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1、(10)申请公布号 CN 104236416 A (43)申请公布日 2014.12.24 C N 1 0 4 2 3 6 4 1 6 A (21)申请号 201410452741.3 (22)申请日 2014.09.05 G01B 5/00(2006.01) (71)申请人天津大学 地址 300072 天津市南开区卫津路92号 (72)发明人余建星 孙震洲 吴梦宁 吕永乐 段晶辉 (74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代 理事务所 12201 代理人程毓英 (54) 发明名称 一种管道缺陷测量装置 (57) 摘要 本发明涉及一种管道缺陷测量装置，包括圆 环框架和测量尺体，圆环框架的周向上。
2、均匀分布 有关于圆心中心对称的测量尺开孔，测量尺开孔 的开孔截面形状为“T”字形，较宽的矩形部分为 测量尺体的进出口。每个测量尺体包括主尺和副 尺，主尺的主体为套筒，副尺位于套筒内套筒的内 壁尺寸与副尺的外表面相互配合；主尺套筒上自 外向内依次有从小到大的毫米单位刻度；在套筒 上设置有用于通过螺栓紧固副尺的开孔；副尺的 尖端为锥形的探针。采用本发明的装置，无需进行 多次反复测量，也无需转动管件，一次性可以得到 截面缺陷的整体情况。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (1。
3、0)申请公布号 CN 104236416 A CN 104236416 A 1/1页 2 1.一种管道缺陷测量装置，包括圆环框架(1)，测量尺体，其中，圆环框架(1)由两瓣 可拆卸的半圆环连接而成，圆环框架的周向上均匀分布有关于圆心中心对称的测量尺开孔 (9)，测量尺开孔(9)的开孔截面形状为“T”字形，较宽的矩形部分为测量尺体的进出口，较 窄的矩形部分为读数预留开槽，在圆环框架(1)上设置有用于通过螺栓紧固测量尺体的开 孔(9)。 每个测量尺体包括主尺(2)和副尺(3)，主尺(2)的主体为套筒，副尺(3)位于套筒内 套筒的内壁尺寸与副尺(3)的外表面相互配合；主尺套筒上自外向内依次有从小到大。
4、的毫 米单位刻度；在套筒上设置有用于通过螺栓紧固副尺(3)的开孔(10)； 副尺(3)的尖端为锥形的探针，用于通过与被测管件(11)外壁的接触确定位置；测量 尺体的副尺(3)相当于游标卡尺的游标，其上刻度的设置及读数原理与游标卡尺的游标相 同。 2.根据权利要求1所述的管道缺陷测量装置，其特征在于，副尺(3)的尖端探针上涂有 墨迹，从而可以在管道外壁上留下探测点。 3.根据权利要求1所述的管道缺陷测量装置，其特征在于，圆环框架(1)的外半径被制 造成整数厘米值，在圆环框架上临近测量尺体的测量尺开孔(9)的读数预留开槽处，自外 圆周向内依次有从小到大的厘米单位刻度；副尺(3)探针的制造位置，到副。
5、尺零点的距离 为整数厘米长度。 权 利 要 求 书CN 104236416 A 1/4页 3 一种管道缺陷测量装置 技术领域 0001 本发明涉及一种机械式的管道椭圆度及表面非完整性等综合缺陷的测量装置，以 及相应的使用方法，用于便捷地检测管道结构的缺陷情况。 背景技术 0002 作为工程管道结构的典型代表，海底管线是深海油气工程中的生命线，担负着油 气输运的重任。深水海底管线所处的外部环境显著区别于其他工程结构，环境作用具有高 温、高压、内外腐蚀的特点。这种特点造成了深水海底管线失效破坏的主要形式为截面环向 上的屈曲压溃。研究表明，截面缺陷是诱发海底管线屈曲压溃的决定性因素(余建星等，深 水。
