基于超声波的原油及lng储罐底板检测实验装置
阅读说明：本技术 基于超声波的原油及lng储罐底板检测实验装置 (Crude oil and LNG storage tank bottom plate detection experiment device based on ultrasonic wave ) 是由 顾继俊 刘松 徐翔 张香怡 常冉 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置,包括试验台底座(10)、水平移动机构(20)和探头提升机构(30),探头提升机构(30)能够使探头(32)沿Z轴方向移动；水平移动机构(20)能够使探头提升机构(30)和探头(32)沿X轴和Y轴方向移动；试验台底座(10)能够放置和固定待测储罐(40)。该基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置具有在储罐测量底板厚度时夹持稳定、牢固,探头移动方便,安全性高等优点。(The invention discloses a crude oil and LNG storage tank bottom plate detection experimental device based on ultrasonic waves, which comprises a test bed base (10), a horizontal moving mechanism (20) and a probe lifting mechanism (30), wherein the probe lifting mechanism (30) can enable a probe (32) to move along the Z-axis direction; the horizontal moving mechanism (20) can enable the probe lifting mechanism (30) and the probe (32) to move along the X-axis direction and the Y-axis direction; the test bed base (10) can be used for placing and fixing the storage tank (40) to be tested. This crude oil and LNG storage tank bottom plate detection experiment device based on ultrasonic wave has that the centre gripping is stable, firm when the storage tank measures bottom plate thickness, and the probe removes conveniently, and advantages such as security height.)
技术领域
本发明涉及储罐检测设备领域，具体的是一种基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置。
背景技术
石油是现代工业发展的血脉，作为国家发展不可或缺的战略物资，在促进国家经济社会的发展和保障国防安全方面有着不可替代的地位。随着人类的不断开发，目前世界上可开采的石油越来越少。为了满足对石油的需求，保障国家能源安全，世界上许多国家都建立了自己的石油储备基地。据相关报道，截至目前，我国已建成天津、舟山、大连、兰州等9个国家石油储备库，总库容量超过3000万吨，大型储罐近7000座。
