一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置和方法，主要由三轴磁通门探头、探头移动构件、磁化构件和磁化与检测控制设备组成。所述三轴磁通门探头在轴向移动导轨和环向移动导轨上，通过伺服电机驱动其在弯头外侧不同网格点移动，以精确检测弯头的磁场三分量。在弯头两端设置两个励磁线圈和弯曲导磁套，形成完整的磁化磁路。通过磁化与检测控制设备控制弯头定期开展磁检测，为励磁线圈提供恒定直流电，控制三轴磁通门探头沿预定轨迹检测弯头，转换探头数据并显示检测结果。结合弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置形成完整可执行的弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测方法，通过本发明专利技术可实现对弯头冲蚀缺陷及其发育过程的快速精确检测。弯头冲蚀缺陷及其发育过程的快速精确检测。弯头冲蚀缺陷及其发育过程的快速精确检测。

【技术实现步骤摘要】
一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置和方法


[0001]本专利技术专利涉及管道检测领域，具体涉及一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置和方法。

技术介绍

[0002]弯头是一种常见的管道附件，通常用于改变管道的走向和方位，同时也强制改变管道内流体的流向。由于流体惯性力的作用，运行时弯头外侧会受到流体的长期冲刷作用。特别是当流体中存在砂质颗粒时，极易在短时间内在弯头外侧造成冲蚀缺陷。冲蚀缺陷充分发展会导致流体泄漏，甚至造成火灾和燃爆事故。由于冲蚀缺陷发生在弯头内表面，难以被肉眼直接发现。现场常用超声波壁厚检测的方法确定弯头的壁厚，但该方法极易出现漏检，且检测结果受传感器与管壁耦合效果影响。考虑到弯头由铁磁体材料构成，当内外表面出现冲蚀缺陷时相应位置的弯头外表面会出现磁异常。针对弯头冲蚀缺陷主要有两种思路以确定弯头的基本情况，一是定期采用无损检测手段检查弯头的冲蚀缺陷，二是在弯头上设置长期监测装置以检测冲蚀缺陷的变化情况。长期监测方法能较好地反映冲蚀缺陷发育过程，有助于及时处理冲蚀缺陷，但监测方法通常需要较多的传感器，且整个监测系统构成复杂，导致其费效比较低。因此本专利技术提出一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置和方法，该装置结合了磁检测方法和磁监测方法的优点，通过合理的组合和改进，实现通过单个磁传感器探头检测整个弯头外表面的冲蚀缺陷。

