管道內檢測器線束設計方法與應用

趙可天 劉海超 魏晨亮 王琳慧 蘇 鑫

（1.天津市海底管道重點實驗室，天津 300450；2.海油發展海底管道安全服役保障技術重點實驗室，天津 300450；3.中海油（天津）管道工程技術有限公司，天津 300450；4.中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452；5.沈陽儀表科學研究院有限公司，沈陽 110043）

管道輸送是與鐵路、公路、航空、水運并列的五大運輸業之一，已經成為現代工業和國民經濟的命脈[1-2]。為防止管道出現損壞，需要對管道進行清潔維護、周期性的無損檢測以及評價管道內外壁狀態等。使用管道內檢測器對管道進行檢測是防患管道事故的重要手段。管道內檢測器通常包括機械、電子、線束、軟件等，任何一部分出現問題都無法實現準確檢測。其中，內檢測器線束是連接各個模塊的橋梁，起到傳輸電源與信號的關鍵作用。目前，大多數管道內檢測器線束設計缺少系統化方法，僅依靠經驗進行手工設計，估算線束的長度和走向等。這種方法會出現線束過長或過短、布局不合理、需要反復修改等問題，造成生產周期延長和成本增加。針對上述情況，文章提出一種高效的管道內檢測器線束設計方法，并結合實際案例進行驗證。

1 管道內檢測器線束設計

管道內檢測器線束設計分為前期準備和具體設計兩個階段[3]。其中：前期準備階段包括方案制定、可行性分析、建立數據庫；具體設計階段包括電氣信息統計分析、繪制電氣原理圖、繪制三維線束布置圖和制作二維線束圖。前期準備階段為后續的具體設計提供基礎支撐，提高設計效率。后續的具體設計階段按照設計流程串行與并行結合進行，保證設計效率的同時提高設計的準確性。對具體設計階段進行詳細論述，線束設計具體流程見圖1。

圖1 線束設計流程

1.1 電氣信息統計分析和電氣原理圖繪制

首先，需要項目相關的工程師提供各子系統的接口功能定義、子系統原理、不同工況下的電氣參數和特殊要求等信息，收集到的電氣信息是繪制二維線束圖的基礎依據。其次，將這些信息匯總形成電氣信息表并進行分析[4]。最后，結合各子系統在檢測器上的實際布置情況，繪制出整個檢測器的電氣原理圖，如圖2 所示。

圖2 某檢測器原理

從圖2 中可以看出，檢測器電子系統包括漏磁部分、測徑部分、里程部分、電子包、電池和慣性測量單元（Inertial Measurement Unit，IMU）6 個部分。

1.2 繪制三維線束布置圖

三維線束布置圖由三維繪圖軟件生成。目前，三維軟件廣泛應用于汽車、航天、船舶等領域[5]。軟件功能全面，涵蓋機械設計、仿真分析、數控加工等。文章主要使用軟件中的電氣線束模塊，包括零部件設計、線束裝配、線束安裝和線束展平等。這些功能配合使用可以準確繪制出三維線束布置圖，詳細表示每段線束的長度、線徑、固定形式和安裝位置等。由此布置圖轉化出的二維拓撲結構是生成二維圖紙的關鍵。同時，繪制的三維圖紙可以用于指導生產人員進行裝配。

不同檢測器的結構存在明顯差異，因此對應的線束布置不盡相同，可以分為單節、雙節和多節3 種形式。其中，雙節和多節的布置形式相對復雜。某檢測器三維線束布置采用雙節形式，如圖3 所示，設計出來的線束長度適中，并且成功避開了風險區域。

圖3 某檢測器三維線束布置圖

1.3 二維線束圖

在三維布置圖設計完成后，應用軟件對三維模型進行展平操作，得到基礎二維圖。在基礎二維圖的基礎上，通過整理、優化、添加標注信息等，形成完整的二維線束圖。二維線束圖是線束制作的依據，圖中包含線束長度、數量、線纜選型、連接器型號等信息。生產人員可以根據圖紙準確地完成線束的生產制造，極大地提升了制造效率。測徑部分線束二維圖，如圖4 所示。

圖4 測徑部分線束二維圖

2 應用案例

目前，大多數檢測器線束憑借經驗進行手工設計或簡單設計，后期再進行修改，很容易出現線束過長或過短的問題。線束設計過短，會造成無法裝配，重新制作又會增加制造成本和生產時間。線束設計過長也會提高成本，而且不便于安裝，如圖5 所示。多余的線束不好固定，即使勉強固定，后期遇到故障時也不利于排查。

圖5 某檢測器線束

以某檢測器為例，根據提出的方法設計出的線束可以很好地匹配機械結構，實現各個系統之間的準確連接，應用效果如圖6 所示。通過圖6 可以發現，與手工設計方法相比，使用三維軟件設計的線束實際裝配效果更好，長度與走向合理，布局清晰。

圖6 檢測器實際裝配圖

3 結語

文章提出一種管道內檢測器線束設計方法，通過三維數據與二維線束圖相結合的方式實現線束的準確設計，并以某檢測器為實例進行驗證。采用該設計方法設計出來的線束安全、穩定、可靠、合理，成本更低，生產效率更高，具有很高的推廣應用價值。