CN102620111A - 用于管道检测的装置和用于控制该装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于管道检测的装置和用于控制该装置的方法，具体而言，提供了一种用于在线检测管道的检测工具。该检测工具包括流动通道。该检测工具也包括流量控制阀组件，该流量控制阀组件包括：阀构件，其可在第一方向上移动以减小通过流动通道的流体流量，并且可在第二方向上移动以增大通过流动通道的流体流量；电机，其配置成在该第一方向上驱动该阀构件；和复位弹簧，其配置成在该阀构件在第一方向上移动期间被卷绕，以及当电机不在第一方向上驱动阀构件时，展开并在第二方向上驱动阀构件。该检测工具进一步包括电路，其配置成调节该阀构件在该复位弹簧的作用下在第二方向上的移动。

Description

用于管道检测的装置和用于控制该装置的方法

技术领域

本公开涉及用于管道检测的装置，更具体地，涉及用于管道(例如油或气管道)的在线检测的装置。本公开进一步涉及一种控制此类装置的方法。

背景技术

已知使用通常称为“管道检测器”的检测装置检测管道内部。该检测器设置在管道的内部并且检测器的上游和下游端之间的压差使其通过管道向下游移动。

US2010/0212747中示出了管道检测器的一个示例。该检测器具有内部通道，并且允许一部分沿管道流动的流体(如油或气)流经通道。检测器沿管道移动的速度可通过控制经过通道的流动速度来调节。

在US2010/0212747的示例中，通道中的流动速度通过流量控制阀控制。在正常运行条件下，使用电机开启阀。特别地，检测器移动的速度可通过开启阀来降低。

检测器包括安全系统，万一电机失去动力，例如万一机载电池失效，安全系统确保阀返回开启状态。特别地，时钟弹簧通过电机的运行卷绕，并且万一电机失去动力，时钟弹簧布置成展开并且将阀驱动到开启位置。通过时钟弹簧开启阀的速度可由单向阀和放气塞装置调节。

使用单向阀本身存在些问题。例如，当电机在工作，以及正改变阀的位置时，单向阀必须开启以允许该阀移动。这需要相当大的扭矩来开启单向阀，使得电池电流耗尽。

本公开克服或缓和了上述问题，或与已知检测装置相关的其它缺点或问题。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于在线检测管道的检测工具。该检测工具包括用于管道流体流经检测工具的流动通道。该检测工具还包括流量控制阀组件，用于调节通过流动通道的管道流体的流量，该流量控制阀组件包括：阀构件，可在第一方向上移动以减小通过流动通道的流体流量，并且可在第二方向上移动以增大通过流动通道的流体流量；电机，配置成在该第一方向上驱动该阀构件；和复位弹簧，配置成在该阀构件在第一方向上移动期间被卷绕起来，以及当电机不在第一方向上驱动阀构件时，展开并在第二方向上驱动阀构件。该检测工具进一步包括电路，配置成调节在该复位弹簧的作用下该阀构件在第二方向上的移动。

根据本发明的另一实施例，提供了一种控制用于管道检测的检测工具的方法，其中该检测工具包括流动通道，管道流体通过其流经该检测工具；流量控制阀组件，用于调节通过流动通道的管道流体的流量，该流量控制阀组件包括：阀构件；电机，用于在第一方向上驱动该阀构件；复位弹簧，用于在第二方向上偏置该阀构件；和电路，用于控制电机的运行。该方法包括：运行电机以在该第一方向上移动该阀构件，从而减小通过流动通道的流体流量；该阀构件在第一方向上移动期间，卷绕该复位弹簧以在该复位弹簧中产生弹簧力；停止在第一方向上驱动阀构件的电机的运行；使用弹簧力以在第二方向上驱动阀构件，从而增大通过流动通道的流体流量；并且使用电路来调节阀构件在该复位弹簧通过阀构件在第一方向上阀的运动而产生的弹簧力的作用下在第二方向上的运动。

根据本发明的另一实施例，提供了一种流量控制阀组件。该流量控制阀组件包括：阀构件，可在第一方向和第二方向上移动；电机，配置成在该第一方向上驱动该阀构件；复位弹簧，配置成在该阀构件在第一方向上移动期间被卷绕起来，以及展开并在第二方向上驱动阀构件；以及电路，配置成调节该阀构件在该复位弹簧的作用下在第二方向上的移动。

