本發(fā)明屬于石油天然氣的管道儲運領(lǐng)域，更具體的，涉及一種壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計方法與裝置。

背景技術(shù)：

隨著石油及天然氣管道事業(yè)的迅猛發(fā)展，在役油氣管道質(zhì)量問題受到越來越多的關(guān)注。目前，管道內(nèi)檢測技術(shù)是保證管道安全運行的有效方法之一，它可以有效地檢測出管道因長時間服役而出現(xiàn)的腐蝕，裂紋等問題。管道內(nèi)檢測的檢測精度與檢測效率均受到運行速度的影響，為了提高管道內(nèi)檢測技術(shù)的檢測效率以及精度，需對內(nèi)檢測器的速度進行控制，使其運行速度保持在合適的范圍內(nèi)。如今，壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器因其無源的特點已被廣泛采用。國內(nèi)外眾多的研究機構(gòu)或科研院校根據(jù)這種泄流調(diào)速方式設(shè)計了多種類型的管道內(nèi)檢測器泄流調(diào)速裝置，廣東工業(yè)大學(xué)的楊宜民等設(shè)計了傘狀調(diào)速牽引機構(gòu)、中國石油大學(xué)耿岱等人設(shè)計了旁通轉(zhuǎn)閥式泄流調(diào)速裝置等。由于前人設(shè)計的調(diào)速裝置均是利用調(diào)速電機來驅(qū)動閥門的方式，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、長距離調(diào)速過程中電機耗電量較大等特點，以及管道內(nèi)檢測器在線檢測作業(yè)時受空間、能源等約束，因而這些設(shè)計難以實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器存在受空間，能源等因素的約束而導(dǎo)致的速度控制不精確的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開一種壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計方法與裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器存在受空間，能源等因素的約束而導(dǎo)致的速度控制不精確的問題。

為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計方法，并采用如下技術(shù)方案：

一種壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計方法包括：基于單孔漸擴型結(jié)構(gòu)構(gòu)建泄流調(diào)速的幾何模型；構(gòu)建所述幾何模型的管道流場數(shù)值模型；通過對所述管道流場數(shù)值模型的仿真分析，獲取所述幾何模型的調(diào)節(jié)片展開度與流場內(nèi)驅(qū)動力之間的關(guān)系；根據(jù)所述關(guān)系確定所述調(diào)節(jié)片正常工作時的展開度范圍；根據(jù)所述展開度范圍對所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備進行調(diào)速設(shè)計。

進一步地，所述幾何模型包括四副弧三角形調(diào)節(jié)片。

進一步地，所述構(gòu)建所述幾何模型的管道流場數(shù)值模型包括：設(shè)置所述調(diào)節(jié)片展開度對應(yīng)的所述管道流場數(shù)值模型；對所述管道流場數(shù)值模型進行三角形網(wǎng)格劃分，通過對網(wǎng)格質(zhì)量分析確定所述管道流場數(shù)值模型符合計算要求。

進一步地，所述通過對所述管道流場數(shù)值模型的仿真分析包括：分別模擬所述調(diào)節(jié)片一組展開度時管道內(nèi)所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備所處的流場狀態(tài)；獲取相同工況條件下所述調(diào)節(jié)片在每個所述展開度時所處流場的壓力分布。

進一步地，所述展開度范圍為10°-30°。

進一步地，所述根據(jù)所述展開度范圍對所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備進行調(diào)速設(shè)計包括：根據(jù)所述調(diào)節(jié)片的所述展開度范圍為10°-30°，設(shè)計所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備包括至少一組調(diào)節(jié)片和與所述泄流口具有預(yù)設(shè)距離的定位板，所述調(diào)節(jié)片的外端通過回位部件安裝于所述定位板，其內(nèi)端通過鉸鏈可轉(zhuǎn)動地安裝于所述泄流口；所述調(diào)節(jié)片在所述回位部件的驅(qū)動下繞所述鉸鏈向靠近或者遠離所述泄流口的方向運動，且所述調(diào)節(jié)片相對于所述泄流口展開10°-30°。

進一步地，所述回位部件為拉伸彈簧，所述拉伸彈簧的一端固接于所述調(diào)節(jié)片，其另一端固接于所述定位板。

進一步地，所述泄流口的泄流面積為管道橫截面積的1.9％-6.5％。

根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，提供一種壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計裝置，并采用如下技術(shù)方案：

