АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится области ультразвукового контроля качества изделий, в частности к ультразвуковому контролю труб, и может найти широкое применение в атомной, химической, нефтяной и других отраслях промышленности.
Известно устройство для перемещения преобразователей, например ультразвуковых, внутри трубопровода, содержащее корпус, установленный на нем двигатель, щеточный движитель, кинематически связанный с двигателем, включающий в себя щеткодержатели и закрепленные в них упругие элементы прямого и обратного ходов, и привод реверса движителя, кулисы по числу пар щеткодержателей, установленные по периметру корпуса с возможностью качания вокруг своих осей, параллельных оси корпуса и взаимодействующих одним концом с приводом реверса движителя, а щеткодержатели выполнены в виде попарно установленных под углом одна к другой планок, вытянутых вдоль оси корпуса и жестко закрепленных на свободных концах кулис (Авт. свид. №602854, кл. G01N, опубликовано 19.12.1975 г.).
Однако описанное устройство имеет ряд недостатков:
- предназначено для перемещения ультразвуковых преобразователей внутри трубопроводов и не способно обеспечить теневой метод ультразвукового контроля;
- для обеспечения сплошного контроля по всей внутренней поверхности трубы требует большого количества ультразвуковых преобразователей, установленных в два ряда с перекрытием зон контроля, а, следовательно, многоканальности ультразвуковой аппаратуры;
- имеет сложную конструкцию механизма перемещения;
- не позволяет обеспечить высокую производительность ультразвукового контроля.
Известно также устройство для дефектоскопии внутренней поверхности труб, содержащее каретку, размещенные на ней преобразователи, закрепленный шарнирной осью рычажный механизм перемещения каретки с опорными роликами, на концах рычагов датчик угла поворота, при этом каретка выполнена в виде коаксиальных колец, равноплечие рычаги механизма перемещения в средней части соединены шарнирной осью с внутренним кольцом и подпружинены вдоль продольной оси этого кольца, преобразователи закреплены на наружном кольце, а датчик угла поворота - на внутреннем (Авт. свид. №627396, кл. G01N, опубликовано 18.03.1978 г.).
Описанное устройство имеет серьезное преимущество перед ранее описанным, заключающееся в том, что ультразвуковые преобразователи перемещаются не только вдоль оси трубы, но и по окружности внутренней поверхности и имеет более простую конструкцию.
Однако это устройство наряду с преимуществами имеет и свои недостатки:
- при изменении внутреннего диаметра трубы изменяется расстояние между преобразователем и внутренней поверхностью трубы, что влияет на чувствительность контроля;
- для перемещения устройства внутри трубы требуется четыре двигателя;
- перемещение устройства по окружности внутренней поверхности трубы и вдоль ее оси требуются раздельные приводы;
- конструкция устройства сложна для исполнения;
- количество приводов усложняет синхронизацию устройства с перемещением трубы для теневого метода контроля;
Несмотря на имеющиеся недостатки, описанное устройство является наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели, поэтому оно принимается за прототип.
Задача предлагаемой полезной модели - устранение указанных недостатков, а именно сохранение постоянного зазора (расстояния) между ультразвуковым преобразователем и внутренней поверхностью контролируемой трубы или прижима к этой поверхности, уменьшение количества приводов для перемещения каретки, обеспечение возможности синхронизации перемещения каретки внутри трубы с перемещением трубы по винтовой линии при ультразвуковом контроле и упрощение конструкции каретки.