附图说明

附图结合在说明书中并且组成说明书的一部分，图示了一个或多个实施例，并和说明书一起解释这些实施例。在图中：

图1是通过包括流量控制阀组件的管道检测装置的横截面图；

图2是用于图1的检测装置的流量控制阀组件的横截面图；

图3是用于控制图2的阀组件的电路的框图。

具体实施方式

示例性实施例的以下描述参照附图。不同附图中的相同附图标记指示相同或相似元件。下面的详细描述并不限制本发明。相反本发明的范围由所附的权利要求书限定。

贯穿本公开对于“示例性实施例”，“实施例”，或其变型的提及意味着与实施例有关的所描述的特定特征，结构，或特性包括在本主题内容公开的至少一个实施例中。因而，短语“在一示例性实施例中”，“在实施例中”，或它们在整个公开中不同地方的变型的存在不一定指同一实施例。进一步，特殊的特征，结构或特性可以任何合适的方式结合于一个或更多实施例中。

首先参照图1，管道检测装置(检测器)总体标记为10。检测器10具有本体12，其限定上游端14和下游端16。本体12包括具有纵向轴线A的流体流动通道18，在本体的上游端14处具有进口20并且在本体12的下游端处具有出口22。

检测器10包括用于控制经由通道18通过检测器的流体流量的阀组件24。来自出口22的流动速度通过调节流动区域26来改变，流动区域26限定在通道18和阀组件22之间。

阀组件24具有阀构件28，阀构件28可沿着轴线A-A移动以调节流动区域26。阀构件28可在上游关闭位置和下游开启位置之间移动，在上游关闭位置出口22是关闭的，在下游开启位置出口22是打开的，且流体可沿着通道18流动并且通过出口22流出。阀构件28可设置在开启位置和关闭位置之间的许多连续变化的位置中的任何一个上。图2示出了在不完全开启位置上的阀构件28。

通过改变阀构件28的位置(并且，由此改变通过通道18的流体的流量)，可能改变检测器10的上游和下游端之间的压差。检测器10沿着管道移动的速度可由此通过控制阀构件28的位置而控制。

当阀构件28位于关闭位置时(例如图1中所示)，当来自出口22的流体的流动速度最小化时，检测器10的上游和下游端之间的压差被最大化。由此，检测器10的速度被最大化。当阀构件28位于开启位置时，当来自出口22的流体的流动速度被最大化时，检测器10的上游和下游端之间的压差被最小化。由此，检测器10的速度被最小化。

虽然在图1和2中显示了用于出口22内的操作，阀组件24可设置成用于在进口20内的操作。可设置多个阀组件24，如在进口20和出口22内。

阀构件24可有多种形状，因此可以理解本公开广泛地包含阀构件24不同的形状，尺寸，定向和/或位置。

在图2的示例性实施例中，阀组件24包括可在密封腔35中移动的活塞30。活塞30将腔室35分隔成上游部分36和下游部分37。活塞30沿着在腔室35中的上游位置和下游位置之间的线性轴线A-A移动。

阀构件28联接于活塞30，并且响应于活塞30的移动而移动。在图示的实施例中，当活塞30位于腔室35中尽可能远的上游位置时，阀构件28位于其完全关闭位置。相似地，当活塞30位于腔室35中尽可能远的下游位置时，阀构件28位于其完全开启位置。活塞30可设置于上游和下游位置之间的任何点处，允许阀构件28可变化地邻近出口22设置。

阀组件24包括具有输出轴(未示出)的电机32，其驱动可旋转的螺杆34。活塞30连接螺杆34。因此，由于螺杆34的旋转，活塞30和阀构件28线性地沿着轴线A-A移动。

在该实施例中，电机输出轴的动力旋转配置成朝着腔室35的上游部分36——也就是说朝着关闭状态移动活塞30。在相反的方向上旋转螺杆34，朝着下游部分37(即朝着开启状态)移动活塞30。

用润滑油例如低粘性油填满腔室35，以保护电机32和螺杆34免遭碎片和腐蚀影响。如图2的示例性实施例中所示，活塞30限定平行于轴线A-A的两个通道38。通道38将上游部分36和下游部分37连接起来。当活塞30被电机32从下游位置移动到上游位置的时候，通道38允许润滑油从腔室35的上游区域36传到下游区域37，使得活塞30的移动不受抑制。

弹簧42，例如螺旋时钟弹簧或弹簧电机，提供在阀组件24中。弹簧42布置成当活塞30和阀构件28朝着上游(关闭)位置移动时被卷绕起来。弹簧42连接螺杆34，使得电机32将阀构件28移动到关闭位置的动力操作在弹簧42中产生弹簧力(即弹簧通过电机32的动力驱动卷绕以在“关闭”方向上驱动阀构件)。如果电机32的驱动力关掉，弹簧42因此可被用于将阀构件28移动到开启位置。