一種壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計裝置包括：第一構(gòu)建模塊，用于基于單孔漸擴型結(jié)構(gòu)構(gòu)建泄流調(diào)速的幾何模型；第二構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建所述幾何模型的管道流場數(shù)值模型；仿真分析模塊，用于通過對所述管道流場數(shù)值模型的仿真分析，獲取所述幾何模型的調(diào)節(jié)片展開度與流場內(nèi)驅(qū)動力之間的關(guān)系；第一確定模塊，用于根據(jù)所述關(guān)系確定所述調(diào)節(jié)片正常工作時的展開度范圍；設(shè)計模塊，用于根據(jù)所述展開度范圍對所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備進行調(diào)速設(shè)計。

進一步地，所述第二構(gòu)建模塊包括：設(shè)置模塊，用于設(shè)置所述調(diào)節(jié)片展開度對應(yīng)的所述管道流場數(shù)值模型；第二確定模塊，用于對所述管道流場數(shù)值模型進行三角形網(wǎng)格劃分，通過對網(wǎng)格質(zhì)量分析確定所述管道流場數(shù)值模型符合計算要求。

本發(fā)明針對管道內(nèi)檢測器的運行速度對于其缺陷檢測精度有著重要的影響，而現(xiàn)有泄流調(diào)速裝置大多采用電機驅(qū)動閥門的方式來實現(xiàn)內(nèi)檢測器速度精確控制，但是由于管道內(nèi)檢測器在線檢測作業(yè)時受空間、能源等約束難以實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。為解決這個問題，本發(fā)明建立了泄流狀態(tài)下內(nèi)檢測器流場數(shù)值模型，并對該模型進行了數(shù)值模擬和受力分析，設(shè)計了一種由弧三角形調(diào)節(jié)片作為調(diào)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)簡單、實用的自平衡式泄流調(diào)速裝置，并針對該泄流裝置進行了速度控制實驗。實驗結(jié)果表明該自平衡式泄流調(diào)速裝置能，對內(nèi)檢測器的驅(qū)動力進行有效調(diào)節(jié)，實現(xiàn)其速度在短時間內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài)實現(xiàn)內(nèi)檢測器的速度短時間內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài)，具有很強的實用性和重要的工程應(yīng)用價值。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1表示本發(fā)明實施例所述的壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計方法的流程圖；

圖2表示本發(fā)明實施例所述的泄流調(diào)速裝置的管道內(nèi)檢測器在管道內(nèi)的流場區(qū)域示意圖；

圖3表示本發(fā)明實施例所述的展開度為5°時流場的壓力分布示意圖；

圖4表示本發(fā)明實施例所述的展開度為10°時流場的壓力分布示意圖；

圖5表示本發(fā)明實施例所述的展開度為15°時流場的壓力分布示意圖；

圖6表示本發(fā)明實施例所述的展開度為20°時流場的壓力分布示意圖；

圖7表示本發(fā)明實施例所述的展開度為25°時流場的壓力分布示意圖；

圖8表示本發(fā)明實施例所述的展開度為30°時流場的壓力分布示意圖；

圖9表示本發(fā)明實施例所述的展開度為35°時流場的壓力分布示意圖；

圖10表示本發(fā)明實施例所述的展開度為40°時流場的壓力分布示意圖；

圖11表示本發(fā)明實施例所述的展開度為45°時流場的壓力分布示意圖；

圖12表示本發(fā)明實施例所述的驅(qū)動力與調(diào)節(jié)片展開度的關(guān)系曲線圖；

圖13表示本發(fā)明實施例所述的檢測器中泄流調(diào)速裝置一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14為圖13所示泄流調(diào)速裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15表示本發(fā)明實施例所述的壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16表示本發(fā)明實施例所述的固定泄流面積時水流流量變化曲線示意圖；

圖17表示本發(fā)明實施例所述的固定泄流面積時試驗?zāi)Ｐ推骄俣鹊姆植际疽鈭D；

圖18表示本發(fā)明實施例所述的帶泄流調(diào)速裝置時水流流量變化曲線的示意圖；

圖19表示本發(fā)明實施例所述的帶泄流調(diào)速裝置的試驗?zāi)Ｐ推骄俣确植际疽鈭D；

圖20表示本發(fā)明實施例所述的試驗?zāi)Ｐ瓦\動速度變化樣條曲線示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

