ВРАЩАЮЩИЙСЯ ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к технике вихретокового неразрушающего контроля и может быть использовано при дефектоскопии перемычек коллекторов парогенераторов на АЭС с ВВЭР.
Известен вращающийся вихретоковый преобразователь (Кузнецов В.Б. Современные системы контроля и диагностики состояния металла парогенераторов АЭС с ВВЭР\PWR - M.: МИИ, 1993 г.) открытого типа, используемый для контроля теплообменных труб и перемычек коллекторов парогенераторов. В этом преобразователе вращающиеся вихретоковые катушки во время контроля находятся в непосредственном контакте с поверхностью контролируемого металла и не защищены от истирания. В результате, такой преобразователь имеет малый срок службы. Кроме того, конструкция преобразователя открытого типа не позволяет использовать высокую скорость вращения вихретоковых катушек и, следовательно, высокую скорость продольного перемещения преобразователя. Это приводит к большим затратам времени на выполнение контроля парогенераторов.
Также известен вращающийся вихретоковый преобразователь (SU №1821731 A1, G01N 27/90, 1993 г.) закрытого типа, в котором вращающиеся вихретоковые катушки защищены от истирания оболочкой из аустенитной стали. Такой преобразователь более надежен, чем вращающийся преобразователь открытого типа. Кроме того, с помощью преобразователя закрытого типа можно обеспечить высокую скорость контроля. Этому устройству присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков полезной модели, поэтому оно принято за прототип. Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость, т.е. малая чувствительность к дефектам при высоком уровне помех, обусловленных, в частности, конструкцией преобразователя. Кроме того, это устройство не позволяет обнаруживать поперечные (по отношению к оси контролируемого отверстия коллектора) дефекты и не дает возможности определять как момент входа преобразователя в отверстие коллектора, так и момент выхода из него, что необходимо для правильного определения местоположения дефектов.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в повышении достоверности контроля перемычек коллекторов парогенераторов. Этот технический результат складывается из увеличения абсолютной чувствительности к дефектам, снижения уровня помех, получения возможности обнаружения поперечных дефектов и повышения точности определения местоположения дефектов.
Указанная задача решается благодаря тому, что во вращающемся вихретоковом преобразователе, включающем корпус, электродвигатель, выступающий из корпуса вал электродвигателя, закрепленные на валу вихретоковые катушки, у которых оси параллельны между собой, в том числе, две дифференциально включенные измерительные катушки, защитную оболочку вихретоковых катушек в виде стакана, датчик синхронизации, два вращающихся трансформатора, используются две катушки возбуждения, включенные последовательно встречно, плоскость, в которой лежат оси измерительных катушек, располагается под углом 45° к оси вала и перпендикулярна плоскости, в которой лежат оси катушек возбуждения, линия пересечения этих плоскостей перпендикулярна оси вала, вихретоковые катушки намотаны на ферритовые стержни, нерабочие концы катушек закрыты экраном из ферромагнитной стали, защитная оболочка изготовлена из титанового сплава, количество витков неподвижных обмоток во вращающихся трансформаторах как минимум в два раза превышает количество витков вращающихся обмоток.
На фиг. 1 изображен вращающийся вихретоковый преобразователь; на фиг. 2 - схема размещения вихретоковых катушек в плоскости, перпендикулярной осям катушек.
Вращающийся вихретоковый преобразователь содержит корпус 1, укрепленный в нем электродвигатель 2, выступающий из корпуса вал 3 электродвигателя. На свободном конце вала 3 установлена втулка 4, в которой закреплены две катушки 5 возбуждения и две измерительные катушки 6. В каждой паре катушки соединены между собой последовательно встречно. Вихретоковые катушки закрыты защитной оболочкой 7 в виде стакана. Для обеспечения бесконтактной связи вращающихся возбуждающих и измерительных катушек с вихретоковым дефектоскопом (не показан) используются два вращающихся трансформатора, каждый из которых состоит из неподвижной обмотки 8 (11), ферритового сердечника 9 (12) в виде кольца и вращающейся обмотки 10 (13). Для исключения электромагнитных наводок одного трансформатора на другой между ними установлен экран в виде диска 14 из ферромагнитной стали. На корпусе 1 закреплен датчик 15 синхронизации, который взаимодействует с ферромагнитным стержнем 16, закрепленным на валу 3 электродвигателя.