石油储罐受所处环境和使用条件的影响，常会受到腐蚀因素的影响。储罐底板位置特殊，不仅会会受到石油中二氧化硫、硫化氢等的腐蚀，还会受到水溶液与金属底面构成的微电子腐蚀。因此，石油储罐罐底是储罐最易受到侵害的部位之一。储罐一旦受到腐蚀，其使用寿命会大大降低，严重的情况更是会造成储罐开裂，使储罐无法正常使用。储罐一旦开裂或***，将会引发严重的安全事故，造成不可预计的经济损失，且会对环境造成极大的污染，引发一系列的生态问题。据不完全统计，截至目前，世界上由石油储罐引发的安全事故不低于八十起，造成了近500人死亡和巨额的财产损失，并且导致了大面积的环境污染。因此，定期对储罐进行安全检查，特别是最易受到侵害的储罐罐底，保证储罐在运行期间内安全，对存在安全隐患的石油储罐进行及时维修和更换，对于保证生产的安全性很有必要。
常规的储罐安全检查，首先需要对储罐进行停产处理，再对储罐的内表面进行一系列的清洗工作，保证储罐内表面的清洁度，最后才进行储罐检测。耗费时间周期长、检测工序多、停产损失大，也无法实时对储罐进行检测，具有一定的局限性。
随着我国石油储罐数量的不断增多以及人们安全意识的不断加强，探索研究出一种检测精度更高、检测更加安全、一种无需开罐就能准确判断储罐各方面性能的在线储罐检测方法，是实现安全生产、绿色发展的重要途径，也是石油储罐检测发展进步的大方向之一。
目前，常见的石油储罐的检测方法主要有：
1、X射线检测
X射线检测是用X射线机对储罐进行透照，直观的显示出石油储罐缺陷的物理信息，包括缺陷的形状、位置等。能检测的缺陷有：裂缝、气孔、熔合不足、未焊透等。
利用缺陷对X光感光能力的不同，X射线检测常用来检测石油储罐的焊缝缺陷。这是由于焊缝中各元素的含量与其他正常地方各元素含量不同，因此对X射线的感光能力也不同。X射线检测是以图像的形式显示出石油储罐内部的情况，检测者可以清晰的看到缺陷的位置等信息。但是X射线检测的主要部位是石油储罐的罐体，不针对石油储罐的罐底。而且X射线对人和周围环境都有辐射，不符合绿色发展的理念。
2、声发射检测
声发射检测是利用声发射仪器产生弹性波，波传到储罐表面会引起储罐表面的位移，再利用相关的传感器感知弹性波的变化，将位移信号转化为可观测到电信号，通一系列的变换、处理得到储罐受损的相关信息。
声发射检测可以实现对石油储罐罐底的检测，但是对储罐罐底的清洁度要求较高。罐底若是有较多的附着物或者沉淀物，将会使弹性波信号大大衰减，降低检测效果。声发射可以实现实时动态监测，但是无法探测静态的缺陷，且设备昂贵，一般需要其他常规无损检测方法复验。
3、涡流检测
涡流检测不需要预先对储罐进行清洁处理，工业上常用来对球形石油储罐进行检测。涡流检测的设计思路来源于熟悉的电磁感应原理。当导体接近一根通有交流电的线圈时，导体周围也会激发出自身的磁场，产生的磁场会改变之前的磁场，当导体表面有缺陷时，导体激发的磁场会产生相应的变化，用检测线圈感知测量这一变化，就可以间接检测出储罐缺陷的信息。
涡流检测的检测精度高，很小的缺陷都能被检测出来。但是涡流检测也有自身的不足，它只能检测储罐表面的缺陷，对于内部的腐蚀或者缺陷，常常是检测不到的。
4、磁粉检测
磁粉检测是目前相对成熟的一种储罐检测方法之一。在对储罐进行磁粉检测之前，需要储罐清洁干净，再将磁粉均匀地洒在待测的储罐罐底上，由相关的技术人员通过磁粉的显示情况判断罐底是否存在缺陷。
磁粉检测有许多优点，首先它的操作成本低，相比于其他检测方法，磁粉检测比较简单，而且检测精度一般也能符合要求。但是磁粉检测也有其不可弥补的不足，磁粉检验对石油储罐表面的光滑度有较高要求，且其只能检测出缺陷的位置，无法得到缺陷尺寸等的相关信息。储罐检测的结果不能以数据的方式进行保存，技术人员的经验对检测结果影响较大，不能满足当今智能化检测的要求。
5、超声波检测
超声波作为导波的一种特殊形式，存在于板状结构的试件中。超声波检测首先利用探头在板状试件中激励产生超声波，然后超声波在试件中传播，会发生发射、折射等，当试件内部存在缺陷时，超声波会发生衰减，波形信号会发生突变；再利用探头将声信号转化为电压信号，将携带缺陷信息的波形信号在示波器上显示出来。通过对波形信号进行分析和研究，就可以得到试件中缺陷的相关信息。
利用超声波对石油储罐罐底进行检测，具有许多优点，其检测精度能够满足工业上的要求，并且超声波对人体没有辐射，不会对人的人体和周围环境造成影响，非常适合储罐罐底的检测。
