ПРИБОР ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТРУБ

Полезная модель относится к средствам акустического контроля труб и может быть использована для определения состояния внутренней поверхности стенок трубы, преимущественно труб теплообменников, и для определения изменений внутреннего сечения трубы, ее засорения, закупорки, разрыва.
Известен прибор для неразрушающего контроля труб [1] (патент US №7677103, МПК G01N 29/00, опубликован 31 июля 2006 г.), состоящий из акустического излучателя, «согласующей» трубки (mixed wave tube), выполняющей одновременно роль присоединительного устройства, приемного микрофона, встроенного в «согласующую» трубку, блока управления и блока обработки сигнала.
В известном приборе согласующая трубка, необходимость которой связана с авторским алгоритмом обработки сигнала, усложняет конструкцию и увеличивает габариты.
Известен наиболее близкий к заявляемому по назначению и технической сущности прибор для неразрушающего контроля труб [2] (US 2012/0227501, МПК G01N 29/00, опубликован 13 сентября 2012 г.). Известный прибор содержит акустический излучатель, основание, микрофон, интерфейсную (адаптерную) трубку с наконечником, выполняющую функцию присоединительного устройства, блок управления и блок обработки сигнала. Интерфейсная трубка согласует выходной диаметр прибора со входным диаметром тестируемой трубы. Для каждой тестируемой трубы подбирается соответствующего диаметра интерфейсная трубка, которая для обеспечения плотного соединения снабжена наконечником - «сглаживателем диаметров» (“Diameter smoother”).
Наличие интерфейсной трубки с наконечником - «сглаживателем диаметров» - ограничивает использование прибора только такими тестируемыми трубами, которые не имеют дефектов на торцевой и внутренней поверхностях своего входного отверстия. Однако известно, что, например, внутренние трубы теплообменников ввариваются торцами во фланцы или трубные доски. Вваренный конец трубы часто имеет наплывы, объемный выступающий сварной шов, искажающий плоский срез торца и цилиндрическую форму внутренней поверхности трубы. Наконечник интерфейсной трубки в прототипе может плотно входить внутрь тестируемой трубы соответствующего диаметра, но только если нет дефектов входного отверстия торца тестируемой трубы. В противном случае наконечник не сможет входить внутрь тестируемой трубы, а применение наконечника меньшего диаметра приводит к появлению помехи в виде отражения зондирующего импульса из-за рассогласования диаметров и нарушения плотности акустического контакта.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции и уменьшение осевых размеров (габаритов) прибора с одновременным упрощением процесса его присоединения к тестируемой трубе и обеспечением надежного акустического контакта, независимо от чистоты и качества обработки ее входного отверстия.
Поставленная задача решается тем, что в приборе для неразрушающего контроля труб, содержащем акустический излучатель, микрофон, присоединительное устройство, блок управления и блок обработки сигнала, согласно полезной модели, присоединительное устройство выполнено в виде уплотнительного кольца, наружный диаметр которого превышает наибольший внутренний диаметр тестируемой трубы, а его внутренний диаметр соответствует диаметру звукоизлучающей поверхности (апертуре) акустического излучателя, при этом уплотнительное кольцо изготовлено из пористого эластомерного материала и имеет толщину, ограничивающую снизу резонансную частоту низшей продольной моды резонатора, образованного воздушным промежутком внутренней полости уплотнительного кольца, значением 10 кГц.
В качестве пористого эластомерного материала уплотнительного кольца может быть применен пенополипропилен, или пенополиуретан, или пористая резина.
Технический результат полезной модели выражается в обеспечении надежного акустического контакта прибора с тестируемой трубой, в подавлении помех от реверберации во внутренней воздушной полости (паразитном резонаторе) уплотнительного кольца, за счет уменьшения ее осевой длины, определяемой толщиной уплотнительного кольца. Соответствие внутреннего диаметра уплотнительного кольца апертуре излучателя вносит минимальные потери на поглощение внутренними боковыми стенками уплотнительного кольца излучаемой акустической мощности. Толщина уплотнительного кольца в пределах 5-15 мм выбрана таким образом, чтобы длина паразитного резонатора (воздушной камеры образованной воздушным промежутком внутренней полости уплотнительного кольца между диффузором акустического излучателя и входом в тестируемую трубу) составляла 5-15 мм. Частота низшей продольной моды в таком паразитном резонаторе превышает 10 кГц. Экспериментально установлено, что применение пористого эластомерного материала для изготовления уплотнительного кольца полностью подавляет такую высокочастотную реверберацию за время, соответствующее 1,5 периодам собственных колебаний диффузора излучателя, благодаря чему помехи не возникают. Экспериментально также установлено, что применение уплотнительного кольца предлагаемой конструкции обеспечивает надежный акустический контакт с трубами, имеющими дефекты сварки входного отверстия.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан схематично продольный разрез прибора; на фиг. 2 - бесконтактное положение прибора и тестируемой трубы, установленной в трубную доску теплообменника или имеющей фланец, при этом внутренний диаметр тестируемой трубы меньше, чем внутренний диаметр уплотнительного кольца, продольный разрез; на фиг. 3 - рабочее положение прибора, находящегося в акустическом контакте с тестируемой трубой, установленной в трубную доску теплообменника или имеющей фланец, при этом внутренний диаметр тестируемой трубы больше, чем внутренний диаметр уплотнительного кольца, продольный разрез.
