BRPI0611007A2 - método para testar a condição de um eixo de transmissão de uma máquina rotativa - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para um teste não destrutivo de um eixo de transmissão (110) acessível por apenas uma de suas extremidades em ondas longitudinais, por meio de um transdutor ultrasónico anular de múltiplos elementos (900; 1000). Tal transdutor consiste em elementos independentes que podem ser excitados por meio de pulsos elétricos da mesma frequência, porém, nos quais diferentes mudanças de fase eletrónica serão aplicadas, na presente invenção, aos pulsos transmitidos para os elementos. Tal mudança de fase eletrónica permite a focagem ou a deflexão de um feixe final sintetizado por todos os elementos que constituemo transdutor, o dito feixe final sendo concentrado de modo a adotar um formato de modo geral cilíndrico com uma seção transversal muito menor que a seção transversal do eixo a ser testado e sendo altamente energético a uma longa distância devido ao efeito de guia de onda criado pela geometria cilíndrica do eixo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA TESTAR A CONDIÇÃO DE UM EIXO DE TRANSMISSÃO DE UMAMÁQUINA ROTATIVA".

A presente invenção refere-se a um método para controlar acondição de um eixo de transmissão de uma máquina rotativa. O objetivo damesma é essencialmente propor uma solução para a realização de um testenão destrutivo para a condição de um eixo de transmissão, uma extremidadedo qual fica acessível para a realização do dito teste.

A presente invenção será descrita em mais detalhes com refe-rência a uma bomba de reator nuclear primária, a dita bomba primária com-preendendo, em particular, uma roda acionada por um motor elétrico atravésde um eixo de transmissão a ser testado. No entanto, o método de acordocom a presente invenção pode ser usado para testar a condição de qualquereixo sólido, particularmente os eixos de aço de carbono ou os de aço inoxi-dável utilizados em uma máquina rotativa que fica sujeita a tensões térmi-cas, mecânicas ou outras tensões com probabilidade de danificar o dito eixo.

O campo no qual o uso do método de acordo com a presenteinvenção será descrito em mais detalhes é o das bombas primárias de umreator nuclear resfriado a água sob pressão. Um exemplo de tal bomba cor-rentemente em uso é descrito com referência às Figuras 1 e 2.

A Figura 1 mostra uma bomba 100 - chamada de bomba primá-ria - normalmente usada em reatores nucleares resfriados a água sob pres-são; a bomba primária 100 sen/e para colocar em circulação, no circuito derefrigeração do reator nuclear, referido como circuito primário, a água refrige-rante do reator nuclear sob pressão. A bomba 100 compreende, em particular:

- um corpo de bomba 101, conectado por meio de um primeirotubo 102 a um primeiro cano do circuito primário, e por meio de um tubo 103a um segundo cano do reator nuclear; a bomba 100 coloca a água em circu-lação entre estes dois tubos, estabelecendo uma certa pressão;

- uma roda 104, acionada por um motor elétrico 105;

- um eixo de transmissão 106, tendo uma seção inferior 110,chamada eixo de bomba, podendo esta mesma seção inferior ser considera-da o eixo de transmissão, preso à roda 104, e uma seção superior, chamadaeixo motor, conectada por meio de um acoplamento 107, chamado eixo in-termediário, ao rotor do motor elétrico 105; o eixo de transmissão 106, maisparticularmente o eixo de bomba 110, é de modo geral cilíndrico, embora omesmo consista, em uma direção axial 109, de uma sucção de seções ligei-ramente diferentes em diâmetro, por meio do que possibilita a instalação e oalojamento de diferentes elementos, em particular a roda de bomba 104 ouum anel térmico protetor; as diferenças de diâmetro existentes, no entanto,são suficientes baixas para qualificar o eixo de transmissão como um eixo demodo geral cilíndrico;

- uma montagem de meios de refrigeração e orientação rotativado eixo 106 e de vedação disposta sobre a periferia do eixo de transmissão106; estes meios incluindo, em particular, uma barreira térmica 108, queconsiste em uma rede de tubos através dos quais passa um fluido refrigeran-te, disposta em torno de uma seção inferior da extremidade inferior do eixode bomba 110;

- uma pluralidade de meios de montagem, em particular chavesconectadas positivamente 112 acionadas para um recesso disposto na se-ção inferior do eixo de bomba 110, e pinos de fixação rotativa 113 ou pinosde trava inseridos nos recessos dispostos no eixo de transmissão no pontoonde a barreira térmica 108 se localiza.