6、海底管道全尺寸压溃试验及数值模拟，2012)。工程实际中，很难保证管道的各个截面均 为完整、严格的圆环，缺陷的存在导致管道失效临界载荷往往远低于理论预测值。由此可 见，海洋工程用管件缺陷情况的精确测量，对于预测待用管件的性能以及评估、控制在役管 道的工作状态，有着重要的意义。 0003 管道的缺陷包括椭圆度和表面非完整性两种情况，其中：椭圆度是指截面在某一 方向边长、另一方向变短的整体形变趋势，通常是由制造、安装误差或受到某一方向局部强 荷载造成的，并极可能在管道服役期间内压或外压作用下不断加剧，最终引起结构失效；表 面非完整性是指截面某一区域的凹坑、壁厚减薄等局部损伤，通常由落物碰撞或腐蚀等。
7、因 素造成，是导致服役期较长的管线发生失效破坏的重要因素。 0004 目前最常用的管道缺陷简易测量方法为，采用卡规和直尺配合，由卡规卡取若干 测点测量管件外径，将测得的最大值作为长轴长度，最小值作为短轴长度。这种方法虽然简 单易行，但是精度太低，基于操作者的人为误差难以控制。较精确的测量方法基本上可分为 光电式测量与机械式测量两类。其中，利用光电方法测量管件椭圆度的装置比较复杂，造价 较高，不便于在管道生产或铺设现场进行快速测量。利用机械方法测量管件椭圆度的装置 测量，存在以下问题： 0005 第一，结果的人为误差因素较难控制，如实用新型CN 202158829 U“一种便携式钢 管椭圆度测量。
8、仪”和实用新型CN 201780083 U“一种测量钢管直径极值及椭圆度的测量工 具”所述方法中，均需要测量人员将测量装置沿管件外壁旋转360度，很难保证其测量轨迹 截面与管件管端截面平行，且受管件实际摆放情况制约测量装置的360度旋转不易实现。 0006 第二，测量过程中对于截面长轴与短轴极值的确定不够精确，如实用新型CN 202158829 U“一种便携式钢管椭圆度测量仪”和实用新型CN 201449240 U“钢管椭圆度、 弯曲度检测装置”所述方法中，测量人员需要在测量过程中人为确定所指刻度的最大值与 最小值，而其测量装置又无法实现实时记录测量数据，因此测量精度难以保证。 0007 第三。
9、，缺乏对椭圆化变形与局部非完整性的综合考虑，如已公开实审的发明专利 102937404 A“一种测量管道椭圆度的装置”，虽然可以在测量管件长轴长度的同时标定出 其端点在管壁表面位置，但由于管道的实际构型是由椭圆度与凹坑等缺陷共同组成的，因 此这种方法实际测得的长、短轴长度可能会由于凹坑的存在而不精确。 说 明 书CN 104236416 A 2/4页 4 发明内容 0008 本发明的目的在于克服现有技术上的不足，针对管道的结构形式特点，提供一种 能够在生产和铺设现场便捷准确地测量管道截面缺陷情况的装置。采用本发明的装置，测 量人员无需进行多次反复测量，也无需转动管件，利用该机械式测量装置一次性。
10、得到截面 缺陷的整体情况，从而计算出其椭圆度以及表面非完整性情况，实现对深水海底管道的质 量检验。本发明的技术方案如下： 0009 一种管道缺陷测量装置，包括圆环框架(1)，测量尺体，其中，圆环框架(1)由两瓣 可拆卸的半圆环连接而成，圆环框架的周向上均匀分布有关于圆心中心对称的测量尺开孔 (9)，测量尺开孔(9)的开孔截面形状为“T”字形，较宽的矩形部分为测量尺体的进出口，较 窄的矩形部分为读数预留开槽，在圆环框架(1)上设置有用于通过螺栓紧固测量尺体的开 孔(9)。 0010 每个测量尺体包括主尺(2)和副尺(3)，主尺(2)的主体为套筒，副尺(3)位于套 筒内套筒的内壁尺寸与副尺(3)的。
