НИЗКОПРОФИЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬНЫЙ СКАНЕР
LOW-PROFILE ULTRASONIC CONTROL SCANNER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству для контроля конструкций с использованием ультразвука, а точнее говоря, к низкопрофильному устройству для контроля конструкций с использованием ультразвука в пространствах с малым зазором.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Проверка частей, находящихся под давлением, и различных конструкций с использованием неразрушающих методик проверки является трудной задачей, особенно при проверке роликовых швов. Например, систему котлов, имеющую несколько компонентов в постоянном, ограниченном объеме пространства, может быть сложно контролировать с точностью. Как правило, с использованием ультразвуковых методик (UT) оператор вручную сканирует нужную область конструкции с помощью ручного UT-зонда, который пропускает сигналы (звуковые волны) через конструкцию и сварной шов и принимает измерения обратной связи в результате сканирования. Очевидно, что такой ручной процесс восприимчив к неточностям, поскольку мелкая моторика оператора при прохождении конструкции может быть не полностью устойчива или последовательна, что превращается в не особо оптимальные замеры (например, пропущенные трещины или уменьшения стенок, ложные срабатывания и другие подобные ошибки).
Поскольку такое повреждение и неисправность обычно начинаются на сварном шве этих компонентов, важно периодически контролировать швы. Поскольку контролируемые компоненты являются частью функционирующей системы, лучше всего контролировать их без необходимости удалять компонент или разбирать систему.
Широко применяемые устройства контроля применили ультразвуковые сканеры, которые перемещались с места на место вручную. Результирующие замеры изображаются в виде диаграммы или иным образом показываются оператору, чтобы указать местоположение дефектов. Сканер, который предоставляет зонд, который может быстро и без разрушений оценить состояние сварного шва, уменьшает время обслуживания и является полезным.
Универсальные механические сканеры использовались для контроля состояния швов на объектах различной формы. Из-за их универсального характера они были большими и громоздкими.
В системах парообразования обычно имеются сварные трубы, которые переносят пар под давлением. Эти трубы применяют швы, которые нужно периодически наблюдать. Из-за узких зазоров традиционные устройства контроля не подойдут, и они не приспособлены к такой форме.
Поэтому необходимо низкопрофильное устройство контроля, которое сможет вместиться в узкие пространства, чтобы контролировать швы компонентов, требующих частого контроля.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с проиллюстрированными в этом документе особенностями предоставляется носитель ультразвукового зонда, который включает в себя контрольный сканер [1000], имеющий меньший профиль, чем проекты известного уровня техники, для передачи и приема ультразвуковых лучей для контроля объема конструкции [10], содержащий:
по меньшей мере одну колесную раму [1100];
ультразвуковую (US) решетку [1400], приспособленную для сканирования упомянутого объема упомянутой конструкции [10] с помощью ультразвуковых лучей, отклоненных от упомянутой колесной рамы [1100], и приема ультразвуковых сигналов, отраженных обратно к решетке [1400], причем решетка [1400] прикреплена и перемещается с помощью колесной рамы [1100];
колеса [1140], прикрепленные к колесной раме [1100] для перемещения колесной рамы [1100], причем колесам [1140] разрешено вращаться, перемещая раму в прямом направлении или обратном направлении вдоль поверхности упомянутой конструкции [10];
блок кодирования [1250], приспособленный для контроля вращения колес [1140] и местоположения на упомянутой конструкции [10] и приспособленный для отправки сигнала кодера, соответствующего принятым ультразвуковым сигналам, так что каждый принятый ультразвуковой сигнал отождествляется с местоположением упомянутой ультразвуковой решетки [1400] на упомянутой конструкции [10].
ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения - предоставить ультразвуковой контрольный сканер, который специально приспособлен для оборудования производства электроэнергии.
Другая цель настоящего изобретения - предоставить ультразвуковой контрольный сканер и систему сбора, которая может наблюдать различные части сварного шва из заданного местоположения.
Другая цель настоящего изобретения - предоставить ультразвуковой контрольный сканер, который является портативным.
Другая цель настоящего изобретения - предоставить ультразвуковой контрольный сканер, который специально спроектирован для контроля швов на искривленной поверхности, имеющей различные диаметры.
