一种基于热成像的高温管道应力检测装置及方法

技术领域

本发明涉及管道应力检测装置及方法，具体涉及一种基于热成像的高温管道应力检测装置及方法。

背景技术

石化行业中典型炼油过程的主要工艺温度范围在200-550℃之间，在催化裂化和焦化的部分工艺温度达到700-800℃之间，压力管道在长时间在高温环境下服役，容易发生蠕变损伤现象，如果管道存在一些超标缺陷，伴随着蠕变裂纹扩展，容易发生泄漏和爆炸事故。因此，对在役高温压力管道进行安全评估显得尤为重要。

随着时间的推进，高温压力管道的蠕变现象会越来越明显，含缺陷的高温压力管道发生蠕变断裂的机率也随着上升。判断含缺陷的高温压力管道制造缺陷、服役过程中产生的缺陷或者损伤是否会威胁其运行安全，如何行之有效地对其安全状况进行评定将是未来检验工作的重点和难点。

现有的管道应力检测装置虽然能够实现自动检测高温压力管道的各个位置上的应力参数，从而为后续对高温压力管道进行安全评定提供数据支撑，例如授权公告号CN217819144U的实用新型公开的一种高温压力管道的应力检测装置；但仍存在以下的技术问题：

由于管道不同的部位可能具有不同的温度，而不同的温度会有不同应力的表现，现有的管道应力检测装置采用固定的检测参数对管道的所有部位进行统一检测，忽略了不同温度产生的影响，因而导致检测检测结果不够精准。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种基于热成像的高温管道应力检测装置，该高温管道应力检测装置先基于热成像检测管道各处的实时温度，再根据实时温度自动调节应力测试仪的相关参数，实现对管道的精准应力测试。

本发明的另一个目的在于提供一种基于热成像的高温管道应力检测方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于热成像的高温管道应力检测装置，包括集成检测终端以及用于搭载集成检测终端在管道上移动的自走机构；

所述集成检测终端包括红外热成像仪、应力检测仪、用于驱动红外热成像仪和应力检测仪进行轴向移动的轴向驱动机构以及用于驱动红外热成像仪和应力检测仪进行圆周方向移动的圆周驱动机构；

所述红外热成像仪和应力检测仪设置在集成安装座上，该集成安装座与所述轴向驱动机构的驱动端以及圆周驱动机构的驱动端连接；

在工作状态下，先由红外热成像仪对管道温度检测，获取管道的温度；根据管道的温度实时调节检测参数，应力检测仪再按照该检测参数对管道进行应力检测。

上述基于热成像的高温管道应力检测装置的工作原理为：

工作时，将自走机构放置在待检测的管道上，通过自走机构搭载集成检测终端沿着管道进行移动，到达需要检测的位置停下；通过轴向驱动机构驱动红外热成像仪和应力检测仪在管道上进行轴向移动，先由红外热成像仪对管道检测，获取管道的温度；后台处理器根据管道的温度实时调节检测参数，应力检测仪再按照该检测参数对管道进行应力检测，有利于实现对管道的精准应力测试。通过圆周驱动机构驱动红外热成像仪和应力检测仪在管道上进行圆周方向移动，同样地先由红外热成像仪获取温度，实时调节应力检测参数，再由应力检测仪进行应力检测。

完成当前位置的检测工作后，再通过自走机构移动至下一处位置进行检测。

本发明的一个优选方案，其中，在轴向和圆周方向上，所述红外热成像仪的检测位置均位于应力检测仪的检测位置之前。这样，先后错开的位置，在轴向驱动机构和圆周驱动机构的驱动下，红外热成像仪和应力检测仪可以同时进行检测，无需二次驱动。

本发明的一个优选方案，其中，所述集成安装座上设有用于驱动红外热成像仪进行转动的转动驱动机构，该转动驱动机构包括转动驱动电机，该转动驱动电机的输出轴与所述红外热成像仪连接。通过上述结构，可以灵活调节红外热成像仪的相对位置，保证在移动的时候红外热成像仪位于应力检测仪之前。

