ВРАЩАЮЩИЙСЯ ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к технике вихретокового неразрушающего контроля и может быть использовано при дефектоскопии сплошности металла сварных швов приварки труб к корпусным деталям в сферах атомной энергетики, нефтехимии, теплоэнергетики и т.п., в частности, при дефектоскопии сплошности металла сварных швов приварки теплообменных труб к корпусу коллектора парогенераторов, эксплуатирующихся на отечественных и зарубежных АЭС.
Наиболее близким по технической сущности является вращающийся вихретоковый преобразователь для дефектоскопии перемычек коллекторов парогенераторов. Известный вращающийся вихретоковый преобразователь включает 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, причем две катушки возбуждения включены 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.
(RU137123, G01N 27/90, опубликовано 27.04.2014)
Недостатками прототипа являются невозможность его использования для контроля сварного шва приварки трубы небольшого диаметра к корпусным деталям со стороны, противоположной размещению трубы. Кроме того, известный вихретоковый преобразователь не снабжен функцией указания местоположения дефекта сварного шва относительно положения преобразователя, что увеличивает время анализа при осуществлении массового контроля сварных швов узлов приварки.
Задачей и техническим результатом вращающегося вихретокового преобразователя по полезной модели являются повышение точности и достоверности контроля сварных швов приварки труб к корпусным деталям со стороны, противоположной размещению трубы.
Технический результат достигается тем, что вращающийся вихретоковый преобразователь включает корпус с размещенными в нем датчиком синхронизации и электродвигателем, на валу которого в защитном стакане, выполненном на одном торце корпуса, закреплены чашка с генерирующей катушкой и двумя измерительными катушками; два трансформатора с ферритовым сердечником и обмотками, а также ферромагнитный стержень, размещенный напротив датчика синхронизации, при этом каждый трансформатор выполнен из неподвижного и вращающегося чашевидных сердечников с обмотками, а оси катушек параллельны друг другу и оси вала электродвигателя и образуют вершины равностороннего треугольника, причем ось генерирующей катушки совмещена с осью вала электродвигателя или смещена относительно нее, а плоскость, проходящая через оси приемных катушек размещена под углом 0-90° относительно плоскости, проходящей через ось генерирующей катушки и ось вала электродвигателя.
Технический результат также достигается тем, что неподвижные и вращающиеся чашевидные сердечники трансформаторов размещены с зазором друг против друга; измерительные катушки соединены встречно последовательно; защитный стакан снабжен конусовидным наконечником, размещенном на его торце.
Достижение технического результата вращающимся вихретоковым преобразователем по полезной модели может быть проиллюстрировано примером с использованием фиг. 1, 2 и 3, где:
1 - корпус; 2 - вал; 3 - чашка; 4 - измерительные катушка; 5 - генерирующая катушка; 6 - защитный стакан; 7, 14 - вращающиеся чашевидные сердечники трансформаторов с обмотками 8, 12; 10, 11 - неподвижные чашевидные сердечники трансформаторов с обмотками 9, 13; 15 - датчик синхронизации, 16 - электродвигатель, 17 - блок индикации, 18 - кнопка выборочного контроля, 19 - ферромагнитный стержень, 20 - приваренная труба, 21 - корпусная деталь, 22 - сварной шов.
Фиг. 2. Схема размещения катушек в чашке, где:
3 - чашка, 4 - измерительные катушки, 5 - генерирующая катушка, А и Б оси приемных катушек, В ось генерирующей катушки.
Фиг. 3. Вид на торец преобразователя со стороны блока индикации, где:
23, 24 - световые индикаторы направления дефекта или дефектов, 25 - световой индикатор «вкл./выкл.» состояния вращающегося вихретокового преобразователя, 26 - графический указатель «вкл./выкл.» состояния прибора, 27, 28 - графические указатели направления дефекта или дефектов.
Вращающийся вихретоковый преобразователь (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с размещенными внутри него датчиком синхронизации 15 и электродвигателем 16 с валом 2. На валу 2 напротив датчика синхронизации размещен ферромагнитный стержень 19.
При вращении вала 2 датчик синхронизации 15 взаимодействует с ферромагнитным стержнем 19 и вырабатывает один импульс на каждый оборот вращения. Импульсы от датчика синхронизации 15 передаются в дефектоскоп (не показан) для синхронизации разверток вихретоковых сигналов и определения угловой координаты обнаруженного дефекта (дефектов).
На конце вала 2 закреплена чашка 3. Внутри чашки 3 размещены катушки преобразователя - генерирующая катушка 5 и две измерительные (приемные) катушки 4. Чашка 3 выполнена из ферромагнитной стали для исключения помех, возникающих при прохождении нерабочих концов вращающихся вихретоковых катушек вблизи дефекта сварного шва.
Измерительные катушки 4 соединены между собой встречно последовательно. Абсолютная чувствительность преобразователя по полезной модели к дефектам увеличена за счет того, что генерирующая катушка 5 и приемные катушки 4 состоят из ферритовых стержней с высокой магнитной проницаемостью. При этом оси катушек (А, Б, В) параллельны друг другу и оси вала электродвигателя и образуют вершины равностороннего треугольника, причем ось генерирующей катушки может быть совмещена с осью вала электродвигателя (не показано) или смещена относительно нее, а плоскость, проходящая через оси приемных катушек (А, Б) размещена под углом 0-90° относительно плоскости, проходящей через ось генерирующей катушки (В) и ось вала электродвигателя (фиг. 2).