A extremidade inferior do eixo de bomba 110 fica imersa em á-gua sob pressão a uma tem da ordem de 280° C (graus Celsius). Além dis-so, em uma operação normal, água fria, a uma temperatura inferior a 55° C,é injetada na barreira térmica 108 de modo a formar uma barragem entre ocircuito primário e o meio de vedação do eixo. Sob estas condições, existeuma zona de transição 114 entre o eixo de transmissão e a barreira térmicasujeita a maiores variações de temperatura devido à mistura de água do cir-cuito primário a 280° Cea água de injeção a 55° C; a seção correspondentedo eixo fica, portanto, sujeita a maiores tensões térmicas que são prováveisde acontecer na ocorrência de rachaduras ou de um fenômeno de gretadu-ras nesta seção do eixo, caso sejam adicionados anéis térmicos. As racha-duras de origem térmica são múltiplas e formam uma rede. As rachadurasmais fundas têm uma orientação de preferência axial.

Além das rachaduras de origem térmica, são também observa-das rachaduras de origem mecânica: estas aparecem nas mudanças de se-ção transversal ou nos furos do pino de trava 113 que bloqueia a rotaçãodas peças presas ao eixo de transmissão 106 ou nas passagens de chave,por exemplo, as das chaves 112. Estas rachaduras possuem uma orientaçãode preferência transversal. As mesmas são de modo geral rachaduras nãomúltiplas, exceto quando são feitos múltiplos furos de pino. Além disso, oeixo de transmissão 106 fica sujeito a riscos de fratura torsional nas mudan-ças de seção transversal encontradas ao longo do eixo.

Portanto, os defeitos buscados, quer os mesmos resultem defadiga de origem mecânica ou de origem térmica, ou ainda de ambas as ori-gens, se iniciam sobre a superfície e se espalham progressivamente para olado de dentro da peça. Os mesmos se localizam principalmente na seçãoinferior da bomba primária, uma seção sujeita a substanciais gradientes detemperatura.

No estado da técnica foram propostas diferentes soluções para adetecção da ocorrência de tais defeitos na seção inferior do eixo de bomba110. Em particular, foram propostos diversos métodos envolvendo o uso detransdutores ultra-sônicos. Estes transdutores transmitem feixes ultra-sônicos no eixo; estes feixes são refletidos principalmente no local dos efei-tos acima mencionados do eixo; os mesmos são em seguida recebidos pe-los transdutores ultra-sônicos que são acoplados a um conjunto de meios deprocessamento de sinais para a sua interpretação e, deste modo, para umadetecção mais clara possível da existência e posicionamento dos ditos defei-tos. Em todos os métodos de teste, existe um eixo intermediário que conectao eixo de bombas ao eixo motor, desta maneira provendo acesso a uma ex-tremidade superior do eixo de bomba.

Uma primeira família de soluções reside no uso de ondas ultra-sônicas transversais. Um exemplo de tal solução é mostrado na Figura 3, naqual um eixo de transmissão comparável ao eixo de bomba 110 é testado.

Neste método, um transdutor - ou sensor - ultra-sônico é posicionado em umponto de engrenagem 300, em contato com o eixo de bomba 110, e, depen-dendo da posição do sensor, podem ser atingidos diferentes pontos a seremtestados, possivelmente após uma ou mais reflexões sobre a superfície doeixo de transmissão, o feixe sendo capaz de assumir diferentes trajetórias,diferentes exemplos das quais são indicados pelas referências 301, 302, 303e 304, respectivamente, de modo que cada feixe seja capaz de atingir umponto a ser testado. Os sensores usados são, na maioria das vezes, trans-dutores de mono elemento em forma de paralelepípedo, providos com umavirola que permite que o eixo se desloque em um ângulo de aproximada-mente até 75 ° com relação ao eixo geométrico do eixo.

A vantagem deste método é que permite que os defeitos sejamlocalizados verticalmente e em ângulo: um movimento rotativo do transdutorsobre o eixo de transmissão permite uma circunferência do eixo, determina-da verticalmente por meio do posicionamento axial adequado do transdutor,seja varrida oticamente. No entanto, os transdutores transversais devem serusados tão próximos quanto possível da zona a ser testada; os mesmos de-vem ser dispostos em posições mais baixas que as posições diretamenteacessíveis do eixo de bomba; torna-se então necessário desmontar o eixode bombas, o que a operação de teste, particularmente no caso de bombasprimárias nucleares. Estes transdutores também apresentam a desvantagemde ter uma grande abertura de feixe, isto é, uma baixa resolução, revelandoapenas os defeitos transversais relativamente mais flagrantes. Os defeitosaxiais originados da fadiga térmica não são detectáveis.

