专利名称：用于管道检查的设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及管道检查设备。
背景技术：
已知使用在管道内行进以测量或检测在管道壁中的缺陷的设备(通常被称作管道“清管器”)来执行管道的检查。这样的设备可包括超声传感器阵列，其用于测量管道的壁厚和/或用于检测管道壁中的裂缝。通常，超声传感器安装于滑动件(skid)上，滑动件设计成邻近或接触管壁运行，例如，在清管器执行通过管道的检查运行时。传感器布置于距滑动件的外表面的偏距(stand off)处，以便保护传感器使之免于与管道壁接触所致的磨损或其它损坏。存在如下问题，即带有超声传感器的常规清管器仅适用于在填充液体的管道中使用，其中管道中的液体提供用于将超声波从超声传感器传输到管壁的耦合介质。不可能在填充气体的管道中使用常规超声检查布置来执行检查运行。
发明内容
本公开提出了一种管道设备，其克服或减轻了上述问题中的一个或多个，或与使用超声传感器用于管道的线内(in-line)检查的常规滑动件相关联的其它缺点或问题。本公开提供了用于管道检查的设备，该设备包括具有纵向轴线的主体、用于检查管壁的超声传感器阵列以及具有意图邻近或接触管壁运行的外表面的滑动件，其中传感器布置在距滑动件的外表面的偏距处，而且其中设备包括腔室，腔室包括超声耦合剂，其中，提供腔室，用于例如当滑动件与管壁接触时允许在传感器与管壁的内表面之间经由超声耦合剂的超声传送。在示范性实施例中，该设备包括用于使滑动件的外表面偏置成与管壁接触的机构。在示范性实施例中，所述机构构造成用于允许滑动件响应于管直径的变化相对于纵向轴线在第一位置与第二位置之间移动，例如，响应于管直径的增加朝外移动和/或响应于管直径的减小而朝内移动。在示范性实施例中，该机构构造成用于滑动件在延伸位置(例如，用于检查具有第一直径的管道)与缩回位置(例如用于检查具有第二直径的相同或不同管道)之间的移动。在示范性实施例中，该机构构造成在所述延伸位置和所述缩回位置中使滑动件沿管壁的方向偏置。在示范性实施例中，该机构构造成用于在所述延伸位置和所述缩回位置中间的一个或多个位置使滑动件沿管壁的方向偏置。在示范性实施例中，所述机构包括构造成用于使滑动件朝外偏置(例如，沿径向)的悬挂部件。在示范性实施例中，该机构包括相对于主体的纵向轴线沿轴向彼此偏移的第一悬挂部件和第二悬挂部件。所述第一悬挂部件和第二悬挂部件可构造成相对于主体的所述纵向轴线枢转。在示范性实施例中，所述悬挂部件形成联动装置的一部分，该联动装置构造成用于滑动件响应于管直径的变化相对于主体的纵向轴线的移动，例如在第一位置与第二位置之间。在示范性实施例中，所述机构限定可折叠的联动装置，其布置成允许滑动件响应于管直径的减小而相对于主体的纵向轴线(例如，沿径向)朝内移动。在示范性实施例中，联动装置包括用于滑动件的载体，其中联动装置构造成用于通过管直径的变化使载体沿管壁的方向偏置。在示范性实施例中，滑动件安装于所述载体上且在所述载体上沿朝外方向局部地偏置，例如经由在所述载体上的偏置元件。在示范性实施例中，滑动件安装于所述载体上且载体包括弹簧元件(例如，布置成作用于传感器单元的下侧的片簧)，用于使滑动件相对于主体的纵向轴线沿朝外方向偏置。 在示范性实施例中，所述联动装置包括第一悬挂部件和第二悬挂部件，其布置成相对于主体的所述纵向轴线枢转，用于载体相对于主体的纵向轴线的移动。在示范性实施例中，滑动件安装于载体上，所述载体安装于第一悬挂部件与第二悬挂部件之间用于使滑动件的外表面偏置成与管壁接触，并且所述载体布置成相对于主体的所述纵向轴线枢转，用于滑动件响应于管直径的变化在第一位置与第二位置之间的移动。在示范性实施例中，所述载体包括偏置元件，用于沿朝外方向局部偏置滑动件。在示范性实施例中，所述载体布置成用于随所述第一悬挂部件和第二悬挂部件移动，且所述载体布置成在滑动件响应于管直径的变化移动期间保持与主体的所述纵向轴线平行。在示范实施例中，所述传感器阵列形成设备上的传感器单元的一部分，每个传感器单元具有偏置成用于与管壁接触的对应滑动件。在示范性实施例中，设备包括多个传感器单元，其响应于管直径的变化可移动地安装于所述主体上。多个传感器单元可布置于围绕主体的纵向轴线的一个或多个环中。本公开还提供了管道检查的方法，该方法包括如下步骤提供用于管道的线内检查的设备，该设备包括构造成用于管壁检查的超声传感器阵列；将设备放置于包含气体介质的管道中；使设备沿管道在气体介质内运行，并且在设备行进于气体介质内时使用所述超声传感器来检查管道的壁；其中传感器定位成在设备沿管道行进时邻近管道的内表面；并且其中，设备包括超声耦合剂，其在超声传感器和滑动件的外表面之间提供，用于允许在传感器与管道的内表面之间的超声传送。该方法可利用上文所陈述的设备。
