基于磁记忆效应的新型管道机器人.pdf

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1、石油机械2011年第39卷第1期CHINAPETROLEUMMACHINERY新产品开发基于磁记忆效应的新型管道机器人孙吉业樊建春张来斌温东贾运行张兰(中国石油大学(北京)机电工程学院)摘要目前国内管道内检测技术水平低，无法满足日益增长的油气管道检测需求，为此，研制了一种基于磁记忆效应的新型管道机器人。该装置由机械行走机构、信号采集与处理系统、姿态控制与定位系统、辅助系统4部分组成。机械部分提供支撑与动力，信号部分采集并处理管道漏磁场信号，姿态部分确定缺陷的位置，辅助系统提供电力，并可进行应急定

2、位。试验情况表明，该装置可有效识别各种管道缺陷，具有检测精度高、定位准确、通过性能好、结构简单和稳定可靠等优点，达到了设计要求，这对于保障我国油气管道安全运行，推进管道完整性管理具有重大意义。关键词油气管道磁记忆内检测管道机器人检测油气管道管壁上的各种缺陷，并可进行快速、0引言准确的缺陷定位。采用工业控制计算机作为信号采集与处理系统的核心，再辅以高性能的数据采集目前，管道内检测技术是应用最为广泛的维护器，使得多通道(90)的高速数据采集成为可能，管道安全性与完整性的有效方法⋯。美、英、法、并可实

3、现高达500G的数据存储功能。同时采用大德等国研制的管道内检测机器人已经实用化，但是容量的可充电锂电池，使机器人作业距离完全满足他们不出售产品和技术，只提供在线检测服务，收一般清管站间距要求。系统功能主要有以下特点：取高昂的检测费用，垄断着管道检测市场。而我国①采用支撑轮式结构，具有良好的运动通过性及越管道内检测技术水平低，采用的超声波和漏磁检测障能力；②多通道检测，检测结果自动存储，存储方法较为落后，且各有不足，无法满足我国日益增容量满足长距离检测需要；③检测精度高，可有效长的管道检测需要。笔

4、者研制的新型管道机器人采检测管壁各种缺陷；④缺陷定位准确，可有效降低用金属磁记忆方法(MMM)进行管道损伤检测。作业方的使用成本；⑤整个装置结构紧凑、轻便、金属磁记忆检测是近期迅速发展起来的新型无损检可靠性高、承压能力强。测方法，通过记录地磁场作用下的金属构件表面的1．2设计技术指标漏磁场信息，可对构件微观缺陷和应力与变形集中工作激励方式：管道自身剩磁场；区进行辨识_2J。试验情况表明，该装置可有效识适用管径：610mm；别各种管道缺陷，具有检测精度高、定位准确、通检测分辨率：1mm(管长方向)

5、；过性能好、结构简单和稳定可靠等优点，达到了设检测缺陷深度：>20mm；计要求，对于保障我国油气管道安全运行，推进管典型损伤缺陷的检出率：>95％；道完整性管理具有重大意义。检测速度：1～6m／s(随管道压力变化)；单次持续检测时间：≥30h(随电池容量变化)。1系统功能和技术指标2系统组成1．1系统实现的功能新型管道机器人采用磁记忆检测原理，可有效该管道机器人由机械行走机构、信号采集与处基金项目：国家“863”计划资助课题“基于强磁记忆效应的管道损伤检测及评价关键技术”(2006AA06Z23

6、8)。石油机械2011年第39卷第1期理系统、姿态控制与定位系统、辅助系统4部分组成。其中，机械行走部分提供支撑与动力，信号采集与处理系统采集并处理管道漏磁场信号，姿态控制与定位系统确定缺陷的位置，辅助系统提供电力，并可进行应急定位。整个机器人外形见图1。图2信号采集与处理系统示意图自行开发的数据处理软件采用VisualBasic语言，其中数据处理部分与Matlab混合编程，结合VisualBasic优秀的图形化界面开发设计能力和Matlab强大的数学计算功能，利用ActiveX自动化技术实现V

7、isualBasic与Matlab之间的无缝链接，具有数据采集、数据分析和数据表达3大模块，可以实现数据采集与存储、信号降噪、图形显示、特图110film管道机器人样机1一支撑部分A；2一检测部分；3一征提取与识别等管道内检测需要的功能。联轴器；4一仓体；5一支撑部分B。2．3姿态控制与定位系统2．1机械行走机构姿态控制与定位系统由激光陀螺仪、同轴的里机械行走机构主要由皮碗清管器、轮式支撑结程轮与编码器组成。采用里程轮进行距离测量是智构、检测装置和仪器仓组成。皮碗清管器用来密封能清管器常用的缺陷

8、定位方法。里程轮踏面压有花管道，形成前后介质压差，拉动整个内检测装置运纹防止打滑，其安装于清管器壳体上，通过弹性支行。皮碗清管器作为管道内检测装置的“火车撑装置与管道内壁紧密接触。与里程轮同轴装有编头”，具有良好的密封性和通过性。每个支撑部分码器，里程轮带动编码器每转动1周产生1个脉冲圆周均匀分布8个支撑轮，主要由轮子、碟簧组、信号。通过里程轮直径及其转数得到清管器的行驶支撑连杆和同定支座组成。采取支撑轮式结构，可里程。为防止里程轮在清管器行进过程中打滑造成以减少皮碗的承重。同时支撑轮与管道为滚