Além disso, é necessário se usar uma virola para o posiciona-mento do transdutor em uma dada orientação, e, deste modo, obter um ân-gulo de incidência desejado, o que complica ainda mais a operação de teste.

Além disso, a presença de anéis térmicos impede o posicionamento dotransdutor no nível correspondente do eixo. Finalmente, pode ser necessá-rio, para testar os pontos mais baixos, uso da várias reflexões do feixe ultra-sônico, o que envolve uma perda maior de energia, desta maneira limitandoa resolução das informações de retorno. Portanto, quanto maior o eixo, maisdifícil se torna a aplicação do método.

Uma segunda família de soluções reside no uso de ondas longi-tudinais. Estes métodos de teste fazem uso de transdutores que transmitemum feixe ultra-sônico divergente 400, mostrado na Figura 4, cuja largura, auma distância grande, isto é, de aproximadamente 3 m, fica contida dentrodo diâmetro do eixo de bomba 110. Estas soluções fazem uso de transduto-res do tipo com mono elementos cilíndricos, mono elementos anulares, ouainda de transdutores anulares com dois elementos ou com dois grupos deelementos separados, com um elemento ou um grupo de elementos usadospara transmissão, ou com um elemento ou um grupo de elementos usadospara recepção.

Estes testes permitem a detecção de grandes defeitos transver-sais e sua localização no sentido vertical do eixo. No entanto, não é possívelposicionar os mesmos de maneira precisa e angular sobre a periferia do ei-xo. As rachaduras transversais de uma origem mecânica, com uma pequenasuperfície de reflexão, são difíceis de detectar, uma vez que a resolução édependente da razão da área do defeito para a área do feixe no mesmo plano.

Além disso, os defeitos axiais não são detectáveis, uma vez quea energia transmitida nunca é suficiente para ser difratada em uma quanti-dade suficiente para os transdutores através da extremidade superior dosdefeitos axiais.

O teste com este tipo de transdutor pode ser aperfeiçoado pormeio da adição de lentes acústicas, as quais melhoram a resolução e a loca-lização de defeitos sobre a periferia, mas que apresentam a desvantagem deter um dado foco, correspondente a uma única distância, o que envolve anecessidade de se ter tantos sensores quanto diferentes alturas a seremexaminadas. Além disso, os defeitos axiais permanecem não detectáveis porparte destes transdutores aperfeiçoados.

Finalmente, deve-se notar que a operação imediatamente acimadescrita corresponde a um princípio teórico do uso inerente à tecnologia detransdutores ultra-sônicos em ambientes homogêneos e isotrópicos. Agoraos eixos forjados, e em particular os eixos de aço inoxidável austeníticos ouaustenoferríticos, os quais se encontram presentes principalmente nas bom-bas primárias dos reatores nucleares, possuem uma zona de heterogenei-dade 500, mostrada na Figura 5, com uma estrutura metalúrgica; estas hete-rogeneidades são encontradas principalmente nas seções mais espessas, eas mesmas variam de um eixo para outro de acordo com a composição quí-mica, com a faixa de forja e com a faixa de tratamentos de calor aplicadas.

Nas seções espessas destes eixos, a estrutura metalúrgica é,portanto, distribuída e permanece em curso, o que resulta em uma retrodifu-são considerável das ondas ultra-sônicas. Esta peculiaridade resulta no dis-túrbio e na atenuação da força de transmissão e de recepção dos transduto-res tradicionais descritos acima. No entanto, a estrutura metalúrgica é finasobre a periferia, onde a transmissão ultra-sônica é satisfatória.

Esta situação se agrava quando se faz uso de transdutores comondas transversais cujo feixe necessariamente atravessa esta zona de hete-rogeneidade duas vezes para eixos curtos, isto é, para eixos menores que 2m, e ainda mais para eixos longos, isto é, para eixos de até 3,5 m de com-primento, considerando as trajetórias externa e de retorno dos feixes ultra-sônicos.

O dispositivo de acordo com a presente invenção soluciona osdiversos problemas imediatamente acima delineados. Na presente invenção,propõe-se formar um feixe ultra-sônico fora das zonas perturbadas em ter-mos metalúrgicos e ultrapassar esta zona em qualquer operação de teste.Para este fim, propõe-se, na presente invenção, que um teste não destrutivoseja realizado em um eixo de transmissão acessível somente em uma dasextremidades com ondas longitudinais, usando um transdutor ultra-sônicoanular de múltiplos elementos.