本发明的一个优选方案，其中，所述圆周驱动机构包括圆周驱动电机和圆周传动组件，所述圆周驱动电机的壳体固定设置在集成安装座上，

所述圆周传动组件包括相互配合的弧形齿条和传动齿轮；所述弧形齿条固定设置在齿条安装轨的滑槽中，所述齿条安装轨固定设置在轴向驱动机构的驱动端上；所述弧形齿条的齿结构设置在轴向的侧面上，该弧形齿条对应的直径大于管道的直径；所述传动齿轮与所述圆周驱动电机的输出轴连接；

在工作状态下，所述弧形齿条的轴线与管道的轴线平行。通过上述结构，在圆周驱动电机的驱动下，传动齿轮进行转动，从而带动圆周驱动电机和集成安装座沿着弧形齿条进行圆周方向移动，使得红外热成像仪和应力检测仪完成圆周方向的温度检测和应力检测。

进一步，所述弧形齿条通过第一限位机构固定设置在齿条安装轨上；所述轴向驱动机构上设有用于对传动齿轮进行限位的第二限位机构；在活动状态下，所述第一限位机构解除对弧形齿条的固定限位，所述第二限位机构对传动齿轮进行限位。通过上述结构，在圆周驱动电机的驱动下，传动齿轮进行原地转动，可以驱动弧形齿条沿着齿条安装轨进行移动，相当于在圆周方向上改变弧形齿条的安装位置，再通过一限位机构和第二限位机构切换回固定状态，即可驱动红外热成像仪和应力检测仪完成弧形齿条当前覆盖的位置的检测工作。这样，自走机构无需进行圆周方向的移动，也可扩大红外热成像仪和应力检测仪的圆周方向的检测范围，不仅可以完成圆周方向的检测，而且相较于自走机构的一级移动，弧形齿条的二级移动具有更高的精度，有利于提高检测精度，结构十分巧妙。

进一步，所述弧形齿条的圆心角大于180°，这样可以保证在自走机构不移动的前提下，完成管道整个圆周面的检测工作。

进一步，所述第一限位机构包括第一限位电磁铁，该第一限位电磁铁的壳体固定在齿条安装轨上，该第一限位电磁铁的伸缩杆往弧形齿条的方向延伸。这样，在固定状态下，通过第一限位电磁铁的伸缩杆挤压在弧形齿条上，从而将弧形齿条固定。

进一步，所述第二限位机构包括限位插件和第二限位电磁铁；所述第二限位电磁铁的驱动方向与所述轴向驱动机构的驱动方向平行，该第二限位电磁铁的壳体固定在轴向驱动机构的驱动端上，该第二限位电磁铁的伸缩杆与所述限位插件固定连接；

所述限位插件上靠近传动齿轮的一端设有限位槽；在活动状态下，所述传动齿轮的转动中心位于所述限位槽中。通过上述结构，通过第二限位电磁铁驱动限位插件进行移动，即可实现对传动齿轮的限位，使其原地转动，从而驱动弧形齿条进行活动伸展。

本发明的一个优选方案，其中，所述轴向驱动机构包括轴向驱动电机和轴向传动组件，所述轴向传动组件包括轴向传动座、丝杆以及丝杆螺母；

所述轴向传动座与所述丝杆螺母固定连接，该轴向传动座与圆周驱动机构的齿条安装轨固定连接。

一种基于热成像的高温管道应力检测方法，包括以下步骤：

将自走机构放置在待检测的管道上，通过自走机构搭载集成检测终端沿着管道进行移动，到达需要检测的位置停下；

通过轴向驱动机构驱动红外热成像仪和应力检测仪在管道上进行轴向移动以及通过圆周驱动机构驱动红外热成像仪和应力检测仪在管道上进行圆周方向移动；在移动过程中，先由红外热成像仪对管道检测，获取管道的温度；根据管道的温度实时调节检测参数，应力检测仪再按照该检测参数对管道进行应力检测；