Другая цель настоящего изобретения - предоставить ультразвуковой контрольный сканер, который специально спроектирован для контроля швов на плоских поверхностях.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ссылаясь теперь на фигуры, которые являются типовыми вариантами осуществления и на которых одинаковые элементы пронумерованы одинаково:
фиг.1 - иллюстрация геометрии формирования изображений, применяемой настоящим изобретением;
фиг.2 - вид в перспективе низкопрофильного ультразвукового устройства контроля в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 - частичный вид сбоку в вертикальном разрезе варианта осуществления контрольного сканера из фиг.2;
фиг.4 - вертикальная проекция задней части варианта осуществления контрольного сканера из фиг.2 и 3;
фиг.5 - горизонтальная проекция варианта осуществления контрольного сканера из фиг.2, 3 и 4, если смотреть сверху.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Предоставляется система ультразвукового контроля ("система") для обеспечения неразрушающей проверки трубы и трубопроводных швов, имеющих ограниченное пространство между ними.
Система включает в себя носитель ультразвукового зонда, имеющий низкий профиль, который дает системе возможность получить доступ к трубам и швам, имеющим ограниченное пространство между ними.
ТЕОРИЯ
Непрочности в металлических конструкциях могут быть вызваны в результате повторяющихся механических сил, действующих на конструкцию, из-за ухудшения от ржавчины и коррозии или из-за неверной изначальной постройки. Это особенно касается сварных швов металлических конструкций, которые имеют склонность разрушаться первыми.
Эти непрочности в конечном счете могут вызвать повреждение компонента. В случае компонентов, находящихся под высоким давлением, повреждения могут привести к катастрофическим последствиям.
Контроль и наблюдение могут выявить эти непрочности до того, как они могут вызвать проблему. Как только выявляются разупрочненные компоненты, они могут быть заменены до того, как они приведут к проблемам техники безопасности и/или дополнительному повреждению.
Одним характерным использованием был бы сварной шов с подготовкой кромок для корпуса турбины. Используя традиционные инструменты, очень сложно, трудоемко и неточно наблюдать этот важный сварной шов.
Поскольку это важный сварной шов и корпус турбины испытывает влияние значительных сил, он должен часто контролироваться. Как указано выше, традиционные устройства контроля сложно использовать для этой специфической геометрии и узких пространств.
Когда эти турбины не функционируют по причине технического обслуживания, имеются значительные издержки из-за потери продукции. Например, если турбина использовалась для выработки электрической энергии для коммунального предприятия, то коммунальному предприятию пришлось бы покупать энергию из энергосистемы во время технического обслуживания корпуса турбины. Электричество, приобретенное в энергосистеме, гораздо дороже, чем произведенное турбиной, и может стать достаточно дорогим в более длительных периодах обслуживания. Поэтому устройство, специально созданное для точного и быстрого контроля швов трубопровода турбины, привело бы к значительному снижению себестоимости для коммунальных предприятий.
Аналогичные швы существуют на многих турбинах, и многие имеют аналогичные формы. Все они испытывают значительные воздействующие силы, и каждый требует частых осмотров. Поэтому низкопрофильное устройство контроля, спроектированное для эффективного и точного контроля швов в узких пространствах, было бы очень полезно для тех, кто контролирует эти турбины.
Существует много швов, которые важны и которые нужно периодически контролировать. Некоторые из них располагаются в тесных местоположениях с небольшим открытым пространством. Очень сложно использовать традиционные устройства контроля на основе их размера, а также способа, которым они получают изображение.
Поскольку многие из этих устройств известного уровня техники контролируют непосредственно под устройством, они не могут соответствовать ему и не могут использоваться.
НАКЛОННЫЙ ЛУЧ
Настоящее изобретение специально приспособлено для контроля сварного соединения в тесных и узких местоположениях. Это достигается путем применения низкопрофильного исполнения, имеющего регулируемый зонд и обладающего возможностью контролировать объемы, которые удалены от него. Оно применяет луч, отклоненный от устройства, для получения данных контроля. Это устройство применяет геометрию наклонного внутреннего отражения для получения данных. Поэтому устройство не должно находиться непосредственно над контролируемой частью, а всего лишь рядом с ней. Это значительно облегчает сбор данных в узких пространствах.
Фиг.1 показывает геометрию наклонного луча, применяемую в настоящем изобретении. Ультразвуковые (US) лучи, проиллюстрированные стрелками, расходящимися из ультразвуковой решетки 1400, передаются из множества передатчиков 1410 в ультразвуковой решетке 1400. Ультразвуковая решетка 1400 применяет технологию фазированной антенной решетки, так что направление ультразвукового луча может быть изменено путем изменения относительной мощности передачи у передатчиков 1410. Для простоты это показано на фиг.1 в виде множества одиночных лучей от одного передатчика 1410.
Ультразвуковые лучи проходят через конструкцию 10 на первый пограничный слой 15. Этот пограничный слой является внутренней поверхностью конструкции и внутренним пространством. Этот пограничный слой может быть границей металл/газ или металл/жидкость, которая отражает ультразвуковой луч. Большинство ультразвуковых лучей затем проходят через металлический сварной шов 13 ко второму пограничному слою 17. Второй пограничный слой находится между наружной поверхностью конструкции 10 и пространством над конструкцией 10.
