Многонаправленное электромагнитное ярмо для обследования каналов



Многонаправленное электромагнитное ярмо для обследования каналов
Многонаправленное электромагнитное ярмо для обследования каналов

 


Владельцы патента RU 2550760:

СИМЕНС ЭНЕРДЖИ, ИНК. (US)

Изобретение относится к системе неразрушающего контроля. Контрольное устройство для обнаружения дефектов в канале компонента содержит сердечник, первую катушку, намотанную вокруг сердечника в первом направлении, вторую катушку, намотанную вокруг сердечника во втором направлении, причем первое и второе направления ортогональны друг другу, защитный материал, окружающий сердечник, первую катушку и вторую катушку, и контроллер, выполненный с возможностью управления контрольным устройством, причем упомянутый контроллер по выбору обеспечивает протекание тока в первой катушке и во второй катушке для формирования электромагнитных полей в ортогональных направлениях, направленных соответственно вдоль канала и в боковом направлении канала, причем протекание тока устанавливается по выбору для обнаружения дефектов на поверхности в канале или обнаружения дефектов, которые находятся глубже в структуре, соответственно в поперечном и в продольном направлениях канала. Технический результат - повышение точности обнаружения дефектов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к контрольному устройству, которое формирует электромагнитное поле для обследования канала, и более конкретно к системе неразрушающего контроля, включающей в себя контрольное устройство, имеющее ортогональные обмотки, которые обеспечивают многонаправленные электромагнитные поля для обследования каналов в больших клапанах на предмет дефектов.

Уровень техники

Паровые турбины представляют собой большие механизмы, которые включают в себя множество соединенных друг с другом частей для преобразования тепловой энергии пара в энергию вращательного движения для совершения работы. Некоторые из этих частей представляют собой большие клапаны, имеющие каналы, которые управляют потоком текучей среды в различных местах турбины способом, который понятен специалистам в данной области техники. Поскольку клапаны работают в очень агрессивной тепловой среде, каналы клапанов, как правило, необходимо периодически обследовать на предмет износа, дефектов и других неоднородностей, таких как наведенные трещины на поверхности, которые могут неблагоприятно сказываться на работе турбины. Таким образом, в данной области техники известен периодический демонтаж клапанов и других компонентов турбины и выполнение различных процедур технического обслуживания, например, при ремонте механизма, в лабораторных условиях для обследования каналов клапанов на предмет таких дефектов.

Неразрушающий контроль каналов клапанов с использованием процесса обследования посредством магнитных частиц и электромагнитных полей при процедурах технического обслуживания известен в данной области техники. В одном известном процессе обследования удлиненный кабель или стержень вводят в канал клапана, причем стержень включает в себя катушку, по которой может протекать электрический ток. Стержень вводят, как правило, вдоль центра канала для обеспечения равномерного электромагнитного поля по всей окружности канала. Протекание тока в катушке формирует электромагнитное поле вокруг катушки, которое взаимодействует с ферроэлектрической конструкцией клапана, через который проходит канал. Электромагнитное поле индуцирует токи в структуре клапана вблизи канала, и если в канале имеется неоднородность, ток и связанное с ним магнитное поле вызовут потерю магнитного гистерезиса в области неоднородности, которая притягивает железные и другие магнитные частицы. Тело клапана, как правило, соединено с линией заземления, что позволяет току протекать в структуре клапана. На внутреннюю поверхность канала подают раствор, включающий в себя надлежащий краситель и суспендированные магнитные частицы. Если имеется неоднородность, магнитные частицы собираются у неоднородности в результате потери гистерезиса, что становится более заметным вследствие большей интенсивности красителя в таких местах. Камеры, оптические детекторы, зеркала и т.п. могут быть размещены с расчетом по отношению к каналу таким образом, чтобы эта визуальная индикация неоднородности могла быть видна специалисту, выполняющему обследование.

Вышеописанный неразрушающий контроль имеет ограничения, связанные с возможностью обеспечивать надлежащую напряженность электромагнитного поля в структуре клапана, которая необходима для формирования желаемого уровня потерь гистерезиса на неоднородностях. В частности, поскольку каналы многих из таких клапанов являются довольно большими, расстояние между контрольным устройством и стенкой канала может быть значительным, причем напряженность поля, формируемого катушкой в устройстве, существенно снижается до взаимодействия со структурой клапана. Выполнение контрольного устройства с большим диаметром имеет различные недостатки, включая необходимость множества контрольных устройств различных размеров, увеличенный размер и вес контрольного устройства и т.п. Таким образом, для множества каналов больших размеров возможность обнаружения определенных дефектов или неоднородностей ограничена, а иногда отсутствует.

