一种具有缺陷预检功能的动力节的低能耗的管道机器人

技术领域

本发明属于管道检测设备技术领域，具体涉及一种具有缺陷预检功能的动力节的低能耗的管道机器人。

背景技术

管道运输是当今世界重要运输手段之一，在日常管道运输过程中难免会出现管道缺陷等问题，例如管道内壁表面可能出现腐蚀、焊缝缺陷、凹陷、壁厚变化等，而管壁内部可能出现内腐蚀、金属缺失等问题，管道机器人以其检测精度高、效率高等优点广泛应用于管道检测中。而其检测所需电能大多靠电池进行供给，所以管道机器人在进行长距离、长时间条件下的检测工作时难免会出现电池电量供应不足的情况，进而导致检测装置无法在后续管道中进行缺陷检测，这些管道缺陷问题严重地会影响介质传输效率、威胁管道安全。

目前我国油气管线总长达到16.5万千里，而单程大型石油运输管线超过200Km的不在少数，对于完成这种里程数的管道缺陷检测需要大量电能供应，而当前技术方向大多在于加装电池个数或增加电池容量、利用流体资源进行自发电来满足能源需求，但前者会导致管道机器人成本增加、后者发电方式可能效率不高且效果不佳不稳定，所以希望从管道机器人检测装置能耗方面进行改造，通过降低检测部分工作能耗来保证管道机器人可以完成长输管道的缺陷检测工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种具有缺陷预检功能的动力节的低能耗的管道机器人。

本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种具有缺陷预检功能的动力节的低能耗的管道机器人，包括动力节、检测节和电池节，所述动力节的后端与检测节的前端通过万向节连接，所述检测节的后端与电池节的前端通过万向节连接。

所述动力节通过管道内的流体的前后压差产生的动力，带动检测节和电池节在管道内行走；所述检测节用于实现管道缺陷的检测，所述检测节用于为检测节提供电能；

所述动力节由动力节筒体、前端驱动皮碗、后端驱动皮碗、缺陷预检装置构成；在动力节筒体的前端和后端分别固定有前隔离套和后隔离套，所述前驱动皮碗和后驱动皮碗分别通过螺栓固定于前隔离套和后隔离套的后端；前驱动皮碗和后驱动皮碗与管道内壁形成密封接触；所述缺陷检测装置包括声波产生单元和声波接收单元；所述声波产生单元通过敲击管道内壁产生周期性声波信号；所述声波接收单元用于接收通过管壁传输的声波信号，并产生沿管道径向的振动，通过振动幅度的大小来控制传感器的通断，实现管道内壁缺陷的预检。

而且，所述声波产生单元由多个声波产生组件构成，多个声波产生组件沿圆周方向均布安装于后端驱动皮碗的外环面上；每组声波产生组件均包括振动球、振动球架和第一振动压簧；在后端驱动皮碗的外环面上沿圆周方向均布设置有多个卡簧孔，多组声波产生组件的第一振动压簧的下端分别一一嵌固于多个卡簧孔内，每组声波产生组件的振动球架的下端与对应的第一振动压簧的上端固定连接；在振动球架的上端设置有球窝，所述振动球的下端定位于球窝内；在管道机器人在管道内行走的过程中，所述振动球与管道内壁形成敲击接触。

而且，所述声波接收单元包括固定环、传感器安装座、传感器、第二振动压簧、压簧限位套、振动轮、轮架；所述固定环套装固定于动力节筒体上；所述传感器安装座为多个，多个传感器安装座沿圆周方向均布固定于固定环的外侧；多个传感器安装座与多个声波产生组件沿动力节筒体的轴向一一对应，在每个传感器安装座上沿动力节筒体轴向前后设置的两个传感器安装孔，在每个传感器安装孔内均安装有一传感器，传感器的上端设置有机械触发开关；在每个传感器的机械触发开关的上端设置有一第二振动压簧，每组传感器安装孔内的两个第二振动压簧的上端共同固定连接有一轮架，在轮架的上部通过轮轴可转动式安装有一振动轮，在管道机器人行走的过程中，振动轮与管道内壁形成振动性接触；在每个第二振动弹簧的外部以间隙配合的方式套设有一压簧限位套，压簧限位套的下部嵌固于传感器安装孔内；每个传感器通过穿经设置于固定环及对应传感器安装座上的引线孔内的信号线与检测节的控制系统连接。

本发明具有的优点和积极效果为：

1、本发明在管道机器人运行过程中，可以通过动力节上的缺陷预检装置对管道内壁内部的缺陷进行预测，对可能存在缺陷的地方即刻发出信号打开检测节的检测系统进行检测，在缺陷预检装置未预测到有缺陷的地方则关闭后方检测系统，通过提前预测筛选缺陷的方式来降低管道机器人检测部分能耗，使其能够顺利完成整段长距离运输管道的检测工作，对维护管道安全有着重要保障；

2、本发明缺陷预检装置采用了球敲击管壁产生声波，声波沿管壁传输后，通过振动轮和振动压簧的组合结构是否触发传感器的机械开关的方式来预检管壁上是否存在缺陷，实现缺陷的预检，具有结构简单，易于实现，不需要额外动力的优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

图2是本发明动力节的结构示意图；

图3是图2中单组声波产生组件的结构图；

图4是图2中声波接收单元的每组传感器安装位处的构成结构示意图；

图5是图4的纵向剖视图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

一种具有缺陷预检功能的动力节的低能耗的管道机器人，请参见图1-图5，其发明点为：包括动力节1、检测节2和电池节3，所述动力节的后端与检测节的前端通过万向节连接，所述检测节的后端与电池节的前端通过万向节连接。

