電力金具線夾相控陣超聲檢測(cè)掃查裝置設(shè)計(jì)*

余 超,張曉斌,傅思偉,張迅達(dá),李 田,謝 丁

(1.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京 100045；2.國(guó)網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300384;3.二重(德陽)重型裝備有限公司,四川 德陽 618013)

0 引言

耐張線夾是十分重要的電力金具，其由鋁套管和鋼錨兩部分組成[1],在線路施工過程中通過壓力將耐張線夾和導(dǎo)線壓接形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，使其能承擔(dān)連接導(dǎo)線的全部張力，并起到通流作用。耐張線夾在投運(yùn)后就不易再拆卸和更換，在遭遇舞動(dòng)和長(zhǎng)期微風(fēng)振動(dòng)等情況下，耐張線夾容易發(fā)生斷裂從而引發(fā)電力事故[2，3]。因此線路施工過程中，在耐張線夾壓接完成后安裝前需對(duì)線夾的壓接質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。由于耐張線夾內(nèi)部導(dǎo)線與鋁套管壓接的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行常規(guī)的A型脈沖反射超聲檢測(cè)時(shí)信號(hào)識(shí)別比較困難。

相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)作為一種新型的超聲檢測(cè)方法，由于其能夠靈活控制聲束角度偏轉(zhuǎn)和聚焦在工業(yè)領(lǐng)域而得到了廣泛應(yīng)用[4-8]，且近兩年已經(jīng)逐漸運(yùn)用到耐張線夾壓接缺陷檢測(cè)中[9，10]，季昌國(guó)等[11]通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了相控陣超聲成像技術(shù)可直觀有效地檢測(cè)耐張線夾壓接質(zhì)量。但在實(shí)際檢測(cè)中，如果相控陣探頭和工件不能保證耦合良好，或者探頭掃查路線偏離規(guī)定路徑就無法得到有效數(shù)據(jù)，從而對(duì)信號(hào)分析造成影響。因此針對(duì)不同檢測(cè)對(duì)象往往需要研發(fā)相應(yīng)的掃查裝置[12]，以提高數(shù)據(jù)采集效率和質(zhì)量，減少人為影響，從而提高檢測(cè)效率。為此本文研發(fā)了與耐張線夾相控陣檢測(cè)配套的快速掃查裝置，利用探頭夾持組件和線夾固定組件之間的相對(duì)分離結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在不同規(guī)格線夾上都能保證探頭位置與線夾適配。

1 耐張線夾結(jié)構(gòu)及檢測(cè)位置

圖1為輸電線路上在役的液壓型耐張線夾，圖2為液壓型耐張線夾壓接件實(shí)物，圖3為液壓型耐張線夾壓接件內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其中A區(qū)域由鋁管與鋼錨凹槽壓接而成，B區(qū)域由鋁管與鋁絞線壓接而成，若壓接質(zhì)量不良，則易產(chǎn)生漏壓或者欠壓等質(zhì)量缺陷；A區(qū)和B區(qū)之間是未壓區(qū)域；相控陣檢測(cè)區(qū)域包括壓接件的A區(qū)和B區(qū)。

圖1 輸電線路上在役的液壓型耐張線夾

圖2 液壓型耐張線夾壓接件實(shí)物

圖3 液壓型耐張線夾壓接件內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 掃查裝置設(shè)計(jì)與制作

2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的耐張線夾壓接質(zhì)量相控陣檢測(cè)掃查裝置如圖4所示，主要由上部分的探頭夾持組件和下部分的線夾固定組件連接組成，搭配外置拉線編碼器完成采集數(shù)據(jù)工作。該掃查裝置能將相控陣探頭牢牢固定在耐張線夾上，避免探頭晃動(dòng)，降低了掃查操作難度。

1-相控陣探頭；2-軸肩螺釘；3-楔塊；4-內(nèi)六角螺釘；5-鎖緊螺釘；6-勾環(huán)；7-軸承滾輪；8-第二機(jī)械臂；9-第一機(jī)械臂；10-固定板；11-彈簧；12-夾持架

檢測(cè)時(shí)，通過調(diào)節(jié)線夾固定組件的機(jī)械臂使掃查裝置貼合在耐張線夾上，然后擰緊螺釘。掃查裝置在待掃查線夾上的安裝如圖5所示。

1-鋁絞線；2-拉線編碼器；3-編碼器數(shù)據(jù)傳輸線；4-鋁套管壓接區(qū)域；5-探頭連接線；6-相控陣探頭；7-掃查裝置；8-鋁套管未壓接區(qū)域；9-鋼錨

2.2 探頭夾持組件設(shè)計(jì)

探頭夾持組件包括相控陣探頭、楔塊以及夾持架。探頭與夾持架的裝配關(guān)系如圖6所示。楔塊左右兩端各有一個(gè)螺孔，夾持架左右兩端相應(yīng)位置也各有一個(gè)螺孔，安裝時(shí)探頭和楔塊通過內(nèi)六角螺釘緊固連接，然后用一字螺釘完成夾持架和楔塊的緊固連接。

圖6 探頭與夾持架的裝配

2.3 線夾固定組件設(shè)計(jì)

