ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ НАКОНЕЧНИК ЗОНДА

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для проведения электромагнитных измерений в протяженном изогнутом канале, например в теплообменной трубке парогенератора атомной станции.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является измерительный наконечник, рассмотренный в [Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. Т. 2 / Под общей редакцией В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1986. - С. 125, 126].
Измерительный наконечник содержит каркас с обмотками индуктивности, корпус с внутренней пружиной, кабель и гибкие выводы.
Недостатками известного устройства является его относительно малая гибкость в радиальном направлении, обусловленная наличием жесткого корпуса, и относительно большая длина корпуса, связанная с наличием в нем внутренней пружины. Указанные недостатки не позволяют изменять в достаточной мере изгиб измерительного наконечника в радиальном направлении, и, соответственно, проходить участки труб с относительно малыми радиусом кривизны и диаметром проходного сечения.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно, повышение гибкости измерительного наконечника в радиальном направлении и минимизация длины жесткого корпуса.
Технический результат - обеспечение возможности исследования затесненных труб с относительно малым радиусом кривизны и диаметром проходного сечения.
Для решения этой задачи в измерительном наконечнике зонда, включающем, каркас, по меньшей мере, одну катушку индуктивности, по меньшей мере, одну цилиндрическую пружину из проволоки круглого поперечного сечения, по меньшей мере, один проводник, каркас и стакан, причем катушка индуктивности расположена на каркасе предлагается:
измерительный наконечник дополнительно снабдить, по меньшей мере, одним силовым элементом и оголовком;
стакан и оголовок разместить по разные стороны от каркаса;
силовой элемент пропустить через внутреннюю полость каркаса и с его помощью зафиксировать взаимные положения оголовка и стакана при продольном осевом растяжении измерительного наконечника;
между смежными витками проволоки цилиндрической пружины обеспечить зазор;
величину отношения длины безопорной части ненагруженной цилиндрической пружины к ее среднему диаметру обеспечить не превышающей 3,5;
геометрические характеристики цилиндрической пружины и исследуемого канала выбирать согласно соотношению, учитывающему средний диаметр цилиндрической пружины, число безопорных витков цилиндрической пружины, диаметр проволоки цилиндрической пружины, расстояние между смежными витками цилиндрической пружины и средний радиус кривизны исследуемого канала.
В частных случаях реализации измерительного наконечника зонда предлагается:
во-первых, цилиндрическую пружину установить между каркасом и стаканом;
во-вторых, цилиндрическую пружину установить между каркасом и оголовком;
в-третьих, цилиндрические пружины установить соответственно между каркасом и оголовком и между каркасом и стаканом.
В результате достигается требуемый результат.
Сущность изобретения поясняется фигурой чертежа, на которой изображено продольное осевое сечение измерительного наконечника зонда.
На фигуре чертежа приняты следующие позиционные обозначения: 1 - каркас; 2 - катушка индуктивности; 3 - оголовок; 4 - проводник; 5 - проволока; 6 - силовой элемент; 7 - стакан; 8 - цилиндрическая пружина.
Измерительный наконечник зонда включает, по меньшей мере, одну цилиндрическую пружину 8 из круглой проволоки 5, по меньшей мере, один проводник 4, по меньшей мере, один силовой элемент 6, стакан 7 каркас 1 и оголовок 3.
На каркасе 1 установлена, по меньшей мере, одна катушка индуктивности 2.
Оголовок 3 и стакан 7 размещены по разные стороны от каркаса 1.
Силовой элемент 6 проходит через внутреннюю полость каркаса 1 и фиксирует взаимные положения оголовка 3 и стакана 7 при продольном осевом растяжении измерительного наконечника. Силовой элемент выполнен из нейлонового, капронового или иного синтетического волокна.
