漏磁检测装备中钢管定位机构的研究

[摘 要]油气管道一般由无缝钢管构成。在钢管的无损检测装备中，漏磁检测系统是最可靠、最高效的装备之一。为保证钢管穿过带有旋转磁场的漏磁检测装备时，不会被磁场吸附，造成钢管搅动而损坏设备，需要研究钢管定位和驱动机构。主要研究一种“上、下辊轮开合的钢管定位驱动机构”，能对高速通过带有旋转磁场的漏磁检测装备的钢管进行准确、精密、快速定位和驱动，既保证钢管能快速沿着检测装备中心线安全穿过检测系统，又没有撞击和颠动现象，保证了钢管检测各项技术指标的实现。

[关键词]钢管； 漏磁检测； 定位驱动机构

中图分类号：TH8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0168-02

0 引言

油气管道一般由无缝钢管构成。对钢管的无损检测装备中，漏磁检测系统是最可靠、最高效的装备之一。在漏磁检测中，钢管通常以20m/min～100m/min的速度直线穿过横向、斜向、纵向等检测主机。在穿过固定的横向、斜向探头缺陷检测主机时，受到轴向磁场的强烈磁化，钢管受到的磁力方向与钢管轴线一致，是拉动或阻止钢管沿其轴线运行的；然而，当钢管在穿过旋转的纵向探头轴向缺陷检测主机时，受到垂直于钢管轴线的周向磁场的充分磁化，钢管受到的磁力方向与钢管轴线垂直，使钢管受到径向磁场力的强烈吸附。当纵向探头旋转时，钢管会被纵向磁场吸附会迅速搅动而损坏设备，而无法正常检测。[1]

为保证钢管穿过带有旋转磁场的漏磁检测装备时，不会被磁场吸附，造成钢管搅动而损坏设备，需要设计钢管定位和驱动机构。经过长期实验、实践与分析，研究一种“上、下辊轮开合的钢管定位驱动机构”，能对高速通过带有旋转磁场的漏磁检测装备的钢管进行准确、精密、快速定位和驱动，既保证钢管能快速沿着检测装备中心线安全穿过检测系统，又没有撞击和颠动现象，保证了钢管检测各项技术指标的实现。

1 上、下开合的夹持定位驱动机构

1.1 上、下辊轮开合的定位机构机理

在漏磁检测中一般采用图1所示的上下开合的夹持定位驱动机构。

此定位机构的机理是：在电磁阀动作下，驱动气缸动作，拉动托架，依靠两组相似四边形支架开合，带动两只上下“V形辊轮”动作，从而实现对钢管的夹持定位。

图1所示，当“下V形辊轮”托架在气缸作用下向下拉伸时，图2所示的相似四边形支架部件同时带动“上V形辊轮”向上张开、“下V形辊轮”向下张开，他们的张口中心是定位中心。此时，带接箍或端头加厚的钢管端头可以不接触上下两个“V形辊轮”通过，因而不会形成钢管端头撞击辊轮作用，也不会形成信号干扰。当钢管端头通过该位置后，在红外传感器驱动电磁阀作用下，气缸将托架向上托起，带动“下V形辊轮”向上合拢；同时由于相似四边形支架部件带动，“上V形辊轮” 同时向下合拢，他们的合拢中心与张口中心相同，也是定位中心。此时，钢管管体部分被夹持，确保钢管轴线严格沿定位中心准确的通过检测装备。

为了调节上、下辊轮开合夹持定位机构的夹持力，与托架连接的丝杠上通过限位螺母调节设置行程，保证“上下V形辊轮”合口直径小于等于钢管的直径。[2]

1.2 夹持定位驱动机构在检测装备上的布局

在漏磁检测装备中，至少需要4套上下辊轮开合的夹持定位机构，图3所示。在夹持定位机构的入端，均安装有红外传感器，当钢管进入定位机构1时，红外传感器得到信号，驱动电磁阀动作，定位机构1气缸动作，夹持定位机构1夹持钢管；在定位机构1的减速电机驱动下，首先进入横向和斜向检测主机，受到轴向磁场的作用，钢管受到的磁力方向与钢管轴线一致，不会偏离轴线。

当钢管前段穿过定位机构2，通过红外传感器动作夹持钢管后，进入受到垂直于钢管轴线的旋转纵向磁场的强烈磁化，钢管受到的磁力方向与钢管轴线垂直，使钢管受到周向磁场强烈吸附。但由于钢管在定位机构1、2的共同作用下，根据两点确定一条直线原理，钢管只能沿着一条直线运行。

