DE2620702A1

DE2620702A1 - Rotierende ultraschalluntersuchungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2620702A1
Application number: DE19762620702
Authority: DE
Inventors: Richard Lewis
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1975-05-13
Filing date: 1976-05-11
Publication date: 1976-11-25
Also published as: FR2311279A1; JPS51140784A; GB1530454A; US4084444A; FR2311279B1

Description

DR. A. VAN DERWERTH DR. FRANZ LEDERER REINER F. MEYER

DlPL-ING. (1934-1974) DlPL-CHEM. . DIPL-ING.

8000 MÜNCHEN 80 LUCILE-GRAHN-STRASSE22

TELEFON: (089) 472947 TELEX: 524624 LEDER D TELEGR.: LEDERERPATENT

11. Mai 1976

M/Hö

P/7751

British Steel Corporation

33 Grosvenor Place
London S.W.1., England

Rotierende Ultraschalluntersuchungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine rotierende Ultraschalluntersuchungsvorrichtung derjenigen Art, die zur Untersuchung länglicher Gegenstände gleichförmigen Querschnitts, wie beispielsweise von Stahlrohren oder Stangen, beispielsweise in Hinblick auf Risse und Maßgenauigkeit durch Herumdrehen einer Ultraschallsondeneinrichtung entlang einer Schraubenlinie mit geringer Steigung und um die Gegenstände herum verwendet wird, während ein akustischer Anschluß der Sondeneinrichtung an die Gegenstände mittels einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, besteht.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rotierende Ultraschalluntersuchungsvorrichtung dieser Art mit der Möglichkeit zur schnellen und einfachen Anpassung an diese Gegenstände unterschiedlichen äußeren Durchmessers und nicht-kreisförmigen Querschnitts zu Untersuchungszwecken anzugeben.

Hierzu sieht die Erfindung vor eine rotierende Ultraschalluntersuchungsvorrichtung mit einem ringförmigen Stator, mit einer austauschbaren und an dem Stator drehbeweglich angebauten, ringförmigen Ultraschallsondeneinrichtung und mit ersten und zweiten, ortsfesten, austauschbaren, ringförmigen Führungsbahnen für die zu untersuchenden Gegenstände, wobei des weiteren vorgesehen ist, daß die Führungsbahnen innere Gestaltungen entsprechend dem Querschnitt des jeweils zu untersuchenden Gegenstandes und zur Bildung einer engen Toleranzführung für diesen besitzen, und daß die Führungsbahnen je eine Seitenfläche in der Nähe der Sondeneinrichtung besitzen, die mindestens teilweise als radial nach innen gerichtete Seitenwand der Sondeneinrichtung dient.

Es ist zu erkennen, daß mittels der Erfindung die Möglichkeit besteht, eine Untersuchungsvorrichtung für Gegenstände nichtkreisförmigen Querschnitts zu schaffen, in-dem einfach sichergestellt wird, daß die ringförmige Sondeneinrichtung ausreichend Spielraum besitzt, um um den Gegenstand herum gedreht zu werden, während die Verwendung der Seitenflächen der engen Toleranzführungsbahnen als Seitenwände der Sondeneinrichtung sicherstellt, daß die zu akustischen Kopplungszwecken der Sondeneinrichtung zugeführte Kopplungsflüssigkeit nicht im Übermaß verloren geht.

Die Vorrichtung kann zur Untersuchung von Gegenständen kreisförmigen Querschnitts verwendet werden, in welchem Fall (ebenso wie auch bei Gegenständen mit nicht-kreisförmigem Querschnitt) die Vorrichtung den Vorteil besitzt, daß sie an Gegenstände unterschiedlicher Größen

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angepaßt werden kann, ohne einen Austausch der Sondeneinrichtung erforderlich zu machen.

Die Sondeneinrichtung kann über einen offenen Kanal verfügen, dessen öffnung radial nach innen gerichtet ist. In diesem Fall dienen die vorstehend angesprochenen Seitenflächen der Führungsbahnen als Verlängerung der einwärts gerichteten Seitenwände der Sondeneinrichtung.

Die Sondeneinrichtung selbst kann austauschbar sein und/oder über austauschbare Einsätze verfügen, um den Größenbereich der Anpassungsmöglichkeit zu vergrößern.

