Измерительное устройство и способ определения координат с его использованием
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения положения индикации дефекта на внешней части резервуара высокого давления. Сущность: в изобретении предлагается измерительное устройство, дающее координаты заданного местоположения и положения на внешней поверхности резервуара (14). Устройство содержит основание (20), выполненное с возможностью контакта с внешней поверхностью резервуара (14), направляющую (30), идущую в направлении вверх от основания (20). При этом направляющая (30) содержит измерительную шкалу, головку (32), поддерживаемую с возможностью скольжения, причем головка (32) содержит зажимное приспособление, позволяющее зажимать, с возможностью освобождения, головку (32) на направляющей (30), и лазер, поддерживаемый головкой (32) и предназначенный для проецирования изображения на внешнюю поверхность резервуара (14). Технический результат: устройство позволяет быстро измерять как радиальное положение, так и угловое положение указанного места относительно оси патрубка (12), а также наклон щупа датчика, который дает указанное место. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники
Предлагаемое устройство в общем представляет собой устройство, позволяющее определять положение индикации дефекта на внешней части патрубка, резервуара высокого давления и/или бленды (переходника) между патрубком и резервуаром высокого давления. Более конкретно, предлагаемое устройство представляет собой устройство, которое позволяет определять положение начерченного (обведенного оператором) контура щупа датчика, нанесенного на внешнюю часть патрубка, резервуара высокого давления и/или бленды. Еще более конкретно, предлагаемое устройство представляет собой устройство, которое позволяет измерять как радиальное положение, так и угловое положение начерченного контура относительно оси патрубка, а также наклон щупа датчика, который дает начерченный контур.
Предпосылки к созданию изобретения
Для обеспечения постоянной операционной готовности содержащих флюид резервуаров, которые используют на атомных электростанциях (на ядерных установках), периодически проверяют целостность этих резервуаров. Такие резервуары содержат резервуар высокого давления и ориентированный перпендикулярно патрубок, приваренный к резервуару высокого давления, который сообщается с внутренним пространством резервуара высокого давления.
Комиссия по ядерной регламентации, в соответствии с полномочиями, предоставленными ей конгрессом США, устанавливает правила и нормы работы ядерного оборудования. Эти правила и поправки к ним опубликованы в Федеральном Регистре в разделе 10CFR50, Industry Codes and Standards. Комиссия утвердила правила для разработки и эксплуатации котлов и сосудов высокого давления Американского общества инженеров-механиков (ASME) в качестве инженерного руководства для проектирования, конструирования и эксплуатации ядерных реакторов (ядерного оборудования). Раздел XI правил ASME содержит правила проверки компонентов ядерного оборудования в процессе обслуживания, с поправками 10CFR50.55a (окончательная редакция).
В Разделе XI правил ASME, Статья IWA-1320 (а) (1) говорится о том, что "правила IWB следует применять ко всем системам, компоненты которых соответствуют Классу 1 (группа качества А) ASME".
В Разделе XI правил ASME, подраздел IWB, содержатся требования, предъявляемые к компонентам Класса 1 охлаждаемых легкой водой установок, причем в Статье IWB-2000 утверждается, что "Проверки, которые требуются в соответствии с этой Статьей, должны быть завершены ранее первого запуска установки". Здесь также указано, что последовательность проверок компонентов, которая была установлена во время первого проверочного интервала, должна повторяться в каждом из последующих проверочных интервалов, насколько это практически возможно. Компоненты следует проверять и испытывать в соответствии с указанным в Таблице IWB-2500-1, в которой специально указана категория проверки B-D, полное проплавление сварных патрубков в резервуарах. Эта категория содержит "внутреннюю радиусную секцию патрубка". Требуемый способ проверки является объемным и его осуществляют при помощи ультразвуковой техники или радиографической техники. На фиг.1 области "А" и "В" определяют внутреннюю радиусную секцию патрубка или зону проверки, причем ts представляет собой толщину резервуара, a tn1 представляет собой толщину бобышки патрубка. Луч 112 щупа 111 датчика идет в направлении областей "А" и "В", которые расположены между патрубком 12 и резервуаром 14 высокого давления. На фиг.1 также показан сварной шов 110 между патрубком 12 и резервуаром 14 высокого давления.
В Разделе XI правил ASME, Статья IWA-2000, в которой оговорены требования относительно испытаний и проверок, описаны общие требования, методики испытаний, требования к квалификации персонала, проводящего неразрушающие испытания, программы проверок, объем проверок и эталонная система сварки. В Статье IWA-2200 "Методики испытаний" имеется подраздел IWA-2230 "Объемные проверки", в котором есть подраздел IWB-2232 "Ультразвуковые исследования", в котором говорится, что "Ультразвуковые исследования следует проводить в соответствии с Приложением 1".
