一种泥浆管路及其壁厚磨损检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种泥浆管路及其壁厚磨损检测系统，属于隧道施工设备检测技术领域；特别涉及一种泥水平衡盾构机的泥浆管路及其磨损检测系统。


背景技术：

2.盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，泥水平衡盾构通过加压的泥浆来稳定开挖面，适用于含水率较高、较弱的淤泥质黏土层、砂砾层等，并且适用于地层含水量大、上方有水体的海底隧道。
3.泥浆循环系统是泥水平衡盾构施工的重要组成部分，直接关系到掌子面的稳定和渣土的及时排放，而泥浆管路是泥浆循环系统中较为脆弱的一环，易发生磨损，管路磨损后，补焊和更换管路是盾构隧道施工中引起非故障停机的最重要的原因之一，降低管路磨损、提前准备修补或替换直接关系到施工效率与成本，并能有效提高施工的安全性。
4.研究表明，泥浆管管壁磨损与众多因素(如流速、泥浆密度及泥浆中固体颗粒的大小等)有关，但由于目前缺乏泥浆管状态的监控系统与评价指标，无法实时感知与评价泥浆管的状态。因此，为了及时采取应对措施减小泥浆管的磨损，迫切需要研发泥水平衡盾构的泥浆管磨损检测及寿命预估系统，根据测试数据分析如何设置合适的流量与流速，以使磨损速率最小。
5.申请公布号为cn110388962a的中国发明专利申请文件公开了一种泥浆管磨损智能监控系统，通过超声测厚仪进行壁厚测量，利用了超声波脉冲反射的原理。但其成本较高，且测量点位单一，难以检测区间内的连续磨损状态。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种泥浆管路的壁厚磨损检测系统，用以解决现有检测系统成本高的问题；还提供了一种带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路，用以解决无法监控管路磨损而导致的非预期停机和存在安全隐患的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型的方案包括：
8.本实用新型的一种泥浆管路的壁厚磨损检测系统的技术方案，包括用于设置在泥浆管道管壁上的检测模块，所述检测模块包括安装底座和防护模块；所述安装底座用于固定在管壁上，且具有在安装后与管道内部连通的通孔；防护模块密封安装于所述通孔中，防护模块中设置有检测电路，防护模块朝向管道内部的一端设置有用于实现与管壁同步磨损的测量端，所述检测电路与测量端相连，以检测到测量端磨损量的变化。
9.本实用新型的泥浆管路壁厚检测系统，其检测模块通过配合的底座和防护模块在保证管路密封的前提下将防护模块端部的测量端通过管壁与泥浆接触，与管壁同步受到磨损，在磨损消耗过程中，通过检测测量端的磨损量，即可得到对应位置管壁的磨损量。测量端采用电路板实现，相比超声波测厚仪成本大大降低，简单可靠低成本的实现了泥浆管路管壁的磨损检测。
10.进一步地，所述测量端为一段具有一定电阻值的导体，导体两端与检测电路相连，检测电路通过导体两端的阻值判断测量端磨损量的变化。
11.本实用新型的检测电路为电阻值检测电路，检测导体两个端面之间的电阻值，当导体朝向管道内部与泥浆接触的一面受到泥浆冲刷磨损时，导体平均横截面积降低，阻值发生变化，从而通过电阻值检测得到导体的磨损量，从而反映出管道内壁的磨损量。
12.为了准确反映管道内壁的磨损量，作为测量端的导体应当尽量选择与管道管壁相同材质的导体，或者硬度或耐磨强度相同或相似的导体。
13.进一步地，所述防护模块为螺栓状，螺栓状的防护模块的螺杆部与安装底座的通孔螺纹配合，检测电路密封设置于螺杆部之中，测量端设置于螺杆部的端部。
