устройство для ультразвукового контроля труб

Формула изобретения

Устройство для ультразвукового контроля труб, содержащее разъемный из двух полуколец корпус с направляющими и опорами, фиксирующие элементы с замковым механизмом, выполненным в виде защелки и язычка с прорезью, размещенных соответственно на стыкуемых полукольцах и взаимодействующих друг с другом при стыковке последних с помощью кулачка, каретку с механизмом сканирования и преобразователями, установленную с помощью трех пар опорных роликов на направляющей, и привод ее перемещения вдоль направляющей, отличающееся тем, что фиксирующие элементы имеют П-образную форму, боковые стенки которой выполнены в виде дополнительных направляющих для защелки и язычка, снабженного дополнительной прорезью, и кулачок установлен в ней с возможностью поворота, при этом корпус каретки выполнен в виде охватывающей фиксирующие элементы П-образной рамки, одна из боковых стенок которой подвижная и обе стенки П-образной рамки снабжены противолежащими рычагами, один из которых связан с ними через зацепление типа "мышиный зуб", а другой через фрикционное соединение, причем одна пара опорных роликов закреплена с возможностью поворота в вилках по центру каретки на боковых стенках ее, а две другие симметрично относительно центра каретки также в вилках на свободных концах рычагов, и привод перемещения каретки установлен на рычаге с защеплением типа "мышиный зуб" так, что ось зубчатого колеса, установленного на выходном валу привода расположена в одной плоскости с осями вилок, несущих опорные ролики этого рычага, а полукольца корпуса выполнены упругими.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии и может быть использовано для контроля сварных соединений и сплошного металла длинномерных участков труб широкого диапазона диаметров в энергетической промышленности, например при контроле трубопроводов на атомных станциях.

Известно устройство для ультразвукового контроля труб, содержащее разъемный из двух полуколец корпус с направляющей и опорами, фиксирующие элементы с замковым механизмом, выполненным в виде защелки и язычка, размещенных соответственно на стыкуемых полукольцах и взаимодействующих друг с другом, каретку с механизмом сканирования и преобразователями, установленную с помощью опорных роликов на направляющей и привод ее перемещения вдоль направляющей /1/.

В этом устройстве защелка и язычок замкового механизма жестко установлены на стыкуемых полукольцах корпуса. Для замыкания корпуса на трубе необходимо полукольца его сместить в осевом направлении относительно друг друга и перемещать их навстречу для стыковки, при этом завести язычок в защелку на обоих стыках полуколец и зафиксировать винтом, что требует значительных затрат времени для контроля длинномерных участков труб, т.к. устройство необходимо переставлять вдоль трубы несколько раз, поэтому необходим быстродействующий замок, что особенно важно там, где пребывание человека в зоне контроля ограничено. Кроме того, при затяжке винтов возникает сдвигающее усилие на кольцевой направляющей, что ведет к ее развороту, а следовательно, к снижению точности и надежности контроля.

Известно устройство для ультразвукового контроля труб, содержащее кольцевую направляющую, состоящую из двух полуколец с жесткими опорами, установленными в одном полукольце, и подвижной опоры в виде упругого элемента, охватываемого другим полукольцом, замковый механизм, установленную на направляющей каретку с приводом ее перемещения и механизм сканирования с пьезопреобразователем /2/.

В этом устройстве замок выполнен в виде установленной на одном полукольце серьги с рукояткой и осью для соединения последней с вилкой, закрепленной на другом полукольце, а подвижная опора содержит мягкие камеры, расположенные вдоль полукольца и имеющие внутренние герметичные полости, расширяющиеся при подаче в них жидкости или газа. При контакте упруго сжимаемых полуколец с трубой силовое взаимодействие в цепи: внутренняя поверхность кольца направляющей, подвижная опора, поверхность трубопровода приводит к тому, что в конце зажима при увеличении силы затяжки одновременно возрастает усилие трения, реакция от которого стремится перекосить направляющую на трубе, что ведет к перекосу сканирующего механизма с пьезопреобразователями относительно оси трубы, а следовательно, к неточной установке преобразователей, что не обеспечит достоверность контроля.