Bei einer bestimmten Form der Erfindung kann die erste ortfeste, ringförmige Führungsbahn von dem Stator getragen sein, kann die Sonde jenseits des einen Endes des Stators angeordnet sein, und kann die zweite ortsfeste, ringförmige Führungsbahn vom Stator getrennt vom Stator an der gegenüberliegenden Seite der Sondeneinrichtung angebaut sein.

Die zweite Führungsbahn kann über ein Glied verfügen, das elastisch in tragende Berührung mit einer Seite der Sondeneinrichtung gedrückt ist, und kann über eine Hülse verfügen, die im Inneren eines ringförmigen Anschlusses eingesetzt ist, die durch Verschieben vom Anschluss entfernbar bzw. austauschbar ist.

Die erste Führungsbahn kann entsprechend über eine Hülse verfügen, die im Inneren des Stators angeordnet und durch Wegschieben vom Stator an dem der Sondeneinrichtung gegenüberliegenden Ende austauschbar ist.

Die Ultraschallsondeneinrichtung kann an einem Ende einer Hülse befestigt sein, die drehbeweglich am Stator angeordnet ist.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden eine Ausführungsforra derselben beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veiter ins einzelne gehend beschrieben; in den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine rotierende Ultraschalluntersuchungsvorrichtung zur Untersuchung von Stahlrohren, die mit einander diametral gegenüberliegenden, äußeren Längsrippen ausgestattet sind, und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Rohrführung der Vorrichtung der Fig. 1.

Die dargestellte rotierende Untersuchungsvorrichtung ist geeignet beispielsweise für die Untersuchung von Stahlrohren mit einem Außendurchmesser zwischen 12,7 mm und 63,5 mm und besteht im wesentlichen aus zwei Haupteinheiten: einer ortsfesten Einheit und einer rotierenden Einheit. Die ortsfeste Einheit verfügt über einen Träger 1 aus rostfreiem Stahl/ der einen Stator in der Form eines Achsstutzens 2 aus Bronze mit einem Ringflansch 3 trägt. Eine orstfeste, jedoch entfernbare Hülse 4 aus rostfreiem Stahl ist im Inneren des Achsstutzens 2 eingesetzt und besitzt einen Flansch 5, der gegen den&ingflansch 3 des Achsstutzens anliegt. Die Hülse 4 besitzt eine in ihrer Längenrichtung zunehmende Wandstärke derart, daß der Innendurchmesser mit der Entfernung vom Flansch 5 abnimmt. Einander diametral gegenüberliegende Längsnuten 6 sind entlang der Innenwände vorgesehen, wodurch die Hülse < in die Lage versetzt ist, als eine erste enge Toleranzführung für zu untersuchende längsgerippte Rohre zu dienen, wenn diese durch die Vorrichtung durchgeführt werden. Eine ortsfeste, jedoch entfernbare Flanschhülse 7 ist an einem Träger 8 getrennt von der Hülse 4, jedoch mit dieser fluchtend vorgesehen. Die Flanschhülse ist mit einander diametral gegenüberliegenden Längsnuten 9 ausgestattet, die den Nuten 6 in der Hülse 4 entsprechen und als eine

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zweite enge Toleranzführung für das zu untersuchende Rohr in Kombination mit anderen weiter unten noch weiter ins Detail gehend zu beschreibenden Teilen dienen.

Die rotierende Einheit der Vorrichtung umfaßt einen in Umdrehung versetzbaren Sondeneinrichtungsring 10, der koaxial zwischen den Hülsen 4 und 7 angeordnet ist.

Der Ring 10 ist mit einer ringförmigen und kanalartig gestalteten Kammer 11 ausgestattet, in der vier Ultraschallsondenwandler 12 angeordnet sind (von denen lediglich zwei dargestellt sind). Diese Wandler 12 besitzen stutzenartige Körper aus Epoxyharz mit Bolzen kreisförmigen Querschnitts, und ein Wandlerkristallelement 13 ist an dem Bolzen jedes Wandlers angeordnet.

Jeder Wandler 12 ist an der Sondeneinrichtung drehbeweglich um die Längsachse des Wandlers angeordnet, wobei ein (nicht dargestellter) Mechanismus für die Einstellung der Drehstellung jedes Wandlers vorgesehen ist, so daß der Wandler sehr genau ausgerichtet und für die besondere Richtung der Ultraschallwellenübertragung und des erforderlichen Empfangs eingestellt werden kann.