合并于说明书中并构成说明书的一部分的附图示出一个或多个实施例，并且与描述一起解释这些实施例。在附图中
图I为形成用于管道检查的设备的一部分的运载器(vessel)的示意透视 图2为用于在图I的实施例中使用的传感器单元和载体的示意透视 图3为图I和图2中的载体的不意透视图；图4为类似于图I的运载器、但包括多个传感器单元的运载器的示意透视 图5为示出可通过具有多个内孔直径的管道操作的图4所示类型的运载器的示意并且
图6为用于在图I的实施例中使用的可选传感器单元和载体的示意透视图。
具体实施例方式示范性实施例的以下描述参考附图。在不同附图中相同附图标记标识相同或类似元件。以下详细描述并不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。本公开全文中对“示范性实施例”、“实施例”或其变型的提及意思是结合实施例所描述的特定特征、结构或特性包括于所公开的本主题的至少一个实施例中。因此，短语“在 示范性实施例中”、“在实施例中”或其变型在本公开全文中各位置处的出现未必指的是相同实施例。另外，特定特征、结构或特性可在一个或多个实施例中以任何适当方式组合。首先参考图1，用于管道的线内检查的管道检查设备的零件大体上以10指示。设备10包括运载器11，其具有中心主体12和纵向轴线X(如在图I中可视地左右延伸)。传感器单元14安装于所述主体12上。传感器单元14包括用于检查管壁的超声传感器16的阵列。传感器单元14包括滑动件18，其具有在使用中意图邻近或接触管壁运行的外表面20。外表面20相对于纵向轴线X沿周向为拱形。传感器16还限定相对于纵向轴线X沿周向的拱形检查平面。传感器的上表面布置于距滑动件18的外表面的偏距处(例如，外表面20的径向内侧)，用于保护传感器16使之免于与管壁接触所致的磨损或其它损坏。例如，在检查阵列内的超声传感器16能垂直于管壁定向用于壁厚评估或者相对于管壁成一定角度以便引起剪切波并识别在管道中的任何裂缝。设备10包括装有弹簧的机构22以允许传感器单元14相对于中心主体12的纵向轴线的移动，例如响应于内孔直径的变化。机构22构造成用于使传感器单元14沿大体径向偏置，以便使滑动件18的外表面20沿管壁方向偏置。更特定而言，该机构22构造成用于响应于管直径的变化，在第一径向位置(例如，用于小直径内孔的缩回位置)与第二径向位置(例如，用于大直径内孔的延伸位置)之间移动传感器单元14。机构22构造成取决于设备10所经过的内孔的大小而将传感器单元14定位于合适的径向位置处(例如，在所述第一径向位置与第二径向位置中间)。因此，设备10可用于检查多直径管道或穿过具有不同直径的一定范围的管道。机构22包括第一悬挂部件24和第二悬挂部件26,其构造成用于使传感器单兀14沿管壁方向(例如，相对于纵向轴线X沿径向或朝外方向)偏置。第一悬挂部件24和第二悬挂部件26相对于中心主体12的纵向轴线彼此轴向偏移。第一悬挂部件24和第二悬挂部件26由弹簧偏置枢转连接件25连接到主体12，以便构造成相对于中心主体12的所述纵向轴线枢转。悬挂部件24、26朝所述第二径向位置(即，相对于主体12的延伸位置)偏置。因此，悬挂部件24、26充当弹簧偏置支柱或臂，其可相对于运载器11的中心主体12移动，用于邻近管壁定位传感器单元14。滚轮27在每个悬挂单元24、26的端部提供，用于在使用中与设备沿其行进的管的内表面滚动接触。第一悬挂部件24和第二悬挂部件26形成联动装置28的部分，其构造成用于传感器单元14相对于中心主体12的纵向轴线沿径向的移动，例如在第一径向位置与第二径向位置之间，响应于当悬挂滚轮27抵靠管壁起反作用时内孔直径的变化。联动装置28包括布置成用于随所述第一悬挂部件24和第二悬挂部件26移动的载体30。传感器单元14安装于所述载体30上。
载体30安装于第一悬挂部件24与第二悬挂部件26之间，且载体30布置成在传感器单元14的移动期间保持与中心主体12的纵向轴线平行。如在图2和图3中清楚可见地，载体30包括枢轴点29以连接到第一悬挂部件24和第二悬挂部件26。如在图3中最清楚可见地，载体30偏置呈片簧32形式的元件，其布置于传感器单元14的下方。偏置元件提供传感器单元14相对于中心主体12的纵向轴线的局部偏置，例如沿管壁方向。装有弹簧的机构22确保了传感器16邻近管壁部署，甚至在弯管中(在此，常规系统做不到或非常不可靠)。此外，在载体30上传感器单元14的局部偏置协助提供滑动件18抵靠管壁的正确方位和夹持力。如图4所示，运载器11可具备多个传感器单元14，其中的每一个以上文所述的方式可移动地安装于所述中心主体12上。