В Разделе XI правил ASME, Приложение 1, Статья 1-2000, говорится, что для каждого вида компонента предусмотрены свои проверочные требования. Требования для резервуаров толщиной более 2 дюймов (51 мм) описаны в Статье 1-2110(а), где содержатся методики ультразвуковой проверки, описаны требования к квалификации персонала и оборудование, применяемое для обнаружения дефектов в резервуарах и определения их размеров, причем в соответствии с Приложением VIII "Демонстрация характеристик" проводят следующие специфические проверки, если не применимы другие требования Статьи 1-2000:
(1) Сварные швы оболочки и головной части, кроме сварных швов фланца.
(2) Сварные швы, соединяющие патрубок с резервуаром.
(3) Внутренняя радиусная секция патрубка.
(4) Область границы раздела плакировка/основной металл.
В Разделе XI правил ASME, Приложение VIII "Демонстрация характеристик при помощи ультразвуковых систем проверки", Статья VIII-3000 "Квалификационные требования", говорится, что методики проверки, оборудование и соответствующий персонал используют как для обнаружения, так и для определения размеров дефектов после успешного завершения демонстрации характеристик, указанных в соответствующей Таблице VIII-3110-1, приведенной в Приложении 5, касающихся внутренней радиусной секции патрубка.
В дополнение собственно к резервуару высокого давления и патрубку, настоящее изобретение также имеет отношение к бленде, образованной между ними, то есть к внутренней радиусной секции патрубка. Блендой называют сварную границу раздела между резервуаром высокого давления и патрубком. Так как резервуар высокого давления и патрубок имеют форму цилиндра, форма бленды соответствует относительным диаметрам резервуара высокого давления и патрубка. Например, если резервуар высокого давления имеет существенно больший диаметр, чем патрубок, то тогда бленда (для вертикально ориентированного резервуара высокого давления) будет иметь небольшое искривление (изгиб) между ее вертикальными концами. Однако если резервуар высокого давления и патрубок имеют одинаковые диаметры, тогда бленда (для вертикально ориентированного резервуара высокого давления) будет иметь существенное искривление между ее вертикальными концами.
Так как резервуар высокого давления обычно имеет существенно больший диаметр, чем патрубок, то связанная с патрубком бленда имеет только незначительный изгиб. Тем не менее, бленда имеет сложную трехмерную геометрию по сравнению с резервуаром высокого давления и патрубком. Для обеспечения точной проверки содержащих флюид резервуаров, внешние и внутренние размеры патрубка, резервуара высокого давления и бленды регистрируют до начала работы ядерной установки.
При совместном рассмотрении демонстрационных требований Приложения 5, можно понять, что документ 10CFR50.55a позволяет использовать альтернативную методику, Code Case N-552 "Оценка внутренней радиусной секции патрубка с наружной стороны". Что касается дефектов 113, этот документ Code Case требует использования модели для вычисления угла 114 падения, угла 115 дезориентации (рассогласования) и максимального пути прохождения в металле для требуемого объема проверки, который прилегает к внутренней поверхности, причем Ts представляет собой касательную к поверхности, Ns представляет собой нормаль к поверхности, Nf представляет собой нормаль к дефекту. Существует дополнительное требование вычислять угол к дефекту 116 (номинальный угол проверки) также на внутренней поверхности. Эти параметры, которые считают основными параметрами при проверке внутренней радиусной секции патрубка, показаны на фиг.2.
Размеры бленды переводят в трехмерную компьютерную модель, которую используют для проверки рабочих характеристик патрубка, резервуара высокого давления и бленды. Фактически, так как патрубок, резервуар высокого давления и бленда расположены в зоне облучения, и доступ к их внутренним поверхностям при работе ограничен, то для проверки целостности внутренних поверхностей используют компьютерную модель. Для этого используют компьютеризированную программу испытаний, чтобы разработать режим испытаний в соответствии с компьютерной моделью, причем указанная программа определяет методики, необходимые для проверки целостности внутренних поверхностей патрубка, резервуара высокого давления и бленды во время работы ядерной установки.
В таком режиме проверки используют различные щупы датчиков, чтобы определить, нет ли дефектов, таких как трещины, пустоты или накопление шлака на внутренней поверхности патрубка, резервуара высокого давления и бленды. Так как при проверке следует исключить длительное пребывание в зоне облучения, в которой находятся патрубок, резервуар высокого давления и бленда, то в режиме проверки используют ограниченное число проверочных итераций и максимально увеличивают перекрытие (то есть площадь анализируемой внутренней поверхности) для каждой итерации.
Требуется вычислительная модель, которая учитывает сложность геометрий различных патрубков, чтобы обеспечить 100% перекрытие внутренней радиусной области патрубка, которая представляет собой область между значением проточки S=0 и значением резервуара S=Smax на фиг.3, в поперечном сечении патрубка. Обычно испытание требует проведения сканирования от радиуса "Rvo" внешней оболочки резервуара до радиуса "Rvi" внутренней оболочки резервуара и от внешнего радиуса "Rbo" бленды до внутреннего радиуса "Rbi" бленды, с множеством различных углов датчика и наклонов, причем R на оси х представляет собой расстояние от центра патрубка, a Z на оси у представляет собой расстояние от центра резервуара.