Части падающего ультразвукового луча попадают на объект 19, который может быть щелью в сварном шве, или другой материал, который обладает ультразвуковой проводимостью, значительно отличающейся от таковой у чистого металла. Части ультразвукового луча отражаются обратно, как указано стрелками, помеченными буквой "А". Эти отраженные ультразвуковые лучи отражаются от пограничного слоя 15 и возвращаются в приемник 1450 ультразвуковой решетки 1400.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Ультразвуковой луч принимается приемниками 1450 в ультразвуковой решетке 1400, а затем отправляется в контроллер для обработки. Контроллер предварительно обновлен геометрией анализируемой конструкции 10. Он собирает отраженные ультразвуковые сигналы от приемников 1450 и восстанавливает изображение объектов, внутренних по отношению к конструкции 10. Поскольку пограничные слои между сплошным металлом и другими менее плотными объектами создают изображения, пузырьки воздуха, коррозию и другие особенности можно без труда определить в восстановленном изображении. Это восстановление изображений может выполняться традиционными известными методами изображений.
Фиг.2 - вид в перспективе контрольного сканера 1000 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Этот сканер применяет низкий профиль. Чем меньше профиль, тем лучше при выполнении осмотров в узких местах. Однако устройство контроля должно быть достаточно большим, чтобы им было просто управлять. Было обнаружено, что большинство сварных швов турбины имели зазоры в областях, которые нужно осмотреть, около 3 дюймов. Поэтому было бы полезно устройство, имеющее профиль менее 3 дюймов.
Узлы 1100, 1200 колесной рамы катятся на колесах (1140, 1240 на фиг.3). Узлы 1100, 1200 колесной рамы соединяются держателем 1110 зонда в сборе.
Держатель 1110 зонда в сборе имеет салазки 1111 и 1211, которые движутся в пазах 1112, 1212 салазок в узлах 1100, 1200 колесной рамы соответственно.
По меньшей мере одна стопорная ручка 1130 может затягиваться для прикрепления салазок 1211 к держателю зонда в регулируемом положении относительно узла 1200 колесной рамы. Аналогичная компоновка находится в узле 1100 колесной рамы, который не показан из этой проекции.
Необязательная кнопка 1610 тормоза применяется для остановки колес (1240 на фиг.3), чтобы удерживать устройство в его текущем местоположении.
Держатель 1110 зонда в сборе перемещает ультразвуковую решетку 1400. Ультразвуковая решетка 1400 является фазированной решеткой ультразвуковых преобразователей, которые могут направлять ультразвуковой луч под различными углами на основе относительной мощности каждого из их передатчиков (1410 на фиг.1). Это позволяет ультразвуковым лучам сканировать объем конструкции 10, предназначенной для контроля. Ультразвуковая решетка 1400 также содержит приемники (1450 на фиг.1), которые принимают отраженные ультразвуковые сигналы.
Способ сканирования предусматривает всесторонний контроль конструкции по всему ее объему до отдаленных поверхностей. Этот способ обнаружил бы не только дефекты в объеме конструкции 10, также обнаружит коррозию рядом с поверхностями.
Сигналы, принятые ультразвуковой решеткой 1400, проходят по сигнальному кабелю 1570 в устройство обработки, которое восстанавливает изображения из считанных сигналов.
Фиг.3 - частичный вид в вертикальном разрезе задней части варианта осуществления контрольного сканера из фиг.2. Здесь можно увидеть, что узлы 1100, 1200 колесной рамы катятся на колесах 1140, 1240 по поверхности конструкции 10. Конструкция 10 является металлической конструкцией, которая содержит сварной шов 13, который нужно осмотреть.
Предпочтительно, чтобы колеса 1140, 1240 могли намагничиваться, чтобы удерживать узлы 1100, 1200 колесной рамы на конструкции 10, пока контролируется сварной шов (13 на фиг.4). В качестве альтернативы может присутствовать магнитное устройство 1300, применяемое в контрольном сканере 1000. В еще одном альтернативном варианте осуществления пользователь может просто удерживать настоящее изобретение на конструкции 10 для контроля сварного шва 13.
Ультразвуковая решетка 1400 перемещается с помощью рычагов держателя зонда (1115 на фиг.5). Рычаги держателя зонда являются частью держателя 1110 зонда в сборе. Рычаги 1115 держателя зонда позволяют ультразвуковой решетке 1400 опускаться и двигаться по наружной поверхности конструкции 10.
