一种管道变形定位装置及使用方法
技术领域
本发明涉及管道施工技术领域，具体涉及一种管道变形定位装置及使用方法。
背景技术
管道输送是我国油气运输的主力，目前我国陆上油气管道里程已达13.31万公里，其中埋地管道所占比重较大。由于地震、地层移动、地壳变迁、热输变形、施工破坏等原因，常使埋地管道发生不同程度的变形，甚至破裂等，造成油气传输率下降甚至停产，对管道的安全运行造成危机，若不及时处理，往往会造成灾难性后果。为确保管道的安全运营，管道在投产前及地质灾害后都应进行管道变形、承压等方面的检测，然而埋地管道的变形精确定位是一大难题，目前已有的通径检测器虽能检测出管道变形信息，但其依靠里程轮对管道变形定位的方式并不可取，累计误差大，虽有各种算法对里程轮式的定位方式进行修正补偿，但对于长输埋地管道而言还是不大可靠，给后期的整改工作带来较大的工程成本及难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道变形定位装置及使用方法，能够准确定位管道变形的具体位置，定位精度可达1米，克服以往长输埋地管道定位误差大的缺陷，运行一趟可多次精确定位多个管道变形，大大减少后期管道的开挖维修成本。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种管道变形定位装置，包括本体筒，所述本体筒中心左右贯通，右端为外法兰盘，连接伸缩总成的卡盘前盖，左侧部分为圆筒体，且在圆筒体外径靠左端位置设有限位法兰盘，其左端通过内螺纹固定有盲板法兰结构的前端盖，且前端盖外螺纹底部布置有第一密封圈，其次本体筒外径上紧靠前端盖位置，从左往右至少包括第一支撑胶盘、第一隔环、第一胶盘、第二隔环、第二胶盘，其中第二胶盘与圆筒体外径上的限位法兰盘通过螺栓固定在一起。所述本体筒腔体内部从左往右布置有电池、控制器、电机，且之间通过电线连接。所述伸缩总成从左往右包括电机、固定盘、螺栓、卡盘前盖、第一旋转密封、第一轴承、前螺旋齿盘、卡盘体、挡片、后螺旋齿盘、第二轴承、卡盘后盖，所述电机右端通过沉孔螺栓固定在固定盘上，其右端伸出轴依次穿过同轴线的固定盘、卡盘前盖、第一轴承、前螺旋齿盘、卡盘体、后螺旋齿盘、第二轴承、卡盘后盖的所有中心孔，并同时驱动前螺旋齿盘和后螺旋齿盘旋转，推动多个圆周分布的挡片在卡盘体多个嵌入凹槽内沿径向伸缩。
所述固定盘通过外螺纹与本体筒内螺纹相连，且连接后的固定盘右端面不伸出本体筒外法兰盘右端面；所述本体筒外法兰盘通过螺栓依次固定有卡盘前盖、卡盘体，且在本体筒外法兰盘右侧端面内设置有密封圈，与卡盘前盖左侧端面刚好压紧配合，所述卡盘前盖横截面形状类似于“[”,其右端敞开，且敞开一侧的圆周壳体上均匀设置有多个小缺口，该缺口恰好允许挡片凸台径向活动，其次卡盘前盖左端面设有中心孔，中心孔左侧部分设置有第一旋转密封，右侧部分布置有第一轴承，卡盘前盖左端面圆周分布有多个螺纹通孔，用于配合连接本体筒外法兰盘、卡盘前盖及卡盘体的螺栓；
所述卡盘体为双面卡盘结构，且两个卡盘左右对称，但相互旋转二分之一个挡片扇形圆弧夹角，其次两个卡盘共享同一个背靠盘，背靠盘设有中心孔，用于电机轴穿过，背靠盘左右两侧分别圆周均匀分布有相同多个径向支撑台，左右两侧支撑台中心面之间的夹角为二分之一个挡片扇形圆弧夹角，背靠盘单侧相邻的支撑台之间用于配合挡片扇形片；支撑台上均设置有扇形块，扇形块以支撑台的中心面对称，且其外端为圆弧状，该圆弧半径与背靠盘相同，内端为尖角，背靠盘单侧相邻的扇形块之间用于配合挡片凸台；所述背靠盘同一侧相邻的扇形块、支撑台共同组成嵌入凹槽，用于配合挡片的径向伸缩；所述背靠盘同一侧的扇形块、支撑台上的中心对称位置均设置有螺纹孔，该螺纹孔在背靠盘中还深入一定深度，但并未穿透，此螺纹孔用于配合连接本体筒外法兰盘、卡盘前盖的固定螺栓，背靠盘另一侧的螺纹孔用于配合卡盘后盖左端的固定螺栓；所述背靠盘左右两侧的支撑台、扇形块与背靠盘本身组成了两个卡盘结构的卡盘体。