圖1表示本發(fā)明實施例所述的壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計方法的流程圖。

參見圖1所示，一種壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計方法包括：

S101：基于單孔漸擴型結(jié)構(gòu)構(gòu)建泄流調(diào)速的幾何模型；

S103：構(gòu)建所述幾何模型的管道流場數(shù)值模型；

S105：通過對所述管道流場數(shù)值模型的仿真分析，獲取所述幾何模型的調(diào)節(jié)片展開度與流場內(nèi)驅(qū)動力之間的關(guān)系；

S107：根據(jù)所述關(guān)系確定所述調(diào)節(jié)片正常工作時的展開度范圍；

S109：根據(jù)所述展開度范圍對所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備進行調(diào)速設(shè)計。

在本實施例的上述技術(shù)方案中，當管道內(nèi)檢測器中泄流孔采用單孔漸擴型的結(jié)構(gòu)時，其下游流場的運動狀態(tài)比其他結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，更有利于檢測器實現(xiàn)在管道中的穩(wěn)定運行。因此，在步驟S101中，基于單孔漸擴型結(jié)構(gòu)構(gòu)建泄流調(diào)速的幾何模型，例如采用4副弧三角形調(diào)節(jié)片，構(gòu)建一個簡易的泄流調(diào)速裝置的幾何模型。在步驟S103中，構(gòu)建上述幾何模型的管道流場數(shù)值模型。例如，上述采用4副弧三角形調(diào)節(jié)片構(gòu)建了一個簡易的泄流調(diào)速裝置的幾何模型，對該幾何模型建立對應(yīng)的管道流場數(shù)值模型。在步驟S105中，對數(shù)值模型進行仿真分析，所獲得的計算結(jié)果能較真實地反映調(diào)節(jié)片展開度與流場內(nèi)壓力分布之間的關(guān)系。S107：根據(jù)所述關(guān)系確定所述調(diào)節(jié)片正常工作時的展開度范圍；在通過對一系列展開度的研究，例如5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°，的泄流調(diào)速裝置作為研究對象進行數(shù)值模擬計算之后，根據(jù)計算結(jié)果可以得出驅(qū)動力與展開度的直接的關(guān)系，并選取關(guān)系穩(wěn)定的展開度范圍，作為正常工作時對展開度控制的依據(jù)。并在步驟S109中，：根據(jù)所述展開度范圍對所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備進行調(diào)速設(shè)計。

本實施例通過建立了泄流狀態(tài)下內(nèi)檢測器流場數(shù)值模型，并對該模型進行了數(shù)值模擬和受力分析，設(shè)計了一種弧三角形調(diào)節(jié)片作為調(diào)節(jié)單元的幾何模型，并以該幾何模型為研究對象，對調(diào)節(jié)片的展開度與驅(qū)動力的關(guān)系進行了仿真分析，獲取正常工作狀態(tài)時的展開度與驅(qū)動力的穩(wěn)態(tài)關(guān)系，基于該穩(wěn)定關(guān)系對壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備進行調(diào)速設(shè)計，實現(xiàn)其速度在短時間內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述構(gòu)建所述幾何模型的管道流場數(shù)值模型包括：設(shè)置所述調(diào)節(jié)片展開度對應(yīng)的所述管道流場數(shù)值模型；對所述管道流場數(shù)值模型進行三角形網(wǎng)格劃分，通過對網(wǎng)格質(zhì)量分析確定所述管道流場數(shù)值模型符合計算要求。

在本實施例的技術(shù)方案中，具體通過AutoCAD軟件繪制了一根水平直管道，如圖2所示，作為帶有泄流調(diào)速裝置的管道內(nèi)檢測器在管道內(nèi)的流場區(qū)域，其中包括管壁10、試驗?zāi)Ｐ?0及調(diào)節(jié)片30。該管道水平長度2336mm，管徑100mm。實驗過程用到的試驗?zāi)Ｐ?0長146mm，啟動位置在離管道進口730mm處。設(shè)置調(diào)節(jié)片展開度為5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°的泄流調(diào)速裝置作為研究對象進行數(shù)值模擬計算。以泄流調(diào)速裝置中的調(diào)節(jié)片展開35°時的流場為模型，進行三角形網(wǎng)格劃分，因為網(wǎng)格質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響模型數(shù)值計算結(jié)果的準確性。在完成流場模型的網(wǎng)格劃分后，通過對網(wǎng)格質(zhì)量進行檢驗以判斷是否達到數(shù)值計算的要求，網(wǎng)格質(zhì)量如表1所示。