Для примера, режим проверок может задавать три итерации, в каждой из которых используют расположенный под другим углом щуп датчика. В каждой итерации используют примерно цилиндрические области поверхности вокруг патрубка, резервуара высокого давления и связанной с ними бленды, когда используют заданный щуп датчика. Во время каждой итерации, оператор вручную перемещает заданные щупы датчика на 360° вокруг соответствующих примерно цилиндрических областей поверхности.
Примерно цилиндрические области поверхности для каждой итерации образуют между двумя кольцами, идущими со смещением вокруг внешней поверхности патрубка, резервуара высокого давления и бленды. Для обеспечения полного перекрытия, примерно цилиндрические области поверхности для трех итераций могут иметь наложение.
Для дополнительного обеспечения полного перекрытия, режим проверки предусматривает также использование диапазона наклонов (то есть поворотных ориентаций), под которыми заданные щупы датчика для каждой итерации должны быть ориентированы, когда их перемещают вокруг внешней поверхности патрубка, резервуара высокого давления и бленды.
Каждый из щупов датчика, которые используют во время различных итераций, калибруют, чтобы возбуждать отраженный сигнал, когда их перемещают вокруг внешней поверхности патрубка, резервуара высокого давления и бленды. Эти отраженные сигналы соответствуют дефектам, а именно трещинам, пустотам или накоплению шлака, на внутренней поверхности патрубка, резервуара высокого давления и бленды. После подтверждения приема отраженного сигнала, оператор регистрирует положение щупа датчика на внешней поверхности. Обычно, проводящий испытание оператор регистрирует местоположение и положение щупа датчика, например обводит контур щупа датчика на внешней поверхности патрубка, резервуара высокого давления и бленды, используя любую технику маркировки.
После завершения различных итераций, заданных режимом испытания, положения индикации дефектов (такие как начерченные (обведенные) контуры, задающие местоположение и положение щупов датчика, когда приняты отраженные сигналы), вводят в компьютеризированную программу испытаний. Если известен использованный угол щупа датчика, и определены координаты и наклон щупа датчика, когда принят отраженный сигнал, тогда компьютеризированная программа испытаний позволяет (с использованием обсуждавшейся здесь выше трехмерной компьютерной модели) составить карту положения дефекта, связанного с отраженным сигналом, на внутренней поверхности патрубка, резервуара высокого давления и бленды. Как только дефект локализован, может быть произведена оценка его значимости, чтобы определить операционные возможности резервуаров.
Определение наклона показано на фиг.4a-d. При наклоне 0°, совпадающем с осью патрубка 12, луч 112 щупа 111 датчика направлен к центру бленды 16 и патрубка 12, как это показано на фиг.4а. При наклоне 90°, луч 112 направлен по окружности вокруг патрубка 12, в направлении по часовой стрелке (+90), как это показано на фиг.4d, или в направлении против часовой стрелки (-90), как это показано на фиг.4b; и при наклоне 180°, вновь совпадающем с осью патрубка 12, луч 112 будет идти в направлении оболочки резервуара, как это показано на фиг.4с.
Когда индикацию регистрируют в процессе проверки, чтобы точно локализовать дефект, понимание положения датчика и его местоположения на поверхности сканирования является обязательным для точного определения положения дефекта на внутренней поверхности. Для того чтобы точно измерять местоположение датчика в азимуте вокруг окружности патрубка, чтобы измерять радиальное положение датчика относительно центра патрубка и чтобы измерять наклон датчика относительно положения патрубка, требуется много времени, причем измерение является трудоемким. Также является трудоемкой и требует много времени разбивка патрубка на участки для проведения испытания, принимая во внимание его (сложную) геометрию и множество поисковых операций, которые используют для специфических радиальных областей вокруг патрубка. Каждую поисковую операцию используют в специфической радиальной области, причем оператор должен быстро идентифицировать различные области.
Принимая во внимание, что патрубок, резервуар высокого давления и бленда могут быть расположены в зоне облучения, и что существенную часть времени нахождения в этой зоне необходимо отвести на проведение испытаний в соответствии с заданным режимом испытаний, необходимо иметь устройство, которое позволяет точно и быстро измерять местоположение и положение (то есть координаты и наклон) индикации отметки дефекта, такой как начерченный контур, на внешней части патрубка, резервуара высокого давления и бленды. Такое устройство должно позволять производить быстрое измерение как радиального положения, так и углового положения индикации дефекта (то есть начерченного контура) относительно оси патрубка, а также наклона щупа датчика, что дает индикацию дефекта (начерченного контура).
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается измерительное устройство, позволяющее определять координаты заданного положения на внешней поверхности резервуара, которое содержит: основание, приспособленное для контакта с внешней поверхностью резервуара; направляющую, идущую в направлении вверх от основания, причем направляющая содержит измерительную шкалу; головку, поддерживаемую с возможностью скольжения при помощи направляющей; и лазер, поддерживаемый головкой и обеспечивающий проецирование изображения на внешнюю поверхность резервуара. Головка может иметь зажимное приспособление, которое позволяет зажимать головку, с возможностью освобождения, на направляющей. Основание может быть ориентировано в различных положениях на внешней поверхности резервуара.