所述动力节通过管道内的流体的前后压差产生的动力，带动检测节和电池节在管道内行走。所述检测节用于实现管道缺陷的检测，所述检测节用于为检测节提供电能。

所述动力节由动力节筒体1.1、前端驱动皮碗1.3、后端驱动皮碗1.5、缺陷预检装置构成。在动力节筒体的前端和后端分别固定有前隔离套1.2和后隔离套1.4，所述前驱动皮碗和后驱动皮碗分别通过螺栓固定于前隔离套和后隔离套的后端。前驱动皮碗和后驱动皮碗与管道内壁形成密封接触。所述缺陷检测装置包括声波产生单元1.6和声波接收单元1.7。

所述声波产生单元由多个声波产生组件构成，多个声波产生组件沿圆周方向均布安装于后端驱动皮碗的外环面上。每组声波产生组件均包括振动球1.6.3、振动球架1.6.2和第一振动压簧1.6.1。在后端驱动皮碗的外环面上沿圆周方向均布设置有多个卡簧孔，多组声波产生组件的第一振动压簧的下端分别一一嵌固于多个卡簧孔内，每组声波产生组件的振动球架的下端与对应的第一振动压簧的上端固定连接，具体的，可在振动球架的下端设置插柱，插柱与第一振动压簧的上端紧固插装配合，实现振动球架与第一振动压簧上端的连接。在振动球架的上端设置有球窝，所述振动球的下端定位于球窝内，并通过焊接或螺钉连接方式，实现振动球与振动球架的固定连接。

所述声波接收单元包括固定环1.7.1、传感器安装座1.7.2、传感器1.7.7、第二振动压簧1.7.6、压簧限位套1.7.3、振动轮1.7.5、轮架1.7.4。所述固定环套装于动力节筒体外，并通过螺钉与动力节筒体固定连接。所述传感器安装座为多个，多个传感器安装座沿圆周方向通过螺钉均布固定于固定环的外侧。多个传感器安装座与多个声波产生组件沿动力节筒体的轴向一一对应，在每个传感器安装座上沿动力节筒体轴向前后设置的两个传感器安装孔，在每个传感器安装孔内均安装有一传感器，传感器的上端设置有机械触发开关1.7.8。在每个传感器的机械触发开关的上端设置有一第二振动压簧，每组传感器安装孔内的两个第二振动压簧的上端共同固定连接有一轮架，在轮架的上部通过轮轴可转动式安装有一振动轮，在管道机器人行走的过程中，振动轮与管道内壁形成振动性接触。对应于上述每个传感器安装孔设置有一个压簧限位套，压簧限位套的下部嵌固于传感器安装孔内，并以间隙配合的方式套设于对应第二振动压簧的外部，起到防止第二振动压簧沿径向偏摆的作用，从而保证了振动轮的沿管道径向的振动信号可准确的传动到对应的传感器的机械开关上。上述每个传感器通过设置于固定环上的引线孔，实现将信号线与后方的检测节的控制系统连接。

上述轮架由方块形的底座、固定于底座内端的两个导簧柱及焊接于底座上端的U形支架构成，在U形支架的两边上设置有轴孔。轮架通过两个导簧柱与对应的两个第二振动压簧的上端插装紧固连接，通过轴孔与振动轮的轮轴连接。

上述检测节和电池节可采用现有结构，其中检测节上的检测元件采用霍尔元件传感器，不是本发明的创新点，在此不再赘述。

本缺陷检测装置的工作原理为：

当管道检测机器人进入管道向前运行时，首先，检测节2上的霍尔元件传感器处于关闭状态，其次，动力节的前后端驱动皮碗紧贴管壁并且能够完全隔绝其前后两端管道内空间，由其前后流体压力差为管道机器人提供前进的动力，后端驱动皮碗在受到管道内流体驱动前进时摩擦管壁会产生周期性振动，振动球架上的振动金属球会受到后端驱动皮碗振动后去敲击管道内壁，在管道内壁上产生周期性声波管壁向内和管道内向前传播；位于前部的振动轮将接收到的声波通过弹簧向内传动到传感器的机械触发开关上。当管壁内部存在某些缺陷时，振动金属球敲击管壁产生的声波在管壁内传播的过程中会受到衰减，导致振动轮接收到的声波产生的振动较小，从而导致振动轮带动第二振动弹簧产生的朝向传感器机械开关的作用力较小，机械开关因位移减少不能满足其闭合的灵敏度阈值从而使传感器处于断开状态。而当管壁内部没有缺陷时，振动金属球敲击管壁产生的声波在管壁无损失传递至振动轮，振动轮带动第二振动压簧向内以较大的振动幅度触压传感器的机械开关，机械开关受到第二振动弹簧挤压后会超过灵敏度阈值使传感器处于闭合状态。在后端驱动皮碗产生振动的一个周期内，若机械开关出现了闭合状态，说明管壁内部不存在缺陷，此时检测节2中的霍尔元件传感器处于关闭状态，当一个周期内机械开关没有出现过闭合状态，说明管壁内可能存在部分缺陷，此时会开启检测节中的霍尔元件传感器进行管道检测，检测节的里程轮装置可以实现里程计算，在检测系统开启之后运行一段距离后若在周期内机械开关出现过闭合状态则关闭检测系统，以这种预先筛选管壁内部缺陷的方式来降低管道机器人的整体检测能耗，使其能够顺利完成长距离运输管道的缺陷检测工作，保障管道安全。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。