Tal transdutor consiste em elementos independentes que podemser excitados por pulsos elétricos da mesma freqüência, porém aos quais,de acordo com a presente invenção, serão aplicadas diferentes mudançasde fase eletrônica no local dos pulsos transmitidos para os elementos. Taldesvio de fase eletrônica permite que um feixe final, sintetizado por todos oselementos que constituem o transdutor, seja focado e defletido, o dito feixefinal sendo concentrado de modo a adotar um formato de modo geral cilín-drico com uma seção transversal muito menor que a seção transversal doeixo a ser testada. O feixe final é altamente energético à longa distância,devido principalmente a um efeito de guia de onda resultante da geometriacilíndrica do eixo.

A presente invenção, portanto, se refere essencialmente a ummétodo de teste de um eixo de transmissão de uma máquina rotativa, o ditoeixo sendo sólido, com um formato de modo geral cilíndrico, caracterizadopelo fato de que o método compreende os diferentes estágios que consistemno fato de que:

- há, em uma extremidade do eixo a ser testado, um transdutoranular compreendendo uma pluralidade de elementos independentes, cadaelemento sendo capaz de pelo menos transmitir um feixe ultra-sônico ele-mentar de ondas longitudinais no eixo de transmissão;

- o mesmo aplica uma primeira lei predeterminada de focagem apelo menos alguns dos elementos que constituem o transdutor anular, a pri-meira lei de focagem consistindo em um número de atrasos de transmissãoa serem respeitados entre os diferentes elementos do transdutor de modo agerar um primeiro feixe final de um formato de modo geral cilíndrico defletidoem um ângulo buscado para alvo de um primeiro setor em particular do eixode transmissão a ser testado.

O método de acordo com a presente invenção pode, como umsuplemento às características principais imediatamente acima mencionadas,possui uma ou mais dentre as seguintes características adicionais:

- o método compreende o estágio adicional que consiste na mo-dificação da primeira lei de focagem de modo a obter uma segunda lei defocagem que gera um segundo feixe final para alvo de um segundo setor emparticular do eixo de transmissão a ser testado; deste modo, modificando aprimeira lei de focagem, e, conseqüentemente, dando origem a uma modifi-cação de uma deflexão do feixe final, é possível atingir o segundo setor a sertestado localizado a montante ou a jusante do primeiro setor a ser testado.Um simples gerenciamento eletrônico dos atrasos a serem aplicados, por-tanto, provê acesso a todas as zonas a serem testadas;

- o método compreende o estágio adicional que consiste no de-senvolvimento da rotação do transdutor anular por meio de um motor e so-bre um eixo geométrico central do eixo de transmissão;

- o método compreende o estágio adicional que consiste na apli-cação da primeira lei de focagem em diversas ocasiões por meio de umamudança em cada ocasião, por pelo menos o mesmo número de elementos,de cada atraso da dita lei de focagem;

- o transdutor anular usado no dito método consiste em oito ele-mentos independentes distribuídos em um único anel;

- o método compreende o estágio adicional que consiste na:

- aplicação de um primeiro atraso a um primeiro elemento e deum segundo atraso a um segundo elemento, o segundo atraso sendo maiorque ou igual ao primeiro atraso;

- aplicação de um terceiro atraso a um terceiro elemento, de umquarto atraso a um quarto elemento, de um quinto atraso a um quinto ele-mento, um sexto atraso a um sexto elemento, o sexto elemento sendo igualao quinto atraso, o qual é em si maior que o quarto atraso, em si igual aoterceiro atraso, em si maior que o segundo atraso;

- aplicação de um sétimo atraso a um sétimo elemento, e de umoitavo atraso a um oitavo elemento, o oitavo atraso sendo igual ao sétimoatraso, em si maior do que o sexto atraso, a fim de gerar um sétimo feixeelementar e um oitavo feixe elementar, concentrado sobre o ponto focai cir-cular, deste modo criando, a jusante do ponto focai, o feixe final que é demodo geral cilíndrico em formato;

- o primeiro elemento, o terceiro elemento, o sétimo elemento eo quinto elemento são posicionados de forma consecutiva sobre uma primei-ra metade do transdutor anular, sendo simétricos, com relação a um planoperpendicular, a uma superfície de transmissão do transdutor circular, e cen-trados sobre o dito transdutor, com relação ao segundo elemento, ao quartoelemento, ao oitavo elemento e ao sexto elemento, respectivamente;

- o transdutor anular usado no dito método compreende um pri-meiro anel externo, disposto sobre a periferia do transdutor, e um segundoanel interno, disposto próximo ao centro do transdutor, o primeiro e o segun-do anéis sendo concêntricos;

- o transdutor anular compreende trinta e dois elementos inde-pendentes, o primeiro e o segundo anéis compreendo, cada qual, dezesseiselementos;

- os atrasos aplicados de modo a gerar dois feixes elementaresconsecutivos são da ordem de um centésimo de um nanossegundo;

- a soma dos atrasos que constitui todos os atrasos da primeiralei de focagem é menor que uma duração de transmissão do feixe elementartransmitido por cada elemento que constitui o transdutor anular;

- o eixo de transmissão é um eixo de roda de uma bomba primá-ria de um reator nuclear.