В соответствии с некоторыми вариантами, основание содержит индикатор угла, предназначенный для определения углового положения направляющей. Индикатором угла может быть электронный индикатор угла, или, в соответствии с другими вариантами, индикатором угла может быть ручной индикатор угла, который содержит уровень и транспортир, прикрепленный к основанию так, что когда уровень выровнен и транспортир напротив указателя, такого как метка, нанесенная на основание, показывает девяносто градусов (90), то направляющая ориентирована вертикально. Когда основание перемещают в другое положение на внешней части резервуара, индикатор угла может быть повернут для выравнивания уровня, при этом показания транспортира напротив указанной метки позволяют определить угловое положение направляющей и головки, поддерживаемой при помощи направляющей, относительно вертикали.
Когда изображение, получаемое при помощи лазера, проецируют на внешнюю поверхность резервуара, считывают показания по измерительной шкале, чтобы определить радиальное положение направляющей и головки, поддерживаемой при помощи направляющей, и считывают показания индикатора угла, чтобы определить угловое положение направляющей и головки, поддерживаемой при помощи направляющей.
В соответствии с некоторыми вариантами, лазер представляет собой визирный лазер, позволяющий проецировать изображение в виде креста, причем он установлен в корпусе градуированного колеса, поддерживаемого с возможностью вращения при помощи головки. Когда заданное положение на внешней поверхности резервуара отмечено как индикация дефекта (например, при помощи начерченного контура щупа датчика, когда датчик принимает сигнал индикации дефекта), и когда корпус градуированного колеса вращают, то вращается изображение в виде креста, проецируемое визирным лазером, и ориентация изображения в виде креста может быть связана с наклоном начерченного контура через маркировку в градусах, нанесенную на корпус градуированного колеса.
Предлагается также способ определения координат заданного (найденного) положения на внешней поверхности резервуара, который включает в себя следующие операции:
установка измерительного устройства на внешней поверхности резервуара, причем измерительное устройство имеет основание, направляющую, которая идет в направлении вверх от основания, и головку, которая поддерживается с возможностью вращения при помощи направляющей;
проецирование изображения от лазера, поддерживаемого головкой, на внешнюю поверхность резервуара;
центрирование указанного изображения, проецируемого от лазера, на заданном положении, за счет изменения ориентации основания вокруг внешней поверхности резервуара и за счет регулировки положения головки на направляющей; и
определение координат заданного положения на внешней поверхности резервуара, из положений основания и головки.
В соответствии с некоторыми вариантами способа, координаты заданного положения могут быть определены путем считывания показаний индикатора угла, связанного с основанием, и показаний измерительной шкалы, содержащейся на направляющей. Индикатор угла дает угловое положение направляющей относительно вертикали, а измерительная шкала дает радиальное положение головки, поддерживаемой при помощи направляющей.
Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами, заданное положение на внешней части резервуара указано при помощи начерченного (обведенного) контура, а лазер, поддерживаемый при помощи головки, представляет собой визирный лазер, проецирующий изображение в виде креста; при этом способ предусматривает определение наклона начерченного контура за счет вращения визирного лазера относительно начерченного контура.
В соответствии с некоторыми вариантами, визирный лазер установлен в корпусе градуированного колеса, поддерживаемого с возможностью вращения при помощи головки. Когда корпус градуированного колеса вращают, вращается изображение в виде креста, проецируемое при помощи визирного лазера, при этом ориентация изображения в виде креста может быть связана с наклоном начерченного контура через маркировку в градусах, нанесенную на корпус градуированного колеса.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично показано поперечное сечение внутренней радиусной секции патрубка.
На фиг.2 схематично показаны параметры изменений внутренней радиусной секции патрубка.
На фиг.3 приведен график вычислительной модели внутренней радиусной области патрубка.
На фиг.4а, 4b, 4с и 4d схематично показан наклон щупа датчика у внутренней радиусной области патрубка.
На фиг.5а и 5b приведены графики вычислительной модели для исследования объема при помощи методики определения радиуса бленды во внутренней радиусной области патрубка.
На фиг.6а и 6b приведены графики вычислительной модели для исследования объема при помощи методики определения радиуса резервуара во внутренней радиусной области патрубка.
На фиг.7 показана вертикальная проекция измерительного устройства, установленного на патрубке, перпендикулярно к оси патрубка.
На фиг.8 показана вертикальная проекция измерительного устройства, установленного на патрубке, вдоль оси патрубка.
На фиг.9 показано перспективное изображение с пространственным разделением деталей головки измерительного устройства.
На фиг.10 показано поперечное сечение головки измерительного устройства.