11、外表面相互配合；主尺套筒上自外向内依次有从小到大 的毫米单位刻度；在套筒上设置有用于通过螺栓紧固副尺(3)的开孔(10)； 0011 副尺(3)的尖端为锥形的探针，用于通过与被测管件(11)外壁的接触确定位置； 测量尺体的副尺(3)相当于游标卡尺的游标，其上刻度的设置及读数原理与游标卡尺的游 标相同。 0012 作为优选实施方式，副尺(3)的尖端探针上涂有墨迹，从而可以在管道外壁上留 下探测点；圆环框架(1)的外半径被制造成整数厘米值，在圆环框架上临近测量尺体的测 量尺开孔(9)的读数预留开槽处，自外圆周向内依次有从小到大的厘米单位刻度；副尺(3) 探针的制造位置，到副尺零点的距离为整数厘米长。
12、度。 0013 本发明针对管道结构(特别是深水海底管件的变形破坏特点)，提供了一种测量 管道截面整体缺陷情况的装置及其方法，与现有技术相比具有以下优点： 0014 (1)作为一种机械式的测量装置，其工艺构造简单、便于携带，组装、拆卸等操作更 方便，制造成本更低，适用于在管道生产、铺设和安装现场便捷地进行测量； 0015 (2)同已有的机械式测量装置相比，在单点测量的精度上，本发明能够保证测量结 果精确到0.01mm，同时考虑整体椭圆度变形与表面局部非完整性的综合效应，并且测量结 果通过固定保留和读取，能够最大限度地降低测量者对结果的人为干扰； 0016 (3)同已有的机械式测量装置相比，在测量。
13、范围上，能够对管件截面360度全圆周 上的若干离散点同时测得结果，进而对管件截面的整体缺陷情况进行检测和评估； 0017 (4)本发明能够较好地实现测量精确性与经济适用性的统一，对于预测管件的最 终破坏形状、破坏位置以及破坏临界载荷有着重要意义，相关技术人员可以根据测量标定 结果判断管件是否适合应用或采取必要的相应加强措施。 附图说明 0018 图1是该装置装配完成后整体的三维俯视轴测图； 0019 图2是该装置装配完成后整体的三维仰视轴测图； 0020 图3是圆环框架一个瓣体的三维轴测图； 说 明 书CN 104236416 A 3/4页 5 0021 图4(a)粗调对零时装置的平面示意图，。
14、(b)测量尺机构刻度部分的局部放大图； 0022 图5(a)细调测量时装置的平面示意图，(b)主、副尺读数部分的局部放大示意图。 0023 图中标号说明：1圆环框架主体；2主测量尺；3副测量尺；4主紧固螺栓组；5副紧 固螺栓组；6合页；7框架瓣体连接螺栓；8框架连接耳板；9测量尺体开孔；10主螺栓组开 孔；11待测管件。 具体实施方式 0024 下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述： 0025 如图1和图2所示，本装置具体由一个圆环框架、若干环向中心对称的测量尺体 (包括主尺2和副尺3)和紧固螺钉组组成。 0026 圆环框架由两瓣可拆卸的半圆环组成，如图3所示，两个半圆环瓣体1通过。
15、合页6 以及连接耳板8上的螺栓7进行固定或拆卸。圆环的周向上留有关于圆心中心对称的若干 测量尺开孔9，开孔截面形状为“T”字形，靠上较宽的正方形部分为测量尺体的进出口，靠 下较窄的长方形部分为读数预留开槽。在与测量尺体开孔垂直的圆环框架上表面上有关于 圆心中心对称的螺栓开孔10，其周向位置与测量尺体开孔9一一对应，用于螺栓紧固圆环 框架1与测量尺体的连接。圆环框架的外半径被制造成整数厘米值，设为Rcm，在框架上临 近测量尺体3开孔的开槽处，自外圆周向内依次有从小到大的厘米单位刻度，R+1、R+2、 0027 测量之前，将测量尺机构2和3装配在圆环框架1上，如图4(a)所示。测量尺机 构关于框架。
