管道腐蚀检测装置的创新设计

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我 国油 气管 道 总长 已超 30万 km，且 仍 处 于高 速增 长 中。然而 由于建成 投 入使 用年 限长 (大 部分 管道 已达 20年 )，管道腐 蚀 情况 严重 ，又缺 乏正 常 的检 测 维修 ，已进 入事 故 多发期 。- 旦 发生 泄漏 事 故 ，会产 生 巨大 的经 济损 失和 环境 污染 。因此 管道 的腐 蚀 检 测对 于评 估管 道剩 余 寿命 ，抑 制 管道 泄 漏 ，保 证 管 道正 常运 行具 有重 要意 义 。 目前 广泛采 用 先进 的 X射 线数 字化 实时成像 技术 进行 管道 的 腐蚀 检测 ，其 中检测 工 装是 整个 系 统 的机械 运 动控 制 单元 .但 现 有 检测 工 装 ]往 往存 在 着装 夹不 便 、辅 助 时 间长和 环境适 应 性差 等 问题 。

本文 以提 高管道 射 线检 测 系统 的适 应 性 和检测 效率为 目的 ，以策 略化 的创 新 方法 为设 计 手段 ，提 出了-种 检 测工装 的创新设 计 方案 。

1 创新设计方法检 测工 装 的 创 新设 计 属 于 工艺 创 新 设 计 的范 畴 ，工艺 创新设 计 就是 设定 -个 特 定 的 目标 ，然 后找 到达到 目标 的合适 路径 。设 计 问题 多种 多样 ，创新 方法 同样如 此 ，这 就需 要针 对 问题类 型采 用 不 同的创 新策 略 ∥题组 在 对工 艺创 新设计 分 类研 究 的基 础 上 ，提 出将 工艺创 新设 计 问题 分为 改进 式 、优化 式 和全 新 式 3类 ，并针 对 不 同类 型 提 出 了不 同 的创 新 求 解 策 略 ，如 图 1所 示 。

运用工 艺创 新策 略 方法 解决 设计 问题 ，当 目标 是提高 现有 系统 的性 能 、解 决 明确 问题 时 ，采 用改 进 式创新方 法 如 TRIZ；当 目标 不 明 确 。需 要 对 系 统 的整 体 或部分 进行 优化 改进 时 ，可运用 创 造 性模 板法 ；若 是进 行全新 的 系统设 计 ，需 要运 用 非逻辑 思 维法 。整 个策 略应用可 借助科 学 效应 库 、多层 次 网络 信息 搜 索 和非 逻辑思维 来实 现 。

国家 自然科学基金资助项目(编号：51175357)四川势技支撑计划项目(编号：201 1GZ0072)收稿日期 ：2013年 1月2013/4TRIZ是 由 俄 文 发 明 问 题 解 决 理 论 ”的 首 写 字 母 组成 ，是 专 门研 究创 新设 计 的理论 。其核 心是 技术 进化原理 .并 建立 了- 系列 普适 性 工具 帮 助设 计 者尽 快 获得 满意 的领 域解 。其 中包 括技 术进 化 原理 、最终 理 想解 、40个 发 明 原 理 、矛 盾 矩 阵 、分 离 原理 、物 -场 模 型 、76个 标 准解 、发 明问 题标 准算 法 和科学 效 应库 等 。

2 设计过程2.1 问 题 描 述 管道 射线 检测 系统 按 照 射线 源相 对 管道 的位 置不同分 为源 在 内和 源在 外 2种类 型 ，由于 设计 目标 是针对在 役不 停输 管 道进行 工 装设 计 ，故 采 用 源在 外 的方式 。首先 需 要 明确检 测工装 在 检 测系统 中的功 能 .X射线数 字 化 检 测 系统 共 由 4部 分 组 成 ：X射 线 发 生装 置(俗称 光 机 )；非 晶硅平 板 探测 器 (俗 称探 测器 )；检 测工装 部 分 以及计 算机 系 统 。其 中工 装 部分 是整 个 系统 的运 动 控 制 单元 ，连 接 着光 机 、探 测器 和 管 道 ，负责 系 统的周 向 、轴 向运 动及 定 位夹 紧 等 ，并 要 保 证射 线 穿过 管道 圆心 ，投 影在 探测 器上 成 像 。