Этот технический результат согласно предлагаемой заявке достигается следующими техническими решениями:
- выполнением каретки в виде двух противоположно направленных вилок, сочлененных и подпружиненных между собой во взаимно перпендикулярных плоскостях с помощью подпружиненных штифтов с возможностью перемещения их вдоль общей оси;
- наличием обкатывающих роликов, установленных на противоположных концах вилок под углом к поперечному сечению трубы, обеспечивающим шаг сканирования вдоль ее оси при обкатывании внутренней поверхности по окружности на один оборот;
- поджимом ультразвукового преобразователя подпружиненными штифтами с шаровыми опорами;
- наличием узла удержания ультразвукового преобразователя внутри трубы соосно преобразователю с внешней стороны трубы.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где:
на фиг.1, 2 представлен пример выполнения предлагаемого акустического блока с узлом удержания ультразвукового преобразователя внутри трубы, содержащим электродвигатель и обрезиненный ролик (вариант 1);
на фиг.3, 4 представлен пример выполнения предлагаемого акустического блока с узлом удержания ультразвукового преобразователя, выполненного в виде двух магнитов (вариант 2);
на фиг.5, 6 представлен пример выполнения предлагаемого акустического блока с узлом удержания преобразователя, выполненного в виде трубки, закрепленной в вилке и удерживаемой за пределами контролируемой трубы.
Акустический блок (вариант 1, см. фиг.1, 2) содержит две противоположно направленные вилки 1 и 2, сочлененные между собой с помощью подпружиненных пружинами 3 штифтов 4 и 5 во взаимно перпендикулярных плоскостях с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль их общей оси и содержащие опорные ролики 6, 7, 8, 9 на противоположных концах с возможностью обкатывания внутренней поверхности контролируемой трубы 10, развернутые под углом к поперечному сечению трубы 10, чтобы обкатывать ее по спирали. При этом вилка 1 снабжена ультразвуковым преобразователем 11, поджимаемым к поверхности трубы 10 штифтами 12, подпружиненными пружинами 13. Вилка 2 снабжена устройством удержания ультразвукового преобразователя 11 соосно преобразователю 14, установленному с помощью акустического блока 15 на внешней поверхности трубы 10. Устройство удержания состоит из электродвигателя 16 постоянного тока и обрезиненного ролика 17.
Акустический блок (вариант 2, см. фиг.3, 4) до позиции 15 повторяет предыдущий акустический блок и отличается тем, что его устройство удержания содержит два постоянных магнита 18 и 19, обращенные друг к другу противоположными полюсами. При этом магнит 18 закреплен в вилке 2, а магнит 19 закреплен с внешней стороны трубы 10. Блок предназначен только для контроля труб из немагнитных металлов.
Акустический блок (вариант 3, см. фиг.5, 6) до позиции 15 повторяет ранее описанные блоки и отличается тем, что в вилке 2 закреплена труба 20, противоположный конец которой крепится за пределами трубы 10 так, что преобразователь 11 устанавливается соосно преобразователю 14 и удерживается в этом положении до окончания ультразвукового контроля.
Акустический блок (вариант 1) работает следующим образом.
Вилки 1 и 2 сближают между собой, пружины 5 сжимаются, и блок вводят в трубу 10. Вилки 1 и 2 отпускают, пружины 5 разжимаются, под их воздействием вилки 1 и 2 расходятся вдоль общей оси, обкатывающие ролики 6, 7, 8, 9 прилегают к внутренней поверхности трубы 10, и акустический блок устанавливается в плоскости поперечного сечения трубы 10. Ультразвуковой преобразователь 11 подпружиненными штифтами прижимается к ее внутренней поверхности. При подаче в локальную ванну преобразователя 11 воды создается хороший акустический контакт между преобразователем 11 и внутренней поверхностью трубы 10. На внешнюю поверхность ее устанавливается акустический блок 15 с преобразователем 14, поджимаемым к внешней поверхности трубы 10. При подаче воды в его локальную ванну между внешней поверхностью трубы 10 и преобразователем 14 также устанавливается хороший акустический контакт. Ультразвуковые преобразователи подключают к ультразвуковому дефектоскопу. Акустический блок в трубе 10 разворачивают, таким образом, чтобы при подаче на один из преобразователей зондирующего сигнала на другом преобразователе был принят максимальный сигнал прошедших через всю толщину стенки трубы 10 ультразвуковых колебаний.