A presente invenção e suas diferentes aplicações serão melhorentendidas após a leitura do relatório descritivo a seguir e do exame das fi-guras que o acompanha. Estas aplicações são mostradas a guisa de ilustra-ção e de nenhuma forma limitam o âmbito da presente invenção. As figurasmostram o seguinte:

- na Figura 1, já descrita, tem-se uma vista em seção parcial deuma bomba primária de um reator nuclear com água sob pressão, tomandoo exemplo de um eixo de transmissão que se pretende testar por meio dométodo de acordo com a presente invenção;

- na Figura 2, também já descrita, é mostrada uma vista em se-ção em escala maior do eixo de transmissão mostrado na Figura 1;

- na Figura 3, também já descrita, é ilustrada uma representaçãodiagramática de um primeiro método de teste de um eixo de transmissão, deacordo com o estado da técnica;

- na Figura 4, também já descrita, é mostrada uma representa-ção diagramática de um segundo método de teste de um eixo de transmis-são, de acordo com o estado da técnica;- na Figura 5, também já descrita, é ilustrada uma representaçãodiagramática de um eixo de transmissão a ser testado por meio do métodode acordo com a presente invenção;

- na Figura 6, tem-se uma ilustração diagramática do princípio defocagem eletrônica;

- na Figura 7, é feita uma ilustração diagramática do princípio dedeflexão eletrônica;

- na Figura 8, faz-se uma ilustração diagramática da combinaçãodos princípios de focagem e de deflexão eletrônicos;

- na Figura 9, é mostrada uma primeira modalidade simplificadado transdutor usado em uma aplicação do método de acordo com a presenteinvenção;

- na Figura 10, é ilustrada uma segunda modalidade do transdu-tor usado em uma aplicação do método de acordo com a presente invenção;

- na Figura 11, é ilustrada uma representação diagramática deuma aplicação do método de acordo com a presente invenção dentro do tra-balho de estrutura de um teste estático;

- na Figura 12, é ilustrada uma representação diagramática deuma aplicação do método de acordo com a presente invenção dentro do tra-balho de estrutura de um teste dinâmico;

Nas diferentes figuras, os elementos que são comuns às diver-sas figuras terão as mesmas referências, a menos que de outra forma espe-cificado.

No método de acordo com a presente invenção, são aplicadosos princípios de focagem eletrônica e de deflexão eletrônica, conforme mos-trado nas Figuras 6 e 7, respectivamente, a fim de executar o teste da condi-ção de um eixo de transmissão.

O princípio de focagem eletrônica, no exemplo mostrado na Fi-gura 6, consiste no uso de atrasos eletrônicos aplicados na transmissão auma pluralidade de elementos independentes 600 que constituem um trans-dutor retilíneo 601. Uma lei de atraso 602 - ou lei de focagem - é aplicada aum grupo 604 de elementos independentes consecutivos 600. Dito de ma-neira geral, aplicação de uma lei de atraso a um transdutor de múltiplos ele-mentos consiste na transmissão de um único pulso elétrico, o dito pulsosendo distribuído por diversos canais, cada um dos canais terminando emum diferente elemento do transdutor considerado; cada um dos canais pos-sui ainda uma pluralidade de meios, de um tipo capacitância ou de um tipoindutância, os quais permitem um atraso peculiar ao mesmo na saída docanal considerado.

A lei de atraso 602 consiste na transmissão inicial dos feixes ul-tra-sônicos dos elementos localizados sobre a periferia do grupo 604 de e-lementos independentes mostrados. Os atrasos são em seguida aplicadosaos demais elementos independentes do grupo 604; o atraso aplicado a ca-da elemento independente é uma função ascendente da distância do ele-mento considerado a partir da periferia do grupo 604 dos elementos inde-pendentes mostrados: quanto mais o grupo independente ocupa uma posi-ção central, maior o atraso aplicado ao mesmo. Um ponto focai 603, locali-zado em um comprimento focai D a partir do transdutor 601 considerado, é,portanto, obtido. O comprimento focai D depende essencialmente da ampli-tude da lei de atraso 602.