Подробное описание изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается измерительное устройство, позволяющее определять местоположение и положение индикации дефекта на внешней стороне патрубка, резервуара высокого давления и/или бленды между патрубком и резервуаром высокого давления. Более конкретно, устройство позволяет определять местоположение и положение координаты, и наклон индикации дефекта, такой как начерченный контур щупа датчика, нанесенный на внешней части патрубка, резервуара высокого давления и/или бленды (которые далее совместно именуются как "резервуар"). Устройство измеряет как радиальное положение, так и угловое положение начерченного контура относительно оси патрубка, а также наклон щупа датчика, который образует начерченный контур.
Ниже в Таблице 1 приведены представительные комбинации угла и наклона, которые были определены при помощи моделирования патрубка, чтобы обеспечить проверку с полным перекрытием. Указаны также параметры, которые контролируют область сканирования и калибровку.
| Таблица 1 | |||||||
| Методики дифракционного обнаружения для образца патрубка | |||||||
| Угол щупа | Наклон щупа | Поверхность сканирования | Min R | Max R | Min MP | Max MP | Макс. рассогласование |
| 60 | ±24 | Бленда | 13.16 | 15.13 | 8.95 | 12.28 | 18 |
| 70 | ±(12-28) | Резервуар | 16.24 | 21.87 | 12.59 | 17.90 | 18 |
| 50 | ±40 | Бленда | 13.98 | 14.62 | 10.97 | 13.60 | 14 |
(Все единицы даны в градусах)
Угол щупа представляет собой угол падения на поверхность. Он является функцией способа изготовления щупа и имеет фиксированное значение.
Наклон щупа представляет собой наклон щупа при его установке на поверхность бленды или резервуара. В случае щупов, которые используют для контакта с поверхностью бленды, содержащий основание клин (призму) следует сначала оконтурить радиусом, а затем ввести угол наклона, который отличается от 0° на (±) градусов. Это является также функцией способа изготовления щупа и имеет фиксированное значение. В случае щупов, которые используют для контакта с поверхностью резервуара, клин является плоским, и оператор производит наклон щупа в заданных диапазонах, осуществляя сканирование. Этот размер является переменным и может быть измерен с использованием измерительного устройства.
Поверхность сканирования представляет собой область, в которой применяют специфическую методику исследования (эта поверхность представляет собой поверхность оболочки резервуара, поверхность бленды и плавный переход/ бобышку патрубка). Этот размер является переменным по отношению к "R" положению и его измеряют с использованием измерительного устройства.
Величины Min R и Max R представляют собой минимальное и максимальное радиальные положения щупа, которые определяют область сканирования на наружной стороне поверхности, для каждой методики исследования. Этот размер является переменным, обычно идет от центра патрубка и может быть измерен с использованием измерительного устройства.
На фиг.5а и 5b показаны минимальное и максимальное радиальные положения щупа и участок исследуемого объема, перекрытого средством обнаружения радиуса бленды, 60/24b, для щупов, сканируемых при азимутальных углах 114.85° и 203.08° соответственно. На фиг.6а и 6b показаны минимальное и промежуточное радиальные положения щупа и участок исследуемого объема, перекрытого средством обнаружения оболочки резервуара, 70/(12-28)v, для щупов, сканируемых при азимутальных углах 209.92° и 63.12° соответственно.
Измерительное устройство обозначено в общем виде позицией 10 на фиг.7 и 8. Измерительное устройство 10 показано установленным на патрубке 12, ориентированном перпендикулярно относительно резервуара 14 высокого давления. Патрубок 12 сообщается с внутренним объемом резервуара 14 высокого давления, так что флюид во время работы может поступать из резервуара 14 высокого давления через патрубок 12. Бленда 16 образована в том месте, где патрубок 12 приварен к резервуару высокого давления 14. Как на внутренней, так и на внешней сторонах патрубка 12 и резервуара 14 высокого давления, бленда 16 обеспечивает гладкий радиусный переход между патрубком 12 и резервуаром 14 высокого давления.
После осуществления режима проверки (заданного при помощи компьютерной модели или программы проверки), различные местоположения датчика у индикаций дефектов, такие как контуры щупа, могут присутствовать на внешней поверхности патрубка 12, резервуара высокого давления 14 и бленды 16. Эти контуры щупа датчика связаны с дефектами, такими как трещины, пустоты или накопление шлака, на внутренней поверхности патрубка 12, резервуара 14 высокого давления и бленды 16, и были вручную нанесены на внешнюю поверхность, когда, как уже было упомянуто здесь выше, был получен сигнал отражения.
Координаты и наклон щупа датчика, когда был получен сигнал отражения (о чем свидетельствует начерченный контур) могут быть использованы в компьютеризированной программе проверки, чтобы нанести на карту местоположение дефекта.
Так как патрубок 12, резервуар высокого давления 14 и бленда 16 могут быть расположены в зоне облучения, измерительное устройство 10 выполнено так, что позволяет производить быстрое измерение положения (то есть координат и наклона) индикации дефекта, например, начерченного контура. Для этого измерительное устройство 10 выполнено так, что позволяет измерять как радиальное положение, так и угловое положение начерченного контура относительно оси патрубка, а также наклон щупа датчика, который позволяет получить начерченный контур.
