本發(fā)明涉及管道維搶修，具體而言，涉及一種管道外徑偏差測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、某大口徑在用海底原油管線受損屈曲變形，為保證其安全運(yùn)行，制定了異形固定管卡永久修復(fù)方案，需精準(zhǔn)測繪受損管段的彎曲狀態(tài)、彎曲度和外表面形位偏差等，為管卡的設(shè)計、制造和安裝提供依據(jù)和保證。該測繪作業(yè)，具有管徑大，彎曲變形管段長，精度要求高，水下渾濁度高和能見度低的特點(diǎn)。

2、現(xiàn)有的海底管道缺陷變形外檢測技術(shù)主要有聲吶掃測法、潛水員觀察探摸法、rov/auv攜帶水下相機(jī)或水下激光的目視攝像法，測徑器機(jī)械觸手測量等方法。這些技術(shù)方法，或者存在不適應(yīng)水下渾濁和低能見度環(huán)境，或者存在不適用大管徑長彎曲變形和表面大畸變率的管道測量、測量精度低（厘米級以上），效率低等問題，而不能滿足海管測繪和管卡的加工制造和施工作業(yè)等要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提出了一種管道外徑偏差測量裝置及方法，旨在解決現(xiàn)有管道外徑測量精度低、效率低不能滿足海管測繪和管卡的加工制造和施工作業(yè)要求的問題。

2、一方面，本發(fā)明提出了一種管道外徑偏差測量裝置，該裝置包括：轉(zhuǎn)架，用于環(huán)繞在待測量管道的外周，提供待測量管道外周的周向支撐；圓弧轉(zhuǎn)動件，沿所述轉(zhuǎn)架的周向以能夠轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置在所述轉(zhuǎn)架上，用于在所述待測量管道的外周進(jìn)行圓形轉(zhuǎn)動，能夠提供與所述圓弧轉(zhuǎn)動件同心布置的測量圓基準(zhǔn)；徑向測量組件，沿所述圓弧轉(zhuǎn)動件的徑向設(shè)置在所述圓弧轉(zhuǎn)動件上，用于隨所述圓弧轉(zhuǎn)動件沿所述待測量管道的外周進(jìn)行轉(zhuǎn)動，以測量所述待測量管道外壁多個外表面點(diǎn)相對于所述測量圓基準(zhǔn)的相對徑向位移偏差，基于待測量管道多個外表面點(diǎn)的轉(zhuǎn)角以及相對徑向位移偏差，獲取待測量管道的外徑偏差；其中，徑向測量組件隨圓弧轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角作為待測量管道外表面點(diǎn)的轉(zhuǎn)角。

3、進(jìn)一步地，上述管道外徑偏差測量裝置，所述徑向測量組件包括：徑測支架；徑向伸縮頂壓件，設(shè)置在所述徑測支架上，用于沿所述圓弧轉(zhuǎn)動件的徑向進(jìn)行伸縮；測量頭，設(shè)置在所述徑向伸縮件的伸縮端上，用于在所述徑向伸縮頂壓件的作用下沿所述圓弧轉(zhuǎn)動件的徑向進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動，直至通過點(diǎn)接觸抵壓接觸在所述待測量管道的外表面點(diǎn)上；位移檢測機(jī)構(gòu)，用于利用磁致伸縮測距原理監(jiān)測所述測量頭沿所述圓弧轉(zhuǎn)動件徑向的伸縮位移，以獲取所述待測量管道外表面點(diǎn)的相對徑向位移偏差。