Кроме того, контрольное устройство для известной системы контроля такого типа включает в себя одну катушку, которая обеспечивает электромагнитное поле в одном направлении относительно канала. В частности, направление обмотки в катушке обеспечивает электромагнитное поле, которое индуцирует протекание тока в структуре клапана в направлении вдоль длины канала. Для тех дефектов, которые перпендикулярны этому направлению, ток с легкостью вызовет накопление магнитных частиц у дефекта. Однако для тех дефектов, которые параллельны направлению канала, причем направление протекания тока будет по существу параллельно дефекту, возможность накопления магнитных частиц у дефекта за счет протекания тока будет ограниченной.

Раскрытие изобретения

В соответствии с сущностью настоящего изобретения описана система неразрушающего контроля, применяемая, в частности, для обследования канала клапана на предмет дефектов. Система включает в себя контрольное ярмо, имеющее ферромагнитный сердечник, причем первая катушка намотана вокруг сердечника в одном направлении и вторая катушка намотана вокруг сердечника в ортогональном направлении таким образом, что в канале могут быть сформированы ортогональные магнитные поля. Контроллер обеспечивает протекание тока через катушки для формирования электромагнитных полей с целью обнаружения дефектов в канале.

Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего описания и приложенной формулы изобретения, рассматриваемых в сочетании с сопровождающими чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид в плане системы неразрушающего контроля для обнаружения неоднородностей в канале компонента; и

Фиг.2 - вид в перспективе контрольного устройства, ассоциированного с контрольной системой, показанной на фиг.1, на которой показано множество обмоток.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание вариантов выполнения изобретения, относящихся к системе неразрушающего контроля, является по своей сущности лишь примерным и ни в коей мере не подразумевает ограничение изобретения или его применений или способов использования. Например, приведенное в настоящем документе описание относится конкретно к контрольной системе для обнаружения неоднородностей в канале клапана, причем клапан является частью паровой турбины. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что контрольная система согласно изобретению будет применима для обнаружения дефектов в любом канале, обеспеченном в проводящем материале, выполненном с возможностью формирования в нем электрических токов от индуцированных электромагнитных полей.

Фиг.1 иллюстрирует испытательную среду 10 для неразрушающего контроля структуры 12 компонента, такой как тело клапана, имеющей проходящий через нее канал 14, с использованием системы 16 неразрушающего контроля. Контрольная система 16 включает в себя контрольное устройство 18, установленное на удлиненный элемент 20, который позволяет вводить устройство 18 в канал 14 в испытательных целях в соответствии с настоящим описанием. Устройство 18 может быть введено в канал 14 вручную или может быть предусмотрено какое-либо надлежащее приспособление (не показано) для управляемого введения устройства 18 в канал 14 таким образом, что оно проходит вниз по центру канала 14.

Как будет подробно описано ниже, контрольное устройство 18 включает в себя две ортогонально намотанные катушки, окружающие сердечник и заключенные в надлежащий защитный материал, такой как слой 22 эпоксидной смолы или другого заливочного материала. Контроллер 24 обеспечивает протекание тока по обмоткам в контрольном устройстве 18 для формирования электромагнитных полей, обеспечивающих обследование. Линия 28 соединяет контрольное устройство 18 с контроллером 24, и подразумевается, что она представляет электропроводку, необходимую для обеспечения протекания тока по катушкам в устройстве 18. Надлежащее оптическое устройство, такое как камера 26, может оптическим способом обнаруживать излучения из канала 14 в ответ на электромагнитные поля, взаимодействующие со структурой 12 компонента, которые могут передаваться в контроллер 24 для отображения или могут визуально наблюдаться в канале 14. Подразумевается, что камера 26 представляет любое надлежащее оптическое устройство или систему, применимую в описанной в настоящем документе контрольной системе 16, причем множество таких устройств хорошо известны специалистам в данной области техники.

Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе контрольного устройства 18, в котором удален внешний защитный слой 22. Устройство 18 включает в себя сердечник 34, выполненный из ферромагнитного материала с возможностью увеличения напряженности электромагнитных полей. Сердечник 34 может быть выполнен из любого надлежащего проницаемого магнитного материала, такого как железо. В одном варианте выполнения сердечник 34 выполнен из имеющей покрытие нетекстурованной электротехнической стали с высоким содержанием кремния, хотя равным образом могут быть применимы и другие материалы. В данном варианте выполнения сердечник 34 имеет форму блока с резкими краями, хотя в другом варианте выполнения сердечник 34 может иметь другие формы. Первая катушка 36 намотана вокруг сердечника 34 в противоположном направлении, перпендикулярном катушке 36, как показано.