表1流場模型的網(wǎng)格質(zhì)量匯總

網(wǎng)格質(zhì)量的優(yōu)劣以0至1之間的實數(shù)表示，其中0表示網(wǎng)格質(zhì)量最優(yōu)，1表示網(wǎng)格質(zhì)量最差。從表1可知0至0.1之間的網(wǎng)格數(shù)量為793476，占網(wǎng)格總量的99.29％；0.4至0.5之間的網(wǎng)格質(zhì)量最差，數(shù)量為68，占網(wǎng)格總量的0.01％。由此可見，上述流場模型的網(wǎng)格質(zhì)量良好，滿足管道內(nèi)檢測器周圍流場數(shù)值模擬的要求。

優(yōu)選地，所述通過對所述管道流場數(shù)值模型的仿真分析包括：分別模擬所述調(diào)節(jié)片一組展開度時管道內(nèi)所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備所處的流場狀態(tài)；獲取相同工況條件下所述調(diào)節(jié)片在每個所述展開度時所處流場的壓力分布。

通過模擬泄流調(diào)速裝置調(diào)節(jié)片展開度分別為5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°時管道內(nèi)檢測器泄流調(diào)速裝置所處流場的狀態(tài)，考察在相同工況條件下調(diào)節(jié)片不同展開度時內(nèi)檢測器所處流場壓力分布情況，結(jié)果如圖3至11所示。具體參見圖3至圖11，圖3中，內(nèi)檢測器前端壓力近似6.05e+0.4，尾端壓力近似1.55e+0.5；圖4中，泄流裝置前端壓力近似5.94e+0.4，出口壓力近似7.43e+0.4；在圖5中，泄流裝置前端壓力近似5.53e+0.4，尾端壓力近似6.02e+0.4；在圖6中，泄流裝置前端壓力近似5.32e+0.4，尾端壓力近似5.46e+0.4；在圖7中，泄流裝置前端壓力近似5.22e+0.4，尾端壓力近似5.26e+0.4；在圖8中，泄流裝置前端壓力近似5.14e+0.4，尾端壓力近似5.16e+0.4；在圖9中，泄流裝置前端壓力近似5.08e+0.4，尾端壓力近似5.11e+0.4；在圖10中，泄流裝置前端壓力近似5.05e+0.4，尾端壓力近似5.07e+0.4；在圖11中，泄流裝置前端壓力近似5.03e+0.4，尾端壓力近似5.05e+0.4。

由此，可以看出，在管道入口和出口邊界條件一樣的情況下，泄流裝置中調(diào)節(jié)片的展開度決定泄流面積的大小，進而直接影響管道內(nèi)水流的壓力分布。調(diào)節(jié)片的展開度越大，管道內(nèi)檢測器在接近管道出口邊界端流場的壓力值越小，管道內(nèi)檢測器在接近入口邊界端流場的壓力值越大，進而內(nèi)檢測器前后端壓力差隨調(diào)節(jié)片展開度的增大而不斷增小。因此通過改變調(diào)節(jié)片的展開度可以有效調(diào)節(jié)管道內(nèi)檢測器的驅(qū)動壓差進而調(diào)節(jié)其運行速度。

基于前述泄流調(diào)速裝置模型，在獲得泄流調(diào)速裝置周圍流場壓力分布的情況下，結(jié)合不同展開度時調(diào)節(jié)片的軸向有效受力面積，可計算出調(diào)節(jié)片所受水流沖擊力和內(nèi)檢測器所受驅(qū)動力的大小，計算結(jié)果如表2所示，調(diào)節(jié)片所受水流沖擊力與調(diào)節(jié)片展開度的關(guān)系如圖12所示。

表2展開度、沖擊力及驅(qū)動力的關(guān)系

由圖12可以看出，在調(diào)節(jié)片展開度5°～10°范圍內(nèi)內(nèi)檢測器所受驅(qū)動力變化曲線斜率較大，從管道內(nèi)檢測器速度控制穩(wěn)定性角度考慮，應(yīng)該盡量避免此類情況發(fā)生；而展開度在30°～45°范圍里內(nèi)檢測器所受驅(qū)動力基本沒有變化，對其速度控制的影響可忽略不計。從圖3到圖11的圖像也可以看出此結(jié)論。