Включают механизм подачи (перемещения) трубы 10, которая начинает перемещаться в направлениях, указанных стрелками 21 и 22. Она одновременно вращается по часовой стрелке и перемещается поступательно слева направо. Одновременно с включением механизма подачи трубы 10 включают электродвигатель 16, вращающий обрезиненный ролик, который заставляет акустический блок внутри трубы 10 обкатывать ее внутреннюю поверхность. Скорость этого обкатывания с помощью величины тока, подаваемого на электродвигатель, регулируют так, чтобы преобразователь 11 оставался неподвижным относительно преобразователя 14 на внешней поверхности трубы 10.
В результате ультразвуковые преобразователи 11 и 14 описывают по внутренней и внешней поверхности трубы 10 две параллельные спирали. При
этом приемный преобразователь 11 или 14 фиксирует слабо изменяющийся сигнал в результате плавно меняющейся в небольших пределах толщины стенки трубы 10. Появление дефекта металлургического характера, расслоения или постороннего включения в стенке трубы вызывает резкое изменение принимаемого сигнала преобразователем 11 или 14, или полное его исчезновение, что регистрируется дефектоскопом как наличие дефекта. Поскольку любой дефект в толщине стенки, независимо от глубины залегания его, является препятствием для прохождения ультразвуковых колебаний через стенку трубы 10 приемный преобразователь 11 или 14 фиксирует также дефекты на любой глубине без "мертвых" зон.
Работа акустического блока (вариант 2, фиг.3, 4) осуществляется аналогично предыдущему акустическому блоку, а узел удержания, содержащий два постоянных магнита 18 и 19, обращенных друг к другу противоположными полюсами, работает следующим образом. Магнит 19 постоянно закреплен вблизи внешней поверхности трубы 10 соосно преобразователю 14 и магниту 18, а магнит 18 закреплен в вилке 2 акустического блока соосно преобразователю 11. Поэтому при перемещении трубы 10 в направлениях, указанных стрелками 21 и 22, за счет взаимодействия магнитов 18 и 19, внутритрубный акустический блок опорными роликами 6, 7, 8, 9 обкатывает вращающуюся трубу 10 и удерживается соосно преобразователю 14. В результате осуществляется теневой ультразвуковой контроль качества стенок трубы 10.
Работа акустического блока (вариант 3, фиг.5, 6) осуществляется аналогично работе предыдущих блоков за исключением удерживающего устройства, которое выполнено в виде трубки 20, один конец которой закреплен в вилке 2 акустического блока, а второй - за пределами трубы 10. В результате акустический блок внутри трубы 10 удерживается трубкой 20 фиксировано в одном положении, а преобразователь 11 соосно преобразователю 14, установленному на внешней поверхности трубы 10. Благодаря этому осуществляется ультразвуковой контроль качества трубы 10 в теневом варианте,
обеспечивающем выявление дефектов по всей толщине стенки трубы без "мертвых" неконтролируемых зон.
Таким образом, предлагаемый акустический блок во всех трех вариантах позволяет реализовать ультразвуковой контроль трубных изделий и заготовок теневым методом, обеспечивающим выявление дефектов металлургического характера и расслоений по всей толщине их стенок без "мертвых" неконтролируемых зон, что особенно важно при контроле качества обсадных труб для бурения скважин в нефтедобывающей промышленности.
Источники информации
1. Авт. свид. СССР №1714489, кл. G08N 29/04. Акустический блок, опубл. 23.02.1992 г.
2. Авт. свид. СССР №602854, кл. G08N 29/04. Устройство для перемещения преобразователей, например ультразвуковых, внутри трубопровода, опубл. 15.04.1978 г.
3. Авт. свид. СССР №627396, кл. G08N. Устройство для дефектоскопии внутренней поверхности труб, опубл. 5.10.1978 г.
4. Авт. свид. СССР №490005, кл. G08N. Ультразвуковое устройство для иммерсионного контроля труб сложного профиля, опубл. 27.01.1976 г.
5. Заявка РСТ №80/01841, кл. G08N. Устройство для дефектоскопии труб, опубл. 4.09.1980 г.
6. Авт. свид. СССР №1190798, кл. G08N. Устройство для перемещения внутри трубопровода, опубл. 23.12.1984 г.