Держатель 1110 зонда в сборе имеет салазки 1111, 1211, которые скользят по пазам 1112, 1212 салазок соответственно, чтобы позволить ультразвуковой решетке 1400 вытягиваться в сторону центра контрольного сканера 1000. При установке стопорная ручка 1230, которая может быть винтом, затягивается, чтобы прижать боковую прижимную подушку 1233 к салазкам 1211, чтобы зафиксировать положение узла 1200 колесной рамы относительно держателя 1110 зонда в сборе и ультразвуковой решетки 1400.
Стопорная ручка 1130 выполняет такую же функцию относительно узла 1100 колесной рамы. Кнопка 1610 тормоза приводит в действие тормоз, который останавливает колеса 1240, заставляя контрольный сканер 1000 оставаться в текущем местоположении на конструкции 10 при работе.
Фиг.4 - вертикальная проекция варианта осуществления контрольного сканера из фиг.2 и 3, если смотреть сзади. Препятствие 21 затрудняет контроль сварного шва 13 на конструкции 10 для традиционного устройства контроля. Обычно они (устройства) значительно выше, чем настоящее изобретение. Также устройства известного уровня техники должны были находиться над частью, предназначенной для осмотра, поскольку они направляли свой контрольный луч вниз. Устройства известного уровня техники также не применяли регулируемую конструкцию, позволяющую преобразователям перемещаться ближе к области, которую нужно осмотреть, чем перемещающее устройство.
Можно увидеть, как низкопрофильное исполнение (малая высота) настоящего изобретения заходит под препятствие 21. К тому же ультразвуковая решетка 1400 на этой фигуре показана вытянутой к сварному шву 13. Стопорная ручка 1230 прижимается к салазкам 1211, будучи завинченной, чтобы удержать решетку 1400 в заданном положении.
Также ультразвуковая решетка 1400 передает лучи во внешнем наклонном направлении к сварному шву 13, как показано стрелками, помеченными буквой "В". Это дополнительно расширяет зону досягаемости настоящего изобретения в узких пространствах.
Показан тормозной элемент 1600, который прижимается к колесу 1240, чтобы удержать контрольный сканер 1000 на месте, когда нажимается кнопка 1610 тормоза.
Фиг.5 - горизонтальная проекция варианта осуществления контрольного сканера из фиг.2, 3 и 4, если смотреть сверху. Фиг.5 показывает ультразвуковую решетку 1400, переносимую парой рычагов 1115 держателя зонда. Эти рычаги шарнирно прикреплены в несущей оси 1117 к держателю 1110 зонда в сборе. Пружина 1119 заставляет ультразвуковую решетку 1400 контактировать с конструкцией 10.
В этом варианте осуществления держателю 1110 зонда в сборе разрешается скользить относительно узлов 1100, 1200 колесной рамы в направлении, перпендикулярном направлению, в котором колеса 1140, 1240 везут устройство. На этой фигуре держатель 1110 зонда в сборе вытянут к левой стороне рамы 1100. Это позволяет ультразвуковой решетке 1400 вытягиваться в меньшие, более узкие пространства. Также из-за геометрии пропускания в ультразвуковой решетке 1400 ультразвуковой луч направляется еще левее ультразвуковой решетки 1400, дальше в узкие пространства.
В альтернативных применениях контрольный сканер может входить в местоположения, предназначенные для сканирования, однако пользователь не может физически протянуть свою руку, чтобы дотянуться до контрольного сканера 1000. В этом случае и альтернативный вариант осуществления был бы полезен. Если бы контрольный сканер 1000 имел колесный двигатель (показанный в полуразрезе на фиг.3 как 1143), то он мог бы прикрепляться к конструкции 10, а затем катиться сам вокруг конструкции, удерживаемый магнитными колесами 1140, 1240. Все, что было бы необходимо для управления колесным двигателем, - это переданный ему сигнал, по возможности по линии радиосвязи, от управляемого пользователем контроллера.
Также другой альтернативный вариант осуществления включал бы в себя двигатель салазок (показанный в полуразрезе как 1215 на фиг.4). Двигатель 1215 салазок приводился бы в движение на салазках 1211, чтобы вытягивать или втягивать держатель зонда в сборе (1010 на фиг.5) и ультразвуковую решетку 1400. Двигатель салазок может управляться посредством линии радиосвязи к контроллеру, управляемому пользователем.
Хотя изобретение описано и проиллюстрировано относительно его типовых вариантов осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что к нему могут быть сделаны вышеупомянутые и различные другие изменения, пропуски и добавления без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, другие варианты осуществления входят в объем нижеследующей формулы изобретения.