O princípio da deflexão eletrônica, no exemplo mostrado na Fi-gura 7, é mais uma vez ilustrado com referência à pluralidade de elementosindependentes 600 que constituem o transdutor retilíneo 601. Neste caso,mais uma vez, são aplicados atrasos eletrônicos, em transmissão ao grupo604 mostrado dos elementos consecutivos independentes 600. Uma lei deatraso 700 é aplicada, consistindo na transmissão inicial do feixe ultra-sônicodo elemento localizado em uma das extremidades do grupo 604, a extremi-dade direita no exemplo sendo considerada. Os atrasos são em seguida a-plicados aos demais elementos independentes do grupo 604; o atraso apli-cado à cada elemento independente é uma função ascendente da distânciado elemento considerado a partir do elemento ao qual o primeiro pulso elé-tricô foi aplicado: quanto mais um elemento independente ocupa uma posi-ção distante do primeiro elemento excitado por meio de um pulso elétrico,maior o atraso aplicado ao mesmo. Um feixe global é, portanto, obtido, oqual é defletido em uma direção correspondente à posição do último elemen-to que transmitiu um feixe ultra-sônico.

Sendo assim, no presente relatório descritivo, o termo lei de fo-cagem refere-se de modo geral a uma pluralidade de atrasos a serem apli-cados aos diferentes elementos de um transdutor, os ditos atrasos fazendo asua contribuição tanto na deflexão, na focagem, ou na deflexão e focagemdo feixe final gerado pelo transdutor.

A Figura 8 ilustra o fato de que uma combinação dos princípiosde focagem eletrônica e de deflexão eletrônica, baseada em uma lei apropri-ada de focagem 80, permite que um feixe ultra-sônico 801 a ser obtido sejasintetizado pelo grupo 604 de elementos independentes consecutivos 600 dotransdutor retilíneo 603, mostrado na Figura 6, em virtude do princípio dedeflexão eletrônica.

A fim de implementar o método de acordo com a presente in-venção, é proposto se aplicar os princípios de focagem eletrônica e de defle-xão eletrônica acima descritas para um transdutor anular de múltiplos ele-mentos, cuja primeira modalidade simplificada 900 é mostrada na Figura 9.

O transdutor 900 consiste em oito elementos independentes consecutivosdistribuídos de maneira regular por todo o volume que constitui o transdutor,as referências numéricas 901 a 908, respectivamente. Tal transdutor tornapossível, em particular, gerar um feixe final 1100, mostrado na Figura 11,que é de modo geral cilíndrico em formato.

Para se obter este feixe, é possível, por exemplo, aplicar uma leide focagem comparável à lei de focagem 800 da Figura 8; tal lei de focagemse refere aos quatro primeiros elementos consecutivos do transdutor, os di-tos quatro primeiros elementos constituindo uma primeira metade do trans-dutor; a mesma lei de focagem é simultaneamente aplicada aos quatro últi-mos elementos consecutivos do transdutor, de maneira simétrica aos 4 pri-meiros elementos do transdutor. Este exemplo de uma lei de focagem, por-tanto, consiste na transmissão dos feixes ultra-sônicos elementares associa-dos à cada elemento 901 a 908, respeitando as seguintes ordens de trans-missão:- em um primeiro momento, a excitação simultânea ou quasesimultânea do elemento 901 e do elemento 908 (isto é, com um atraso deexcitação menor que 100 ns (nanossegundos)); os feixes elementares assimproduzidos são usados principalmente para se obter uma deflexão do feixefinal sintetizado em uma direção 1101;

- em um segundo momento, a excitação simultânea ou quasesimultânea dos elementos 902 e 907, em seguida dos elementos 904 e 905;os feixes elementares deste modo produzidos também contribuem para adeflexão do feixe final sintetizado e para a obtenção de um ponto focai 1102que é de modo geral circular;

- finalmente, em um terceiro momento, a excitação simultâneaou quase simultânea dos elementos 903 e 906. Os feixes elementares gera-dos por estes dois últimos elementos serão em seguida fisicamente concen-trados sobre o ponto focai 1102 em função do volume de energia do espaçoadjacente devido aos feixes ultra-sônicos elementares que começam a sertransmitidos antes dos elementos 903 e 906, mas que são ainda transmiti-dos quando os feixes elementares associados aos elementos 903 e 906 es-tão sendo transmitidos. Concentrados desta maneira a partir de sua produ-ção nos elementos 903 e 906, os feixes elementares produzidos por estesdois elementos poderão se difundir profundamente no eixo de transmissão110; o formato que os mesmos adotam além do ponto focai 1102 é de modogeral cilíndrico devido ao formato de modo geral cilíndrico do eixo 110 noqual os mesmos são projetados, este formato cilíndrico do eixo impedindoque estes feixes elementares divirjam. Este fenômeno é conhecido pelo no-me de efeito cilindro.