14.防护模块通过螺栓实现，将检测电路密封在螺栓之中，将测量端设置于螺栓螺杆的端部，通过将螺栓状防护模块旋入安装底座与管道内部连通的通孔之中，实现将测量端伸入管道内部以与泥浆接触受到泥浆磨损，同时通过螺栓将通孔密封。本实用新型的上述结构方案简单可靠，成本低，螺栓密封的效果好也不易损坏。
15.进一步地，螺栓状的防护模块的螺栓头朝向安装底座的环形端面上设置有密封圈。
16.螺栓头与安装底座之间围绕底座通孔压紧一圈密封圈，进一步增加密封性能，防止浆液外溢。
17.进一步地，所述测量端与管道内壁平齐。
18.伸入管道内部的测量端朝内的端部与管道内壁平齐，与同一区域的管道内壁相同程度均匀的受到泥浆冲涮，保证测量端与管道内壁磨损的同步，同时检测模块不影响管道内泥浆的流动。
19.本实用新型的一种带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路的技术方案，包括泥浆管道和设置在泥浆管道管壁上的检测模块，所述检测模块包括安装底座和防护模块；所述安装底座用于固定在管壁上，且具有在安装后与管道内部连通的通孔；防护模块密封安装于所述通孔中，防护模块中设置有检测电路，防护模块朝向管道内部的一端设置有用于实现与管壁同步磨损的测量端，所述检测电路与测量端相连，以检测到测量端磨损量的变化。
20.本实用新型的泥浆管路，能够实时掌控管壁磨损状态和磨损位置，能够给出信息以用于在计划停机的时段及时加固或更换管路，避免了非预期停机和安全隐患。
21.进一步地，所述测量端为一段具有一定电阻值的导体，导体两端与检测电路相连，检测电路通过导体两端的阻值判断测量端磨损量的变化。
22.进一步地，所述防护模块为螺栓状，螺栓状的防护模块的螺杆部与安装底座的通孔螺纹配合，检测电路密封设置于螺杆部之中，测量端设置于螺杆部的端部。
23.进一步地，螺栓状的防护模块的螺栓头朝向安装底座的环形端面上设置有密封圈。
24.进一步地，所述检测模块在泥浆管道管壁圆周方向上设置。
25.泥浆在管道中流动时填满管道且具有一定压力，对管道圆周方向各个位置均会带来冲击和磨损，因此在环绕管道内圆的周向上设置检测模块更能更全面准确的检测管壁磨损位置。
26.进一步地，所述泥浆管道弯管处，弯管外圆的管壁中部设置的检测模块偏离对应
管道底部的角度大于弯管内圆的管壁中部设置的检测模块的对应角度。
27.弯管处泥浆流动主要受到弯管外圆管壁的限制，相比于内圆管壁，外圆管壁受到泥浆冲刷程度更大且冲刷位置更高，因此管壁中部的检测模块在竖直方向上设置的位置高于内圆处的检测模块，使本实用新型的泥浆管路的管壁磨损检测更加准确，不易遗漏磨损薄弱位置。
28.进一步地，所述测量端与管道内壁平齐。
29.伸入管道内部的测量端朝内的端部与管道内壁平齐，与同一区域的管道内壁相同程度均匀的受到泥浆冲涮，保证测量端与管道内壁磨损的同步，同时检测模块不影响管道内泥浆的流动。
附图说明
30.图1是本实用新型检测模块结构示意图；
31.图2是本实用新型检测模块截面示意图；
32.图3是安装有本实用新型检测模块的管道示意图；
33.图4是本实用新型的带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路示意图；
34.图5是本实用新型的带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路截面图；
35.图6是本实用新型的泥浆管路的壁厚磨损检测系统原理示意图。
具体实施方式
36.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。
37.泥浆管路实施例：
38.本实施例提供了一种具有可靠检测壁厚磨损的泥水平衡盾构机泥浆管路的技术方案，基于该方案的管路，还可以进一步计算管路磨损速率及进行寿命预估。
