МНОГОНАПРАВЛЕННОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ЯРМО ДЛЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ КАНАЛОВ
MULTI-DIRECTIONAL ELECTROMAGNETIC YOKE FOR INVESTIGATION OF CHANNELS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к контрольному устройству, которое формирует электромагнитное поле для обследования канала, и более конкретно к системе неразрушающего контроля, включающей в себя контрольное устройство, имеющее ортогональные обмотки, которые обеспечивают многонаправленные электромагнитные поля для обследования каналов в больших клапанах на предмет дефектов.
Уровень техники
Паровые турбины представляют собой большие механизмы, которые включают в себя множество соединенных друг с другом частей для преобразования тепловой энергии пара в энергию вращательного движения для совершения работы. Некоторые из этих частей представляют собой большие клапаны, имеющие каналы, которые управляют потоком текучей среды в различных местах турбины способом, который понятен специалистам в данной области техники. Поскольку клапаны работают в очень агрессивной тепловой среде, каналы клапанов, как правило, необходимо периодически обследовать на предмет износа, дефектов и других неоднородностей, таких как наведенные трещины на поверхности, которые могут неблагоприятно сказываться на работе турбины. Таким образом, в данной области техники известен периодический демонтаж клапанов и других компонентов турбины и выполнение различных процедур технического обслуживания, например, при ремонте механизма, в лабораторных условиях для обследования каналов клапанов на предмет таких дефектов.
Неразрушающий контроль каналов клапанов с использованием процесса обследования посредством магнитных частиц и электромагнитных полей при процедурах технического обслуживания известен в данной области техники. В одном известном процессе обследования удлиненный кабель или стержень вводят в канал клапана, причем стержень включает в себя катушку, по которой может протекать электрический ток. Стержень вводят, как правило, вдоль центра канала для обеспечения равномерного электромагнитного поля по всей окружности канала. Протекание тока в катушке формирует электромагнитное поле вокруг катушки, которое взаимодействует с ферроэлектрической конструкцией клапана, через который проходит канал. Электромагнитное поле индуцирует токи в структуре клапана вблизи канала, и если в канале имеется неоднородность, ток и связанное с ним магнитное поле вызовут потерю магнитного гистерезиса в области неоднородности, которая притягивает железные и другие магнитные частицы. Тело клапана, как правило, соединено с линией заземления, что позволяет току протекать в структуре клапана. На внутреннюю поверхность канала подают раствор, включающий в себя надлежащий краситель и суспендированные магнитные частицы. Если имеется неоднородность, магнитные частицы собираются у неоднородности в результате потери гистерезиса, что становится более заметным вследствие большей интенсивности красителя в таких местах. Камеры, оптические детекторы, зеркала и т.п. могут быть размещены с расчетом по отношению к каналу таким образом, чтобы эта визуальная индикация неоднородности могла быть видна специалисту, выполняющему обследование.
Вышеописанный неразрушающий контроль имеет ограничения, связанные с возможностью обеспечивать надлежащую напряженность электромагнитного поля в структуре клапана, которая необходима для формирования желаемого уровня потерь гистерезиса на неоднородностях. В частности, поскольку каналы многих из таких клапанов являются довольно большими, расстояние между контрольным устройством и стенкой канала может быть значительным, причем напряженность поля, формируемого катушкой в устройстве, существенно снижается до взаимодействия со структурой клапана. Выполнение контрольного устройства с большим диаметром имеет различные недостатки, включая необходимость множества контрольных устройств различных размеров, увеличенный размер и вес контрольного устройства и т.п. Таким образом, для множества каналов больших размеров возможность обнаружения определенных дефектов или неоднородностей ограничена, а иногда отсутствует.
Кроме того, контрольное устройство для известной системы контроля такого типа включает в себя одну катушку, которая обеспечивает электромагнитное поле в одном направлении относительно канала. В частности, направление обмотки в катушке обеспечивает электромагнитное поле, которое индуцирует протекание тока в структуре клапана в направлении вдоль длины канала. Для тех дефектов, которые перпендикулярны этому направлению, ток с легкостью вызовет накопление магнитных частиц у дефекта. Однако для тех дефектов, которые параллельны направлению канала, причем направление протекания тока будет по существу параллельно дефекту, возможность накопления магнитных частиц у дефекта за счет протекания тока будет ограниченной.
Раскрытие изобретения
В соответствии с сущностью настоящего изобретения описана система неразрушающего контроля, применяемая, в частности, для обследования канала клапана на предмет дефектов. Система включает в себя контрольное ярмо, имеющее ферромагнитный сердечник, причем первая катушка намотана вокруг сердечника в одном направлении и вторая катушка намотана вокруг сердечника в ортогональном направлении таким образом, что в канале могут быть сформированы ортогональные магнитные поля. Контроллер обеспечивает протекание тока через катушки для формирования электромагнитных полей с целью обнаружения дефектов в канале.
Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего описания и приложенной формулы изобретения, рассматриваемых в сочетании с сопровождающими чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в плане системы неразрушающего контроля для обнаружения неоднородностей в канале компонента; и
Фиг.2 - вид в перспективе контрольного устройства, ассоциированного с контрольной системой, показанной на фиг.1, на которой показано множество обмоток.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание вариантов выполнения изобретения, относящихся к системе неразрушающего контроля, является по своей сущности лишь примерным и ни в коей мере не подразумевает ограничение изобретения или его применений или способов использования. Например, приведенное в настоящем документе описание относится конкретно к контрольной системе для обнаружения неоднородностей в канале клапана, причем клапан является частью паровой турбины. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что контрольная система согласно изобретению будет применима для обнаружения дефектов в любом канале, обеспеченном в проводящем материале, выполненном с возможностью формирования в нем электрических токов от индуцированных электромагнитных полей.