在该实施例中，弹簧42设置在腔室35的外部，螺杆34通过腔室35延伸出来并且接合弹簧42。

弹簧42的使用确保了阀组件34配置成故障“开启”，例如，万一机载电池失效时。特别地，万一电机32失去动力，卷绕的时钟弹簧42开始展开，在与通过电机32的动力驱动而旋转的螺杆34的方向相反的方向上旋转螺杆34。这导致阀构件28在弹簧42的展开作用下朝着下游开启位置沿着轴线A-A移动。

在正常操作条件下，使用弹簧42造成阀构件的开启移动可能是期望的。因此，电机32形成电路50的一部分，如图3所示。电路50包括电源，其在本示例性实施例中呈机载电池52的形式。电路50进一步包括控制器54。在使用中为了在上游方向(关闭状态)沿轴线A-A为阀构件28的动力运动提供动力，电池52通过控制器54被用于跨电机32的端子施加载荷。然而，如下面更详细的描述，电路50也配置成在弹簧42的影响下调节阀构件28朝着开启位置的移动速度。

若电机关闭(即从工作状态关闭，在工作状态中其在关闭方向上驱动阀构件)，在弹簧42中产生的弹簧力(即当阀构件28通过电机32朝着关闭状态驱动时)将在反方向上驱动阀构件28。然而，弹簧42和电机32之间的连接，通过螺杆34对电机32产生影响。特别地，弹簧42用以在反方向上旋转螺杆34，以在电机32中产生反电动势。电路50配置成使得在弹簧42的作用下，产生的反电动势调节阀构件28的返回速度。特别地，反电动势对阀构件24的返回运动提供制动效果。当通过弹簧42作用时，反电动势与电机轴的旋转速度(即螺杆34的旋转速度)成比例。

反电动势反抗弹簧42的转向力，并且减慢阀构件朝着开启位置运动的速度。使用弹簧42将阀构件移动到开启位置，减小了电机上的负载。平均能耗因此被有利地减少到“电机关闭”时间到“电机开启”时间的额定值。

通过电路中的电阻，如控制器54的电阻，影响反电动势的耗散。在示例性实施例中，控制器54呈具有1欧姆电阻的控制卡的形式。

总之，电机用来提供关闭阀构件的驱动力，并且在复位弹簧的作用下，调节对于阀构件的返回运动的影响。电机配置成在第一操作状态与第二操作状态之间转换，第一操作状态中，电机在第一方向上施加驱动力到阀构件(以减小流量并且从而提高工具运动速度)，第二操作状态中，电机在第一方向上不施加驱动力，取而代之的是为了向在复位弹簧的作用下阀构件的返回运动(即在第二方向上，以增大流量并且减缓工具运动速度)提供阻力(并且，因此调节)而产生反电动势。

电路50使阀组件24能够配置成没有US2010/0212747中所描述的那种单向阀装置。活塞30在腔室35内移动，不需要克服与单向阀装置相关的力，通道38为活塞30的移动提供了最小阻力。因此，通过避免单向阀，阀组件的功耗显著减小，提高了电池的寿命。更长的电池寿命意味着可以检测更长的管道。

此书面描述使用示例公开本发明，包括最佳方式，并且也使任何本领域技术人员能够实践此发明，包括制造或使用任何装置或系统，执行任何所结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且包括本领域技术人员可以想到的其他示例。其他示例意图在权利要求书保护的范围之内，如果这些示例具有的结构元件与本权利要求书的字面语言没有不同，或如果它们包括与本权利要求书的字面语言没有实质区别的等同的结构元件。

Claims (15)

1.一种用于在线检测管道的检测工具，所述检测工具包括：

流动通道，用于管道流体流过所述检测工具；

流量控制阀组件，用于调节通过所述流动通道的管道流体的流量，所述流量控制阀组件包括：

阀构件，可在第一方向上移动以减小通过所述流动通道的流体流量，并且可在第二方向上移动以增大通过所述流动通道的流体流量；

电机，配置成在第一方向上驱动所述阀构件；

复位弹簧，配置成在所述阀构件在第一方向上移动期间被卷绕，以及当所述电机不在第一方向上驱动所述阀构件时，展开并在第二方向上驱动所述阀构件；

电路，配置成调节所述阀构件在所述复位弹簧的作用下在第二方向上的移动。

2.按照权利要求1所述的检测工具，其特征在于，所述检测工具进一步包括轴，所述轴配置成在所述电机的动力操作下在第一旋转方向上旋转，所述复位弹簧连接于所述轴，使得当所述轴在所述第一旋转方向上旋转时产生弹簧力，其中当所述电机不在所述第一方向上驱动所述阀构件时，所述弹簧力可操作以在所述电机失去动力时在相反的旋转方向上旋转所述轴，并且其中所述检测工具配置成在所述弹簧力的作用下，所述轴在所述相反的旋转方向上的旋转在所述电机中生成反电动势。

