管道内检测器线束设计方法与应用

赵可天 刘海超 魏晨亮 王琳慧 苏 鑫

（1.天津市海底管道重点实验室，天津 300450；2.海油发展海底管道安全服役保障技术重点实验室，天津 300450；3.中海油（天津）管道工程技术有限公司，天津 300450；4.中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452；5.沈阳仪表科学研究院有限公司，沈阳 110043）

管道输送是与铁路、公路、航空、水运并列的五大运输业之一，已经成为现代工业和国民经济的命脉[1-2]。为防止管道出现损坏，需要对管道进行清洁维护、周期性的无损检测以及评价管道内外壁状态等。使用管道内检测器对管道进行检测是防患管道事故的重要手段。管道内检测器通常包括机械、电子、线束、软件等，任何一部分出现问题都无法实现准确检测。其中，内检测器线束是连接各个模块的桥梁，起到传输电源与信号的关键作用。目前，大多数管道内检测器线束设计缺少系统化方法，仅依靠经验进行手工设计，估算线束的长度和走向等。这种方法会出现线束过长或过短、布局不合理、需要反复修改等问题，造成生产周期延长和成本增加。针对上述情况，文章提出一种高效的管道内检测器线束设计方法，并结合实际案例进行验证。

1 管道内检测器线束设计

管道内检测器线束设计分为前期准备和具体设计两个阶段[3]。其中：前期准备阶段包括方案制定、可行性分析、建立数据库；具体设计阶段包括电气信息统计分析、绘制电气原理图、绘制三维线束布置图和制作二维线束图。前期准备阶段为后续的具体设计提供基础支撑，提高设计效率。后续的具体设计阶段按照设计流程串行与并行结合进行，保证设计效率的同时提高设计的准确性。对具体设计阶段进行详细论述，线束设计具体流程见图1。

图1 线束设计流程

1.1 电气信息统计分析和电气原理图绘制

首先，需要项目相关的工程师提供各子系统的接口功能定义、子系统原理、不同工况下的电气参数和特殊要求等信息，收集到的电气信息是绘制二维线束图的基础依据。其次，将这些信息汇总形成电气信息表并进行分析[4]。最后，结合各子系统在检测器上的实际布置情况，绘制出整个检测器的电气原理图，如图2 所示。

图2 某检测器原理

从图2 中可以看出，检测器电子系统包括漏磁部分、测径部分、里程部分、电子包、电池和惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）6 个部分。

1.2 绘制三维线束布置图

三维线束布置图由三维绘图软件生成。目前，三维软件广泛应用于汽车、航天、船舶等领域[5]。软件功能全面，涵盖机械设计、仿真分析、数控加工等。文章主要使用软件中的电气线束模块，包括零部件设计、线束装配、线束安装和线束展平等。这些功能配合使用可以准确绘制出三维线束布置图，详细表示每段线束的长度、线径、固定形式和安装位置等。由此布置图转化出的二维拓扑结构是生成二维图纸的关键。同时，绘制的三维图纸可以用于指导生产人员进行装配。

不同检测器的结构存在明显差异，因此对应的线束布置不尽相同，可以分为单节、双节和多节3 种形式。其中，双节和多节的布置形式相对复杂。某检测器三维线束布置采用双节形式，如图3 所示，设计出来的线束长度适中，并且成功避开了风险区域。

图3 某检测器三维线束布置图

1.3 二维线束图

在三维布置图设计完成后，应用软件对三维模型进行展平操作，得到基础二维图。在基础二维图的基础上，通过整理、优化、添加标注信息等，形成完整的二维线束图。二维线束图是线束制作的依据，图中包含线束长度、数量、线缆选型、连接器型号等信息。生产人员可以根据图纸准确地完成线束的生产制造，极大地提升了制造效率。测径部分线束二维图，如图4 所示。

图4 测径部分线束二维图

2 应用案例

目前，大多数检测器线束凭借经验进行手工设计或简单设计，后期再进行修改，很容易出现线束过长或过短的问题。线束设计过短，会造成无法装配，重新制作又会增加制造成本和生产时间。线束设计过长也会提高成本，而且不便于安装，如图5 所示。多余的线束不好固定，即使勉强固定，后期遇到故障时也不利于排查。

图5 某检测器线束

以某检测器为例，根据提出的方法设计出的线束可以很好地匹配机械结构，实现各个系统之间的准确连接，应用效果如图6 所示。通过图6 可以发现，与手工设计方法相比，使用三维软件设计的线束实际装配效果更好，长度与走向合理，布局清晰。

图6 检测器实际装配图

3 结语

文章提出一种管道内检测器线束设计方法，通过三维数据与二维线束图相结合的方式实现线束的准确设计，并以某检测器为实例进行验证。采用该设计方法设计出来的线束安全、稳定、可靠、合理，成本更低，生产效率更高，具有很高的推广应用价值。