Наиболее близким техническим решением к предложенному, взятым за прототип, является устройство для ультразвукового контроля труб, содержащее разъемный из двух полуколец корпус с направляющей и опорами, фиксирующие элементы с замковым механизмом, выполненным в виде защелки и язычка с прорезью, размещенных соответственно на стыкуемых полукольцах и взаимодействующих друг с другом при стыковке последних с помощью кулачка, каретку с механизмом сканирования и преобразователями, установленную с помощью роликов на направляющей и привод ее перемещения вдоль направляющей /3/.

К недостаткам известного устройства, принятого за прототип, относится то, что язычок механизма выполнен в виде поворотно установленной на оси серьги с прорезью и роликом, а защелка в виде подвижного штока с крюком, наружная поверхность которого совмещена с кулачком, взаимодействующим с роликом серьги, и для синхронной работы замковых механизмов на обоих стыкуемых концах полуколец необходимо язычки повернуть на одинаковые углы для обеспечения одновременного ввода концов крюков в прорези серег и синхронной работы кулачков, что требует значительной затраты времени для замыкания полуколец на трубе, а это недопустимо там, где время пребывания человека в зоне контроля ограничено. Кроме того, при нарушении синхронной работы замковых механизмов один из роликов серьги может не попасть в замыкающую часть кулачковой поверхности, и при окончательной затяжке полуколец корпуса, осуществляемой за счет поступательного перемещения крюка, возникает сдвигающее усилие, которое приведет к перекосу корпуса с направляющей на трубе, а следовательно, и к перекосу сканирующего механизма с преобразователями относительно оси трубы, что вызовет неточность установки преобразователей и не обеспечит достоверность контроля.

Для контроля сплошного металла всей поверхности длинномерных труб устройство необходимо переставлять несколько раз вдоль трубы, не повредив при этом наружную поверхность, так как образование задиров, царапин ведет к образованию новых дефектов, а следовательно, дополнительно создаются условия для аварийной ситуации, что недопустимо при контроле трубопроводов на атомных станциях. Поэтому корпус не передвигают вдоль трубы, а размыкают его полукольца замковым механизмом и переносят вдоль оси трубы, а затем снова замыкают на трубе.

Сущность изобретения заключается в повышении надежности и достоверности контроля длинномерных трубопроводов в затесненных местах с ограниченным пребыванием человека в зоне контроля путем применения быстро срабатывающих синхронно работающих замковых механизмов, устраняющих также возможность перекоса сканирующего механизма с пьезопреобразователями и сокращающими время пребывания человека в зоне контроля.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве для ультразвукового контроля труб, содержащем разъемный из двух полуколец корпус с направляющими и опорами, фиксирующие элементы с замковым механизмом, выполненным в виде защелки и язычка с прорезью, размещенных соответственно на стыкуемых полукольцах и взаимодействующих друг с другом при стыковке последних с помощью кулачка, каретку с механизмом сканирования и преобразователями, установленную с помощью трех пар опорных роликов на направляющей, и привод ее перемещения вдоль направляющей, отличающееся тем, что фиксирующие элементы имеют П-образную форму, боковые стенки которой выполнены в виде дополнительных направляющих для защелки и язычка, снабженного дополнительной прорезью, и кулачок установлен в ней с возможностью поворота, при этом корпус каретки выполнен в виде охватывающей фиксирующие элементы П-образной рамки, одна из боковых стенок которой подвижная, и обе стенки П-образной рамки снабжены противолежащими рычагами, один из которых связан с ними с одной стороны через зубчатое зацепление типа мышиный зуб, а другой через фрикционное соединение, причем одна пара опорных роликов закреплена с возможностью поворота в вилках по центру каретки на боковых стенках ее, а две другие симметрично относительно центра каретки также в вилках на свободных концах рычагов, и привод перемещения каретки установлен на рычаге зацеплением типа мышиный зуб так, что ось зубчатого колеса, установленного на выходном валу привода, расположена в одной плоскости с осями вилок, несущих опорные ролики этого рычага, а полукольца корпуса выполнены упругими.