線夾固定組件由固定板、第一機(jī)械臂、第二機(jī)械臂三部分組成，如圖7所示。固定板上有個(gè)勾環(huán)，用來連接拉線編碼器。固定板和第一機(jī)械臂通過內(nèi)六角螺釘進(jìn)行鉸接，第一機(jī)械臂和第二機(jī)械臂通過鎖緊螺釘進(jìn)行鉸接。由于線夾壓接后截面為正六邊形，在檢測(cè)前將掃查裝置放置在線夾檢測(cè)面上，調(diào)整第一機(jī)械臂的角度，讓第一機(jī)械臂和線夾檢測(cè)面的相鄰面緊密貼合，再擰緊內(nèi)六角螺釘；接著調(diào)整第二機(jī)械臂的角度，讓第二機(jī)械臂上的軸承滾輪和線夾檢測(cè)面的間隔面緊密貼合，再擰緊鎖緊螺絲，此時(shí)整個(gè)掃查裝置就緊緊抱在了線夾上，實(shí)現(xiàn)了掃查裝置和線夾之間的固定。在檢測(cè)過程中，外力推動(dòng)軸承滾輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)掃查裝置沿著耐張線夾移動(dòng)，完成檢測(cè)。

1-內(nèi)六角螺釘；2-鎖緊螺釘；3-勾環(huán)；4-軸承滾輪；5-第二機(jī)械臂；6-第一機(jī)械臂；7-固定板

2.4 探頭夾持組件和線夾固定組件的裝配

探頭夾持組件為掃查裝置上組件，線夾固定組件為掃查裝置下組件，上下兩部分組件通過內(nèi)六角軸肩螺釘和彈簧連接，如圖8所示。

圖8 掃查裝置上下組件裝配

在裝配時(shí)，先在軸肩螺釘柱體上套上彈簧，將上組件的孔和下組件的螺紋孔對(duì)齊，讓軸肩螺釘穿過上組件的圓孔與下組件的螺孔進(jìn)行緊固連接，此時(shí)彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈簧的反作用力會(huì)將上下組件緊密貼合。當(dāng)有外力作用于探頭時(shí)，會(huì)進(jìn)一步壓縮彈簧，由于軸肩螺釘靠近冒頭處有一段柱體是沒有螺紋的，上組件上對(duì)應(yīng)的4個(gè)圓孔也沒有加工螺紋，因此上下組件裝配后可以相對(duì)分離。將掃查裝置固定在耐張線夾上時(shí)，由于掃查裝置下組件抱死在線夾上，若探頭位置偏低，線夾會(huì)將探頭用力往上頂，進(jìn)一步壓縮彈簧導(dǎo)致上下組件相對(duì)分離,從而對(duì)探頭高度進(jìn)行調(diào)整。這樣的裝配方式保證了該掃查裝置在運(yùn)用于不同規(guī)格線夾時(shí)都能保證探頭位置與線夾適配，從而保證檢測(cè)的有效性。

2.5 拉線編碼器

編碼器可分為滾輪編碼器和拉線編碼器兩類，滾輪編碼器為內(nèi)置式編碼器，拉線編碼器為外置式編碼器。由于耐張線夾檢測(cè)面寬度很小，在組件中添加內(nèi)置滾輪編碼器無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，因此使用外置拉線編碼器(如圖9所示)，對(duì)耐張線夾檢測(cè)面上每一處壓接質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集記錄。

1-編碼器系統(tǒng)；2-拉線盒；3-數(shù)據(jù)線；4-拉線；5-掛鉤

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖10 為掃查裝置實(shí)物，為了確保使用該掃查裝置能夠采集到良好的數(shù)據(jù)，特進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖11所示。

圖10 掃查裝置實(shí)物 圖11 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

本實(shí)驗(yàn)采用NY-400/35液壓型鋼芯鋁絞線用耐張線夾，嚴(yán)格按照壓接工藝要求進(jìn)行壓接，壓接質(zhì)量良好無缺陷，壓接后進(jìn)行相控陣超聲檢測(cè)。相控陣探頭發(fā)射縱波垂直入射到耐張線夾，探頭沿著鋁套管方向進(jìn)行一維線性掃查，耐張線夾導(dǎo)線側(cè)相控陣檢測(cè)結(jié)果如圖12所示。從圖12中可以看出,采集到的相控陣數(shù)據(jù)信號(hào)的分布和走向與壓接區(qū)域內(nèi)部導(dǎo)線輪廓完全一致，導(dǎo)線與導(dǎo)線間的信號(hào)可以區(qū)分開，無壓接缺陷信號(hào)，數(shù)據(jù)良好，說明該掃查裝置可以有地效控制探頭的移動(dòng)軌跡并保證探頭和線夾之間良好耦合，達(dá)到了預(yù)期要求。

圖12 沿規(guī)劃路徑掃查檢測(cè)的結(jié)果

4 結(jié)語

本文研發(fā)的耐張線夾相控陣超聲檢測(cè)快速掃查裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)探頭位姿的控制，利用組件的相對(duì)分離結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在不同規(guī)格線夾上都能保證探頭位置與線夾適配。實(shí)驗(yàn)表明，該耐張線夾使用研發(fā)的掃查裝置可實(shí)現(xiàn)相控陣超聲快速檢測(cè)，并獲得良好的數(shù)據(jù)質(zhì)量。