3.按照权利要求2所述的检测工具，其特征在于，在所述复位弹簧的作用下，所述反电动势对所述阀构件在所述第二方向上的移动起制动作用。

4.按照权利要求2所述的检测工具，其特征在于，所述电路的电阻配置成调节所生成的反电动势的耗散。

5.按照权利要求2所述的检测工具，其特征在于，所述电路包括电机，配置成给所述电机提供动力的电源，以及配置成控制所述电机的动力供应的控制器。

6.按照权利要求5所述的检测工具，其特征在于，所述电路配置成使得在所述复位弹簧的作用下，所述控制器的电阻影响对所述阀构件移动的制动效果。

7.按照权利要求1所述的检测工具，其特征在于所述流量控制阀组件包括活塞，所述活塞安装在密封腔内，所述电机配置成在所述密封腔内驱动所述活塞，其中所述阀构件被联接以与所述活塞一起移动，并且响应于活塞的移动而移动。

8.按照权利要求7所述的检测工具，其特征在于，所述密封腔充满润滑油，并且其中所述活塞限定内部流动通道，以允许所述活塞在所述密封腔内移动期间润滑油经过所述活塞。

9.一种控制用于管道检测的检测工具的方法，所述检测工具包括流动通道，管道流体通过所述流动通道流过所述检测工具；流量控制阀组件，用于调节通过所述流动通道的管道流体的流量，所述流量控制阀组件包括阀构件；电机，用于在第一方向上驱动所述阀构件；复位弹簧，用于在第二方向上偏置所述阀构件；和电路，用于控制所述电机的运行，所述方法包括：

运行所述电机以在所述第一方向上移动所述阀构件，从而减小通过所述流动通道的流体流量；

在所述阀构件在所述第一方向上移动期间，卷绕所述复位弹簧以在所述复位弹簧中产生弹簧力；

停止在所述第一方向上驱动所述阀构件的电机的运行；

使用所述弹簧力以在第二方向上驱动所述阀构件，从而增大通过所述流动通道的流体流量；并且

使用电路来调节所述阀构件在由所述阀构件在所述第一方向上的移动而生成的所述复位弹簧中的所述弹簧力的作用下在第二方向上的移动。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当在所述第一方向上驱动所述阀构件时，跨所述电机的端子从电源施加载荷；并且

在第一方向上缺乏来自所述电机的驱动力时，在所述电机中生成保持扭矩以反抗由所述复位弹簧施加的转向力。

11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述检测工具进一步包括轴，所述轴配置成在所述电机的动力操作下在第一旋转方向上旋转，所述复位弹簧连接于所述轴，所述方法进一步包括：

使用所述电机在所述第一旋转方向上旋转所述轴，以在所述第一方向上驱动所述阀构件并且在所述复位弹簧中产生弹簧力；

关掉所述电机的动力，以允许所生成的弹簧力在相反的旋转方向上旋转所述轴；以及

使用通过所述轴在相反的旋转方向上的旋转在所述电机中生成的反电动势对所述阀构件在所述复位弹簧的作用下在第二方向上的移动提供制动效果。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电路包括所述电机，配置成给所述电机提供动力的电源，以及配置成控制从所述电源到所述电机的动力供应的控制器，所述方法进一步包括：

配置所述电路以提供电阻，从而耗散在所述复位弹簧的作用下在所述电机中生成的所述反电动势。

13.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流量控制阀组件包括活塞，所述活塞安装在密封腔内，并且其中所述阀构件被联接以与活塞一起移动，所述方法进一步包括使用所述电机驱动活塞并使得所述阀构件在所述第一方向上移动。

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述密封腔充满润滑油，所述活塞限定内部流动通道，其中当所述阀构件在所述第一方向上移动时在所述活塞的运动期间，所述润滑油经过所述活塞。

15.一种流量控制阀组件，包括：

阀构件，其可在第一方向和第二方向上移动；

电机，其配置成在所述第一方向上驱动所述阀构件；

复位弹簧，其配置成在所述阀构件在所述第一方向上移动期间被卷绕，以及展开并在所述第二方向上驱动所述阀构件；以及

电路，其配置成调节所述阀构件在该复位弹簧的作用下在第二方向上的移动。

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