Размещение защелки и язычка замкового механизма в дополнительных направляющих, совмещенных с боковыми стенками фиксирующих элементов установленных на концах стыкуемых полуколец корпуса, а также выполнение дополнительной прорези в язычке и установки в ней кулачка, обеспечивающего взаимодействие защелки и язычка, П-образная форма каретки, охватывающей направляющую с фиксирующими элементами и крепление на боковых стенках каретки, одна из которых подвижная, противолежащих рычагов, связанных с последними с одной стороны через зацепление типа мышиный зуб, а с другой стороны через фрикционное соединение, обеспечило синхронное взаимодействие замковых механизмов на обоих концах стыкуемых полуколец корпуса, исключив тем самым перекос направляющей на трубе, а следовательно, перекос сканирующего механизма с пьезопреобразователями относительно оси трубы, что повысило надежность и достоверность контроля длинномерных участков труб широкого диапазона диаметров порядка 200 600 мм и сократило время установки устройства на трубе, что особенно важно, когда пребывание человека в зоне обработки ограничено, а для контроля всей поверхности длинномерной трубы необходимо переставлять устройство вдоль оси несколько раз.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлен общий вид устройства (аксонометрия), на фиг.2 - общий вид устройства, на фиг.3 вид А фиг.2, на фиг.4 сечение Б-Б фиг.2, на фиг. 5 сечение В-В фиг.3, на фиг.6 сечение Г-Г фиг.5, на фиг.7 сечение Д-Д фиг.2, на фиг.8 сечение Е-Е фиг.2, на фиг.9 сечение Ж-Ж фиг.2, на фиг.10 вид И фиг.3, на фиг.11 сечение К-К фиг.10.

Устройство для ультразвукового контроля труб содержит разъемный из двух полуколец 1 и 2 корпус с направляющими 3 V-образной формы на торцевых поверхностях его и зубчатым венцом 4 на наружной поверхности полуколец 1 и 2. Полукольцо 1 корпуса снабжено жесткими опорами 5, а полукольцо 2 подвижными опорами, выполненными в виде винтовой ползушки 6, несущей шарнирно установленное в ней коромысло 7 с опорной пятой 8. Корпус с направляющими 3 выполнен из алюминиевого сплава типа Д16 с соотношением ширины и толщины порядка 100^oC10, что обеспечивает упругость направляющих. На концах 9 и 10 полуколец 1 и 2 в месте их стыка размещены фиксирующие элементы 11, имеющие П-образную форму, боковые стенки которых выполнены в виде дополнительных направляющих 12 и 13, в которых соответственно установлены на оси 14 подпружиненная пружиной 15 защелка 16 замкового механизма и с возможностью поступательного перемещения язычком 17 с прорезью 18 для взаимодействия с защелкой 16. Защелка 16 установлена в дополнительных направляющих 12 с возможностью взаимодействия с кнопкой размыкания 19. В язычке 17 выполнена дополнительная прорезь 20 и в ней с возможностью поворота установлен кулачок 21. На торцевых поверхностях 22 фиксирующих элементов 11, совмещенных с плоскостями разъема полуколец 1 и 2, выполнены соосные цилиндрические расточки 23 и перпендикулярные к ним расточки 24, оси которых совмещены с плоскостями разъема полуколец 1 и 2 и в которых размещены фиксирующие штифты 25. На направляющих 3 установлена каретка 26 с приводом 27 ее перемещения, на выходном валу 28 которого установлено ведущее зубчатое колесо 29, взаимодействующее с зубчатым венцом 4 полуколец 1 и 2 корпуса. Корпус каретки 26 выполнен в виде охватывающей фиксирующие элементы 11 П-образной рамки, одна из боковых стенок 30 которой подвижная. Подвижная боковая стенка 30 и неподвижная боковая стенка 31 снабжена соответственно противолежащими рычагами 32 и 33.

Рычаг 32 связан с боковыми стенками 30 и 31 через зацепление 34 типа мышиный зуб, а рычаг 33 связан с боковыми стенками 30 и 31 через фрикционное соединение 35. Подвижная боковая стенка 30 установлена на скалках 36 в кронштейнах 37, закрепленных на перекладине 38 П-образной рамки корпуса каретки 26, и снабжена рукояткой 39, размещенной в резьбовом отверстии 40 кронштейна 41, жестко связанного с перекладиной 38 каретки 26. Между подвижной боковой стенкой 30 и кронштейнами 37 установлены пружины 42. Причем по центру П-образной рамки на боковых стенках 30 и 31 ее закреплены в вилках 43 опорные ролики 44 и симметрично относительно них на свободных концах рычагов 32 и 33 в вилках 45 закреплены опорные ролики 46. Привод 27 перемещения каретки 26 установлен на рычагах 32 так, что ось 47 зубчатого колеса 29 на выходном валу 28 его расположена в одной плоскости с осями 48 вилок 45 и параллельна им. На каретке 26 установлен механизм 49 сканирования с пьезопреобразователями 50. Корпус 1 сменный в соответствии с контролируемым диаметром трубы 51.