A Figura 10 mostra uma segunda modalidade 1000 de um trans-dutor anular usado em determinadas implementações do método de acordocom a presente invenção. O transdutor 1000 consiste em trinta e dois ele-mentos independentes distribuídos em dois anéis concêntricos: um primeiroanel 1001, compreendendo 16 elementos, constitui a periferia do transdutor1000. A sua função é gerar um feixe ultra-sônico intermediário dentro doqual o feixe ultra-sônico final será sintetizado, produzido por um segundoanel 1002 que também compreende 16 elementos e se localiza próximo aocentro do transdutor anular 100. O feixe ultra-sônico intermediário em segui-da serve principalmente para compensar as variações em seção transversaldo eixo a ser testado; com efeito, as variações em seção transversal pode-rão, em seu nível, provocar leves deformações no feixe sintetizado final, tor-nando o mesmo, portanto, menos cilíndrico. A fim de aperfeiçoar o formatocilíndrico do feixe final, faz-se, portanto, uma provisão para a produção deum feixe intermediário que tem uma seção cilíndrica, oca, central, garantin-do, assim, que o feixe final se beneficie mais do efeito cilindro.

No método de acordo com a presente invenção, os feixes ultra-sônicos poderão, portanto, ser gerados, os quais são:

- defletidos em um ângulo predeterminado, o ângulo adotadopelo feixe final dependendo essencialmente, com referência à primeira mo-dalidade do transdutor 900, do atraso aplicado entre os elementos 901 e 908e os demais elementos. A deflexão poderá, portanto, ser modulada à de-manda, de modo que toda a seção inferior do eixo possa ser sondada com omesmo transdutor por meio da modificação parcial dos atrasos eletrônicosda lei de focagem;

- de uma seção transversal constante e tendo um diâmetro me-nor que um terço do diâmetro daquela sessão do eixo que contém a zona aser testada, o que confere ao feixe final uma alta densidade de energia delonga distância ao se aproveitar da geometria cilíndrica do eixo.

Na presente invenção, os atrasos aplicados aos diferentes ele-mentos que constituem o transdutor usado para gerar um dado feixe finalsão de modo geral tais que a soma dos mesmos seja menor que o tempodurante o qual cada um dos ditos elementos transmite o seu feixe elementar;o feixe final obtido, com um formato de modo geral cilíndrico, é, portanto, aresultante de uma coexistência espacial de todos os feixes elementares dis-parados e transmitidos por todos os elementos que constituem o transdutor,os diferentes disparos sendo iniciados respeitando os atrasos determinadospela lei de focagem aplicada.

A perda de energia entre a trajetória externa e o retorno do feixefinal é mínima, uma vez que o feixe final evita a zona de heterogeneidades500 presente na seção central do eixo 110; a pequena seção transversal dofeixe final com relação ao diâmetro das zonas testadas provê uma boa reso-lução do tamanho e formato do defeito, assim como uma localização precisapor meio da rotação gradual do sensor sobre o mesmo. Em função da altadensidade de energia do feixe sintetizado final, a energia incidental tambémpermite que a presença de rachaduras axiais seja detectada por meio dedifração. Em outras palavras, o feixe ultra-sônico cilíndrico obtido por meiodo método da presente invenção é altamente energético a uma longa distân-cia, o que toma possível operar não apenas em uma reflexão de onda, mastambém em difração sobre os defeitos observados no tipo de abertura derachadura.

Em uma primeira modalidade do método de acordo com a pre-sente invenção, os atrasos relativos entre os pulsos de transmissão aplicadosà cada um dos elementos representam uma lei de focagem estática, fixa.Conforme mostrado na Figura 12, o transdutor 900 é acionado por meio deuma rotação mecânica 1200 sobre si mesmo, por exemplo, por meio de umdispositivo de transmissão rotativo do tipo motor, não mostrado, a fim de var-rer oticamente uma periferia 1201 da zona do eixo 110 na distância desejada.

Em uma segunda modalidade do método de acordo com a pre-sente invenção, a rotação mecânica pode ser substituída ao se manter otransdutor 900 imóvel na extremidade acessível do eixo a ser testado pormeio de uma varredura ótica eletrônica circular aplicada sucessivamente aosdiferentes elementos; tal implementação pode ser considerada de interesse,particularmente se o espaço ambiente disponível não permitir o uso do dis-positivo de transmissão rotativo. No entanto, tal implementação permite ape-nas a obtenção de uma precisão angular, não tão boa quanto a precisãodisponível na primeira modalidade.

