一种压力管道内检测用球形密布式探头超声测厚装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及压力管道内检测技术领域，尤其是压力管道内检测用的球形密布 式探头超声测厚装置。
【背景技术】
[0002] 管道作为五大运输方式之一，是输送石油、天然气等关键能源介质的主要手段，对 国民经济的发展和稳定起着至关重要的作用，是国民经济的"生命线"。随着"西气东输"、 "川气东送"等重大工程的实施和城市化的高速发展，管道运输以其高效率、低成本和安全 可靠的优势，越来越显示出强劲的发展潜力。腐蚀是金属管道使用过程中最容易产生的缺 陷，压力管道在使用过程中，随着时间的延长，在土壤或介质的腐蚀、冲刷等各种因素下，会 出现腐蚀坑、壁厚变薄等现象。腐蚀不仅使管道承载截面减少，严重时还会发生破裂导致介 质泄露，而压力管道输送的介质有些是具有爆炸危险性、毒性或对环境有破坏性，一旦泄漏 将会造成职员伤亡、财产损失、环境污染和巨大的经济损失，有时还会影响人民的生活。据 统计，我国每年因管道腐蚀而造成的事故约占事故总数的30 %~40 %，造成的经济损失占 国民生产总值的4%左右。我国的大部分长输管道已经使用了 20多年，管道因腐蚀破坏而 造成的穿孔渗漏事故时有发生，开始进入后期事故多发阶段。但很多管道为埋地敷设，很多 管道为管沟敷设，从管道外部检测腐蚀困难。因此怎样从管道内进行腐蚀检测，是量多面广 的压力管道实行定期检验的关键。国外在管道内检测方面的研究开展较早，经过几十年的 不断研究，一些国家研制出的管道检测器，在检测精度、定位精度、数据处理等方面都达到 较高水平，并满足实际需求。目前，美国Tuboscope公司、西南研究院、德国Pipetron公司， 英国PII公司，日本NKK公司已研制出各种智能检测器，其中超声法和漏磁法得到了较广泛 的应用。漏磁式管道内检测技术其基本原理是利用永久磁铁磁化管道内壁，管道腐蚀处将 有磁场泄露，传感器检测漏磁信号，并对信号进行处理得到管道腐蚀情况。然而漏磁检测存 在着对被测管道的限制（壁厚不能太厚），抗干扰能力差和空间分辨力低等缺点，且仅适用 于材料近表面和表面的检测。超声波管道内检测主要利用超声探伤原理，通过输送介质从 管道内向管道壁发射超声波，根据回波的时间、大小，检测出探头与管道内壁的距离、管道 剩余壁厚、管道腐蚀缺陷情况等。超声波法具有检测精度高，可得到定量的检测结果，可直 接分辨内外腐蚀；不同的管道材质对检测结果基本无影响。综合分析，漏磁法和超声法各有 优缺点，但对于输送液体管道而言，超声波检测技术将有广阔的应用前景。
[0003] 管道超声内检测采用超声波测厚技术判断管道的腐蚀情况，利用超声波脉冲反射 原理，因此在检测过程中声束要垂直于内壁，稍有偏斜就可能无法得到足够强度的超声波 信号。然而，超声测厚装置在运动过程中由于振动、转向等因素难以保证声束始终垂直于内 壁，特别是超声测厚装置经过管道弯头部位时更难保证声束垂直或基本垂直于内壁，而弯 头外侧往往是介质冲刷导致壁厚减薄部位，是管道腐蚀检测的重点部位，因此现有的超声 内检测技术难以实现弯头的腐蚀检测，此问题尚待解决。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可实现压力管道内部超 声测厚的装置，该装置能够满足较大直径管道尤其是弯头处的测厚要求，并具有在运动过 程中稳定性好、检测精度高、检测效率高等特点。
[0005] 本实用新型采用了以下技术方案：
[0006] -种压力管道内检测用球形密布式探头超声测厚装置，其特征在于：包括球形壳 体、球形外罩、若干超声波探头以及信号处理装置；所述若干超声波探头均布在球形壳体 上，并通过导线与球形壳体内部的信号处理装置连接；所述球形外罩包附在球形壳体的外 壁，并且开制有若干与超声波探头位置对应的通孔。
[0007] 作为优选，所述信号处理装置包括嵌入式PC平台及与其连接的多通道超声卡、U 盘储存器、高效能电池，多通道超声卡与所述若干超声波探头连接。
[0008] 作为优选，所述球形壳体开设有与U盘储存器位置对应的螺纹通孔，该螺纹通孔 通过螺纹塞及密封圈实现密封，球形外罩上开设有利于螺纹塞通过的通孔。
[0009] 作为优选，所述信号处理装置还包括加速度计和磁力计，该加速度计和磁力计与 所述嵌入式PC平台连接。
[0010] 作为优选，所述若干超声波探头均沿球形壳体的径向朝外布置，各超声波探头的 外端相对球形外罩的外壁缩进一段距离。
[0011] 作为优选，所述若干超声波探头均采用圆形晶片，圆形晶片的外侧设置有用于声 波聚焦的凹透镜。
[0012] 作为优选，所述球形壳体由两个半球壳通过螺纹对接而成，对接处通过密封圈密 封。
[0013] 作为优选，所述半球壳采用金属制作。