技术实现思路

[0003]本专利技术专利的目的是解决弯头冲蚀缺陷定期检测过程操作繁琐、长期监测过程设备复杂问题。实现对弯头的低成本精确在线检测，从而为弯头安全保护提供支撑。
[0004]本专利技术专利所采用的技术方案是：
[0005]本专利技术专利一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置和方法，为达到上述目的，该装置包含三轴磁通门探头、探头移动构件、磁化构件和磁化与检测控制设备。其中探头移动构件包括轴向移动导轨、环向移动导轨和伺服电机；磁化构件包括励磁线圈和弯曲导磁套；磁化与检测控制设备包括计时器、整流器、伺服电机控制器、数据采集器和显示器。
[0006]所述三轴磁通门探头固定安装在探头移动构件上，其中三轴磁通门探头的x轴与弯头轴线平行，y轴与弯头环向平行，z轴与弯头外表面垂直。三轴磁通门探头的移动范围覆盖整个弯头外侧面。
[0007]所述探头移动构件包含两个完全一致的轴向移动导轨，轴向移动导轨在侧视图上与弯头轴线完全重合，为三轴磁通门探头提供轴向移动。环向移动导轨安装在轴向移动导轨上，为三轴磁通门探头提供环向移动。环向移动导轨与弯头外表面的距离固定保持为2mm。轴向移动导轨和环向移动导轨采用高强度铝合金，两种导轨的齿条与伺服电机的齿轮连接并啮合，使得三轴磁通门探头精确地移动。三轴磁通门探头和伺服电机的设备尺寸、质量较小。两个伺服电机安装于轴向移动导轨
‑
环向移动导轨之间，并随环向移动导轨移动；
一个伺服电机安装于环向移动导轨
‑
三轴磁通门探头之间，并随三轴磁通门探头移动。伺服电机控制器控制伺服电机精确实施动作，实现三轴磁通门探头在弯头外侧面精确定位。在弯头外侧面划分检测网格，轴向上每个网格对应弯头曲率半径中心圆的角度为5
°
，直角弯头共计有18个轴向检测网格。环向上每个网格对应弯头截面圆的角度为10
°
，弯头共计有18个环向检测网格。开展检测前需对探头移动构件调零，调零过程是通过伺服电机控制器控制伺服电机将三轴磁通门探头移动到弯头左上角极限位置，并重新以该位置为起点，检测剩余的324个磁场网格采样点。三轴磁通门探头检测路线是：在第一个轴向检测网格，沿环向采集弯头外侧同一管环上18个环向检测网格的磁场数据；按照同样的方法依次检测剩余轴向检测网格对应的环向检测网格的磁场数据。三轴磁通门探头采集伺服电机停止运行后5s的三维磁场数据，避免探头振动带来的影响以保证磁场检测的效果。
[0008]所述磁化构件通过励磁线圈将弯头磁化，以提高冲蚀缺陷磁检测效果。在弯头两端分别采用相同材质相同直径的铜线缠绕相同圈数，制作两个完全一致的励磁线圈。励磁线圈中通入恒定直流电，在弯头上形成两个恒定励磁磁场源。所述弯曲导磁套与被检测弯头形状类似，其直径比弯头稍大且材料一致。弯曲导磁套可沿外侧线对称打开以便安装和拆卸，弯曲导磁套两端有带孔盲板，开孔的直径与弯头的外径一致。弯曲导磁套包裹着弯头及其两端一部分直管段，并将三轴磁通门探头、探头移动构件和励磁线圈包裹在内部。通过被检测弯头、两个励磁线圈和弯曲导磁套，形成了弯头上的完整励磁磁化回路。
[0009]在弯头旁安装磁化与检测控制设备，通过计时器确定两次弯头磁化与磁检测的时间间隔并支持临时检测，现场可综合弯头内流体流速、砂含量、弯头转弯半径、弯头直径确定其磁检测的时间间隔。磁化与检测控制设备接入220V交流电源，采用整流器将交流电转化为直流电，并通入两个励磁线圈中。在检测前将励磁线圈通恒定的直流电0.5h，以消除弯头的磁化历史。伺服电机控制器用于连接三个伺服电机，为伺服电机供电并控制其动作过程。技术人员通过在伺服电机控制器中编制检测动作程序，保证三轴磁通门探头沿预定的检测路径行进。数据采集器将三轴磁通门探头上的模拟信号转换为数字信号。显示器显示弯头网格上各个位置的磁场三分量，并显示绘制的弯头外侧的三分量磁感应强度值的分布云图。
[0010]本专利技术在一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置的基础上，形成了一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测方法。所述磁化构件将弯头全部磁化，并采用探头移动构件驱动三轴磁通门探头沿弯头不同网格点检测三维磁信号，从而确定缺陷位置和大致尺寸。
[0011]S1：调研弯头信息，检测前先调研被检测弯头的信息，包括弯头材质、弯头直径、转弯半径、弯头壁厚、介质组分、砂含量、流体速度、设计压力、流体走向、弯头走向；
[0012]S2：设备校准与调零，定期对被检测的设备进行校准，包括校准三轴磁通门探头的三轴正交性和检测结果的准确性，验证其检测时间内是否出现漂移，每次检测前调零三轴磁通门探头的起始位置，即通过伺服电机控制器控制伺服电机将三轴磁通门探头移动到弯头左上角极限位置；