所述前螺旋齿盘恰好装配在卡盘前盖与卡盘体之间的腔体中，中心孔通过键与电机轴连接在一起，前螺旋齿盘左侧为圆锥面，右侧设置有螺旋状齿条，该螺旋齿条与挡片凸台的齿条相互间隙配合，即螺旋齿条伸入挡片齿条的空隙中，挡片齿条伸入螺旋齿条的空隙中，当螺旋齿条旋转，螺旋齿条便可推动挡片齿条在卡盘体内径向伸缩。
所述挡片由两部分构造，构造一为扇形片，该扇形片的外端为圆弧状，圆弧半径为管道的检测半径，圆弧所在圆的夹角不低于15度，扇形片的内端为等腰梯形状，距离圆心还有一段距离；构造二为凸台，该凸台分布在扇形片的中心对称位置，从扇形片的内端一直延伸到外端，且凸台内端形状与扇形片内端的等腰梯形相同，凸台上还设置有与螺旋齿条配合的挡片齿条。
所述后螺旋齿盘结构与前螺旋齿盘相同，其位于卡盘后盖与卡盘体之间，其左侧部分为螺旋齿盘，用于驱动卡盘体右侧挡片沿卡盘嵌入凹槽径向伸缩，其中心孔通过键与电机轴配合。
所述卡盘后盖左侧部分形状与卡盘前盖基本相同，不同之处在于卡盘后盖右端面圆周分布的多个螺纹孔为沉孔，螺栓连接卡盘后盖和卡盘体后不会伸出卡盘后盖右端面，其次卡盘后盖中心孔位置设置有第二轴承，电机轴穿过该轴承孔，卡盘后盖的右侧部分为圆筒，圆筒内外径与本体筒圆筒部分内外径相同，该圆筒外径上从左往右设置有第三胶盘、第三隔环、第二支撑胶盘，且第二支撑胶盘与圆筒右端通过螺纹连接的后端盖外法兰面紧紧相贴。
所述电机轴设有中心孔，中心孔两端设置有第三轴承和第四轴承，这两轴承孔中穿有信号棒，所述信号棒为内部固定有连通的电线，电线与电机轴内壁之间通过胶体凝固密封，密封耐压不低于14MPa，信号棒与电机轴中心孔壁之间还设置有第二旋转密封，用于防止液体进入本体筒腔体内，此外信号棒左端与电机壳体固定，其不随电机轴旋转，保证电线不扭断。
所述后端盖右端面内的中心位置设置有压力传感器，该压力传感器的电线通过与电机轴中心孔内的信号棒上的电线相连，再与控制器相连，其次后端盖右端面上通过螺栓固定了具有金属骨架法兰盘的橡胶筒，该橡胶筒外径远小于待测管道直径，并且长度较短，其内安装有信号发射机，此外橡胶筒左端面设有凹槽，用于容留压力传感器，并且该凹槽与橡胶筒外部连通，便于压力传递。
通过编程实现控制器根据压力传感器检测到的特定压力变化，达到使电机正转或反转，对应实现挡片在卡盘体上径向伸展或径向收缩的目的，挡片径向伸展到位时，沿本体筒轴向方向看去呈现出：多个挡片外圆弧连接成圆的样子，且圆的直径为管道变形要求的测量直径；挡片收缩时，挡片基本都回到卡盘体浅入凹槽内。
进一步的，本发明提供了一种管道精确定位装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据待测管道的直径和变形情况，首先选择合适的管道精确定位装置，启动装置控制器电源，将挡片调整到管道变形测量的合适位置，之后打开信号发射机，将管道精确定位装置放入管道发球筒，然后启动清管泵，利用流体推动管道精确定位装置在管道中前行。
步骤2：利用信号接收机，在管道铺设沿途多个位置定点监测管道精确定位装置上的信号发射机信号。假如遇到管道变形，挡片会堵塞在管道变形处，清管泵泵压也会突然阶跃式升高，此时停泵即可。
步骤3：停泵后，利用接收机在之前已监测到信号发射机信号和相邻的还未监测到信号发射机的两个位置之间寻找管道精确定位装置，之后根据信号发射机的信号强度，确定管道变形的精确位置，并做好标记。
步骤4：之后，控制清管泵泵压传递挡片收缩的压力信号，管道变形定位装置的压力传感器获得该压力信号，控制器自动进行分析后，驱动电机反向旋转，使挡片在卡盘体内径向收缩，到达收缩位置后，自动停止电机旋转。收缩完毕后，待管道变形定位装置通过管道变形位置，此时清管泵泵压会相较堵塞时有较大回落，但比堵塞前要高一些，等管道变形定位装置完全通过后，泵压会基本回落到堵塞前差不多的情况，此时再控制清管泵泵压传递挡片伸展的压力信号，压力传感器获得该压力信号，控制器自动进行分析后，驱动电机正向旋转，使挡片在卡盘体内径向伸展到管道变形测量的最初合适位置后，自动停止电机旋转。