Как это показано на фиг.7 и 8, измерительное устройство 10 содержит основание 20, которое может быть приспособлено для того, чтобы "сидеть" на внешней поверхности патрубка 12 и/или резервуара 14 высокого давления. Иначе говоря, основание 20 выполнено с возможностью контакта с внешней поверхностью патрубка 12 и/или резервуара 14 высокого давления и служит для поддержки остальных частей измерительного устройства 10. В зависимости от того, используют ли основание 20 на патрубке 12 или на резервуаре высокого давления 14, основание 20 может иметь различную конфигурацию.
Например, когда основание 20 должно сидеть на патрубке 12, оно может быть V-образным. Как это показано на фиг.7, V-образное основание 20 содержит первую ветвь 22 с первой поверхностью 23 сопряжения, и вторую ветвь 24 со второй поверхностью 25 сопряжения. Первая ветвь 22 и вторая ветвь 24 идут наружу от корпуса 26 под соответствующими углами, так что первая поверхность 23 сопряжения и вторая поверхность 25 сопряжения расположены под тупым углом друг относительно друга. Ориентация первой поверхности 23 сопряжения и второй поверхности 25 сопряжения позволяет V-образному основанию 20 быть расположенным на патрубках, имеющих цилиндрические поверхности выбранных диаметров. Когда основание 20 приспособлено для установки на резервуаре 14 высокого давления, оно имеет форму идеальной коробки. При этом, коробчатое основание 20 имеет главным образом плоскую нижнюю поверхность (не показана), которая предназначена для взаимодействия с внешней поверхностью резервуара 14 высокого давления. Как V-образное, так и коробчатое основание 20 может быть намагничено, так что оно может быть ориентировано в различных положениях на внешней поверхности патрубка 12 и/или резервуара 14 высокого давления.
В направлении вверх от основания 20 измерительного устройства 10 идет направляющая 30, на которой установлена с возможностью скольжения головка 32. Когда используют V-образное основание 20, ручной индикатор угла 34 может быть прикреплен к корпусу 26 с возможностью поворота, что индицировать азимутальное положение (то есть угловое положение относительно вертикали) направляющей 30 и головки 32, поддерживаемой при помощи направляющей 30. Более того, когда используют коробчатое основание 20, электронный индикатор угла (снабженный основанием 20) может быть откалиброван так, чтобы указывать относительное угловое положение (в соответствии с заранее выбранным утлом калибровки) направляющей 30 и головки 32, поддерживаемой при помощи направляющей 30.
Как это показано на фиг.7, ручной индикатор 34 угла содержит уровень 36 и транспортир 38. Ручной индикатор угла 34 установлен так, что направляющая 30 ориентирована вертикально, когда уровень 36 выровнен и транспортир 38 (в соответствии с указателем или отметкой, предусмотренной на основании 20) дает показание девяносто градусов (90°). Когда направляющая 30 (и, следовательно, головка 32) ориентированы в другом круговом положении относительно патрубка 12, ручной индикатор 34 угла может быть повернут для выравнивания уровня 36, и транспортир 38 (в соответствии с упомянутым указателем или отметкой) дает показание, позволяющее определить угол наклона направляющей 30 относительно вертикали. В результате, ручной индикатор 34 угла (установленный с возможностью поворота на основании 20) позволяет измерять азимутальное положение направляющей 30 и головки 32, поддерживаемой при помощи направляющей 30.
Как уже было упомянуто здесь выше, головка 32 выполнена с возможностью скольжения на направляющей 30. Головка 32 может иметь зажимное приспособление 40, которое позволяет зажимать, с возможностью освобождения, головку 32 на направляющей 30. Как это показано на фиг.8, направляющая 30 содержит измерительную шкалу, которая обозначена в общем виде позицией 42. Следовательно, при условии, что диаметр патрубка 12 и/или резервуара 14 высокого давления известны, головка 32 может быть установлена на направляющей 30 с помощью содержащейся на ней измерительной шкалы 42, что позволяет измерять радиальное положение головки 32 относительно оси патрубка 12 и/или резервуара 14 высокого давления.
Как это показано на фиг.9 и 10, головка 32 содержит каркас 46, причем зажимное приспособление 40 может быть образовано с использованием зажимного элемента 48, прикрепленного к каркасу 46. Каркас 46 содержит внутреннюю полость 50 (которая, как уже было упомянуто здесь выше, приспособлена для приема визирного лазера 64), первую сторону 52 и вторую сторону 54. Зажимной элемент 48 прикреплен ко второй стороне 54 с использованием крепежных деталей 56 и вместе со второй стороной 54 образует полость 58 для приема направляющей 30. Винт 60 может быть введен через резьбовое отверстие (не показано) в полость 58, чтобы взаимодействовать с направляющей 30. После установки головки 32 в заданное положение, при помощи винта 60 зажимают головку 32 в заданном положении на направляющей 30.