机械制造51卷 第584期表 1 矛盾矩阵表、、 恶化参数 改善参 、 11应力或压力 27可靠性25时间损失 10，30，433可操作性 2，32，12在 以上 6个 发 明原 理 中 ，发 明原 理 2(抽取 )、4(非对 称 )和 1O(预先 作 用 )对 解 决 问 题 帮 助很 大 ，原 理 12(等 势 原则 )、30(柔性 外壳 和薄 膜 )、32(改 变 颜色 )则 基本 没有 帮助 。原 理 2、4、10的具 体 内容 见表 2。

表2 发明原理解释发明原理 内容①将物体中负面”的部分或特性抽取出来 2抽取②只从物体中抽取必要的部分或特性①用非对称形式代替对称形式 4非对称②如果对象已经是非对称，增加其非对称的程度①事先完成部分或全部的动作或功能l0预先作用 ②在方便的位置预先安置物体 ，使其在第-时间发挥作用2.3 解 决 方 案上 述 筛 选 的 发 明原 理 可 以 帮 助 我 们 解 决 设 计 问题 ：(1)发 明原 理 2：抽 取 。运 用抽 取原 理将 现有 射 线检测 装 置 中的必要 部分 或特 性抽 取 出来 。半 包 围检 测装置 采 用 电机 驱 动行走 轮 的方 式在 管道 上实 现周 向运动 ，可考 虑将 轮 子这- 有益 部分 抽取 出来 ，运 用在 检 测工装 上 以实 现方 便快 捷地 沿管 道轴 向移 动 。同理 ，全 包围检测 装置 能提 供较 大 的夹 紧力 ，故可 将全 包 围这 种形 式抽 取 出来 。

(2)发 明原理 4：非对 称 。现 有设 计基 本采 用对 称形 式 的部件 组装 成夹 紧 工装 ，这样 往往 存 在夹 紧力 小(3)发 明原 理 l0：预先 作 用 。

的 问 题 。 由 于 是 进行 在 役 管 道 的 腐 蚀检 测 .所 以 检 测 装置 必 须 做 成 剖 分 式的 ， 因 此 可 以 考 虑 将 两 个 半 圆 支 架 铰接 起 来 构 成 夹 持 装置 。对 称 半 圆支 架铰 接 所 提 供 的夹 紧力 较 小 ，故 考 虑 采用 非 对 称 形 式 的 半圆支架事 先 完 成部 分 或全部 的动 作 或 功能 可 以缩 短辅 助 时 间 ，提 高效 率 。因此可 考 虑用 螺纹 夹 紧机 构 进 行 预 夹 紧 ，为此 ，可 预 先 在工装 上 固定 好 螺栓 。检 测 系统 工作 时 ，拧 紧 螺栓 实 现2013/4装 置 的固定 ；需要 拆 卸 时 ，直接 拧 开螺 栓 即可 。

通 过上 述发 明原 理 的应 用 ，设计 了- 套 针对 在 役管 道 的射线 检测 装 置 ，如 图 5所 示 。

该 设计 方案 中 。检测 工 装 主 要 由 支架 、滚 轮 、支 座和 螺纹 夹 紧机 构等 部件 组成 。支架采 用 两段 圆 宦 接而成 ，并用 螺纹 夹 紧机 构进 行夹 紧 和拆卸 ，滚 轮 可 以实现装 置 的轴 向移动 以及 周 向任 意位 置 的固定 ，支座 的作 用 是支 撑光 机 。

3 结束语为设 计针 对在 役 管道 腐蚀 的射 线检 测 装置 。在分析 现有 设 计 的基 础 上 .运 用 策 略化 创 新 方 法 和 TRIZ解 决创新 问 题流 程 ，得 出系统 的技 术 冲突 ，通过 构 造 工程参 数并 建 立矛盾 矩 阵 ，得到适 用 的发 明原 理 ，最 终应用 发 明原 理 解 决 了 实 际 的 设 计 问 题 .设 计 的 检 测 工 装具 有装 夹方 便快 捷 、效 率 高 、适 应 性强 等优 点 。