完成当前位置的检测工作后，再通过自走机构移动至下一处位置进行检测。

本发明的一个优选方案，其中，在固定状态下，所述第一限位机构对弧形齿条进行固定限位，所述第二限位机构解除对传动齿轮的限位；

通过圆周驱动电机驱动传动齿轮进行转动，通过传动齿轮带动圆周驱动电机和集成安装座沿着弧形齿条进行圆周方向移动，使红外热成像仪和应力检测仪完成圆周方向的温度检测和应力检测。

本发明的一个优选方案，其中，在活动状态下，所述第一限位机构解除对弧形齿条的固定限位，所述第二限位机构对传动齿轮进行限位；

通过圆周驱动电机传动齿轮进行原地转动，驱动弧形齿条沿着齿条安装轨在管道的圆周方向上移动，改变弧形齿条的相对位置。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明先由红外热成像仪对管道检测，获取管道的温度；后台处理器根据管道的温度实时调节检测参数，应力检测仪再按照该检测参数对管道进行应力检测，有利于实现对管道的精准应力测试。

附图说明

图1为本发明的基于热成像的高温管道应力检测装置的立体结构示意图。

图2为本发明的自走机构的立体结构示意图。

图3为本发明的自走机构的行走模块的立体结构示意图。

图4为本发明的自走机构的行走模块的侧视图。

图5-6为本发明的集成检测终端的两个不同视角的立体结构示意图。

图7为图6中的X的放大图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1

参见图1-2，本实施例的基于热成像的高温管道应力检测装置，包括集成检测终端以及用于搭载集成检测终端在管道上移动的自走机构；所述自走机构包括行走安装架和两组设置在行走安装架的行走模块；所述行走安装架包括固定架1和两个活动架2，所述活动架2通过伸缩结构与所述固定架1连接；其中，所述伸缩结构包括电动推杆3，该电动推杆3的缸体固定在固定架1上，该电动推杆3的伸缩杆与所述活动架2固定连接。

进一步，所述伸缩结构还包括导向组件，该导向组件包括相互配合的导杆4和导套(图中未显示)，所述导杆4固定在所述固定架1上，所述导套设置在活动架2上。

参见图1-2，为了实现跨越障碍、拐弯等功能，会通过可转动的机构将两个本实施例的自走机构串联在一起，以便实现更加自动操作功能，例如需要切换圆周方向移动时，其中一个行走装置固定在管道上，另一个行走装置进行转向，完了再互换“角色”，直至两个行走装置均完成转向，继而进行圆周移动。

具体地，所述可转动的机构包括双向四连杆结构和连接驱动电机28，所述双向四连杆结构设有两组，两组双向四连杆结构之间通过同步轴固定连接；所述双向四连杆结构连接在两个自走机构的固定架1之间；所述连接驱动电机28设有两个，两个连接驱动电机28的输出轴分别同一组双向四连杆结构的连架杆的两端同轴固定连接或者两个连接驱动电机28的输出轴分别与两组双向四连杆结构的两个连架杆的不同端同轴固定连接；在实际使用过程中，与准备脱离管道的自走机构对应的固定架充当双向四连杆结构的连杆，并绕着另一个自走机构的固定架的转动中心进行转动。

参见图1-4，所述行走模块包括两组行走轮5、用于驱动行走轮5进行滚动的行走驱动机构以及用于驱动行走轮5进行转向的转向驱动机构；每组行走轮5至少设有两个行走轮5，所述行走轮5通过轮架6转动连接在所述活动架2上；所述滚动驱动机构的驱动端与所述行走轮5连接；所述转向驱动机构的驱动端与所述轮架6连接；在沿着管道的轴向移动时，所述行走轮5的轴线与管道的轴线垂直；在沿着管道的圆周方向移动时，所述行走轮5的轴线与管道的轴线平行。

