] 2、整個(gè)超聲測(cè)厚裝置體積小，外面包裹球形外罩，球形外罩直徑稍大于管道內(nèi)徑， 因此在運(yùn)行過程中總能有一個(gè)截面能與管道形成過盈配合，使球形外罩在管內(nèi)液體壓差的 驅(qū)動(dòng)下向前移動(dòng)。
[0019] 3、整個(gè)超聲測(cè)厚裝置結(jié)構(gòu)緊湊，球形金屬殼內(nèi)安裝多通道超聲卡、加 速度計(jì)及磁 力計(jì)、高效能電池等；并能完成超聲波測(cè)厚、超聲信號(hào)處理和儲(chǔ)存、裝置運(yùn)動(dòng)里程記錄、腐蝕 缺陷定位等功能。
[0020] 4、超聲測(cè)厚探頭采用聲透鏡聚焦方式，通過曲率設(shè)計(jì)使之在特定位置聚焦，最大 限度地克服水/鋼界面聲能損失的影響，另外，通過球形外罩的開孔使各探頭發(fā)出的超聲 波相互不干擾，使超聲測(cè)厚可靠性提高。
【附圖說明】
[0021] 圖1-1為本實(shí)用新型工作狀態(tài)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖1-2為圖1-1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為球形殼體與超聲波探頭的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖3為球形殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖4為球形外罩的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖5為探頭與球形殼體、球形外罩的裝配示意圖。
[0027] 圖6為超聲波探頭聲透鏡聚焦原理圖。
[0028] 圖7為超聲波檢測(cè)腐蝕的工作原理圖。
[0029] 圖8為超聲波檢測(cè)與信號(hào)處理的工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型并不局限于以 下實(shí)施例。
[0031] 如圖1-1到圖5所示，本實(shí)用新型提供的壓力管道內(nèi)檢測(cè)用球形密布式探頭超聲 測(cè)厚裝置，包括球形殼體1、若干個(gè)超聲波探頭2、多通道超聲卡3、球形外罩4、加速度計(jì)5 及磁力計(jì)6、高效能電池7、嵌入式PC平臺(tái)8、U盤儲(chǔ)存器9、螺紋塞10等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力管 道11進(jìn)行壁厚測(cè)定。
[0032] 所述若干超聲波探頭均布在球形殼體上，并通過導(dǎo)線與球形殼體內(nèi)部的信號(hào)處理 裝置連接；所述球形外罩包附在球形殼體的外壁，并且開制有若干與超聲波探頭位置對(duì)應(yīng) 的通孔。所述若干超聲波探頭均沿球形殼體的徑向朝外布置，各超聲波探頭的外端相對(duì)球 形外罩的外壁縮進(jìn)一段距離。
[0033] 下面以DN150管道測(cè)厚為例，說明球形密布式探頭超聲測(cè)厚裝置的【具體實(shí)施方式】 (以下單位均為_)。
[0034] 用金屬（例如鋼）制作1個(gè)Φ138Χ6球形殼體，球形殼體由2個(gè)半球殼1-U1-2 組合而成，Φ 138X6球形殼體上共開有120個(gè)Φ8小孔，120個(gè)Φ8小孔在Φ 138球面上均 勻分布，即在[0, π]的仰角間均布10層布點(diǎn)，依次均勻分布1、7、14、18、20、20、18、14、7和 1個(gè)探頭，其中球頂和球底各分布1個(gè)探頭。這些Φ8小孔通過螺紋與超聲波探頭連接。
[0035] 在2個(gè)半球殼邊緣分別加工內(nèi)外螺紋，通過螺紋15和密封圈12實(shí)現(xiàn)球殼的對(duì)接 和密封，其中1個(gè)半球殼上開有Μ12螺紋通孔14,用Μ12螺紋塞10和密封圈13實(shí)現(xiàn)密封， Μ12螺紋通孔對(duì)應(yīng)U盤儲(chǔ)存器9的位置，檢測(cè)結(jié)束時(shí)不需打開整個(gè)Φ 138 X 6球形殼體，只需 打開Μ12螺紋塞，取出U盤儲(chǔ)存器9進(jìn)行數(shù)據(jù)分析即可。
[0036] Φ 138 X 6球形殼體外面包裹Φ 156 X 9球形外罩，球形外罩采用高彈性材料制作 (例如橡膠）。球形外罩由2個(gè)半球形皮碗套4-1在Φ 138X6球形殼體上，Φ 156X9球形 外罩同樣開有120個(gè)Φ8小孔4-3,與Φ 138球面上均勻分布的Φ8小孔相吻合，Φ 156X9 球形外罩通過粘接劑4-2與Φ 138X6球形殼體粘接，使一一對(duì)應(yīng)的孔的位置不會(huì)產(chǎn)生偏 移，兩個(gè)Φ 156 X 9半球形皮碗同樣通過粘接劑對(duì)接粘接，球形外罩在球形殼體M12螺紋孔 對(duì)應(yīng)位置也同樣開有通孔4-4便于取出U盤儲(chǔ)存器。
[0037] 球形外罩直徑稍大于管道內(nèi)徑，使球形外罩與管道形成過盈配合，在管內(nèi)液體壓 差的驅(qū)動(dòng)下向前移動(dòng)。由于球形外罩形狀為球形，因此在運(yùn)行過程中總能有一個(gè)截面能與 管道形成過盈配合。在檢測(cè)時(shí)，整根壓力管道注滿液體，球形密布式探頭超聲測(cè)厚裝