16、的圆心呈中心对称分布，具体数目可以根据测量精度的要求而定。每一个测量 尺机构均由主尺2与副尺3两部分组成。主尺机构2为方形的套筒，下方有为读数预留的 开槽，主尺套筒2可以在圆环框架1上的测量尺体开孔9内做相对滑动，需要固定位置时可 以利用主螺栓组4紧固与圆环框架1的连接，主尺体上靠外的位置留有螺栓开孔，用于紧固 主尺2与副尺3的连接，主尺套筒2上自外向内依次有从小到大的毫米单位刻度；副尺机构 3为方形实体，尖端为锥形的探针，用于与被测管件11外壁接触确定位置，整个机构可以在 主尺套筒2内部做相对滑动，需要固定位置时可以利用副螺栓组5紧固与主尺套筒的连接， 副尺尖端探针的制造位置，到副尺零点的距。
17、离为整数厘米长度，设为Lcm。 0028 测量时，首先需要对框架1上的刻度与测量尺2、3的刻度进行粗调。将测量尺机 构的主、副尺机构2、3的零点对准，通过副紧固螺栓组5将主、副尺机构2和3紧固连接；然 后根据待测管件的大致尺寸将主尺套筒2上的某一整数厘米刻度与圆环框架1上的整数厘 米刻度对齐，保证各个副尺尖端探针不与被测管件11的外壁接触；再通过主紧固螺栓组4 将主尺套筒2与圆环外框架1紧固连接，装置周向上的所有测量尺机构均做同样处理，各主 尺对齐的刻度值保持一致，如图4(b)所示。设主尺厘米刻度与圆环框架上的厘米刻度对其 后的刻度差值为Scm(主尺刻度减去圆环框架刻度)，则此时副尺尖端探针到。
18、装置圆心的距 离为(R+S-L)cm。 0029 各测量尺完成粗调后，开始对测量尺逐个进行细调。将测量装置的两个瓣体扣在 管道待测截面位置上，并通过合页6与连接耳板8上的螺栓7将装置的两个瓣体固定连接 在一起；之后松开副紧固螺栓组5，使主尺2与副尺3之间可以发生相对移动；向内移动副 尺3直至其与被测管件11外壁发生接触；副尺3的尖端探针上涂有墨迹，从而可以在管道 外壁上留下探测点；尖端探针不能向内继续移动，重新通过副紧固螺栓组5将主、副尺机构 说 明 书CN 104236416 A 4/4页 6 2、3紧固连接。依次对周向上的所有测量尺机构进行如上操作，全部完成后，松开连接耳板 8上的螺栓7，。
19、将装置的两个瓣体1从被测管件11上拆卸下来，对各个测量尺测得的数据 进行读数，如图5所示。读数过程与游标卡尺的使用方法类似。副尺3上的刻度总长度为 99mm，共有100个刻度，每一个刻度为0.99mm。假设通过某主副尺测得的读数为lmm(l的数 值可精确到0.01)，则该位置的测点管件外壁到装置圆心的距离(即副尺尖端探针到装置 圆心的距离)为10(R+S-L)-lcm。 0030 每个测量尺测得的最终距离，实际上是管件外壁各点在以装置圆心为原点的极坐 标系下的径向坐标值，而每个点的环向坐标对于装置来说是唯一固定的。虽然装置的圆心 不一定与被测管件的圆心重合，但是根据极坐标可以确定外壁各点的位置，进一步地将各 个离散点光滑连接，即可得到管件外壁的整体构型，从而分析其椭圆度和表面非完整性等 缺陷情况。圆环框架周向上的测量尺越多，能够得到的离散数据就越多，管件外壁整体构型 的描摹就越精确。 说 明 书CN 104236416 A 1/4页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104236416 A 2/4页 8 图3 说 明 书 附 图CN 104236416 A 3/4页 9 图4 说 明 书 附 图CN 104236416 A 4/4页 10 图5 说 明 书 附 图CN 104236416 A 10 。