4、進(jìn)一步地，上述管道外徑偏差測量裝置，所述位移檢測機(jī)構(gòu)包括：磁致伸縮位移傳感器，與所述徑向伸縮頂壓件平行布置；磁環(huán)固定聯(lián)動桿，與所述磁致伸縮位移傳感器平行布置，一端與所述測量頭相連接，另一端連接有磁環(huán)組件，所述磁環(huán)組件還與所述磁致伸縮位移傳感器相連接，所述磁環(huán)組件用于在所述磁環(huán)固定聯(lián)動桿的作用下隨所述測量頭、所述徑向伸縮頂壓件進(jìn)行直線運(yùn)動，所述磁致伸縮位移傳感器配合所述磁環(huán)組件，利用通過內(nèi)部非接觸式的測控技術(shù)檢測磁環(huán)組件的絕對位置，以獲取所述測量頭的伸縮位移，進(jìn)而獲取待測量管道外表面點(diǎn)的相對徑向位移偏差。

5、進(jìn)一步地，上述管道外徑偏差測量裝置，所述轉(zhuǎn)架上還設(shè)有導(dǎo)軌輪組，用于對所述圓弧轉(zhuǎn)動組件的轉(zhuǎn)動進(jìn)行導(dǎo)向。

6、進(jìn)一步地，上述管道外徑偏差測量裝置，所述導(dǎo)軌輪組包括：圈同軸且間隔設(shè)置的導(dǎo)輪組件，形成等間距雙圓弧形滾動導(dǎo)軌通道，用于分別對所述圓弧轉(zhuǎn)動件的內(nèi)圈和外圈進(jìn)行滾動導(dǎo)向定位；至少其中一圈所述導(dǎo)輪組件為偏心導(dǎo)輪組件，用于調(diào)整消減所述導(dǎo)輪組件和/或所述圓弧轉(zhuǎn)動件的加工裝配誤差。

7、進(jìn)一步地，上述管道外徑偏差測量裝置，所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動組件連接有轉(zhuǎn)角檢測組件，用于采用電感式檢測所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動組件的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動角度，以獲取所述徑向測量組件隨所述圓弧轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角。

8、進(jìn)一步地，上述管道外徑偏差測量裝置，所述轉(zhuǎn)架上設(shè)有零轉(zhuǎn)角檢測組件，用于采用非接觸磁電式檢測所述徑向測量組件是否位于預(yù)設(shè)零轉(zhuǎn)角位，以基于徑向測量組件轉(zhuǎn)動的角度，確定所述徑向測量組件每次轉(zhuǎn)動后的轉(zhuǎn)角。

9、進(jìn)一步地，上述管道外徑偏差測量裝置，所述圓弧轉(zhuǎn)動件連接有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件，用于驅(qū)動所述圓弧轉(zhuǎn)動件進(jìn)行轉(zhuǎn)動，以帶動所述徑向測量組件進(jìn)行轉(zhuǎn)動。

10、另一方面，本發(fā)明還提出了一種管道外徑偏差測量方法，該方法包括如下步驟：裝置定位步驟，將所述管道外徑偏差測量裝置整體移動至待測量管道的待測軸向位置，并將轉(zhuǎn)架沿待測量管道的橫截面環(huán)繞在待測量管道的外周，徑向測量組件置于預(yù)設(shè)伸縮零位，徑向測量組件置于預(yù)設(shè)零轉(zhuǎn)角位；零角位測量步驟，通過處于預(yù)設(shè)零轉(zhuǎn)角位處的徑向測量組件，沿所述圓弧轉(zhuǎn)動件的徑向進(jìn)行直線運(yùn)動，對待測量管道上對應(yīng)外表面點(diǎn)進(jìn)行絕對位移值的測量，獲取待測量管道上對應(yīng)于預(yù)設(shè)零轉(zhuǎn)角位處的外表面點(diǎn)相對于測量圓基準(zhǔn)的相對徑向位移；周向轉(zhuǎn)角測量步驟，逐次轉(zhuǎn)動圓弧轉(zhuǎn)動件，每次轉(zhuǎn)動的角度為預(yù)設(shè)角度，以使徑向測量組件隨圓弧轉(zhuǎn)動件進(jìn)行轉(zhuǎn)動，直至所述徑向測量組件轉(zhuǎn)動至最后一個轉(zhuǎn)角位，每次轉(zhuǎn)動后，均通過徑向測量組件對待測量管道上對應(yīng)的外表面點(diǎn)進(jìn)行絕對位置值的測量，以獲取待測量管道上對應(yīng)于徑向測量組件各個所在位置處的外表面點(diǎn)相對于測量圓基準(zhǔn)的相對徑向位移；偏差計算步驟，根據(jù)待測量管道上預(yù)設(shè)零轉(zhuǎn)角位對應(yīng)的相對徑向位移和轉(zhuǎn)角、以及每次轉(zhuǎn)動后所在位置對應(yīng)的相對徑向位移和轉(zhuǎn)角，確定待測量管道的外徑偏差。