39.本实施例的技术方案是，在泥浆管路上搭载了本实用新型的壁厚磨损检测系统，泥浆管路的壁厚磨损检测系统包括：检测模块，用于测量泥浆管路管壁的磨损、温度信息；安装底座，固定于泥浆管路的管壁上，用于检测模块的安装与防护；采集模块，用于批量采集各个检测模块输出的磨损信息；数据处理模块，采用上位机对磨损信息进行分析，并且能够进一步计算磨损速率和基于磨损速率进行寿命预估。
40.本实施例技术方案的核心构思是，通过在泥浆管路易磨损位置安装检测传感器，包括温度检测、壁厚检测，实时获取泥浆管路管壁的磨损和温度状态。其中磨损值可以直接反应泥浆管路管壁一段区间内壁厚的变化量；温度值可以间接的反应浆液与管壁之间的摩擦程度，可以进一步用作设置流速、流量等参数的辅助条件。壁厚检测的检测原理在于：检测模块检测端位于管道内部同管壁一样与泥浆直接接触，检测端处的检测电路随着泥浆管壁一同磨损，然后检测电路磨损程度不同，输出信号也不同，以此来判断磨损量。
41.利用本实施例泥浆管路上设置的壁厚磨损检测系统，通过提取检测数据，可以进一步计算得到泥浆管磨损速率，能够为及时修补或更换做出预警。另外，根据检测区域的磨损数据，判断出易磨损的位置，能够实现基于本实施例的壁厚磨损检测系统对管路设计进行指导，下次的加工设计中可提前对相应位置进行加固加厚处理，能够有效避免施工过程
中非预期的非故障停工，同时降低施工过程中的安全隐患。
42.由此，本实用新型提供了一种可实时、准确的测量壁厚磨损和温度变化的泥浆管路。能够使施工人员实时掌握泥浆管路管壁的磨损、温度变化，进行泥浆管的寿命预估以及及时调整泥浆的流量、流速等，并为泥浆管的修补、替换提供可靠的数据支撑。此外，基于本实用新型泥浆管路的壁厚磨损检测系统获得的管路历史磨损数据，可以分析易磨损区域及磨损规律，在设计、加工阶段提前做好考量。
43.具体的，如图1所示，检测模块2包括安装底座21、防护螺栓22、检测电路23以及检测电路23的测量端24。安装底座21如图3所示，用于固定设置在管道1管壁上的对应位置，安装底座21中间设置通孔，用于将管道1内部与外部贯通。防护螺栓22如图2所示，呈螺栓状，其螺杆部分与安装底座21的通孔内外螺纹配合，其螺杆的一端处设置有测量端24，螺杆内设置有检测电路23，检测电路23密封于防护螺栓22内，仅测量端24从螺杆的端部露出。通过将螺杆部分旋入安装底座21的通孔，将测量端24送至管道1内部与泥浆接触，同时螺杆和螺栓头221用于实现将安装底座21的通孔密封，防止泥浆泄漏，同时为了进一步防止泥浆外溢，螺栓头221朝向底座21端面的环形面上开设环形槽，用于嵌设密封胶圈，通过螺栓头221与安装底座21朝外的环形端面以及之间挤压设置的密封胶圈，进一步保证安装底座21与防护螺栓22之间密封配合。
44.安装底座21通过其安装部211与管道1外壁固定连接，具体可以为，在管道1外壁上开设与安装部211尺寸相同的贯通孔，将安装部211插入贯通孔后进行焊接以保证密封，或者可以通过安装部211外周面与贯通孔内周面上互相匹配的螺纹实现安装底座21与管道1外壁之间的密封配合安装。
45.本实施例中，安装部211的轴向厚度与管壁厚度相同，安装底座21在管道1外壁上安装固定完毕后，安装底座21朝向管道1内部的一端与管道1内壁平齐，安装底座21采用与管道1相同的材质，以保证安装底座21安装部211与管道1管壁同步磨损。同时，安装底座21通孔内的测量端24朝向管道1内部的一端也与泥浆管内壁齐平，随着泥浆管内壁和安装部211的磨损，测量端24也随之磨损。检测电路23将测量到的测量端24的磨损量通过线束25向外传输。检测电路23的线束25从螺栓头221的尾部引出，用于与采集模块相连，将检测电路的信号通过采集模块传输到上位机进行数据分析处理。
46.具体的，测量端24可以采用一段有一定电阻率的规则导体，导体两个相对的侧面与检测电路23相连，随着导体从端部磨损，导体长度变短，接入检测电路23的导体的横截面积变小，导致导体电阻率变化。通过检测电路23检测导体电阻率的变化，得到测量端24的磨损量，具体磨损量与导体电阻率变化的关系，可以通过实验的方式标定。