Между смежными витками проволоки 5 цилиндрической пружины 8 обеспечен зазор. Указанный зазор позволяет соединить друг с другом витки проволоки 5 цилиндрической пружины 8, соответствующие минимальному радиусу кривизны цилиндрической пружины 8, и максимально развести друг от друга витки проволоки 5, соответствующие максимальному радиусу кривизны цилиндрической пружины 8. Такое решение минимизирует величину усилия, необходимого для проталкивания измерительного наконечника зонда на участках исследуемого канала, имеющих относительно малый радиус кривизны и диаметр проходного сечения.
Величина отношения длины безопорной части ненагруженной цилиндрической пружины 8 к ее среднему диаметру не превышает 3,5. Это условие позволяет обеспечить устойчивость цилиндрической пружины 8 в процессе исследований канала.
Геометрические характеристики цилиндрической пружины 8 и исследуемого канала связаны между собой соотношением:
где D - средний диаметр цилиндрической пружины, мм; n - число безопорных витков цилиндрической пружины, шт.; d - диаметр проволоки цилиндрической пружины, мм; h - расстояние между смежными витками цилиндрической пружины, мм; R - средний радиус кривизны исследуемого канала, мм.
Частные случаи реализации технического решения.
Во-первых, цилиндрическая пружина 8 установлена между каркасом 1 и стаканом 7.
Во-вторых, цилиндрическая пружина 8 установлена между каркасом 1 и оголовком 3.
В-третьих, цилиндрические пружины 8 установлены соответственно между каркасом 1 и оголовком 3 и между каркасом 1 и стаканом 7.
Выбор месторасположения цилиндрических пружин 8 определяется конструкцией исследуемого канала и конструктивными особенностями оборудования по обеспечению перемещения измерительного наконечника по исследуемому каналу.
Измерительный наконечник работает следующим образом.
При исследовании измерительный наконечник постепенно вводят в исследуемый канал на требуемое расстояние за счет продольного осевого усилия на стакан 7. При этом цилиндрическая пружина 8 находится в сжатом состоянии и принимает конфигурацию той части исследуемого канала, в которой она расположена. Оголовок 3 контактирует с внутренней поверхностью стенки исследуемого канала. После проведения измерений чувствительный элемент выводят из исследуемого канала.
Изготовление измерительного наконечника в соответствии с учетом рассмотренного ранее соотношения исключает поломку измерительного наконечника, безвозвратную деформацию пружин и позволяет проводить с помощью измерительного наконечника многократные измерения в протяженных изогнутых каналах с относительно малым проходным сечением.
Пример конкретного выполнения чувствительного элемента.
Для исследования теплообменных трубок парогенератора атомной станции изготовлен измерительный наконечник зонда.
Использовано две катушки индуктивности 2 наружным диаметром 10,0 мм. При этом каркас выполнен диаметром 10,0 мм, длиной 5,9 мм.
К каждой катушке индуктивности 2 подсоединено два проводника 4, диаметр которых составляет 0,4 мм.
Использованы две идентичные по конструкции цилиндрические пружины 8, установленные соответственно между оголовком 3 и каркасом 1 и между каркасом 1 и стаканом. У цилиндрической пружины 8, выполненной из стали 12Х18Н10Т, средний диаметр витка составляет 7,0 мм, диаметр проволоки 4 равен 1,4 мм и зазор между смежными витками в нагруженном состоянии без изгиба - 0,3 мм.
Силовой элемент выполнен в виде монолитной нити из нейлонового волокна диаметром 1,2 мм.
Геометрические характеристики цилиндрической пружины 8 и исследуемого канала соответствуют предложенному в описании полезной модели соотношению.
Величина отношения длины безопорной части ненагруженной цилиндрической пружины к ее среднему диаметру составляет 2,0.
Измерительный наконечник зонда позволяет обеспечить исследование поверхностей теплообменных трубок парогенератора атомной станции, имеющих длину до 17 м, минимальный средний радиус кривизны и внутренний диаметр теплообменной трубки равные соответственно 68 мм и 13 мм при 7 изгибах трубки по длине и продольном осевом усилии на измерительный наконечник 60 Н.
Создан опытный образец измерительного наконечника зонда и показана его работоспособность.