Die Sondeneinrichtung 10 ist an einem ringförmigen Trägerring befestigt. Der Ring 14 ist seinerseits an einer ringförmigen Rotorhülse 15 befestigt, die rund um den Achsstummel 2 zur Drehung um den selben aufgesetzt ist. Zwischen der Hülse 15 und dem Achsstummel 2 ist ein hydrostatisches Drehlager vorgesehen, das von Aussparungen 16 in einer Lagerhülse 17 gebildet ist, die dicht rund um die Außenfläche des Achsstummels 2 angeordnet ist. Jede Aussparung 16 ist über Einlaßöffnungen 18 an einen Wasserzuführungskanal 19 in dem Flansch 3 angeschlossen.

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Zusätzlich zur Vorsehung eines hydrostatischen Drehlagers für eine rotierende Einheit verfügt die Vorrichtung über eine hydrostatische Schublagerung zur Vermeidung einer Axialbewegung der rotierenden Einheit, wobei die Schublagerung einen Lagerring 20 und Wasserzuführungskanäle 21 aufweist. Der Lagerring 20 ist an einem ortsfesten Träger 22 derart befestigt, daß seine Lagerfläche 23 gegen eine radial nach außen gerichtete Verlängerung der Sondeneinheit 10 anliegt.

Im Betrieb sind die Ultraschallwandler 12 mit dem zu untersuchenden Rohr durch Wasser in koppelnde Verbindung gebracht und für diesen Zweck ist die ringförmige Kammer 11 mit Wasser gefüllt und gefüllt gehalten über vier Wasserkanäle 25, die sich entlang der ersten Führungshülse 4 erstrecken und an Wassereinlaßöffnungen 26 angeschlossen sind, die sich einwärts eines verjüngten Bereichs der Führungsbahn sehr dicht bei der Einrichtung 10 öffnen. Es wurde festgestellt, daß in der Praxis eine derartige Lagerung in der Lage ist, die ringförmige Kammer 11 mit Wasser während des Betriebs zu füllen und gefüllt zu halten.

Die Rotorhülse 15 weist einen verzahnten Flansch 23 auf, an dem im Betrieb ein (nicht dargestellter) Treibriemen für die Drehung der Hülse angreift.

Die Rotorhülse 15 trägt integral eine Schleifringeinheit mit acht Schleifringen 28, die in einen ringförmigen Block 29 eines elektrischen Isoliermaterials eingegossen sind. Jeder Wandler 12 ist an ein separates Paar der Ringe 28 über (nicht dargestellte) elektrische Leitungen angeschlossen. Eine Bürsteneinheit 3 0 trägt Bürsten 31, die an den Ringen 28 angeschlossen sind, wodurch die Sonden an eine äußere Energiequelle und eine Überwachungseinheit angeschlossen sind.

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Es ist notwendig, sicherzustellen, daß während des Betriebs kein Wasser aus den Flüssigkeitslagern oder aus der Ultraschallkopplung zu den Schleifringen und Bürsten hin austritt, und zu diesem Zweck wird das aus dem Drehlager am Flanschende austretende Wasser am Eintritt des Schlexfringbereichs mittels einer Wasserfalle 32 gehindert, die mit einer Auslaßöffnung 33 ausgestattet

Am anderen Ende des Drehlagers ist die Schleifringeinheit gegen des Eindringen von Wasser mittels einer auf dem Ring 14 angeordneten Spritzringanordnung 34 geschützt.

Zur Ausschaltung eines Aufbaus eines Flüssigkeitsdrucks infolge einer Leckage von den hydrostatischen Lagern sind Austrittsöffnungen 35 durch die Wand des Achsstummels 2 hindurch zum Inneren der Hülse vorgesehen.

Die zweite Rohrführungsbahn verfügt zusätzlich zur Hülse 7 über ein Ringteil 36 mit einander diametral gegenüberliegenden inneren Nuten 37, die den'Nuten 9 in der Hülse 7 entsprechen. Das Ringteil 36 ist mit Hilfe von Zapfen 38 an einer Außenhülse 39 befestigt, die auf einem rohrförmigen Abschnitt 40 des ortsfesten Trägers 8 verschiebbar und dort mit Hilfe von Zapfen 41 befestigt ist. Zwischen dem Träger 8 und der Außenhülse 38 ist ein Ring aus elastomerem Material eingesetzt, der das Ringteil 36 in Richtung auf die Sondeneinrichtung 10 drückt.

Der Eingriff zwischen der Einrichtung 10 und dem Achsstummel 2 ist durch Lagerflächenelemente 43 und 44 geschützt.