目前，工业生产中常用的常压储罐的超声波测厚装置通常为手持式，手持式超声波测厚仪虽然具有使用方便、便携等优点，但检测时需要人体进入罐内，如果通风措施不当，会存在有害气体，对人体安全形成隐患。
发明内容
为了更安全方便的对小型及实验型常压储罐的底板进行检测，本发明提供了一种基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置，该基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置具有在储罐测量底板厚度时夹持稳定、牢固，探头移动方便，安全性高等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，所述基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置包括:
探头提升机构，能够使探头沿Z轴方向移动；
水平移动机构，能够使探头提升机构和探头沿X轴和Y轴方向移动；
试验台底座，能够放置和固定待测储罐。
试验台底座呈凹槽状结构，试验台底座含有依次连接的第一上平板、第一立板、底板、第二立板和第二上平板，第一上平板的上表面与第二上平板的上表面位于同一水平面内，待测储罐能够位于第一立板和第二立板之间。
试验台底座还含有用于夹持固定待测储罐的夹持机构，所述夹持机构含有依次连接的夹持片和气缸，气缸与第一立板和第二立板一一对应连接，夹持片呈圆弧形结构，夹持片所对应的圆心角为90°。
水平移动机构含有第一X轴丝杠和第二X轴丝杠，第一X轴丝杠和第二X轴丝杠均与X轴平行，第一X轴丝杠的两端通过第一丝杠底座与第一上平板连接，第二X轴丝杠的两端通过第二丝杠底座与第二上平板连接，第一X轴丝杠的一端连接有X轴电机，第一X轴丝杠和第二X轴丝杠外均套设有滚珠螺母。
水平移动机构还含有Y轴丝杠和Y轴桥架，Y轴丝杠和Y轴桥架均与Y轴平行，Y轴丝杠的一端连接有Y轴电机，Y轴丝杠的另一端连接有第三丝杠底座，Y轴电机与第一X轴丝杠外套设的滚珠螺母连接固定，第三丝杠底座与第二X轴丝杠外套设的滚珠螺母连接固定。
Y轴桥架与Y轴丝杠上下设置，Y轴桥架的断面呈T形，Y轴桥架的一端通过一个L形支撑板与第一X轴丝杠外套设的滚珠螺母连接固定，Y轴桥架的另一端通过另一个L形支撑板与第二X轴丝杠外套设的滚珠螺母连接固定。
探头提升机构含有Z轴丝杠、提升底座和Z轴电机，Z轴丝杠与Z轴平行，Z轴丝杠和Y轴丝杠均穿过提升底座，提升底座与Y轴桥架匹配连接，Z轴电机能够驱动Z轴丝杠沿Z轴方向移动。
提升底座的中部上方设有T形凹槽，该T形凹槽与Y轴桥架匹配连接，提升底座的一侧设有上下设置的第一上支撑板和第一下支撑板，Z轴丝杠穿过第一上支撑板和第一下支撑板。
提升底座的另一侧设有第二上支撑板，第一上支撑板和第二上支撑板对称设置，提升底座的上方连接有电机支架板，Z轴电机与电机支架板连接固定，Z轴电机依次通过小齿轮和大齿轮与Z轴丝杠连接，大齿轮套设于Z轴丝杠外，大齿轮与Z轴丝杠螺纹连接，大齿轮位于第一上支撑板和电机支架板之间。
探头提升机构还含有依次连接的微调电机、微调齿轮和微调齿条，微调齿条与Z轴丝杠平行，Z轴丝杠的下端连接有安装平板，微调齿条穿过安装平板，探头固定于微调齿条的下端，微调电机固定于安装平板上，微调电机能够驱动微调齿条沿Z轴方向移动。
本发明的有益效果是：
1.本发明与现有的储罐底板检测技术相比，超声波检测技术精度高，稳定、方便，并且对人和环境没有不良影响。工业常用的超声探伤仪在储罐底板探伤这种特殊情形下存在安全隐患，本发明技术方案完全解决了这一问题，运行环境安全，不需要人体进入罐底。并且探头方便控制，检测速度快，效率高，不需要大量人工，自动化程度高，对于实验室储罐及工业微小型储罐的罐底检测十分适用。
2.本发明可适用于工厂、加油站微小型储罐检测，可延伸到高校、研究所等机构进行实验类储罐底板的检测，具有一定实际性意义。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述试验台底座的示意图。
图2是本发明所述水平移动机构的示意图。
图3是本发明所述探头提升机构的示意图。
10、试验台底座；20、水平移动机构；30、探头提升机构；40、待测储罐；