Визирный лазер 64, который установлен в головке 32, используют для установки головки 32 в заданное положение относительно положения индикации дефекта (или начерченного контура) щупа датчика. Например, визирный лазер 64 может быть прикреплен к корпусу 66 градуированного колеса, который входит с возможностью вращения внутрь полости 50 головки 32. Визирный лазер 64 используют для проецирования лазерного луча 65, проецирующего изображение в виде креста на внешнюю поверхность патрубка 12, резервуара 14 высокого давления или бленды 16. После юстировки измерительного устройства 10, так чтобы изображение в виде креста было центрировано на начерченном контуре, оператор (после считывания показаний на индикаторе угла 34 и на измерительной шкале 42) может определить координаты начерченного контура.
Корпус 66 градуированного колеса, который, как уже было упомянуто здесь выше, установлен в каркасе 46 с возможностью вращения, отъюстирован так, что оператор может определить наклон щупа датчика, связанный с индикацией дефекта (или с начерченным контуром). Как это показано на фиг.9 и 10, корпус 66 градуированного колеса содержит цилиндрическую секцию 70, прикрепленную к пластине 72 в виде кольца. Цилиндрическая секция 70 входит во внутреннюю полость 50, причем пластина 72 в виде кольца имеет маркировку в градусах, обозначенную в общем виде позицией 74. Такую (имеющую маркировку в градусах) пластину 72 в виде кольца можно назвать градуированным колесом, причем, как это обсуждается далее более подробно, это градуированное колесо позволяет оператору определять наклон щупа датчика.
Для обеспечения вращения корпуса 66 градуированного колеса, внутренняя полость 50 может иметь насечки на обоих концах для установки вкладышей 76. Вкладыши 76 взаимодействуют с цилиндрической секцией 70 и обеспечивают гладкое вращение корпуса 66 градуированного колеса относительно каркаса 46.
Цилиндрическая секция 70 содержит полость 80 для установки корпуса 82 для лазера, в котором установлен визирный лазер 64. Как это показано на фиг.9 и 10, корпуса 82 для лазера содержит установочное пространство 84, которое может быть сегментировано для приема компонентов, которые образуют визирный лазер 64. Например, объектив 86 (который формирует изображение в виде креста) и генератор 88 лазерного излучения могут быть расположены на одном конце установочного пространства 84. Переключатель 90, позволяющий включать и выключать генератор 88 лазерного излучения, расположен на другом конце установочного пространства 84. Батарея 92 (предназначенная для энергоснабжения генератора 88 лазерного излучения) соединена с переключателем 90, и, как это показано на фиг.10, может быть расположена рядом с переключателем 90.
Как это показано на фиг.10, крышка 94 переключателя может быть прикреплена к пластине 72 в виде кольца с использованием крепежных деталей 95. Крышка 94 переключателя имеет отверстие 96 и служит для крепления переключателя 90 к корпусу 66 градуированного колеса. Например, резьбовой участок 98 переключателя 90 может выступать из отверстия 96, а гайка 100 может быть использована для крепления переключателя 90 к крышке 94 переключателя.
Для определения наклона щупа датчика, связанного с индикацией дефекта, такой как начерченный контур датчика, измерительное устройство 10, как уже было упомянуто здесь выше, юстируют, так чтобы центрировать изображение в виде креста на начерченном контуре. После этого, корпус 66 градуированного колеса вращают, чтобы определить наклон. Например, корпус 66 градуированного колеса вращают до тех пор, пока сегменты изображения в виде креста (проецируемые при помощи визирного лазера 64) не будут перпендикулярны к сторонам начерченного контура, который пересекает эти сегменты. Опорная точка для измерения вращения корпуса 66 градуированного колеса может быть создана при помощи указателя (стрелки) 104, прикрепленного к первой стороне 52 каркаса 46 с использованием крепежных деталей 105. Следовательно, для того, чтобы определить наклон щупа. датчика, связанного с начерченным контуром, оператор (после того как изображение в виде креста надлежащим образом ориентировано относительно начерченного контура) считывает показания с маркировки 74 в градусах напротив указателя 104. Как таковой, наклон щупа датчика может быть определен путем ориентирования изображения виде креста, проецируемого при помощи визирного лазера 64, и установления связи ориентации изображения в виде креста с маркировкой 74 в градусах напротив указателя 104.
Несмотря на то, что описание было проведено со ссылкой на резервуары высокого давления, патрубки и бленды, которые используют в оборудовании атомных электростанций, предложенное измерительное устройство может быть использовано в любом месте, где требуется быстрое и точное определение или регистрация местоположения и положения на резервуаре, таком как резервуар высокого давления, патрубок или бленда.
Следует иметь в виду, что описанные здесь предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены просто для примера и не имеют ограничительного характера, причем совершенно ясно, что в них специалистами в данной области могут быть внесены изменения и; дополнения, которые не выходят за рамки формулы изобретения.