由此，通過本實施例的上述技術(shù)方案，可以確定展開度在10°-30°屬于穩(wěn)定工作狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述展開度范圍對所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備進行調(diào)速設(shè)計包括：根據(jù)所述調(diào)節(jié)片的所述展開度范圍為10°-30°，設(shè)計所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備包括至少一組調(diào)節(jié)片和與所述泄流口具有預(yù)設(shè)距離的定位板，所述調(diào)節(jié)片的外端通過回位部件安裝于所述定位板，其內(nèi)端通過鉸鏈可轉(zhuǎn)動地安裝于所述泄流口；所述調(diào)節(jié)片在所述回位部件的驅(qū)動下繞所述鉸鏈向靠近或者遠離所述泄流口的方向運動，且所述調(diào)節(jié)片相對于所述泄流口展開10°-30°。

根據(jù)泄流調(diào)速的原理及泄流裝置流場的數(shù)值模擬和受力分析，本發(fā)明設(shè)計了所提供的壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器包括內(nèi)檢測器本體和安裝于所述內(nèi)檢測器本體的泄流口的泄流調(diào)速裝置；其中，該泄流調(diào)速裝置包括至少一組調(diào)節(jié)片1和與所述泄流口具有預(yù)設(shè)距離的定位板2，所述調(diào)節(jié)片1的外端通過回位部件3安裝于所述定位板2，其內(nèi)端通過鉸鏈4可轉(zhuǎn)動地安裝于所述泄流口；所述調(diào)節(jié)片1在所述回位部件3的驅(qū)動下繞所述鉸鏈4向靠近或者遠離所述泄流口的方向運動，且所述調(diào)節(jié)片1相對于所述泄流口展開預(yù)設(shè)角度。

為了提高工作性能，且便于控制，該調(diào)節(jié)片1可設(shè)計為弧形片結(jié)構(gòu)，理論上，只要能夠?qū)崿F(xiàn)泄流面積的調(diào)整即可，形狀不局限于弧形片，也可以為半圓形或條形結(jié)構(gòu)等。優(yōu)選地，該調(diào)節(jié)片1為四組，各所述調(diào)節(jié)片1沿軸向均布于所述泄流口，以保證周向上各處受力的均勻性；顯然地，調(diào)節(jié)片1不局限于為四組，其具體數(shù)量應(yīng)根據(jù)所需泄流能力和調(diào)整范圍等工況要求確定，例如可以設(shè)置三組、五組或者更多組。

具體地，調(diào)節(jié)片1在正常工作狀態(tài)下的展開角度，即上述預(yù)設(shè)角度為10°-30°，此時泄流口的泄流面積為管道橫截面積的1.9％-6.5％，以保證檢測器正常工作的同時，具有較大的展開角度調(diào)整范圍和泄流面積調(diào)整范圍。

工作過程中，在該泄流調(diào)速裝置作用下，若流場的流速相對壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器的運動速度不斷增大，則壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器因首尾兩端壓差增大而具有增速的趨勢，流體對調(diào)節(jié)片1的沖擊力大于回位部件3的拉力，調(diào)節(jié)片1的轉(zhuǎn)動角度受其合力的作用而增大，內(nèi)檢測器本體的泄流面積增大，其前后壓差和驅(qū)動力隨之減小，壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器運動速度增加趨勢則得到有效地控制；若流場的流速相對壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器的運動速度不斷減小，壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器首尾兩端壓差減小而具有減速的趨勢，回位部件3的拉力大于流體對調(diào)節(jié)片1的沖擊力，調(diào)節(jié)片1的轉(zhuǎn)動角度受其合力的作用而減小，同理，內(nèi)檢測器本體的泄流面積減小，其前后壓差和驅(qū)動力隨之增大，壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器運動速度減小趨勢也得到有效地控制。

在上述具體實施方式中，為了提高泄流調(diào)速裝置的安裝穩(wěn)定性和便利性，還可以在泄流口處設(shè)置側(cè)板5，泄流調(diào)速裝置通過所述側(cè)板5安裝于所述泄流口，該側(cè)板5可通過卡接、螺釘連接等方式安裝于泄流口，也可以形成于泄流口的外側(cè)壁。

更進一步地，壓差驅(qū)動式內(nèi)管道檢測器還包括安裝于所述側(cè)板5的端蓋6，所述定位板2通過所述端蓋6與所述泄流口形成所述預(yù)設(shè)距離，定位板2通過端蓋6的安裝限定其與側(cè)板5之間的距離，保證工作性能。端蓋6可以通過螺栓連接等方式安裝于側(cè)板5。