Фиг.1 иллюстрирует испытательную среду 10 для неразрушающего контроля структуры 12 компонента, такой как тело клапана, имеющей проходящий через нее канал 14, с использованием системы 16 неразрушающего контроля. Контрольная система 16 включает в себя контрольное устройство 18, установленное на удлиненный элемент 20, который позволяет вводить устройство 18 в канал 14 в испытательных целях в соответствии с настоящим описанием. Устройство 18 может быть введено в канал 14 вручную или может быть предусмотрено какое-либо надлежащее приспособление (не показано) для управляемого введения устройства 18 в канал 14 таким образом, что оно проходит вниз по центру канала 14.
Как будет подробно описано ниже, контрольное устройство 18 включает в себя две ортогонально намотанные катушки, окружающие сердечник и заключенные в надлежащий защитный материал, такой как слой 22 эпоксидной смолы или другого заливочного материала. Контроллер 24 обеспечивает протекание тока по обмоткам в контрольном устройстве 18 для формирования электромагнитных полей, обеспечивающих обследование. Линия 28 соединяет контрольное устройство 18 с контроллером 24, и подразумевается, что она представляет электропроводку, необходимую для обеспечения протекания тока по катушкам в устройстве 18. Надлежащее оптическое устройство, такое как камера 26, может оптическим способом обнаруживать излучения из канала 14 в ответ на электромагнитные поля, взаимодействующие со структурой 12 компонента, которые могут передаваться в контроллер 24 для отображения или могут визуально наблюдаться в канале 14. Подразумевается, что камера 26 представляет любое надлежащее оптическое устройство или систему, применимую в описанной в настоящем документе контрольной системе 16, причем множество таких устройств хорошо известны специалистам в данной области техники.
Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе контрольного устройства 18, в котором удален внешний защитный слой 22. Устройство 18 включает в себя сердечник 34, выполненный из ферромагнитного материала с возможностью увеличения напряженности электромагнитных полей. Сердечник 34 может быть выполнен из любого надлежащего проницаемого магнитного материала, такого как железо. В одном варианте выполнения сердечник 34 выполнен из имеющей покрытие нетекстурованной электротехнической стали с высоким содержанием кремния, хотя равным образом могут быть применимы и другие материалы. В данном варианте выполнения сердечник 34 имеет форму блока с резкими краями, хотя в другом варианте выполнения сердечник 34 может иметь другие формы. Первая катушка 36 намотана вокруг сердечника  34 в противоположном направлении, перпендикулярном катушке 36, как показано.
Ферромагнитный сердечник 34 повышает напряженность электромагнитного поля, формируемого катушками 36 и 38. Например, для сердечника, имеющего диаметр около шести дюймов, напряженность электромагнитного поля, распространяющегося от сердечника 34, может быть повышена приблизительно в десять раз. Контроллер 24 обеспечивает протекание тока через катушки 36 и 38 и управляет им, и обеспечивает питание для формирования тока. Контроллер 24 включает в себя переключатель 40, который по выбору включает и выключает протекание тока по катушкам 36 и 38. Когда ток течет по катушке 36, электромагнитное поле формирует ток в структуре 12 в направлении вдоль канала 14, что больше подходит для обнаружения дефектов, расположенных в направлении, поперечном каналу 14. Когда подача тока переключается на катушку 38, электромагнитное поле формирует ток в структуре 12 в боковом направлении относительно канала 14, что больше подходит для обнаружения дефектов, расположенных в продольном направлении относительно длины канала 14.
Кроме того, контроллер 24 выполнен с возможностью формирования как сигналов переменного тока (AC), так и сигналов постоянного тока (DC) в катушках 36 и 38. В данном варианте выполнения контроллер 24 включает в себя выпрямительную схему 42, которая преобразует переменный ток в постоянный (AC в DC) и может по выбору обеспечивать либо сигнал AC, либо сигнал DC в катушках 36 и 38 в зависимости от необходимости. Сигналы AC в большей мере способствуют обнаружению дефектов на поверхности в канале 14, а сигналы DC в большей мере способствуют обнаружению дефектов, которые находятся глубже в структуре 12. Кроме того, контроллер 24 может по выбору управлять мощностью, которая обеспечивает протекание тока через катушки 36 и 38, что также управляет глубиной проникновения электромагнитного поля в структуру 12 и может быть более подходящим для каналов 14 больших размеров.
Специалист покрывает внутреннюю часть канала 14 надлежащим раствором, в котором суспендирован цветной краситель и магнитные частицы, такие как частицы железа. Далее специалист вручную или другим способом вводит контрольное устройство 18 в канал 14 управляемым образом с надлежащей скоростью и/или в необходимое место в канале 14 таким образом, что токи, индуцированные в структуре 12 электромагнитными полями, вызывают накопление содержащихся в растворе магнитных частиц у неоднородности и обеспечивают возможность их наблюдения или регистрации камерой 26, пока приводится в действие одна из катушек 36 или 38. Тот же процесс может быть повторен с приведением в действие другой катушки 36 или 38.
Вышеприведенное описание раскрывает и описывает лишь примерные варианты выполнения настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники на основании такого описания и сопровождающих чертежей и формулы изобретения очевидным образом признают возможность реализации различных изменений, модификаций и вариаций настоящего изобретения, не выходящих за рамки сущности и объема изобретения, определяемых нижеследующей формулой изобретения.