Заявленный прибор для неразрушающего контроля труб содержит акустический излучатель 1 с диффузором 2, кольцеобразное основание 3, приемный микрофон 4, уплотнительное кольцо 5, прикрепленное к основанию 3, блок управления и блок обработки сигнала (на чертежах не показаны и не обозначены). В центральной части основания 3 выполнено центральное отверстие (на чертеже не обозначено), в котором установлен акустический излучатель 1 с диффузором 2. Наружный диаметр основания 3 выполнен равным наружному диаметру D уплотнительного кольца 5. Наружный диаметр D уплотнительного кольца 5 выполнен с превышением наибольшего внутреннего диаметра D1 тестируемой трубы 6. Внутренний диаметр d уплотнительного кольца 5 выполнен соответствующим диаметру звукоизлучающей поверхности акустического излучателя 1, то есть его апертуре. Уплотнительное кольцо 5 изготовлено из пористого эластомерного материала, и имеет толщину b в пределах 5-15 мм. В качестве пористого эластомерного материала уплотнительного кольца 5 может быть применен пенополипропилен, или пенополиуретан, или пористая резина. Передняя рабочая поверхность 7 уплотнительного кольца 5 может быть выполнена плоской. Толщина b кольца 5 выполнена такой, чтобы ограничить снизу резонансную частоту низшей продольной моды резонатора (воздушной камеры 8, образованной воздушным промежутком внутренней полости уплотнительного кольца 5 между диффузором 2 акустического излучателя 1 и входом в тестируемую трубу 6, фиг. 3) значением 10 кГц. Уплотнительное кольцо 5 при этом может иметь толщину b, составляющую 5-15 мм, достаточную для обеспечения звукоуплотнения. При толщине b уплотнительного кольца 5 менее 5 мм ухудшаются его звукоуплотняющие свойства.
Предлагаемый прибор для неразрушающего контроля труб работает следующим образом.
Для тестирования труб 6, например, вваренных в трубную доску 9 теплообменника (фиг. 2 и 3) или во фланец и имеющих, например, внутренний диаметр D1, превышающий внутренний диаметр d уплотнительного кольца 5 (фиг. 3), прибор приводят в акустический контакт с тестируемой трубой 6 посредством наложения торцевой поверхности 7 уплотнительного кольца 5 на торцевую поверхность 10 тестируемой трубы 6 и на плоскую поверхность 11 трубной доски 9 или фланца. Аналогичным образом производят тестирование труб 6, имеющих меньший внутренний диаметр D1, чем внутренний диаметр d уплотнительного кольца 5 (фиг. 2). При этом за счет эластичных свойств эластомерного пористого материала уплотнительное кольцо 5 упруго деформируется в осевом и радиальном направлениях, благодаря чему достигается надежный акустический контакт между поверхностью 7 уплотнительного кольца 5 и торцевой поверхностью 10 трубы 6 и поверхностью 11 трубной доски 9 или фланца трубы 6 (фиг. 3) или только между поверхностью 7 уплотнительного кольца 5 и поверхностью 11 трубной доски 9, или фланца (фиг. 2). При включении блока управления, блока обработки сигнала (на чертежах не показаны) и акустического излучателя 1 во внутреннее пространство 12 трубы 6 диффузором 2 подаются зондирующие акустические сигналы, которые проходят через воздушную камеру 8 (резонатор). При этом резонансная частота низшей продольной моды, возбуждаемая в таком коротком резонаторе воздушной камеры 8, будет превышать 10 кГц. Благодаря применению пористого материала уплотнительного кольца 5 полностью подавляется высокочастотная реверберация (10 кГц и более) за время, соответствующее 1,5 периодам собственных колебаний диффузора 2 акустического излучателя 1, что и исключает возникновение помех. Внутренний диаметр d кольца 5 соответствует диаметру звукоизлучающей поверхности акустического излучателя 1, то есть его апертуре, что обеспечивает минимальные потери акустической мощности на ее поглощение внутренними боковыми стенками воздушной камеры 8. Обследование трубок 6, установленных в трубную доску 9 и имеющих внутренний диаметр D1 меньший, чем внутренний диаметр D уплотнительного кольца 5, не вызывает затруднений вплоть до их диаметра D1, составляющего 5 мм, за счет создания надежного акустического контакта уплотнительного кольца 5 с поверхностью 11 трубной доски 9 или фланца. Тестирование трубок диаметром менее 5 мм не проводилось.
Предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипом обеспечивает упрощение конструкции и уменьшение осевых размеров (габаритов) измерительного прибора. Одновременно сохраняется диапазон диаметров тестируемых труб 6 и снижаются требования к чистоте обработки их входного отверстия.
Источники информации
1. Патент США US 7677103 B2, МПК G01N 29/00. Системы и методы неразрушающего контроля трубных систем. Амир Н. и др., Acousticeye Ltd., 31 июля 2006 г.
(Patent No. US 7677103 B2, МПК G01N 29/00, Systems and methods for non-destructive testing of tibular systems. Amir and all., Acousticeye Ltd., Jul. 31, 2006).
2. Патент США на применение US 2012/0227501 A1, МПК G01N 29/00. Ручной зонд для обследования труб методом АИР. Фурман и др., опубл. 13 сентября 2012.
(Patent Pub. No.: US 2012/0227501 A1, МПК G01N 29/00, Handheld probe for tube inspection using APR. DOV Furman and all., sep. 13, 2012).