優(yōu)選地，所述回位部件3為拉伸彈簧，所述拉伸彈簧的一端固接于所述調(diào)節(jié)片1，其另一端固接于所述定位板2，該拉伸彈簧的彈性系數(shù)應(yīng)根據(jù)開合需要和檢測器規(guī)格等確定；理論上，該回位部件3不局限于拉伸彈簧，其也可以為扭簧等其他結(jié)構(gòu)形式。

圖15表示本發(fā)明實施例所述的壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明提供的一種壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計裝置，并采用如下技術(shù)方案：

一種壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備的調(diào)速設(shè)計裝置包括：第一構(gòu)建模塊100，用于基于單孔漸擴型結(jié)構(gòu)構(gòu)建泄流調(diào)速的幾何模型；第二構(gòu)建模塊102，用于構(gòu)建所述幾何模型的管道流場數(shù)值模型；仿真分析模塊104，用于通過對所述管道流場數(shù)值模型的仿真分析，獲取所述幾何模型的調(diào)節(jié)片展開度與流場內(nèi)驅(qū)動力之間的關(guān)系；第一確定模塊106，用于根據(jù)所述關(guān)系確定所述調(diào)節(jié)片正常工作時的展開度范圍；設(shè)計模塊108，用于根據(jù)所述展開度范圍對所述壓差驅(qū)動式管道內(nèi)檢設(shè)備進行調(diào)速設(shè)計。

優(yōu)選地，所述第二構(gòu)建模塊102包括：設(shè)置模塊(圖中未示)，用于設(shè)置所述調(diào)節(jié)片展開度對應(yīng)的所述管道流場數(shù)值模型；第二確定模塊(圖中未示)，用于對所述管道流場數(shù)值模型進行三角形網(wǎng)格劃分，通過對網(wǎng)格質(zhì)量分析確定所述管道流場數(shù)值模型符合計算要求。

本發(fā)明針對管道內(nèi)檢測器的運行速度對于其缺陷檢測精度有著重要的影響，而現(xiàn)有泄流調(diào)速裝置大多采用電機驅(qū)動閥門的方式來實現(xiàn)內(nèi)檢測器速度精確控制，但是由于管道內(nèi)檢測器在線檢測作業(yè)時受空間、能源等約束難以實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。為解決這個問題，本發(fā)明建立了泄流狀態(tài)下內(nèi)檢測器流場數(shù)值模型，并對該模型進行了數(shù)值模擬和受力分析，設(shè)計了一種由弧三角形調(diào)節(jié)片作為調(diào)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)簡單、實用的自平衡式泄流調(diào)速裝置，并針對該泄流裝置進行了速度控制實驗。實驗結(jié)果表明該自平衡式泄流調(diào)速裝置能，對內(nèi)檢測器的驅(qū)動力進行有效調(diào)節(jié)，實現(xiàn)其速度在短時間內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài)實現(xiàn)內(nèi)檢測器的速度短時間內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài)，具有很強的實用性和重要的工程應(yīng)用價值。

基于上述實施例所設(shè)計制作的自平衡式泄流調(diào)速裝置，在管內(nèi)流體介質(zhì)和流速相同的實驗條件下，分別對泄流面積一定的實驗?zāi)Ｐ秃脱b有自平衡式泄流裝置的試驗?zāi)Ｐ烷_展實驗，進行速度對比，以驗證自平衡式泄流調(diào)速裝置的泄流調(diào)速功能。

在進行泄流調(diào)速裝置調(diào)速性能驗證實驗前，結(jié)合前文對泄流調(diào)速裝置模型的受力分析，調(diào)節(jié)片正常工作時展開度應(yīng)為10°～30°，聯(lián)系裝置的實際尺寸結(jié)構(gòu)可計算得出前面所設(shè)計制作的泄流調(diào)速裝置在正常工作狀態(tài)下泄流面積大概為管道橫截面面積的1.9％～6.5％，為增強實驗的對比性，本實施例選擇泄流面積固定的恒為管道橫截面面積4％的試驗?zāi)Ｐ团c帶有自平衡式泄流調(diào)速裝置的試驗?zāi)Ｐ瓦M行速度控制對比實驗。