Вращающийся вихретоковый преобразователь работает следующим образом.
Электродвигатель 2 через вал 3 приводит во вращение вихретоковые катушки.
Во время контроля передняя часть преобразователя, содержащая защитную оболочку 7, часть вала 3, катушки 5 возбуждения, измерительные катушки 6 и втулку 4, вводится в отверстие коллектора и перемещается в нем сначала в прямом, а затем (после полного ввода передней части в отверстие) в обратном направлении.
Генератор дефектоскопа, подключенный к катушкам 5 возбуждения через первый вращающийся трансформатор, создает в них ток возбуждения. При этом первичной в трансформаторе является неподвижная обмотка 8, а вторичной - вращающаяся обмотка 10. За счет того, что количество витков первичной обмотки 8 как минимум в два раза превышает количество витков вторичной обмотки 10, удается увеличить ток возбуждения и, таким образом, повысить абсолютную чувствительность преобразователя.
Переменный ток, действующий в катушках 5 возбуждения, создает первичное электромагнитное поле, которое возбуждает в контролируемом металле вихревые токи. При наличии в металле дефектов интенсивность и конфигурация вихревых токов изменяются, что приводит к изменению создаваемого ими вторичного электромагнитного поля. Эти изменения регистрируются измерительными катушками 6. Сигнал в виде изменения напряжения через второй вращающийся трансформатор передается в блок обработки сигналов дефектоскопа. При этом первичной в трансформаторе является вращающаяся обмотка 13, а вторичной - неподвижная обмотка 11. За счет того, что количество витков вторичной обмотки 11 как минимум в два раза превышает количество витков первичной обмотки 13, удается увеличить сигнал измерительных обмоток и, таким образом, повысить абсолютную чувствительность преобразователя к дефектам.
Кроме того, абсолютная чувствительность к дефектам увеличена в преобразователе за счет того, что катушки 5 возбуждения и измерительные катушки 6 намотаны на ферритовые стержни с высокой магнитной проницаемостью.
Взаимное расположение вихретоковых катушек таково, что плоскость, в которой лежат оси измерительных катушек 6, располагается под углом 45° к оси вала 3 и перпендикулярна плоскости, в которой лежат оси катушек 5 возбуждения, а линия пересечения этих плоскостей перпендикулярна оси вала 3. За счет такого расположения катушек, а также за счет дифференциального включения катушек 5 возбуждения удается получить три положительных эффекта.
Во-первых, значительно ослабляется влияние зазора между вихретоковыми катушками и контролируемым металлом на выходное напряжение преобразователя. Это позволяет существенно уменьшить помеху, возникающую вследствие периодического изменения зазора между вращающимися вихретоковыми катушками и контролируемым металлом при даже незначительной несоосности преобразователя и отверстия коллектора.
Во-вторых, появляется возможность обнаружения не только продольных, но и поперечных дефектов.
В-третьих, становится возможным по выходному напряжению преобразователя определять как момент входа преобразователя в отверстие коллектора, так и момент выхода из него, что необходимо для точного определения осевой координаты обнаруженного дефекта.
Для того, чтобы исключить помеху, возникающую при прохождении нерабочих концов вращающихся вихретоковых катушек вблизи дефекта, эти концы закрыты экраном, роль которого выполняет стенка втулки 4, изготовленной из ферромагнитной стали.
Защитная оболочка 7 вихретоковых катушек изготовлена из титанового сплава. Этот материал за счет своей низкой удельной электрической проводимости не вызывает существенного снижения чувствительности преобразователя к дефектам. В то же время, в отличии от аустенитной нержавеющей стали, обладающей также низкой удельной электрической проводимостью, в нем невозможно возникновение, например, при механических воздействиях зон с какими-либо магнитными аномалиями, что является сильным источником помех для вихретокового преобразователя.
Датчик 15 синхронизации взаимодействует с ферромагнитным стержнем 16, закрепленным на валу 3 электродвигателя и вырабатывает один импульс на каждый оборот вращения вихретоковых катушек. Импульсы от датчика 15 передаются в дефектоскоп для синхронизации разверток вихретоковых сигналов и определения угловой координаты обнаруженного дефекта.