11、進(jìn)一步地，上述管道外徑偏差測量方法，所述偏差計算步驟具體包括：根據(jù)待測量管道上對應(yīng)于徑向測量組件所在位置處的外表面點(diǎn)相對于測量圓基準(zhǔn)的相對徑向位移和轉(zhuǎn)角，獲取待測量管道上對應(yīng)于徑向測量組件所在位置處的外表面點(diǎn)相對于測量圓基準(zhǔn)的極坐標(biāo)；根據(jù)待測量管道多個外表面點(diǎn)的極坐標(biāo)，建立待測軸向位置的截面外表面周向二維數(shù)字模型，并基于待測軸向位置的截面外表面周向二維數(shù)字模型，確定待測量管道的外徑偏差。

12、本發(fā)明提供的管道外徑偏差測量裝置及方法，實現(xiàn)了環(huán)繞在用海底管道安裝定位和360°精準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)測量，可獲環(huán)繞定位處管道截面的全周外表面點(diǎn)的精確相對徑向位移及其測量轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，從而可計算分析出管道截面的外徑偏差，為測量管段的三維數(shù)字模型的生成和管段形位偏差測量分析確定提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；在渾濁低能見度水下環(huán)境有良好的適應(yīng)性和長期工作穩(wěn)定可靠性，動作和測量精度高；為實現(xiàn)渾濁低能見度水下大管徑長彎曲變形海底管段的全自動高效精準(zhǔn)外表面掃測提供了保證。

技術(shù)特征：

1.一種管道外徑偏差測量裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道外徑偏差測量裝置，其特征在于，所述徑向測量組件包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的管道外徑偏差測量裝置，其特征在于，所述位移檢測機(jī)構(gòu)包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的管道外徑偏差測量裝置，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管道外徑偏差測量裝置，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的管道外徑偏差測量裝置，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的管道外徑偏差測量裝置，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的管道外徑偏差測量裝置，其特征在于，

9.一種管道外徑偏差測量方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至8任一項所述的管道外徑偏差測量裝置，所述方法包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的管道外徑偏差測量方法，其特征在于，所述偏差計算步驟具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種管道外徑偏差測量裝置及方法。該裝置包括：轉(zhuǎn)架；圓弧轉(zhuǎn)動件沿所述轉(zhuǎn)架的周向以能夠轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置在所述轉(zhuǎn)架上；徑向測量組件沿所述圓弧轉(zhuǎn)動件的徑向設(shè)置在所述圓弧轉(zhuǎn)動件上。本發(fā)明實現(xiàn)了環(huán)繞在用海底管道安裝定位和360°精準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)測量，可獲環(huán)繞定位處管道截面的全周外表面點(diǎn)的精確相對徑向位移及其測量轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，從而可計算分析出管道截面的外徑偏差，為測量管段的三維數(shù)字模型的生成和管段形位偏差測量分析確定提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；在渾濁低能見度水下環(huán)境有良好的適應(yīng)性和長期工作穩(wěn)定可靠性，動作和測量精度高；為實現(xiàn)渾濁低能見度水下大管徑長彎曲變形海底管段的全自動高效精準(zhǔn)外表面掃測提供了保證。

技術(shù)研發(fā)人員：王克寬,張?zhí)锢?段瑞彬,牛虎理,王來臻,劉劍,何亞章,崔婉婷,張建護(hù),楊華慶,吳金明,張以諾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油天然氣集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15