步骤5：重复步骤2、3、4，进行下一个管道变形位置的测量，如果在到达管道终点，未再遇到泵压长时间阶跃式升高，及定点监测位置未检测到信号发射机，则表示未遇到管道变形，此时收球即可，即完成管道变形定位。
本发明的有益效果是：本发明的这种管道变形定位装置性能可靠，通过遇卡后信号追踪定位原理实现管道变形的精确定位，相比其他定位方式具有定位准确、定位精度高的优势，克服以往长输埋地管道定位误差大的缺陷，此外采用特定的压力信号控制挡片在卡盘体上径向伸缩，可实现运行一趟多次精确定位多个管道变形，大大减少后期管道的开挖维修成本。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明的三维示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明电机的结构示意图；
图4是本发明卡盘体的三维结构示意图；
附图标记说明：1、前端盖；2、第一密封圈；3、第一支撑胶盘；4、第一隔环；5、第一胶盘；6、本体筒；7、限位螺栓；8、电池；9、控制器；10、第一电线；11、电机；12、固定盘；13、外法兰盘；14、第一轴承；15、卡盘前盖；16、前螺旋齿盘；17、卡爪；18、卡盘体；19、后螺旋齿盘；20、第二轴承；21、卡盘后盖；22、后端盖；23、压力传感器；24、第二隔环；25、第二胶盘；26、限位法兰；27、第一旋转密封；28、沉孔螺栓；29、第二密封圈；30、螺旋齿条；31、固定螺栓；32、第二电线；33、第三胶盘；34、第三隔环；35、第二支撑胶盘；36、连接螺栓；37、橡胶筒；38、信号发射机；39、第三电线；40、第三轴承；41、电机轴；42、中心管；43、第二旋转密封；44、第四轴承；45、凸台；46、扇形片；47、挡片齿条；48、背靠盘；49、扇形块；50、支撑台；51、螺纹孔。
具体实施方式
实施例一
如图1、图2、图3、图4所示，一种管道变形定位装置，其特征在于：包括本体筒6，所述本体筒6中心左右贯通，右端为外法兰盘13，连接伸缩总成的卡盘前盖15，左侧部分为圆筒体，且在圆筒体外径靠左端位置设有限位法兰盘26，其左端通过内螺纹固定有盲板法兰结构的前端盖1，且前端盖1外螺纹底部布置有第一密封圈2，其次本体筒6外径上紧靠前端盖1位置，从左往右至少包括第一支撑胶盘3、第一隔环4、第一胶盘5、第二隔环24、第二胶盘25，其中第二胶盘24与圆筒体外径上的限位法兰盘26通过限位螺栓7固定在一起。所述本体筒6腔体内部从左往右布置有电池8、控制器9、电机11，且之间通过第一电线10连接。
所述伸缩总成从左往右至少包括电机11、固定盘12、沉孔螺栓28、固定螺栓31、卡盘前盖15、第一轴承14、前螺旋齿盘16、卡盘体18、挡片17、后螺旋齿盘19、第二轴承20、卡盘后盖21，其中固定盘12通过外螺纹与本体筒6腔体右端内螺纹相连，且连接后的固定盘12右端面不伸出本体筒6外法兰盘13右端面；所述第一轴承14设置在卡盘前盖15中心孔，前螺旋齿盘16和后螺旋齿盘17分别位于卡盘前盖15与卡盘体18，卡盘体18与卡盘后盖21之间，其螺旋齿条30均与圆周分布在卡盘体18上左右两侧多个嵌入凹槽内的挡片齿条47配合。
所述电机11右端通过沉孔螺栓28固定在固定盘12上，其右端伸出的电机轴41依次穿过同轴线的固定盘12、卡盘前盖15、第一轴承14、前螺旋齿盘16、卡盘体18、后螺旋齿盘19、第二轴承20、卡盘后盖21的所有中心孔，并同时驱动前螺旋齿盘16和后螺旋齿盘17旋转，推动多个圆周分布的挡片17在卡盘体18相应的嵌入凹槽内沿径向伸缩。
