ИЗМЕРИТЕЛЬ ОВАЛЬНОСТИ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к средствам измерения наружных диаметров, и может быть использована при контроле овальности, в частности, крупногабаритных трубопроводов в поперечном сечении их гибов.
Овальность трубопроводов высокого давления в поперечном сечении гибов является важной характеристикой, во многом определяющей их прогнозируемый ресурс и ремонтопригодность. Автоматизация процесса измерения овальности трубопроводов дает возможность создать архив данных, позволяющий прогнозировать остаточный ресурс трубопровода.
Известны устройства для измерения некруглости валов, в том числе овальности, например, накладной кругломер [см. Пат. RU №№2134404, МПК G01B 05/20, приор. 19.10.1998 г.]. Накладной кругломер содержит корпус, в котором установлен измерительный датчик и симметрично расположенные относительно датчика многоступенчатые самоустанавливающиеся опоры в виде ползунов и балансиров. Направляющие корпуса и балансиры каждой ступени снабжены измерительными линейками.
Такой кругломер ограничен по области применения: по принципу работы он не пригоден для измерения овальности трубопроводов, так как требует вращения вала (трубы) относительно корпуса кругломера, что невозможно. Переход к вращению кругломера вокруг трубы значительно усложнит конструкцию (потребует силового замыкания самоустанавливающихся опор и балансиров).
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели, выбранной нами в качестве прототипа, является применяемая на практике для измерения овальности индикаторная скоба [А.Д.Рубинов, Контроль больших размеров в машиностроении, Ленинград, Машиностроение, 1982, стр.62, рис.2.28], включающая состоящее из поперечной балки основание с расположенными на нем двумя губками, установленными перпендикулярно ему с возможностью дискретного изменения расстояния между ними. На губках установлены опоры: на одной - неподвижная опора, на другой - подвижная с датчиком линейных перемещений.
Устройство имеет необходимый диапазон измерения диаметров, компактную конструкцию.
Недостатком устройства является необходимость последовательного измерения диаметров в двух взаимно перпендикулярных сечениях трубопровода, что приводит к увеличению времени измерений. При этом скоба при двух измерениях должна удерживаться в одном измеряемом поперечном сечении гиба трубопровода, так как отклонение приводит к значительному увеличению погрешности измерений. При контроле при помощи скобы продолжительное время затрачивается на определение сечения гиба трубы с максимальной овальностью, что требует измерения овальности в нескольких сечениях.
Предложенное устройство обеспечивает высокую производительность процесса измерения овальности трубопроводов высокого давления с малой погрешностью.
Такой результат достигнут, когда в измерителе овальности, преимущественно трубопроводов, включающем балочное основание, установленные перпендикулярно ему губки, неподвижные и подвижные опоры, датчик линейных перемещений, новым является то, что основание выполнено из двух взаимно ортогональных балок с линейными направляющими и установленными в них каретками, на балках установлены неподвижные опоры в виде роликов, ось вращения которых параллельна оси балок, на каретках установлены губки с размещенными на них подвижными опорами в виде роликов, ось вращения которых перпендикулярна оси балок, на которых они размещены, вдоль балок установлены датчики линейного перемещения, подключенные к вычислительному устройству через устройство ввода измерительной информации, каретки соединены с основанием пружинами силового замыкания, при этом по меньшей мере одна из губок выполнена подвижной и с возможностью изменения и точной фиксации угла установки на каретку.
Подходы к выполнению вычислительного устройства с функцией ввода измерительной информации с датчиков известны.
Подходы к решению задачи установки датчиков линейного перемещения известны.
На фиг. приведена схема измерителя овальности, где балочное основание 1 линейные направляющие 2, каретки 3, ролики 4, губки 5, 6, пружины 7 силового замыкания, датчики 8 линейных перемещений, устройство 9 ввода измерительной информации, вычислительное устройство 10;
обозначение сменного положения деталей.
Измеритель овальности работает следующим образом.
Устройство устанавливают на измеряемую трубу, для чего вначале одну из губок, например, губку 6 снимают или разворачивают, губку 5 с помощью каретки 3 по линейным направляющим 2 перемещают до величины диаметра трубы. После этого губка 6 устанавливается на фиксированный угол 90 град. к каретке 3. в результате чего труба оказывается зажата пружинами 7 силового замыкания между роликами 4. Затем устройство ориентируют так, что нормали к опорным роликам совпадают с осями эллипса трубы. Устройство прокатывают на неподвижных опорных роликах 4 вдоль гиба трубы. Благодаря тому, что губки 5 и 6 выполнены с подвижными роликами, перемещаясь на каретке 3 в направляющих 2, они поджимаются пружинами 7 силового замыкания к диаметрально противоположным точкам трубы. При этом датчики 8 линейных перемещений, связанные с каретками 2, при перемещении устройства одновременно считывают информацию, соответствующую величинам максимального и минимального диаметров сечения, и одновременно через устройство 9 ввода измерительной информации осуществляют ее запись в вычислительное устройство 10. В вычислительном устройстве 10 производится расчет овальности трубы в поперечном сечении гиба трубопровода по результатам измерения величины максимального и минимального диаметров. Эллиптичность определяется как полуразность максимального и минимального диаметров.
эт.
Перед проведением измерений необходимо провести установку измерителя на номинальный диаметр (калибровку). Установку можно провести по эталонному диску с точно известным диаметром, близким к номинальному диаметру трубы D.
Эта же операция может быть проведена при помощи концевых мер, соответствующих номинальному значению диаметра. Операцию необходимо проводить последовательно по двум координатам х, у. Подходы к решению задач калибровки известны.
После проведения операции установки на номинальный диаметр измеритель определяет значения наибольшего и наименьшего диаметров и производит расчет эллиптичности.
Эллиптичность равна:
,
где EFK - эллиптичность, мм;
- максимальное текущее значение диаметра, мм;
- минимальное текущее значение диаметра, мм.
Пример конкретного исполнения.
По схеме, приведенной на фиг., разработан и изготовлен образец измерителя овальности трубопроводов диаметром от 300 до 400 мм в диапазоне овальности ±25%.
Устройство разработано на базе промышленных узлов. В качестве линейных направляющих с каретками используются модули линейного перемещения типа FBL-27S фирмы ТНК Со. Длина направляющих составляет 350 мм, ход каретки - 250 мм. На каретках модулей расположены подвижные губки с роликами диаметром 20 мм, установленных на подшипниках качения. Аналогичные ролики установлены на основании.
Между каретками и основанием направляющих установлены абсолютные датчики линейных перемещений потенциометрического типа фирмы Burster модели 8709, подключенные через USB устройство ввода измерительной информации к мини-компьютеру. Диапазон измерения датчиков - 250 мм.
Было проведено 5 серий замеров овальности.
По результатам испытаний погрешность определения овальности не превышала 0,25% от номинального значения диаметра, что для трубопроводов высокого давления является малой величиной.
В дальнейшем предполагается использование измерителя овальности трубопроводов при регламентных работах по контролю трубопроводов высокого давления на АЭС.