Die radial innersten Teile der Wände der Sondeneinrichtung 10 sind von ringförmigen Einsätzen 45 gebildet, die an der Einrichtung

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angeschraubt sind, und das Teil 37 der zweiten Führungsbahn liegt gegen eine der Flächen der Einsätze an.

Für den Betrieb der Vorrichtung wird Wasser den verschiedenen hydrostatischen Lagern zugeführt, so daß die Sondeneinrichtung gedreht werden kann. Dann wird Wasser den öffnungen 26 zugeführt, so daß sich die ringförmige Kammer 11 mit Wasser (unter Einwirkung der Zentrifugalkraft) bis äußerstenfalls zu den radial inneren Grenzen der Einsätze 45 füllt. Es ist zu beachten, daß diess einen größeren Durchmesser als die Rippen der zu untersuchenden Rohre besitzt. Ein in Längsrichtung geripptes Rohr kann jetzt in die Führungsbahnhülse 4 hinein und durch die Vorrichtung hindurch geführt werden. Bei dem Durchtritt durch die Sondeneinrichtung ermöglicht es deren enger Toleranzsitz in den ersten und zweiten Führungen, daß das in den Kammern 11 enthaltene Wasser das Rohr vollständig umgibt für eine vollständige akustische Koppelung innerhalb einer sehr kurzen Zeit (in der Praxis von etwa 2 bis 5 see). Somit dienen während des Betriebs die Flächen 46 und der ersten und zweiten Führungsbahnen als radial einwärts gerichtete Verlängerungen der Kammern 11.

Sollen Rohre unterschiedlicher Größe oder äußerer Gestalt untersucht werden, so kann die Vorrichtung leicht angepaßt werden, indem die Hülse 4, die Hülse 7 und das Teil 36 und entweder die Einsätze 45 oder die gesamte Sondeneinrichtung 10 durch in geeigneter Weise gestaltete und bemessene neue Teile ersetzt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Rotierende Ultraschalluntersuchungsvorrichtung mit einem ringförmigen Stator, mit einer austauschbaren und an dem Stator drehbeweglich angebauten, ringförmigen Ultraschallsondeneinrichtung und mit ersten und zweiten, ortsfesten, austauschbaren, ringförmigen Führungsbahnen für die zu untersuchenden Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahnen (4,7) innere Gestaltungen entsprechend dem Querschnitt des jeweils zu untersuchenden Gegenstandes und zur Bildung einer engen Toleranzführung für diesen besitzen und daß die Führungsbahnen (4,7) je eine der Sondeneinrichtung (10) benachbarte Seitenfläche besitzen, die mindestens teilweise als radial nach innen gerichtete Seitenwand der Sondeneinrichtung (10) dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch■ gekennzeichnet, daß die Sondeneinrichtung (10) über einen offenen Kanal (11) verfügt, dessen öffnung radial nach innen gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen der Führungsbahnen (4,7) als Verlängerungen der einwärts gerichteten Seitenwände der Sondeneinrichtung (10) dienen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Sondeneinrichtung (10) über austauschbare, ringförmige Einsätze (45) für die Befestigung an den Seitenwänden derselben verfügt, um das Größenspektrum der Gegenstände zu vergrößern, an die die Vorrichtung anpaßbar ist.

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5. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste ortsfeste, ringförmige Führungsbahn (4) von dem Stator (2) getragen ist, daß die Sonde (12,13) jenseits des einen Endes des Stators (2) angeordnet ist und daß die zweite ortsfeste, ringförmige Führungsbahn (7) getrennt vom Stator (2) an der gegenüberliegenden Seite der Sondeneinrichtung (10) angebaut ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeic hn e t , daß die zweite Führungsbahn über eine Hülse (7) verfügt, die in einem ringförmigen Anschluß (8) eingesetzt ist und die durch Verschieben vom Anschluß (8) entfernbar und austauschbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Führungsbahn über ein Glied (42) verfügt, das elastisch in anliegende Berührung an einer Seite der Sondeneinrichtung (10) gedrückt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Führungsbahn über eine Hülse (4) verfügt, die im Inneren des Stators (2) eingesetzt ist und die durch Wegschieben vom Stator (2) an dem der Sondeneinrichtung (10) gegenüberliegenden Ende austauschbar ist.

9. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Sondeneinrichtung (10) an dem einen Ende einer Hülse (4) befestigt ist, die drehbeweglich am Stator (2) angeordnet ist.

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