所述本体筒6外法兰盘13通过固定螺栓31依次连接有卡盘前盖15、卡盘体18，同时卡盘后盖21左侧部分的固定螺栓31也与卡盘体18相连，且卡盘后盖21的固定螺栓31为沉孔型，不妨碍卡盘后盖21右侧圆筒外径上从左往右依次设置的第三胶盘33、第三隔环34、第二支撑胶盘35的装配，所述卡盘后盖21圆筒右端连接有后端盖22，后端盖22中心位置设置有压力传感器23，压力传感器22通过相互连接的第二电线32与第三电线39穿过电机轴41中心孔与连接第一电线10的控制器9相连。所述后端盖22右端通过连接螺栓36固定具有金属骨架法兰盘的橡胶筒37，该橡胶筒37外径远小于待测管道直径，并且长度较短，橡胶筒37内设置有信号发射机38，此外橡胶筒37左端面设有凹槽，用于容留压力传感器23，并且该凹槽与橡胶筒37外部连通，便于压力传递。
通过编程实现控制器9根据压力传感器23检测到的特定压力变化，达到使电机11正转或反转，对应实现挡片17在卡盘体18上径向伸展或径向收缩。
实际使用时，首先用控制器9控制电机11正旋转，驱动前螺旋齿盘16和后螺旋齿盘19同时转动，使卡盘体18左右两侧圆周分布的多个挡片17沿径向方向伸展，达到从本体筒6轴向方向看去呈现挡片17外圆弧连接成圆的样子，且圆的直径为管道变形要求的测量直径。管道变形定位装置在管道运行时，信号发射机38一直处于工作状态，当挡片17组成的圆遇到管道变形时会发生堵塞，清管泵泵压会阶跃式升高，此时关泵，然后用接收机找寻信号发射机38的信号，找到后进行标记，之后启动清管泵，制造挡片17收缩的压力控制信号，使压力传感器23得到该信号后反馈给控制器9，控制器9控制电机11反转，使挡片17收缩到卡盘体18内，然后通过管道变形位置，管道压力回落，此时再控制清管泵制造挡片17伸展的压力控制信号，使挡片17伸展到原位，进行下一个管道变形的定位。
本发明的这种管道变形定位装置性能可靠，通过遇卡后信号追踪定位原理实现管道变形的精确定位，相比其他定位方式具有定位准确、定位精度高的优势，克服以往长输埋地管道定位误差大的缺陷，此外采用特定的压力信号控制挡片17在卡盘体18上径向伸缩，可实现运行一趟多次精确定位多个管道变形，大大减少后期管道的开挖维修成本。
实施例二
与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：如图1、图2，所述卡盘前盖15横截面形状类似于“[”,其右端敞开，且敞开一侧的圆周壳体上均匀设置有多个小缺口，该缺口恰好允许挡片17凸台45径向活动，且卡盘前盖15左端面与本体筒6外法兰盘13之间设置有第一密封圈29，其次卡盘前盖15中心孔左侧部分设置有第一旋转密封27，右侧部分布置有第一轴承14，卡盘前盖17左端面外边缘圆周分布有多个螺纹通孔，用于配合连接本体筒6外法兰盘13、卡盘前盖15及卡盘体18的螺栓。第一密封圈29与第一旋转密封27可防止流体进入本体筒6。
实施例三
与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：如图2，图4，所述卡盘体18为双面卡盘结构，且两个卡盘左右对称，但相互旋转二分之一个挡片17扇形圆弧夹角，其次两个卡盘共享同一个背靠盘48，背靠盘48设有中心孔，用于电机轴41穿过，背靠盘48左右两侧分别圆周均匀分布有相同多个径向支撑台50，左右两侧支撑台50中心面之间的夹角为二分之一个挡片17扇形圆弧夹角，背靠盘48单侧相邻的支撑台50之间用于配合挡片17扇形片46；支撑台50上均设置有扇形块49，扇形块49以支撑台50的中心面对称，且其外端为圆弧状，该圆弧半径与背靠盘48相同，内端为尖角，背靠盘48单侧相邻的扇形块49之间用于配合挡片17凸台45；所述背靠盘48同一侧相邻的扇形块49、支撑台50共同组成嵌入凹槽，用于配合挡片17的径向伸缩；
所述背靠盘48同一侧的扇形块49、支撑台50上的中心对称位置均设置有螺纹孔51，该螺纹孔51在背靠盘48中还深入一定深度，但并未穿透，此螺纹孔51用于配合连接本体筒6外法兰盘13、卡盘前盖15的固定螺栓31，背靠盘48另一侧的螺纹孔51用于配合卡盘后盖21左端的固定螺栓31；所述背靠盘48左右两侧的支撑台50、扇形块49与背靠盘48本身组成了两个卡盘结构的卡盘体18。
实施例四