11、第一上平板；12、第一立板；13、底板；14、第二立板；15、第二上平板；16、夹持片；17、气缸；
21、第一X轴丝杠；22、第二X轴丝杠；23、X轴电机；24、Y轴丝杠；25、Y轴桥架；26、Y轴电机；27、第三丝杠底座；
31、探头保护罩；32、探头；33、微调齿轮；34、微调齿条；35、微调电机；36、Z轴丝杠；37、提升底座；38、大齿轮；39、Z轴电机；310、电机支架板；311、安装平板；
371、第一上支撑板；372、第一下支撑板；373、第二上支撑板；374、T形凹槽；375、水平螺纹通孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，所述基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置包括试验台底座10、水平移动机构20和探头提升机构30，探头提升机构30能够使探头32沿Z轴方向移动；水平移动机构20能够使探头提升机构30和探头32沿X轴和Y轴方向移动；试验台底座10能够放置和固定待测储罐40，如图1至图3所示。
该空间直角坐标系与现实世界相对应，X轴和Y轴所在的平面为水平面，Z轴方向为竖直方向，即探头提升机构30能够使探头32沿竖直方向上下移动，水平移动机构20能够使探头提升机构30和探头32在水平面内沿X轴移动，或水平移动机构20能够使探头提升机构30和探头32在水平面内沿Y轴方向移动，或水平移动机构20能够使探头提升机构30和探头32在水平面内沿X轴和Y轴方向移动。
在本实施例中，试验台底座10呈凹槽状结构，试验台底座10含有依次连接的第一上平板11、第一立板12、底板13、第二立板14和第二上平板15，第一上平板11的上表面与第二上平板15的上表面位于同一水平面内，第一立板12与第二立板14平行，待测储罐40能够位于第一立板12和第二立板14之间，如图1所示。
试验台底座10采用Q235碳钢板焊接制成，第一上平板11与第一立板12的相交线平行于X轴，第一立板12与底板13的相交线平行于X轴，底板13与第二立板14的相交线平行于X轴，第二立板14与第二上平板15的相交线平行于X轴。第一上平板11与第一立板12之间设有加强筋，第二上平板15与第二立板14之间设有加强筋。
在本实施例中，试验台底座10还含有用于夹持固定待测储罐40的两个夹持机构，两个所述夹持机构互为镜像，两个所述夹持机构与第一立板12和第二立板14一一对应连接。具体的，所述夹持机构含有依次连接的夹持片16和气缸17，气缸17与第一立板12和第二立板14一一对应连接，夹持片16呈圆弧形结构，夹持片16所对应的圆心角为90°。当气缸17动作时，两个所述夹持机构的夹持片16能够相互靠近或远离。
其中，气缸17为SC63型，气缸17的缸筒通过螺栓与第一立板12和第二立板14连接固定，气缸17的活塞杆通过凸块与夹持片16连接固定，该凸块位于夹持片16的外表面。夹持片16选用刚度较好的弹性材质65Mn，在牢固夹持待测储罐40的同时，也可以避免夹持片材质过硬，划伤储罐表面而带来的检测损伤。夹持片16沿水平方向截面为φ400mm的圆弧形，该尺寸与储罐外径一致。
在本实施例中，水平移动机构20含有第一X轴丝杠21和第二X轴丝杠22，第一X轴丝杠21的轴线和第二X轴丝杠22的轴线均与X轴平行，第一X轴丝杠21的两端均通过第一丝杠底座与第一上平板11连接，第二X轴丝杠22的两端均通过第二丝杠底座与第二上平板15连接，第一X轴丝杠21的一端通过联轴器连接有X轴电机23，第一X轴丝杠21和第二X轴丝杠22外均套设有滚珠螺母，如图2所示。
在本实施例中，水平移动机构20还含有Y轴丝杠24和Y轴桥架25，Y轴丝杠24的轴线和Y轴桥架25的中心线均与Y轴平行，Y轴丝杠24的一端连接有Y轴电机26，Y轴丝杠24的另一端连接有第三丝杠底座27，Y轴电机26与第一X轴丝杠21外套设的滚珠螺母上下连接固定，第三丝杠底座27与第二X轴丝杠22外套设的滚珠螺母上下连接固定。