在實驗過程中，通過手動閥門控制測試段內(nèi)水流的流量不斷上升，當試驗?zāi)Ｐ瓦\行到測試段出口處時，管內(nèi)水流量升至13.5m3/h；在此過程，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別采集測試段內(nèi)水流流量的變化及兩個試驗?zāi)Ｐ驮诟鞫蝺?nèi)的平均運動速度。對4％固定泄流面積的試驗?zāi)Ｐ瓦M行速度控制實驗過程測試段內(nèi)水流流量的變化曲線如圖16所示，試驗?zāi)Ｐ驮诟鏖L度相等管段內(nèi)的平均運動速度如圖17所示；同理，對帶有泄流調(diào)速裝置的試驗?zāi)Ｐ瓦M行速度控制實驗過程中測試段內(nèi)水流流量的變化如圖18所示，試驗?zāi)Ｐ驮诟鏖L度相等管段內(nèi)的平均運動速度如圖19所示。

通過對比圖16、17可知，以上兩組實驗過程中測試段內(nèi)水流流量的變化趨勢及其參數(shù)值基本相同。通過圖18、19可知試驗?zāi)Ｐ驮诟鏖L度相等管段內(nèi)的平均運動速度分布，通過MATLAB工具將試驗?zāi)Ｐ驮诟鞴芏蝺?nèi)的平均運動速度進行曲線擬合，以近似地獲得試驗?zāi)Ｐ驮跍y試段內(nèi)的速度隨時間的分布曲線，擬合結(jié)果如圖20所示。

圖20中空心圓點○表示4％固定泄流面積的試驗?zāi)Ｐ驮诓煌蔚牡钠骄\動速度分布，空心三角Δ表示帶泄流調(diào)速裝置試驗?zāi)Ｐ驮诓煌蔚钠骄\動速度分布，通過樣條曲線將各平均速度擬合而獲得試驗?zāi)Ｐ偷倪\動速度變化樣條曲線。圖20可以看出，4％固定泄流面積試驗?zāi)Ｐ蛷撵o止開始運動后，其速度隨著流量的增大而不斷增大；而帶泄流調(diào)速裝置試驗?zāi)Ｐ蛷撵o止開始運動后，其運動速度在初始階段不斷增大至0.4m/s后，在之后過程中，隨著測試段內(nèi)的水流量不斷增加，其運動速度維持在0.396～0.409m/s的范圍內(nèi)，速度變化幅度不超過3.3％，顯示出了良好的速度調(diào)節(jié)效果。此外，實際運行過程中，由于管壁不光滑，導(dǎo)致內(nèi)徑不均勻，致使試驗?zāi)Ｐ驮谶\動過程中受到變化的摩擦力，4％固定泄流面積試驗?zāi)Ｐ驮跍y試段內(nèi)的運動會出現(xiàn)顯著的卡堵現(xiàn)象，而帶泄流調(diào)速裝置的試驗?zāi)Ｐ瓦\動比較順暢，沒有出現(xiàn)明顯的卡堵現(xiàn)象。

通過對比分析以上兩組實驗的數(shù)據(jù)結(jié)果及試驗?zāi)Ｐ偷倪\動狀態(tài)可知，泄流調(diào)速裝置在實驗過程中能有效地、自動地實現(xiàn)試驗?zāi)Ｐ偷乃俣瓤刂?，顯示出其較強的泄流調(diào)速功能。

本發(fā)明通過對泄流調(diào)速裝置的流場進行數(shù)值模擬和受力分析，設(shè)計并制作了一種自平衡式泄流調(diào)速裝置，介紹了其工作原理及主要結(jié)構(gòu)，針對固定泄流面積的試驗?zāi)Ｐ秃图友b有自平衡式泄流調(diào)速裝置的試驗?zāi)Ｐ瓦M行速度控制對比實驗，實驗結(jié)果表明所設(shè)計的自平衡式泄流調(diào)速裝置具有較強的泄流調(diào)速功能，能緩解復(fù)雜多變的流場帶來的壓力波動干擾，可有效控制管道內(nèi)檢測器試驗?zāi)Ｐ驮跍y試段內(nèi)的運行速度，使之運行在穩(wěn)定的速度范圍內(nèi)。

本發(fā)明設(shè)計的自平衡式泄流調(diào)速裝置無需裝配任何電子元器件、電源，結(jié)構(gòu)簡易，應(yīng)用靈活，調(diào)節(jié)效果顯著，具有很強的實用性和重要的工程應(yīng)用價值。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。