[0014] 作为优选，所述球形外罩的外径大于待测管道的内径，从而与待测管道形成过盈 配合。
[0015] 作为优选，所述球形外罩由两个半球形皮碗通过粘结剂连接而成，每个半球形皮 碗采用高弹性材料制作。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0017] 1、由于整个超声测厚装置呈球形，在球形壳体上均匀密布超声探头，因此在运行 过程中不会发生颠覆，并且在沿管道圆周方向，总有一组探头声束垂直或基本垂直于内壁， 使探头能够接收到超声信号，从而检测管壁腐蚀情况。特别是在弯管外侧最容易遭受冲蚀 部位，沿径向发射的超声波指向弯管的凹面，使能够接收到超声信号的探头数量增加，更容 易判别弯管外侧的腐蚀情况。
[0018] 2、整个超声测厚装置体积小，外面包裹球形外罩，球形外罩直径稍大于管道内径， 因此在运行过程中总能有一个截面能与管道形成过盈配合，使球形外罩在管内液体压差的 驱动下向前移动。
[0019] 3、整个超声测厚装置结构紧凑，球形金属壳内安装多通道超声卡、加 速度计及磁 力计、高效能电池等；并能完成超声波测厚、超声信号处理和储存、装置运动里程记录、腐蚀 缺陷定位等功能。
[0020] 4、超声测厚探头采用声透镜聚焦方式，通过曲率设计使之在特定位置聚焦，最大 限度地克服水/钢界面声能损失的影响，另外，通过球形外罩的开孔使各探头发出的超声 波相互不干扰，使超声测厚可靠性提高。
【附图说明】
[0021] 图1-1为本实用新型工作状态的剖视结构示意图。
[0022] 图1-2为图1-1的俯视结构示意图。
[0023] 图2为球形壳体与超声波探头的安装结构示意图。
[0024] 图3为球形壳体的结构示意图。
[0025] 图4为球形外罩的结构示意图。
[0026] 图5为探头与球形壳体、球形外罩的装配示意图。
[0027] 图6为超声波探头声透镜聚焦原理图。
[0028] 图7为超声波检测腐蚀的工作原理图。
[0029] 图8为超声波检测与信号处理的工作原理图。
【具体实施方式】
[0030] 以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以 下实施例。
[0031] 如图1-1到图5所示，本实用新型提供的压力管道内检测用球形密布式探头超声 测厚装置，包括球形壳体1、若干个超声波探头2、多通道超声卡3、球形外罩4、加速度计5 及磁力计6、高效能电池7、嵌入式PC平台8、U盘储存器9、螺纹塞10等，以实现对压力管 道11进行壁厚测定。
[0032] 所述若干超声波探头均布在球形壳体上，并通过导线与球形壳体内部的信号处理 装置连接；所述球形外罩包附在球形壳体的外壁，并且开制有若干与超声波探头位置对应 的通孔。所述若干超声波探头均沿球形壳体的径向朝外布置，各超声波探头的外端相对球 形外罩的外壁缩进一段距离。
[0033] 下面以DN150管道测厚为例，说明球形密布式探头超声测厚装置的【具体实施方式】 (以下单位均为_)。
[0034] 用金属（例如钢）制作1个Φ138Χ6球形壳体，球形壳体由2个半球壳1-U1-2 组合而成，Φ 138X6球形壳体上共开有120个Φ8小孔，120个Φ8小孔在Φ 138球面上均 匀分布，即在[0, π]的仰角间均布10层布点，依次均匀分布1、7、14、18、20、20、18、14、7和 1个探头，其中球顶和球底各分布1个探头。这些Φ8小孔通过螺纹与超声波探头连接。
[0035] 在2个半球壳边缘分别加工内外螺纹，通过螺纹15和密封圈12实现球壳的对接 和密封，其中1个半球壳上开有Μ12螺纹通孔14,用Μ12螺纹塞10和密封圈13实现密封， Μ12螺纹通孔对应U盘储存器9的位置，检测结束时不需打开整个Φ 138 X 6球形壳体，只需 打开Μ12螺纹塞，取出U盘储存器9进行数据分析即可。
[0036] Φ 138 X 6球形壳体外面包裹Φ 156 X 9球形外罩，球形外罩采用高弹性材料制作 (例如橡胶）。球形外罩由2个半球形皮碗套4-1在Φ 138X6球形壳体上，Φ 156X9球形 外罩同样开有120个Φ8小孔4-3,与Φ 138球面上均匀分布的Φ8小孔相吻合，Φ 156X9 球形外罩通过粘接剂4-2与Φ 138X6球形壳体粘接，使一一对应的孔的位置不会产生偏 移，两个Φ 156 X 9半球形皮碗同样通过粘接剂对接粘接，球形外罩在球形壳体M12螺纹孔 对应位置也同样开有通孔4-4便于取出U盘储存器。
[0037] 球形外罩直径稍大于管道内径，使球形外罩与管道形成过盈配合，在管内液体压 差的驱动下向前移动。由于球形外罩形状为球形，因此在运行过程中总能有一个截面能与 管道形成过盈配合。在检测时，整根压力管道注满液体，球形密布式探头超声测厚装