当钢管尾段离开定位机构1、2的作用，过度到定位机构3、4的作用下，继续确定了钢管只能沿着原来的一条直线运行，通过检测装备。

当钢管尾端离开定位机构3时，钢管已经离开了旋转纵向检测主机，对检测性能指标没有影响。

1.3 上、下辊轮开合夹持定位的驱动

钢管在定位机构1、2、3、4的作用下，保证钢管只能沿着一条直线运行，并通过检测装备。但是，钢管被多组定位机构作用，逐渐受到的阻力越来越大，钢管速度越来越低，甚至在检测装备中停止运行，而且钢管在定位机构中要驱动钢管运行。为此，在每组定位机构上需要设置驱动部件，克服定位机构的阻力。在图1钢管夹持定位装置左侧设置了减速电机带动的驱动部件，驱动部件通过能上下滑动的伞形齿轮改变传动方向带动“下V形辊轮”作为主动滚轮转动，在钢管定位后从而驱动钢管运行。[1]

各组定位机构的开、合作用，是靠安装在夹持定位驱动机构入口的红外传感器来驱动电磁阀动作，带动气缸动作实现的，需根据钢管的口径和重量来配置适当直径的气缸，来驱动开合的气源压力。在漏磁检测装备中一般气动系统的气源压强为0.3Mpa-0.8Mpa时，气缸能够提供足够多的推力，保证上、下开合“V形辊轮”可靠动作。气缸的直径不宜选的过大，防止驱动电机过载，无法运行。为稳定气源压力，需要由图4所示的贮气罐与气动处理。贮气罐体积约为1m3左右，通过气动三联件将压缩空气中水分和灰尘过滤清除，调节适当的气源压力，且在气源中添加油雾输送到连接的气缸中，保护气缸。

4套“上下V形辊轮”的开合时间由对应的红外传感器驱动电磁阀控制气源来控制。当被检测钢管的前端到达特定位置时，红外传感器驱动电磁阀开通气源开关，气源作用到气缸，托起丝杆带动托架动作，使“上下V形辊轮”合起，夹紧钢管；当被检测钢管尾端到达夹持机构的特定位置时，“上下V形辊轮”张开，松开钢管。红外传感器检测到的钢管位置信息送到计算机处理，当位置信息有误时，专用检测软件会发出错误指令，报警器发出报警声，以提示工作人员排除解决。[2]

2 上、下辊轮开合夹持定位驱动机构的特点

（1）采用相似四边形支架部件，其合拢中心与张口中心相同。所以对任何一种口径的钢管，其夹持定位中心不变；

（2）当钢管到达定位驱动机构的夹持位置时，红外传感器才动作，然后电磁阀驱动气缸合拢相似四边形支架部件，夹持钢管，所以钢管端头经过夹持定位机构时无撞击、无颠动现象等；

（3）钢管口径调整方便快捷。夹持机构口径的调节主要是通过丝杆上的上下螺母来调节。为了调节上辊轮开合夹持定位机构的夹持力，与托架连接的丝杠通过上限位螺母调节设置行程，保证V形辊轮张口直径小于等于钢管的直径；另外，为了保证上下辊轮动作的时间过长，也防止气缸满行程动作的冲击力损坏机构，则通过丝杆上的下限位螺母来调节，一般调整的范围大于实际检测钢管口径10～20mm左右即可。

针对油田专用管以及带接箍的、端头加厚等钢管在漏磁检测装备的钢管定位机构，均可采用此种夹持定位驱动机构来解决。

3 应用情况

该钢管定位驱动机构已经应用在众多冶金和石油装备企业的钢管轧制线上，大大提高了钢管漏磁检测装备的稳定性，保证检测装备的检测信噪比。其中，鞍钢无缝钢管厂的漏磁检测装备就采用L2级别人工刻槽试样：刻槽的长度×宽度×深度=25mm×0.5mm×5%壁厚，[3]实际检测效果如下：（如表1）

说明该检测装备连续运行4小时检测信号变化小于2dB；其信噪比大于10dB，漏、误报率验收结果是在三种规格的试样各检测25次，对试样各个人工缺陷进行检测，结果没有漏、误报。因此采用此组合的夹紧定位机构，成功的解决钢管颠动和撞击等现象，使得检测装备能高效、稳定、可靠的运行。[4]

4 结 语

油气管道的安全问题关系到社会的方方面面，至关重要。漏磁检测装备能高效、稳定、可靠的排除和解决了许多管道的安全隐患。此种“上、下辊轮开合的钢管定位驱动机构”，能对高速通过带有旋转磁场的漏磁检测装备的钢管进行准确、精密、快速定位和驱动。装备中的定位驱动机构是检测装备中不可缺少的部分，是保证钢管检测各项技术指标实现的前提。

参考文献

[1] ISO9402：承压用无缝钢管―全圆周磁传感器（漏磁）法检测铁磁性钢管的横向缺陷；

[2] 何辅云，张海燕，丁克勤 钢管漏磁高速检测技术与系统[M]. 北京：中国机械工业出版社，2009；

[3] ISO9598：承压用无缝钢管―全圆周磁传感器（漏磁）法检测铁磁性钢管的横向缺陷；

[4] 套管和油管规范API SPEC 5CT第八版；