在图4的示范性实施例中，运载器11包括在绕纵向轴线X的环中彼此成90度布置的四个传感器单元(其中仅3个能如在图4中可视地看到)。设备10适用于检查管道，该管道具有带有第一内孔直径的第一区段和带有第二内孔直径(即，小于或大于第一内孔直径)的第二区段。设备10能被运送通过管道的所述第一区段和第二区段连续运行。机构22用于在管道的所述第一区段与第二区段之间的内孔直径变化时，使传感器单元14抵靠第一区段的内表面偏置且自动地使传感器单元14抵靠第二区段的内表面偏置。实例在图5中示出。设备10允许维持滑动件18与管壁接触所要求的偏置力的精确建模，从而提供优于常规滑动件设计的显著改进。设备10是有利的，至少就如下范围而言通过允许在设计过程中的早期阶段计算所要求的力，减小或消除对于优化循环和其它试错行为的要求，将减小为给定直径的管设计滑动件所要求的时间。此外，联动装置28允许将设备用于在一定范围的管道直径，包括对管内孔改进的跟踪，特别是在弯管中和通过诸如锥体、阀等的约束性管道特征。每个联动装置28能相对于运载器11上的其它联动装置28独立地移动。这使设备能经过并检查急弯直径和困难的或限制性的管道特征，诸如锥体、阀等。设想示范性实施例将能够实现通过ID弯管和斜接弯管的检查。在图I的示范性实施例中，联动装置28呈4杆联动装置的形式，包括主体12、悬挂部件24、26和载体30。其它形式的可折叠的联动装置可以是适用的，例如包括所述悬挂部件24、26的5杆联动装置，其构造成确保传感器单元14跟踪管壁，而不论内清管器主体12在管道内的高度如何。
在图6中示出与图I的设备10 —起利用的可选载体30和传感器单元14。载体30与图I中的载体大致相同，并且包括枢轴点29用于连接到第一悬挂部件24和第二悬挂部件26。这使得载体30能够在传感器单元14在悬挂臂24、26的作用下朝外移动期间，与载体30安装于其上的运载器11的纵向轴线X维持大致平行。传感器单元14安装于载体30上。传 感器单元14包括多个超声传感器16，其保持在传感器保持器40上的行和列的紧密阵列中。每个传感器16的上表面42从传感器保持器40突出预定量。传感器16的上表面42限定相对于传感器保持器40安装于其上的运载器11的纵向轴线X沿周向的拱形检查平面。传感器单元14包括滑动件18，其具有在使用中意图邻近或接触管壁运行的外表面20。外表面20相对于传感器单元14安装于其上的运载器11的纵向轴线X沿周向成拱形。滑动件18限定在传感器16的检查平面和传感器保持器40的上表面46之上的密封腔44，而传感器16的上表面42布置在距滑动件18的外表面的预定距离处。每个传感器16密封地嵌在传感器保持器40上，而传感器16的输出端48从传感器保持器40的下侧50突出。滑动件18限定传感器16之上的膜区域52，其被上推抵靠管道的内壁。腔室44填充有液体(油、凝胶等)，其充当超声传感器16与管道的内壁之间的耦合介质。因此，假如滑动件18的外表面20的膜区域52与管壁接触，则设备适用于在填充有气体的管道中使用。偏置机构22和载体上的传感器单元14的局部偏置帮助实现这一点。膜区域52耐磨损并且耐冲击/撕裂，用于维持用于超声耦合剂的密封腔室44。膜区域52的外围可具有增强的刚度(例如，相对于膜区域52的刚度)，用于维持滑动件18的外表面20与传感器16的上表面42之间的期望偏距。在不沮性实施例中，超声I禹合剂在腔室44内有固定体积，或者能够在传感器16之上泵送/循环，以控制在管壁与超声耦合剂之间的膜的接触压力。尽管图I用具有可枢转臂或支柱的形式的装有弹簧的悬挂部件进行了描述，但是可采用其它类型的悬挂件。尽管图3用用于在载体上使传感器单元局部偏置的片簧进行了描述，但是可合并其它形式的弹性偏置元件。尽管图4示出了具有四个传感器单元的环的实施例，但是其它实施例可每个环包括三个或更多个传感器单元。每个运载器11可包括多个传感器单元的环。本书面描述使用所公开的主题的实例来使本领域技术人员能实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统并执行任何合并的方法。本主题的专利保护范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。这些其它实例意图且应理解为在权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种用于管道检查的设备，所述设备包括具有纵向轴线的主体、用于检查管壁的超声传感器阵列以及具有意图邻近或接触管壁运行的外表面的滑动件，其中，所述传感器布置在距所述滑动件的外表面的偏距处， 而且其中，所述设备包括腔室，所述腔室包括超声耦合剂，其中，提供所述腔室，以允许经由所述超声耦合剂在所述传感器与管壁的内表面之间的超声传送。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述超声耦合剂包括液体、凝胶或者类似物质。