При этом плоскость, соединяющая оси (А, Б) приемных катушек 4 может быть перпендикулярна (90°) плоскости, проходящей через ось (В) генерирующей катушки 5 и ось вала электродвигателя (фиг. 2, а), либо параллельна (0°) плоскости, проходящей через ось генерирующей катушки 5 и ось вала электродвигателя (фиг. 2, б); либо располагаться под различными углами относительно плоскости, проходящей через ось генерирующей катушки 5 и ось вала (фиг. 2, в). Различное взаимное положение катушек обусловлено необходимостью для повышения точности контроля сварного шва на продольные, поперечные или смешанные дефекты.
Чашка 3 с катушками 4, 5 размещена в защитном стаканом 6, выполненном на одном конце корпуса 1. Защитный стакан 6 снабжен конусовидным наконечником, размещенном на его торце, для фиксации вращающегося вихретокового преобразователя в отверстии приваренной трубы 20 (со стороны, противоположной размещению трубы), сварной шов 22 приварки которой к корпусной детали 21 контролируется, что повышает точность и достоверность измерений.
Вращающийся вихретоковый преобразователь по полезной модели дополнительно может включать блок индикации 17, который размещен внутри преобразователя на его торце и соединен с дефектоскопом. Данный блок включает в себя световые индикаторы 23, 24 направления дефекта или дефектов и световой индикатор 25 «вкл./выкл.» состояния преобразователя, которые выводят на торец корпуса 1 световую информацию об отсутствии или наличии дефектов и направление их расположения (фиг. 3). Кроме того, преобразователь на торце снабжен графическими указателями 27, 28 направления дефекта или дефектов.
Для выборочного сохранения результатов контроля в памяти дефектоскопа (не показан) преобразователь на корпусе снабжен кнопкой 18 выборочного сохранения результата контроля, при нажатии на которую происходит запись результатов контроля в память дефектоскопа.
Для связи вращающихся генерирующей и приемных катушек с вихретоковым дефектоскопом (не показан) используются два трансформатора, состоящих из вращающиеся чашевидные сердечников 7, 14 с обмотками 8, 12 и неподвижных чашевидных сердечников 10, 11 с обмотками 9, 13.
Чашевидная форма сердечников и их взаимное расположение исключает появление электромагнитных наводок одного трансформатора на другой, что повышает точность измерений.
Вращающийся вихретоковый преобразователь по полезной модели работает следующим образом. Электродвигатель 16 через вал 2 приводит во вращение вихретоковые катушки 4 и 5. Во время контроля конусовидный наконечник защитного стакана 6 вводится до упора в отверстие привариваемой трубы 20 (со стороны, противоположной размещению трубы) к корпусной детали 21, сварной шов 22 которой контролируют.
Синусоидальный сигнал от генератора дефектоскопа (не показан), через первый трансформатор (сердечники 7 и 10, обмотки 8 и 9), подключенный к генерирующей катушке 5, создает в ней переменный ток возбуждения. Переменный ток, действующий в катушке 5, создает вокруг нее первичное электромагнитное поле, которое возбуждает в контролируемой детали вихревые токи. Вихревые токи наводят в измерительных (приемных) катушках 4, соединенных встречно последовательно, вторичное электромагнитное поле, в результате чего в них протекает переменный ток.
Принимаемый приемными катушками 4 сигнал передается через второй вращающийся трансформатор (сердечники 11 и 14, обмотки 12 и 13) в дефектоскоп (не показан), где происходит обработка сигналов.
При наличии дефектов в контролируемом сварном шве интенсивность и конфигурация вихревых токов изменяются, что приводит к изменению создаваемого ими вторичного электромагнитного поля и, следовательно, тока в приемных катушках 4.
Эти изменения регистрируются приемными катушками 4 и сигнал, измененный по фазе и амплитуде, передается в дефектоскоп (не показан) где происходит обработка (сравнение) сигналов.
Сердечники вращающихся трансформаторов выполнены в виде чашек и каждая их пара установлены на встречу друг другу для исключения электромагнитных наводок одного трансформатора на другой.
Датчик 15 синхронизации, взаимодействуя с ферромагнитным стержнем 19, закрепленным на валу 2, 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.
При проведении контроля для выборочного сохранения результата в памяти дефектоскопа используется кнопка 18 (фиг. 1). Также при контроле при наличии дефекта (дефектов) на торец вращающегося вихретокового преобразователя выводится световая и графическая индикации и направление его расположения посредством индикаторов 23 и 24, размещенных на панели индикации 17.
Работа блока индикации (фиг. 3) происходит следующим образом: при включении преобразователя по полезной модели загорается световой индикатор 25, далее прибор вставляется до упора в привариваемую трубу. При наличии дефектов с превышением заданных параметров, устанавливаемых в дефектоскопе (не показан), загорается световой индикатор 23 в случае расположения дефекта напротив графического индикатора 28, или индикатора 24 в зависимости от расположения дефекта слева/справа (в соответствии с графическими индикаторами 27) относительно положения, указываемое графическим индикатором 28, которое является нулевой точкой отсчета.
Эксплуатация вращающегося вихретокового преобразователя по полезной модели показала достижение поставленного технического результата: обеспечение повышенной точности и достоверности контроля сварных швов приварки труб к корпусным деталям со стороны, противоположной размещению трубы.