47.通过检测电路23检测测量端24尺寸变化的方法还可以采用现有技术中的其他方法，本实施例不做限定。
48.为了实现对应区域管道1管壁的温度测量，检测电路23还可以进一步加入温度检测电路，可以通过测量端24检测与安装部211紧密连接的管道管壁的温度。
49.检测模块2应当安装于泥浆管路易磨损区域，例如弯管外圆的管壁处、直管的底部等区域，具体安装位置还可以根据历史磨损情况而定或调整。以弯管处为例，如图4所示，考虑泥浆管道1弯管处弯管外侧的管道内壁承受泥浆冲刷更为严重，因此弯管外侧的管壁上沿管道长度安装3个检测模块2；弯管内侧的管壁分析认为磨损程度轻，且管壁长度更短，因
此仅安装1个检测模块2进行检测。还考虑到泥浆受重力作用，流动时主要与管道下部接触，因此弯管内外圆管壁上的检测模块还应当主要设置在下部管道管壁上，因此从轴向上来看，本实施例中如图5所示的管道1弯管处的管道截面，弯管最易磨损的外侧方向的管壁上，泥浆管截面的圆周方向，偏离圆周底部(管道底部)b角度的位置安装检测模块2；弯管内侧方向的管壁上，泥浆管截面的圆周方向，偏离圆周底部a角度的位置安装检测模块2，本实施方式中图5所示的情况下，角度b大于角度a；此外，还在圆周底部的中线位置安装检测模块2。以上构成弯管处的检测位置。
50.作为其他实施方式，图5中角度a和角度b也可根据管道不同情况和当前磨损情况，进行大小调整，角度a和角度b之间的大小关系并不限制。
51.对于直管来说，多数磨损集中于下半部，可在下半部增加检测点位，例如图5中圆周底部的中线位置和向两侧偏离相同角度的位置安装检测模块2。
52.任何情况下顶部发生磨损的概率较小，但未了避免有监测盲区，如图5所示，管道1顶部可以间隔一定距离设置检测模块2。
53.本实用新型的泥浆管路的壁厚磨损检测系统如图6所示，泥浆管道上各个检测模块与数据采集模块相连，数据采集模块与数据处理模块相连，数据处理模块与上位机相连，上位机可以显示不同位置检测模块得到的相应管壁的磨损量和温度。检测模块得到的磨损信号由采集模块采集，并传输到上位机进行数据的分析处理与显示。
54.本实用新型的带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路，能够将采集得到的管壁磨损数据传到上位机进行数据分析处理，根据每个检测位置的历史磨损数据，绘制磨损曲线，进而可以得到不同情况下(不同泥浆流速、密度等)的管壁磨损速率，对泥浆管路的使用寿命可作出评估，可以提前进行修补或更换，避免出现非预期的停机。同时可以分析浆液的参数与磨损量之间的关系，以达到不影响掘进的情况下，使得磨损速率最小。
55.本实用新型中的安装底座采用与泥浆管相同的材料，便于安装，同时安装底座避免传感器受到浆液冲击及外部碰撞而损坏，提高传感器的稳定性。因泥浆管路是带压工作，安装底座与泥浆管之间、防护螺栓与安装底座之间均可采用焊接、螺纹、法兰安装等方式连接，仅需保证密封性能及承压性能。同时检测点位的布置较为灵活，可根据磨损程度，很容易的在较易磨损的位置增加点位，同时提高采样频率；在不易磨损的位置减少点位，并且安装检测模块并不影响泥浆管本身的工作性能及使用寿命。
56.检测系统实施例：
57.本实用新型的泥浆管路的壁厚磨损检测系统已经在泥浆管路实施例中介绍的足够清楚，此处不再赘述。

技术特征：