3.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述腔室形成所述滑动件的一部分。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述腔室包括在所述传感器之上延伸的膜区域，所述膜区域形成所述滑动件的外表面的一部分。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述滑动件限定围绕所述膜区域的外围区域，并且相对于所述膜区域的刚度，所述外围区域具有增强的刚度，用于维持在所述滑动件的外表面与所述超声传感器之间的预定偏距。
6.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述设备包括传感器保持器，并且所述超声传感器由所述传感器保持器保持在所述阵列中，而且其中，所述传感器保持器的表面限定了所述腔室的壁。
7.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于使所述滑动件的外表面偏置成与管壁接触的机构。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述机构构造成用于允许所述滑动件响应于管直径的变化相对于所述纵向轴线在第一位置与第二位置之间的移动。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述机构包括支柱，用于相对于所述主体的纵向轴线在延伸位置中部署所述滑动件。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述机构限定了可折叠联动装置，其布置成允许所述滑动件响应于管直径的减小相对于所述主体的纵向轴线的朝内移动。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述联动装置包括载体，并且所述传感器和滑动件安装于所述载体上，而且其中，所述联动装置构造成用于通过管直径的变化沿管壁方向偏置所述载体。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述滑动件沿朝外方向在所述载体上局部偏置。
13.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述传感器和滑动件安装于所述载体上，所述载体安装在第一悬挂部件与第二悬挂部件之间，并且所述第一悬挂部件和第二悬挂部件布置成相对于所述主体的所述纵向轴线枢转，用于响应于管直径的变化而在第一径向位置与第二径向位置之间移动所述滑动件，并且用于将所述滑动件的外表面偏置成在所述第一径向位置和第二径向位置与所述管壁接触。
14.一种管道检查的方法，所述方法包括如下步骤提供用于管道的线内检查的设备，所述设备包括构造成用于管壁检查的超声传感器阵列；将所述设备放置于包含气体介质的管道中；使所述设备沿所述管道在所述气体介质内运行，并且当所述设备在所述气体介质内行进时使用所述超声传感器来检查所述管道的壁；其中，所述传感器定位成当所述设备 沿所述管道行进时邻近所述管道的内表面；并且其中，所述设备包括超声耦合剂，其在所述超声传感器和所述滑动件的外表面之间提供，以允许在所述传感器与所述管道的内表面之间的超声传送。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述设备根据权利要求I到13中的任一项。
全文摘要
一种用于管道检查的设备，包括传感器单元，其具有用于检查管壁的超声传感器阵列。传感器单元具有滑动件，其带有意图邻近或接触管壁运行的外表面。传感器安装于距滑动件的外表面的预定偏距处。超声传感器安装在填充有超声耦合剂(例如，液体或凝胶)的腔室中，以允许在传感器与管壁的内表面之间的传送。滑动件限定传感器之上的膜区域。膜区域意图被推压抵靠管道的内壁，并且具有刚性外围，用于维持在滑动件的外表面与传感器的上表面之间的预定偏距。
文档编号G01N29/26GK102798669SQ201210168008
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月28日 优先权日2011年5月26日
发明者R.帕尔马, W.赫伦 申请人:Pii有限公司
专业数控铣床产品供应商
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