参见图1-4，所述滚动驱动机构包括滚动驱动电机7和滚动传动组件；所述滚动传动组件包括三组通用传动组件，三组通用传动组件分别与其中三个行走轮5对应；每组通用传动组件均包括第一转轴8和直角传动齿轮组，所述第一转轴8与行走轮5同轴固定连接；所述直角传动齿轮组包括相互啮合的第一齿轮9和第二齿轮10；所述第一齿轮9同轴固定连接在对应的第一转轴8上；所述第二齿轮10的轴线与第一齿轮9的轴线垂直，该第二齿轮10转动连接在轮架6上；所述第二齿轮10上设有用于与其他组的第二齿轮10配合的跨组件传动齿10-1；所述三个行走轮5的轴线连线构成一个直角三角形；所述滚动驱动电机7的缸体固定在位于直角三角形的直角处的行走轮5的轮架6上，该滚动驱动电机7的输出轴与对应的第一转轴8连接。通过上述结构，共用一个滚动驱动电机7，可以实现管道的轴向和圆周方向的双轮驱动，结构十分巧妙，有利于简化结构，降低制造成本。

参见图1-4，所述转向驱动机构包括转向驱动电机11和转向传动组件；所述转向传动组件包括第二转轴12和同步带传动结构；所述第二转轴12设有四个，该第二转轴12充当所述轮架6的转动中心且与轮架6固定连接；所述同步带传动结构包括传动皮带13、传动带轮14以及用于改变传动皮带13的方向的导向轮；所述传动带轮14设有四个，该传动带轮14与所述第二转轴12同轴固定连接；所述传动皮带13环绕连接在四个传动带轮14上；所述转向驱动电机11的缸体固定设置在活动架2上，该转向驱动电机11的输出轴与其中一个第二转轴12连接。通过上述结构，共用一个转向驱动电机11，可以同时驱动四个行走轮5进行转向，有利于简化结构，降低制造成本。

参见图1和图5-7，所述集成检测终端包括红外热成像仪15、应力检测仪16、用于驱动红外热成像仪15和应力检测仪16进行轴向移动的轴向驱动机构以及用于驱动红外热成像仪15和应力检测仪16进行圆周方向移动的圆周驱动机构；所述红外热成像仪15和应力检测仪16设置在集成安装座17上，该集成安装座17与所述轴向驱动机构的驱动端以及圆周驱动机构的驱动端连接；在工作状态下，先由红外热成像仪15对管道温度检测，获取管道的温度；根据管道的温度实时调节检测参数，应力检测仪16再按照该检测参数对管道进行应力检测。

参见图1和图5-6，在轴向和圆周方向上，所述红外热成像仪15的检测位置均位于应力检测仪16的检测位置之前。这样，先后错开的位置，在轴向驱动机构和圆周驱动机构的驱动下，红外热成像仪15和应力检测仪16可以同时进行检测，无需二次驱动。

参见图1和图5-6，所述集成安装座17上设有用于驱动红外热成像仪15进行转动的转动驱动机构，该转动驱动机构包括转动驱动电机18，该转动驱动电机18的输出轴与所述红外热成像仪15连接。通过上述结构，可以灵活调节红外热成像仪15的相对位置，保证在移动的时候红外热成像仪15位于应力检测仪16之前。

其中，所述集成安装座17上设有用于驱动应力检测仪进行升降的升降驱动机构，具体可参考现有的结构。

参见图5-7，所述圆周驱动机构包括圆周驱动电机19和圆周传动组件，所述圆周驱动电机19的壳体固定设置在集成安装座17上，所述圆周传动组件包括相互配合的弧形齿条20和传动齿轮21；所述弧形齿条20固定设置在齿条安装轨22的滑槽中，所述齿条安装轨22固定设置在轴向驱动机构的驱动端上；所述弧形齿条20的齿结构设置在轴向的侧面上，该弧形齿条20对应的直径大于管道的直径；所述传动齿轮21与所述圆周驱动电机19的输出轴连接；在工作状态下，所述弧形齿条20的轴线与管道的轴线平行。通过上述结构，在圆周驱动电机19的驱动下，传动齿轮21进行转动，从而带动圆周驱动电机19和集成安装座17沿着弧形齿条20进行圆周方向移动，使得红外热成像仪15和应力检测仪16完成圆周方向的温度检测和应力检测。

