具有纠偏功能的管道焊缝超声扫查装置的设计

摘要

工业管道是现代工业的基本设备,但由于其安装、应用工况条件苛刻,对接环焊缝中不可避免地存在着不同程度的缺陷,为保障在役管线安全运行,必须进行缺陷的检测。自动超声检测技术具有检测效率高、漏检率低、扫查重复性好的特点,逐渐成为管道对接环焊缝缺陷检测的发展趋势。随着我国工业事业的迅猛发展,企业对检测设备的需求明显增高,为了提高扫查装置的适用性,降低成本,并打破国外在此领域的垄断,设计一种适合我国行业标准的超声自动扫查装置是十分必要的。
　　本文以中国特种设备检测研究院无损检测技术中心的应用基础类研究项目“反馈式管道自动扫查装置的研制”为依托,研究管道环焊缝超声扫查装置的机械模块和控制模块。主要研究工作如下:
　　(1)基于装置要实现的功能和技术指标要求,开展超声扫查装置的总体方案和扫查流程设计,研究扫查装置的机械结构设计技术、控制系统软件框图设计技术;
　　(2)为保证扫查装置的可靠吸附,以可能出现的失稳状态为条件,研究扫查装置的静力学分析模型技术,推导扫查装置在任意位置时单个磁轮所需吸附力的一般公式;通过分析扫查装置的运动状态,以确定电机所需的最小扭矩。
　　(3)为设计性价比更高的磁轮结构,以磁轮传统结构为对象,基于有限元分析软件ANSYS仿真平台,分析计算导轮厚度、钢板厚度及钢板磁导率对吸附力的影响。
　　(4)为防止由于管壁面条件复杂导致检测效率下降的情况出现,设计“手自一体化”的纠偏功能,在扫查装置出现大幅偏转时,利用无线控制功能对装置进行手动纠偏;而当出现较小偏转时,线性CCD将实时偏移量反馈给主控芯片,并通过PID控制算法调节直流电机转速,直至偏移量减少为可控范围。并开展纠偏前后电机转速仿真研究和管道对接环焊缝周向扫查验证试验。

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1 绪 论

1.1课题来源、研究背景及意义

1.2 无损检测技术的发展动态

1.3 管道焊缝检测装置的发展动态

1.4本文主要章节安排

2 扫查装置总体方案与结构设计

2.1 总体方案设计

2.2 扫查装置基本功能模块设计

2.3 扫查装置主要部件结构设计

2.4 扫查装置总体结构设计

2.5 本章小结

3 扫查装置力学研究及磁路设计

3.1 扫查装置空间位置描述及静力学分析

3.2 扫查装置运动学分析

3.3 磁轮磁路设计与仿真

3.4 本章小结

4 扫查装置运动控制系统研究

4.1 控制模块硬件设计

4.2 控制系统软件设计及仿真

4.3 扫查装置沿焊缝周向扫查试验

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 本文的主要成果

5.2 后续研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果