Ультразвуковой катящийся преобразователь

 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля . Целью -изобретения является повы-п шение надежности и достоверности контроля за счет исключения действия ударных нагрузок на пьезоэлементы и снижения реверберационных шумов благодаря выбору размеров обода и снаб- , жению преобразователя поглотителями. Ультразвуковой (УЗ) катящийся преобразователь в ходе контроля прижат к внутренней поверхности трубы 15. В ходе перемещения внутри трубы 15 обод 2 и боковины 9 вращаются на подшипниках 14 относительно неподвижной оси 1. Накладки 4, на которых размещены пьезоэлементы 5, скользят по перпендикулярным оси вращения торцовым поверхностям 8 обода 2. Пьезоэлементы 5 излучают УЗ колебания в трубу 15. Отраженные сопряженными поверхностями накладок 4 и обода 2 УЗ колебания уходят в акустически связанные с накладками 4 поглотители 7. Отраженные от поверхности трубы 15 УЗ колебания после дополнительного отражения от внутренней поверхности обода также уходят в поглотители 7. 1 ил. $ (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) "«» сЮ 4 G 01 N 29/04 ф.Ъ I

1 l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 i) 4199393/25-28 (22) 24.02 87 (46) 30.07.88. Бюл. Р 28 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) С.О.Арбузов, Г.И.Рябцев, В.В.Аристов, А.М.Малютин и Е.А.Жаров (53) 620.179.16(088.8) (56) Патент СССР У 878209, кл. С 01 N 29/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР

9 978036, кл. G 01 N 29/04, 1981. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАТЯЩИЙСЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью .изобретения является повы шение надежности и достоверности кон- троля за счет исключения действия ударных нагрузок на пьезоэлементы и снижения реверберационных шумов благодаря выбору размеров обода и снабжению преобразователя поглотителями.

Ультразвуковой (УЗ) катящийся преобразователь в ходе контроля прижат к внутренней поверхности трубы 15. В ходе перемещения внутри трубы 15 обод

2 и боковины 9 вращаются на подшипни- ках 14 относительно неподвижной оси

1. Накладки 4, на которых размещены пьезоэлементы 5, скользят по перпендикулярным оси вращения торцовым поверхностям 8 обода 2. Пьезоэлементы

5 излучают УЗ колебания в трубу 15.

Отраженные сопряженными поверхностями накладок 4 и обода 2 УЗ колебания уходят в акустически связанные с накладками 4 поглотители 7. Отраженные от поверхности трубы 15 УЗ колебания после дополнительного отражения от внутренней поверхности обода также уходят в поглотители 7. 1 ил.

1413520

d =- — -+h

sind где d — диаметр пьезоэлемента 5, — угол между акустической осью пьезоэлемента 5 и нормалью к наружной поверхности колеса

2 в точке ее пересечения с акустической осью, h — - расстояние от накладки 4 до внешнего края колеса 2 °

55

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии изделий, например магистральных трубопроводов.

1!елью изобретения является повышение надежности и достоверности контроля,за счет исключения действия ударных нагрузок на пьезоэлементы и 10 снижения реверберационных шумов.

На чертеже изображен УЗ катящийся преобразователь, сечение.

УЗ катящийся преобразователь содержит ось 1, монолитное колесо 2 с эла-15 стичным протектором 3, установленное с возможностью вращения относительно оси 1, и пару накладок 4, жестко закрепленных на оси 1. Преобразователь также содержит закрепленные на накладках 4 два пьезоэлемента 5 с демпферами 6 и акустически связанные с накладками 4 два поглотителя 7. Тор. цы 8 колеса 2 выполнены перпендикулярными оси вращения преобразователя и сопряжены с накладками 4. Ось 1 и колесо 2 вместе с закрепленными на колесе 2 боковинами 9 образуют полость 10, заполненную контактной жидкостью. Кроме того, преобразователь содержит герметизирующие полость 10 уплотнительные элементы 11 и 12, обеспечивающие поджатие накладок 4 к торцам 8 колеса 2, прижимные устройства 13 и подшипники 14, установленные между осью 1 и колесом 2. Поглотители 7 выполнены из материала с большим коэффициентом затухания УЗ колебаний и характеристическим импедансом, близким к импедансу материала колеса 2, причем поглотители 7 могут ® иметь форму ловушек УЗ колебаний.