参见图5-7，所述弧形齿条20通过第一限位机构固定设置在齿条安装轨22上；所述轴向驱动机构上设有用于对传动齿轮21进行限位的第二限位机构；在活动状态下，所述第一限位机构解除对弧形齿条20的固定限位，所述第二限位机构对传动齿轮21进行限位。通过上述结构，在圆周驱动电机19的驱动下，传动齿轮21进行原地转动，可以驱动弧形齿条20沿着齿条安装轨22进行移动，相当于在圆周方向上改变弧形齿条20的安装位置，再通过一限位机构和第二限位机构切换回固定状态，即可驱动红外热成像仪15和应力检测仪16完成弧形齿条20当前覆盖的位置的检测工作。这样，自走机构无需进行圆周方向的移动，也可扩大红外热成像仪15和应力检测仪16的圆周方向的检测范围，不仅可以完成圆周方向的检测，而且相较于自走机构的一级移动，弧形齿条20的二级移动具有更高的精度，有利于提高检测精度，结构十分巧妙。当然，当实际需要时，自走机构也可进行圆周方向的移动来适应检测工作的需要。

进一步，所述弧形齿条20的圆心角大于180°，这样可以保证在自走机构不移动的前提下，完成管道整个圆周面的检测工作。

参见图5-7，所述第一限位机构包括第一限位电磁铁23，该第一限位电磁铁23的壳体固定在齿条安装轨22上，该第一限位电磁铁23的伸缩杆往弧形齿条20的方向延伸。这样，在固定状态下，通过第一限位电磁铁23的伸缩杆挤压在弧形齿条20上，从而将弧形齿条20固定。

参见图5-7，所述第二限位机构包括限位插件24和第二限位电磁铁25；所述第二限位电磁铁25的驱动方向与所述轴向驱动机构的驱动方向平行，该第二限位电磁铁25的壳体固定在轴向驱动机构的驱动端上，该第二限位电磁铁25的伸缩杆与所述限位插件24固定连接；所述限位插件24上靠近传动齿轮21的一端设有限位槽；在活动状态下，所述传动齿轮21的转动中心位于所述限位槽中。通过上述结构，通过第二限位电磁铁25驱动限位插件24进行移动，即可实现对传动齿轮21的限位，使其原地转动，从而驱动弧形齿条20进行活动伸展。

参见图5-6，所述轴向驱动机构包括轴向驱动电机26和轴向传动组件，所述轴向传动组件包括轴向传动座27、丝杆以及丝杆螺母；所述轴向传动座27与所述丝杆螺母固定连接，该轴向传动座27与圆周驱动机构的齿条安装轨22固定连接。

参见图1-7，本实施例的基于热成像的高温管道应力检测装置的工作原理为：

工作时，通过伸缩结构将两组行走模块往外伸展打开，通过工作人员将自走机构靠近待检测的管道，使得管道位于两组行走模块的正中间，通过伸缩结构将两组行走模块回缩，从而使得行走轮5夹在管道上。此时行走轮5的轴线与管道的轴线垂直，通过滚动驱动机构驱动行走轮5进行滚动，即可在管道的轴线方向上进行移动。

通过自走机构搭载集成检测终端沿着管道进行移动，到达需要检测的位置停下。通过轴向驱动机构驱动红外热成像仪15和应力检测仪16在管道上进行轴向移动，先由红外热成像仪15对管道检测，获取管道的温度；后台处理器根据管道的温度实时调节检测参数，应力检测仪16再按照该检测参数对管道进行应力检测，有利于实现对管道的精准应力测试。通过圆周驱动机构驱动红外热成像仪15和应力检测仪16在管道上进行圆周方向移动，同样地先由红外热成像仪15获取温度，实时调节应力检测参数，再由应力检测仪16进行应力检测。

完成当前位置的检测工作后，再通过自走机构移动至下一处位置进行检测。

实施例2

与实施例1不同的是，在沿着管道的轴向移动时，位于前方的两个行走轮5通过对应的第二齿轮10的跨组件传动齿10-1相互啮合；在沿着管道的圆周方向移动时，位于前方的两个行走轮5通过对应的第二齿轮10的跨组件传动齿10-1相互啮合。这样，在轴向和圆周方向均由前方的两个行走轮5作为驱动轮，亦即为前驱结构，可以减小移动过程中的所需的动力。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。