在本实施例中，Y轴桥架25与Y轴丝杠24上下设置，Y轴桥架25的断面呈T形，Y轴桥架25的一端通过一个L形支撑板与第一X轴丝杠21外套设的滚珠螺母连接固定，Y轴桥架25的另一端通过另一个L形支撑板与第二X轴丝杠22外套设的滚珠螺母连接固定，如图2所示。
探头提升机构30设置在Y轴丝杠24和Y轴桥架25上，当X轴电机23的输出轴转动时，将使第一X轴丝杠21自转，Y轴丝杠24和Y轴桥架25沿X轴方向移动，第二X轴丝杠22自转。当Y轴电机26的输出轴转动时，将使Y轴丝杠24自转，探头提升机构30和探头32均沿Y轴方向移动。
在本实施例中，探头提升机构30含有Z轴丝杠36、提升底座37和Z轴电机39，Z轴丝杠36与Z轴平行，Z轴丝杠36和Y轴丝杠24均穿过提升底座37，提升底座37与Y轴桥架25匹配连接，Z轴电机39能够驱动Z轴丝杠36沿Z轴方向移动。优选Z轴丝杠36为国标梯形丝杠Tr12×3。
在本实施例中，提升底座37的中部上方设有T形凹槽374，该T形凹槽374与Y轴桥架25匹配插接，提升底座37的中部设有水平螺纹通孔375，Y轴丝杠24穿过该水平螺纹通孔375，提升底座37的一侧设有上下设置的第一上支撑板371和第一下支撑板372，Z轴丝杠36穿过第一上支撑板371和第一下支撑板372，第一上支撑板371和第一下支撑板372上均设有圆形空心凸台，Z轴丝杠36与第一上支撑板371和第一下支撑板372上所述圆形空心凸台螺纹配合。
在本实施例中，提升底座37的另一侧设有第二上支撑板373，第一上支撑板371和第二上支撑板373在T形凹槽374的两侧对称设置，提升底座37的上方连接有电机支架板310，Z轴电机39与电机支架板310连接固定，Z轴电机39依次通过小齿轮和大齿轮38与Z轴丝杠36连接，大齿轮38套设于Z轴丝杠36外，大齿轮38内设有中心通孔，该中心通孔内设有内螺纹，大齿轮38与Z轴丝杠36螺纹连接，大齿轮38位于第一上支撑板371和电机支架板310之间，如图3所示。
电机支架板310呈长方形结构，电机支架板310的四个角均设有圆柱支脚，四个角的圆柱支脚与提升底座37焊接固定，Z轴丝杠36穿过电机支架板310，Z轴丝杠36与电机支架板310螺纹连接。当Z轴电机39的输出轴转动时，将依靠小齿轮和大齿轮38的传动，能够使Z轴丝杠36沿Z轴方向移动。
在本实施例中，探头提升机构30还含有依次连接的微调电机35、微调齿轮33和微调齿条34，微调齿条34与Z轴丝杠36平行，即微调齿条34的长度方向与Z轴方向平行，Z轴丝杠36的下端连接有安装平板311，微调齿条34穿过安装平板311，探头32固定于微调齿条34的下端，探头32为现有的超声波探头，探头32外设有探头保护罩31，微调电机35固定于安装平板311上，微调电机35能够驱动微调齿条34沿Z轴方向移动，从而使探头32沿Z轴方向移动。粗调与微调作业协调进行，能较好地控制探头在垂直方向上的位置。由于其内置探头保护罩，对探头起到了一定的保护作用。
该基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置能够方便的对小型及实验型常压储罐的底板进行检测，所述小型储罐和实验型储罐一般应用于加油站、科研实验室等需要临时储存少量原油场所，该小型储罐和实验型储罐的常见容积1m3-30m3左右，直径0.5m-3m不等，高度1m-3m不等，根据需要可进行调节。
下面介绍该基于超声波的原油及LNG储罐底板检测实验装置的工作过程。
检测时，将待测储罐40放置在试验台底座10的中间位置，开启两边的夹持机构，由于夹持片16为圆弧形，具有一定自动对中功能，将待测储罐40固定在该实验装置中间。
固定之后，开启水平移动机构20，滚珠螺母具有高精度和高平稳性，能够在运行过程中保持位置的精确性，且不会产生探头的振动问题。到达检测点上方，开启探头提升机构30，将探头32送到指定检测位置附近，开启微调机构，在微调电机35的驱动下，探头32到达精确的检测点。对储罐底板进行超声波检测，将检测数据传至上位机，进行罐底厚度检测、缺陷及腐蚀程度分析、风险评估和修复方法的确定。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。