[0013]S3：划分弯头外侧网格，弯头外侧面轴向上划出18个轴向检测网格点和18个环向检测网格点，将轴向和环向检测网格点的交叉点作为三轴磁通门探头的检测点，共计324个检测点；S4：确定弯头检测过程，检测时按照“轴向进一格，环向测全部”的原则设置弯头检测过程，在第一个轴向检测网格点，沿环向采集弯头外侧同一管环上18个环向检测网格的
磁场数据；按照同样的方法依次检测剩余网格点的磁场数据；三轴磁通门探头采集伺服电机停止运行后5s的三维磁场数据，避免探头振动带来的影响以保证磁场检测的效果；
[0014]S5：编制弯头检测程序，在伺服电机控制器中按照弯头检测过程，编制对应的弯头检测程序，使得三轴磁通门探头检测路径与预设一致；
[0015]S6：弯头磁化，励磁线圈中通入恒定电流的直流电，线圈发出的磁力线经过弯头、线圈和弯曲导磁套又回到原位置，从而形成完整的磁回路；
[0016]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明提出的一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置和方法，其特征在于：由三轴磁通门探头(1)、探头移动构件(2)、磁化构件(3)和磁化与检测控制设备(4)组成；所述探头移动构件(2)由轴向移动导轨(21)、环向移动导轨(22)和伺服电机(23)组成；所述磁化构件(3)由励磁线圈(31)和弯曲导磁套(32)组成；磁化与检测控制设备(4)由计时器(41)、整流器(42)、伺服电机控制器(43)、数据采集器(44)和显示器(45)组成；所述三轴磁通门探头(1)固定安装在探头移动构件(2)上，其中三轴磁通门探头(1)的x轴与弯头轴线平行，y轴与弯头环向平行，z轴与弯头外表面垂直；三轴磁通门探头(1)的移动范围覆盖整个弯头外侧；所述轴向移动导轨(21)固定安装在弯头上，环向移动导轨(22)安装在轴向移动导轨(21)上，三轴磁通门探头(1)安装在环向移动导轨(22)上；所述磁化构件(3)中的励磁线圈(31)缠绕在管道上，并在弯头外部安装了弯曲导磁套(32)，构成完整的磁回路；在弯头旁安装磁化与检测控制设备(4)，用于控制两次检测的时间间隔、为励磁线圈(31)提供电源、控制伺服电机(23)、转换采集的磁场模拟信号并显示冲蚀缺陷磁场检测结果。2.根据权利要求1所述的一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置和方法，其特征在于：环向移动导轨(22)与弯头外表面的距离固定保持为2mm；轴向移动导轨(21)和环向移动导轨(22)采用高强度铝合金，两种导轨的齿条与伺服电机(23)的齿轮啮合，使得三轴磁通门探头(1)精确移动；两个伺服电机(23)安装于轴向移动导轨(21)
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环向移动导轨(22)之间，并随环向移动导轨(22)移动；一个伺服电机(23)安装于环向移动导轨(22)
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三轴磁通门探头(1)之间，并随三轴磁通门探头(1)移动；伺服电机控制器(43)控制伺服电机(23)精确实施动作，实现三轴磁通门探头(1)在弯头外侧面精确位移；在弯头外侧面划分检测网格，轴向上每个网格对应弯头曲率半径中心圆的角度为5
°
，直角弯头共计有18个轴向检测网格；环向上每个网格对应弯头截面圆的角度为10
°
，弯头共计有18个环向检测网格；开展检测前对探头移动构件(2)的调零过程是：伺服电机控制器(43)控制伺服电机(23)将三轴磁通门探头(1)移动到弯头左上角极限位置，并重新以该位置为起点，检测剩余的324个磁场采样点；三轴磁通门探头(1)检测路线是：在第一个轴向检测网格，沿环向采集弯头外侧同一管环上18个环向检测网格的磁场数据；按照同样的方法依次检测剩余轴向检测网格对应的环向检测网格的磁场数据；三轴磁通门探头(1)采集伺服电机(23)停止运行后5s的三维磁场数据，以避免探头振动带来的影响。3.根据权利要求1所述的一种弯头冲蚀缺陷磁化与磁检测装置和方法，其特征在于：所述磁化构件(3)通过励磁线圈(31)将弯头磁化，以提高冲蚀缺陷磁检测效果；在弯头两端分别采用相同材质相同直径的铜线缠绕相同圈数，制作两个完全一致的励磁线圈(31)；励磁线圈(31)中通入恒定直流电，在弯头上形成两个恒定励磁磁场源；所述弯曲导磁套(32)与被检测弯头形状类似，其直径比弯头稍大且材料一致；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建华，廖柯熹，李肖肖，夏凤，谢季良，田志远，何国玺，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：