1. Измерительное устройство, позволяющее определять радиальное положение, угловое положение и наклон заданного места на внешней поверхности резервуара, содержащее:
основание, выполненное с возможностью контакта с внешней поверхностью резервуара, и с возможностью ориентирования в различных положениях на внешней поверхности резервуара;
направляющую, идущую вверх от основания, содержащую измерительную шкалу для определения радиального положения заданного места;
индикатор угла, предназначенный для определения углового положения направляющей;
головку направляющей, поддерживаемую с возможностью скольжения;
лазер, поддерживаемый головкой и предназначенный для проецирования изображения на внешнюю поверхность резервуара, и
средство для определения ориентации указанного изображения.
2. Измерительное устройство по п.1, в котором основание намагничено.
3. Измерительное устройство по п.1, в котором индикатор угла представляет собой электронный индикатор угла.
4. Измерительное устройство по п.1, в котором индикатор угла представляет собой ручной индикатор угла, который содержит уровень и транспортир и связан с основанием так, что, когда уровень выровнен и показание на транспортире напротив указателя дает калиброванное значение угла, то направляющая ориентирована вертикально, а калиброванное значение угла составляет, необязательно, девяносто градусов.
5. Измерительное устройство по п.4, в котором индикатор угла выполнен с возможностью поворота для выравнивания уровня при перемещении основания в другое положение на внешней части резервуара, и показание на транспортире напротив стрелки может быть считано, чтобы определить угловое положение направляющей и головки, поддерживаемой при помощи направляющей, относительно вертикали.
6. Измерительное устройство по п.1, в котором показание на измерительной шкале считываемо, когда изображение, созданное лазером, проецируют на внешнюю поверхность резервуара, чтобы определить радиальное положение направляющей и головки, поддерживаемой при помощи направляющей, и показание индикатора угла может быть считано, чтобы определить угловое положение направляющей и головки, поддерживаемой при помощи направляющей.
7. Измерительное устройство по п.1, в котором лазер представляет собой визирный лазер, позволяющий проецировать изображение в виде креста.
8. Измерительное устройство по п.7, в котором визирный лазер установлен в корпусе градуированного колеса, который поддерживается головкой с возможностью вращения.
9. Измерительное устройство по п.8, в котором заданное место на внешней поверхности резервуара указано при помощи начерченного контура, и когда корпус градуированного колеса вращают, вращается изображение в виде креста, проецируемое при помощи визирного лазера, причем ориентация изображения в виде креста может быть связана с наклоном начерченного контура через маркировку в градусах, нанесенную на корпус градуированного колеса.
10. Измерительное устройство по п.1, в котором головка содержит зажимное приспособление, позволяющее зажимать, с возможностью освобождения, головку на направляющей.
11. Способ определения радиального положения, углового положения и наклона заданного места на внешней поверхности резервуара, который включает в себя следующие операции:
установку измерительного устройства на внешней поверхности резервуара, причем измерительное устройство имеет основание, направляющую с измерительной шкалой, идущую от основания, индикатор угла, предназначенный для определения углового положения направляющей, и головку направляющей, поддерживаемую с возможностью скольжения;
проецирование изображения от лазера, поддерживаемого головкой, на внешнюю поверхность резервуара;
центрирование указанного изображения, проецируемого лазером, на заданном положении за счет ориентирования основания относительно внешней поверхности резервуара и за счет регулировки головки на направляющей;
ориентирование данного изображения, проецируемого лазером, около заданного места на внешней поверхности резервуара за счет вращения лазера относительно головки;
определение радиального и углового положения заданного места на внешней поверхности резервуара из положений основания и головки;
определение наклона заданного места изображения из ориентации лазера.
12. Способ по п.11, в котором радиальное и угловое положение заданного места определяют за счет считывания показаний индикатора угла, связанного с основанием, и показаний измерительной шкалы, содержащейся на направляющей.
13. Способ по п.12, в котором индикатор угла дает угловое положение направляющей относительно вертикали, а измерительная шкала дает радиальное положение головки, поддерживаемой при помощи направляющей.
14. Способ по п.13, в котором индикатор угла представляет собой электронный индикатор угла.
15. Способ по п.13, в котором индикатор угла представляет собой ручной индикатор угла, который содержит уровень и транспортир, и связан с основанием так, что, когда уровень выровнен и показание на транспортире напротив указателя дает калиброванное значение угла, то направляющая ориентирована вертикально, а калиброванное значение угла составляет, необязательно, девяносто градусов.
16. Способ по п.15, в котором заданное место на внешней поверхности резервуара указывают при помощи начерченного контура.
17. Способ по п.16, в котором визирный лазер установлен в корпусе градуированного колеса, поддерживаемого, с возможностью вращения, при помощи головки.
18. Способ по п.17, в котором, когда корпус градуированного колеса вращают, то вращается изображение в виде креста, проецируемое при помощи визирного лазера, и ориентация изображения в виде креста может быть связана с наклоном начерченного контура через маркировку в градусах, нанесенную на корпус градуированного колеса.
19. Способ по п.16, в котором лазер, поддерживаемый головкой, представляет собой визирный лазер, позволяющий проецировать изображение в виде креста.
20. Способ по п.19, включающий определение наклона начерченного контура за счет вращения визирного лазера относительно начерченного контура.