与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：如图1、图2、图3所示，所述挡片17由两部分构造，构造一为扇形片46，该扇形片46的外端为圆弧状，圆弧半径为管道的检测半径，圆弧所在圆的夹角不低于15度，扇形片46的内端为等腰梯形状，距离圆心还有一段距离；构造二为凸台45，该凸台45分布在扇形片46的中心对称位置，从扇形片46的内端一直延伸到外端，且凸台45内端形状与扇形片46内端的等腰梯形相同，凸台45上还设置有与螺旋齿条30配合的挡片齿条47。
所述前螺旋齿盘16恰好装配在卡盘前盖15与卡盘体18之间的腔体中，中心孔通过键与电机轴41连接在一起，前螺旋齿盘16左侧为圆锥面，右侧设置有螺旋状齿条30，该螺旋齿条30与挡片17凸台45的挡片齿条47相互间隙配合，即螺旋齿条伸入挡片齿条47的空隙中，挡片齿条47伸入螺旋齿条的空隙中，当螺旋齿条30旋转，螺旋齿条30便可推动挡片齿条47在卡盘体18内径向伸缩。所述后螺旋齿盘19与前螺旋齿盘16结构相同，装配时，螺旋齿条30相对，中心孔也通过键与电机轴41连接在一起。
实施例五
与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：如图2、图4所示，所述电机轴41设有中心孔，中心孔两端设置有第三轴承40和第四轴承44，这两轴承孔中穿有信号棒42，所述信号棒42为内部固定有连通的第三电线39，第三电线39与信号棒42壁之间通过胶体凝固密封，密封耐压不低于14MPa，信号棒42与电机轴41中心孔壁之间还设置有第二旋转密封43，用于防止液体进入本体筒6腔体内，此外信号棒42左端与电机壳体固定，其不随电机轴41旋转，保证第三电线39不扭断。
实施例6
一种管道变形精确精确定位装置的使用方法包括上述实施例1-5中所述的一种管道变形精确精确定位装置，包括以下步骤：
步骤1：根据待测管道的直径和变形情况，首先选择合适的管道精确定位装置，启动装置控制器9电源，将挡片17调整到管道变形测量的合适位置，之后打开信号发射机38，将管道精确定位装置放入管道发球筒，然后启动清管泵，利用流体推动管道精确定位装置在管道中前行。
步骤2：利用信号接收机，在管道铺设沿途多个位置定点监测管道精确定位装置上的信号发射机38信号，假如遇到管道变形，挡片17会堵塞在管道变形处，清管泵泵压也会突然阶跃式升高，此时停泵即可。
步骤3：停泵后，利用信号接收机在之前已监测到信号发射机38信号和相邻的还未监测到信号发射机38的两个位置之间寻找管道变形定位装置，之后根据信号发射机38的信号强度，确定管道变形的精确位置，并做好标记。
步骤4：之后，控制清管泵泵压传递挡片17收缩的压力信号，管道变形定位装置的压力传感器23获得该压力信号，控制器9自动进行分析后，驱动电机11反向旋转，使挡片17在卡盘体18内径向收缩，到达收缩位置后，自动停止电机11旋转。收缩完毕后，待管道变形定位装置通过管道变形位置，此时清管泵泵压会相较堵塞时有较大回落，但比堵塞前要高一些，等管道变形定位装置完全通过后，泵压会基本回落到堵塞前差不多的情况，此时再控制清管泵泵压传递挡片17伸展的压力信号，压力传感器23获得该压力信号，控制器9自动进行分析后，驱动电机11正向旋转，使挡片17在卡盘体18内径向伸展到管道变形测量的最初合适位置后，自动停止电机旋转。
步骤5：重复步骤2、3、4，进行下一个管道变形位置的测量，如果在到达管道终点，未再遇到泵压长时间阶跃式升高，及定点监测位置未检测到信号发射机38，则表示未遇到管道变形，此时收球即可，即完成管道变形定位。
本发明的这种管道变形定位装置性能可靠，通过遇卡后信号追踪定位原理实现管道变形的精确定位，相比其他定位方式具有定位准确、定位精度高的优势，克服以往长输埋地管道定位误差大的缺陷，可实现运行一趟多次精确定位多个管道变形，大大减少后期管道的开挖维修成本。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