1.一种泥浆管路的壁厚磨损检测系统，其特征在于，包括用于设置在泥浆管道管壁上的检测模块，所述检测模块包括安装底座和防护模块；所述安装底座用于固定在管壁上，且具有在安装后与管道内部连通的通孔；防护模块密封安装于所述通孔中，防护模块中设置有检测电路，防护模块朝向管道内部的一端设置有用于与泥浆接触并实现与管壁一同磨损的测量端，所述检测电路与测量端相连，以检测到测量端磨损量的变化。2.根据权利要求1所述的泥浆管路的壁厚磨损检测系统，其特征在于，所述测量端为一段具有一定电阻值的导体，导体两端与检测电路相连，检测电路通过导体两端的阻值判断测量端磨损量的变化。3.根据权利要求1或2所述的泥浆管路的壁厚磨损检测系统，其特征在于，所述防护模块为螺栓状，螺栓状的防护模块的螺杆部与安装底座的通孔螺纹配合，检测电路密封设置于螺杆部之中，测量端设置于螺杆部的端部。4.根据权利要求3所述的泥浆管路的壁厚磨损检测系统，其特征在于，螺栓状的防护模块的螺栓头朝向安装底座的环形端面上设置有密封圈。5.根据权利要求4所述的泥浆管路的壁厚磨损检测系统，其特征在于，所述测量端与管道内壁平齐。6.一种带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路，其特征在于，包括泥浆管道和设置在泥浆管道管壁上的检测模块，所述检测模块包括安装底座和防护模块；所述安装底座用于固定在管壁上，且具有在安装后与管道内部连通的通孔；防护模块密封安装于所述通孔中，防护模块中设置有检测电路，防护模块朝向管道内部的一端设置有用于与泥浆接触并实现与管壁一同磨损的测量端，所述检测电路与测量端相连，以检测到测量端磨损量的变化。7.根据权利要求6所述的带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路，其特征在于，所述测量端为一段具有一定电阻值的导体，导体两端与检测电路相连，检测电路通过导体两端的阻值判断测量端磨损量的变化。8.根据权利要求6或7所述的带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路，其特征在于，所述防护模块为螺栓状，螺栓状的防护模块的螺杆部与安装底座的通孔螺纹配合，检测电路密封设置于螺杆部之中，测量端设置于螺杆部的端部。9.根据权利要求8所述的带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路，其特征在于，螺栓状的防护模块的螺栓头朝向安装底座的环形端面上设置有密封圈。10.根据权利要求9所述的带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路，其特征在于，所述检测模块在泥浆管道管壁圆周方向上设置。11.根据权利要求10所述的带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路，其特征在于，所述泥浆管道弯管处，弯管外圆的管壁中部设置的检测模块偏离对应管道底部的角度大于弯管内圆的管壁中部设置的检测模块的对应角度。12.根据权利要求11所述的带有壁厚磨损检测系统的泥浆管路，其特征在于，所述测量端与管道内壁平齐。

技术总结
本实用新型涉及一种泥浆管路及其壁厚磨损检测系统，包括用于设置在泥浆管道管壁上的检测模块，检测模块包括安装底座和防护模块；安装底座用于固定在管壁上，且具有在安装后与管道内部连通的通孔；防护模块密封安装于通孔中，防护模块中设置有检测电路，防护模块朝向管道内部的一端设置有用于与泥浆接触并实现与管壁一同磨损的测量端，检测电路与测量端相连，以检测到测量端磨损量的变化。检测模块通过配合的底座和防护模块在保证管路密封的前提下将防护模块端部的测量端通过管壁与泥浆接触，与管壁同步受到磨损，在磨损消耗过程中，通过检测测量端的磨损量，即可得到对应位置管壁的磨损量，简单可靠低成本的实现泥浆管路管壁的磨损检测。壁的磨损检测。壁的磨损检测。


技术研发人员：赵春阳 黄震 叶广朋 林福龙 魏晓龙 荆留杰 苏志学 周树亮 王震 陈煜
受保护的技术使用者：中铁工程装备集团有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/23