Os requisitos em questão se referem a eixos de aço inoxidávelforjados de até 3,5 m de comprimento e 0,4 m de diâmetro. Se necessário,os transdutores usados no método de acordo com a presente invenção po-dem ser adaptados para o teste de peças maiores.

Claims (12)

1. Método para testar um eixo de transmissão (110) de uma má-quina rotativa, o dito eixo sendo sólido, de um formato de modo geral cilín-drico, o método sendo de modo geral caracterizado pelo fato de compreen-der diferentes etapas que consistem em:- existir, em uma extremidade do eixo a ser testado, um transdu-tor anular (900; 1000) compreendendo uma pluralidade de elementos inde-pendentes, cada elemento sendo capaz de pelo menos transmitir um feixeelementar ultra-sônico de ondas longitudinais no eixo de transmissão;- aplicar uma primeira lei predeterminada de focagem a pelomenos alguns dos elementos que constituem o transdutor anular, a primeiralei de focagem consistindo em um número de atrasos de transmissão a se-rem respeitados entre os diferentes elementos do transdutor, a fim de gerarum primeiro feixe final (1100) tendo um formato de modo geral cilíndrico edefletido em um ângulo predeterminado a fim de buscar para alvo de umprimeiro setor em particular do eixo de transmissão a ser testado.

2. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracteri-zado pelo fato de que o mesmo compreende a etapa adicional que consistena modificação da primeira lei de focagem a fim de obter uma segunda lei defocagem que gera um segundo feixe final a fim de ter como alvo um segundosetor em particular do eixo de transmissão a ser testado.

3. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o mesmo compreende a etapaadicional que consiste no desenvolvimento da rotação do transdutor anularpor meio de um motor e sobre um eixo geométrico central do eixo de trans-missão.

4. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1ou 2, caracterizado pelo fato de compreender a etapa adicional que consistena aplicação da primeira lei de focagem em diversas ocasiões por meio damudança, em cada ocasião, de pelo menos o mesmo número de elementos,de cada atraso da dita lei de focagem;

5. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o transdutor anular usado nodito método compreende oito elementos independentes (901 a 908) distribu-ídos em um único anel;

6. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracteri-zado pelo fato de compreender a etapa adicional que consiste em:- aplicar um primeiro atraso a um primeiro elemento (901) e umsegundo atraso a um segundo elemento (908), o segundo atraso sendo mai-or que ou igual ao primeiro atraso;- aplicar um terceiro atraso a um terceiro elemento (902), umquarto atraso a um quarto elemento (907), um quinto atraso a um quinto e-lemento (904), um sexto atraso a um sexto elemento (905), o sexto atrasosendo igual ao quinto atraso, o qual é em si maior que o quarto atraso, em siigual ao terceiro atraso, em si maior que o segundo atraso;- aplicar um sétimo atraso a um sétimo elemento (903), e umoitavo atraso a um oitavo elemento (906), o oitavo atraso sendo igual ao sé-timo atraso, em si maior do que o sexto atraso, a fim de gerar um sétimo fei-xe elementar e um oitavo feixe elementar, concentrado sobre um ponto focaicircular (1102), deste modo criando, a jusante do ponto focai, o feixe finaltendo um formato de modo geral cilíndrico.

7. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracteri-zado pelo fato de que o primeiro elemento, o terceiro elemento, o sétimo elemento e o quinto elemento se localizam de forma consecutiva sobre umaprimeira metade do transdutor anular, estes elementos sendo simétricos,com relação a um plano perpendicular, a uma superfície de transmissão dotransdutor circular, e centrados sobre o dito transdutor, ao segundo elemen-to, ao quarto elemento, ao oitavo elemento e ao sexto elemento, respectiva-mente.

8. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1a 4, caracterizado pelo fato de que o transdutor anular usado no dito métodocompreende um primeiro anel externo (1001), disposto sobre a periferia dotransdutor, e um segundo anel interno (1002), disposto próximo ao centro dotransdutor, o primeiro e o segundo anéis sendo concêntricos.

9. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracteri-zado pelo fato de que o transdutor anular compreende trinta e dois elemen-tos independentes, o primeiro e o segundo anéis compreendo, cada qual,dezesseis elementos.

10. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que os atrasos aplicados de modo agerar dois feixes elementares consecutivos são da ordem de uma centenade um nanossegundo.

11. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a soma dos atrasos que consti-tuem todos os atrasos da primeira lei de focagem é menor que um tempo detransmissão do feixe elementar transmitido por cada elemento que constituio transdutor anular.

12. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o eixo de transmissão é um eixode roda de uma bomba primária de um reator nuclear.