Устройство работает следующим образом. Полукольцо 1 корпуса с жесткими опорами 5 устанавливают опорными пятами 8, шарнирно связанными с коромыслом 7, на контролируемой трубе 51. Второе полукольцо 2 корпуса заводят в свободный кольцевой зазор около трубы 51. При сближении полуколец 1 и 2 вводят одновременно во взаимодействие язычки 17 и защелки 16 замкнутого механизма, размещенные на обоих концах 9 и 10 полуколец 1 и 2. Язычки 17, взаимодействуя с защелкой 16, осуществляют разворот их на осях 14 и закручивая при этом пружину 15. При дальнейшем сближении полуколец 1 и 2 концы защелок 16 проходят в прорези 18 язычков 17, пружины 15, раскручиваясь, фиксируют защелки 16 в прорезях 18 язычков 17, а фиксирующие штифты 25 полукольца 1 входят в цилиндрические расточки 23 и 24, выполненные на торцевых поверхностях 22 фиксирующих элементов 11. Поворотом кулачков 21 через дополнительные прорези 20 перемещают язычки 17 в дополнительных направляющих 13, которые перемещают защелки 16 в дополнительных направляющих 12, таким образом осуществляют натяг и замыкают полукольца 1 и 2. Перемещением винтовых ползушек 6 доводят до контакта с трубой 51 опорные пяты 8, закрепленные на коромыслах 7, шарнирно установленных на винтовых ползушках 6, и окончательно фиксируют корпус на контролируемой трубе 51. На направляющие 3 устанавливают каретку 26. Для этого поворотом рукоятки 39, установленной в резьбовом отверстии 40 кронштейна 41, жестко связанного с перекладиной 38 П-образной рамки корпуса каретки 26, перемещают на скалках 36 подвижную боковую стенку 30 в направлении к направляющим 3, охватывая их опорными роликами 44, шарнирно установленными в вилках 43, закрепленных соответственно на подвижной 30 и неподвижной 31 боковых стенках. Поворотом рычагов 32, связанных с перекладиной 38 каретки 26 через зацепление 34 типа мышиный зуб, вводят в контакт с направляющими 3 опорные ролики 46, размещенные в вилках 45 на рычаг 32, а затем осуществляют поворот рычага 33, связанных с перекладиной 38 через фрикционное соединение 35 и вводят в контакт с направляющей 3 вторую пару опорных роликов 46, закрепленных на рычаг 33 и фиксируют каретку 26 на направляющих 3. Включают привод 27 через зубчатое колесо 29, установленное на выходном валу 28 привода 27, ось 47 которого расположена в одной плоскости с осями 48 вилок 45, несущих опорные ролики 46, и взаимодействующее с зубчатым венцом 4, перемещают каретку 26 с механизмом сканирования 49, несущим подвески с преобразователями 50 по периметру трубы 51 и осуществляют контроль. Для переустановки устройства вдоль трубы винтовыми ползушками 6 отводят опорные пяты 8 от поверхности контролируемой трубы 51 и перемещают полукольца 1 и 2 корпуса вдоль трубы. Для переустановки устройства на другой диаметр трубы снимают каретку 26 с направляющих 3. Для этого вращают рукоятку 39 в резьбовом отверстии 40 в направлении, обратном рабочему, и пружины 42, разжимаясь, перемещают подвижную боковую стенку 30 со скалками 36 в кронштейнах 37 перекладин 38 и отводят опорные ролики 44 от направляющей 3. Каретку 26 снимают с направляющих 3. Затем нажимают кнопки 19 размыкания и, раскручивая пружины 15, выводят из зацепления защелки 16 и язычки 17. Снимают полукольца 1 и 2 корпуса с контролируемой трубы 51. Переставляют каретку 26 на другой типоразмер направляющих, при этом осуществляют поворот рычагов 32 и 33 на угол, соответствующий диаметру контролируемой трубы, причем благодаря тому, что ось 47 зубчатого колена 29 расположена в одной плоскости с осями 48 вилок 45, несущих опорные ролики 46, расстояние между вышеуказанными осями на всех диаметрах труб остается постоянным, что обеспечивает точность установки каретки 26.

Заявленное изобретение промышленно применимо. Оно будет использовано в течение 1993 1995 гг. при контроле трубопроводов на АЭС.