В качестве материала колеса 2 исполь зуют, например, капролон, а в качестве материала протектора 3 — полиуре.тан. Ширина 1 колеса 2 и его толщина

t выбраны иэ условий:

2d 1

1 = — — + 2htgl; совЫ

Позицией 15 на чертеже обозначена контролируемая труба. Расстояние h от нижней кромки накладки 4, т.е. от нижней точки проекции пьезоэлемента

5 по его акустической оси на торец 8 колеса 2 до поверхности трубы 15, выбирают из конструктивных соображений (толщины боковин 9, радиуса кривизны трубы 15 и т.п.). С целью обеспечения минимального хода УЗ колебаний от пьезоэлементов 5 до точки их ввода в металл трубы 15 накладки 4 располагают как можно ближе к поверхности трубы 15. Электрическая связь пьезоэлементов 5 с выходом преобразователя осуществлятся через полость оси 1 (не показана).

УЗ катящийся преобразователь работает следующим образом.

Преобразователь размещают на механизме (не показан), который обеспечи вает прижатие преобразователя к внутренней поверхности трубы 15, свободу направления качения и перемещение внутри трубы 15, например, за счет перепада давления перекачиваемого продукта. В ходе перемещения внутри трубы 15 колесо 2 и боковины 9 вращаются на подшипниках 14 относительно оси 1. Пьезоэлементы 5 с демпферами

6 размещаются относительно поверхности трубы 15 таким образом, чтобы

УЗ пучок от каждого пьезоэлемента 5 входил в зону контакта, образованную эластичным протектором 3 колеса 2 и поверхностью трубы 15. При качении преобразователя накладки 4, на которых размещены пьезоэлементы 5, скользят по торцовым поверхностям колеса

2. Заполняющая полость 10 акустически прозрачная среда обеспечивает акустический контакт между сопряженными поверхностями накладок 4 и колеса 2, которые прижимаются друг к другу устройствами 13 ° Под воздействием электрических импульсов пьезоэлементы 5 излучают УЗ колебания, которые через накладки 4 и колесо 2 с протектором

3 поступают в трубу 15. Угол Ы падения УЗ колебаний на материал контролируемой трубы 15 задается наклоном граней призматических накладок 4.

Уплотнительные элементы 11 и 12 обеспечивают герметичность полости 10.

Акустический контакт между колесом 2 и поверхностью трубы 15 обеспечивается посредством эластичного протектора 3. В случае нарушения акустическо1413520

2d

1= — — +2h tgd;

cos4

Формула изобРетения

ЗО

Составитель В.Гондаровский

Техред А.Кравчук Корректор М.Демчик

Редактор Е.Копча

Заказ 3776/4б Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ro контакта между сопряженными поверхностями накладок 4 и колеса 2

УЗ колебания претерпевают отражение и уходят в поглотитель 7, где и затухают.

Отраженные от границы раздела резиновый протектор 3 — металлическая труба 15 УЗ колебания в результате выбора размеров колеса 2 также попадают в поглотители 7 и затухают. При наезде преобразователя на различного рода препятствия: стыки труб, сварные швы, случайные предметы и т.п. и после соскакивания с них возникают уда-. ры, достигающие большой силы. Поскольку колесо 2 выполнено монолитным с прямыми торцами 8, удары, направленные перпендикулярно оси вращения преобразователя, при соответствующем выборе материала колеса 2, не могут привести к поломке как колеса 2, так и пьезоэлементов 5.

Ультразвуковой катящийся преобразователь, содержащий ось, монолитное колесо с эластичным протектором, ус"тановленное на оси с возможностью вращения, пару накладок и закрепленные на них два пьезоэлемента с демпферами, накладки жестко закреплены

5 на оси и сопряжены с колесом в образованной осью и колесом полости, заполненной контактной жидкостью, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и достоверности контроля, он снабжен двумя по" глотителями, каждый иэ которых акустически связан с одной из накладок, торцы колеса выполнены перпендикулярными оси вращения преобразователя и сопряжены с накладками, а ширина 1 колеса и его толщина t выбраны иэ ус" ловий

„+ h, d э1пЫ где d — диаметр пьезоэлемента;

d — угол между акустической осью пьезоэлемента и нормалью к наружной поверхности колеса в точке ее пересечения с акустической осью;

h — расстояние от накладки до внешнего края колеса.