Ферромагнитный сердечник 34 повышает напряженность электромагнитного поля, формируемого катушками 36 и 38. Например, для сердечника, имеющего диаметр около шести дюймов, напряженность электромагнитного поля, распространяющегося от сердечника 34, может быть повышена приблизительно в десять раз. Контроллер 24 обеспечивает протекание тока через катушки 36 и 38 и управляет им, и обеспечивает питание для формирования тока. Контроллер 24 включает в себя переключатель 40, который по выбору включает и выключает протекание тока по катушкам 36 и 38. Когда ток течет по катушке 36, электромагнитное поле формирует ток в структуре 12 в направлении вдоль канала 14, что больше подходит для обнаружения дефектов, расположенных в направлении, поперечном каналу 14. Когда подача тока переключается на катушку 38, электромагнитное поле формирует ток в структуре 12 в боковом направлении относительно канала 14, что больше подходит для обнаружения дефектов, расположенных в продольном направлении относительно длины канала 14.

Кроме того, контроллер 24 выполнен с возможностью формирования как сигналов переменного тока (AC), так и сигналов постоянного тока (DC) в катушках 36 и 38. В данном варианте выполнения контроллер 24 включает в себя выпрямительную схему 42, которая преобразует переменный ток в постоянный (AC в DC) и может по выбору обеспечивать либо сигнал AC, либо сигнал DC в катушках 36 и 38 в зависимости от необходимости. Сигналы AC в большей мере способствуют обнаружению дефектов на поверхности в канале 14, а сигналы DC в большей мере способствуют обнаружению дефектов, которые находятся глубже в структуре 12. Кроме того, контроллер 24 может по выбору управлять мощностью, которая обеспечивает протекание тока через катушки 36 и 38, что также управляет глубиной проникновения электромагнитного поля в структуру 12 и может быть более подходящим для каналов 14 больших размеров.

Специалист покрывает внутреннюю часть канала 14 надлежащим раствором, в котором суспендирован цветной краситель и магнитные частицы, такие как частицы железа. Далее специалист вручную или другим способом вводит контрольное устройство 18 в канал 14 управляемым образом с надлежащей скоростью и/или в необходимое место в канале 14 таким образом, что токи, индуцированные в структуре 12 электромагнитными полями, вызывают накопление содержащихся в растворе магнитных частиц у неоднородности и обеспечивают возможность их наблюдения или регистрации камерой 26, пока приводится в действие одна из катушек 36 или 38. Тот же процесс может быть повторен с приведением в действие другой катушки 36 или 38.

Вышеприведенное описание раскрывает и описывает лишь примерные варианты выполнения настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники на основании такого описания и сопровождающих чертежей и формулы изобретения очевидным образом признают возможность реализации различных изменений, модификаций и вариаций настоящего изобретения, не выходящих за рамки сущности и объема изобретения, определяемых нижеследующей формулой изобретения.

1. Контрольное устройство для обнаружения дефектов в канале компонента, причем упомянутое устройство содержит:
сердечник,
первую катушку, намотанную вокруг сердечника в первом направлении,
вторую катушку, намотанную вокруг сердечника во втором направлении, причем первое и второе направления ортогональны друг другу,
защитный материал, окружающий сердечник, первую катушку и вторую катушку, и
контроллер, выполненный с возможностью управления контрольным устройством, причем упомянутый контроллер по выбору обеспечивает протекание тока в первой катушке и во второй катушке для формирования электромагнитных полей в ортогональных направлениях, направленных соответственно вдоль канала и в боковом направлении канала, причем протекание тока устанавливается по выбору для обнаружения дефектов на поверхности в канале или обнаружения дефектов, которые находятся глубже в структуре, соответственно в поперечном и в продольном направлениях канала.

2. Контрольное устройство по п. 1, которое дополнительно включает в себя удлиненный элемент, прикрепленный к сердечнику, который позволяет вручную вводить контрольное устройство в канал.

3. Контрольное устройство по п. 1, в котором контроллер выполнен с возможностью формирования сигнала переменного тока или сигнала постоянного тока в первой и второй катушках.

4. Контрольное устройство по п. 1, в котором сердечник выполнен из ферромагнитного материала.

5. Контрольное устройство по п. 1, в котором сердечник имеет, в общем, квадратное сечение.

6. Контрольное устройство по п. 1, в котором сердечник выполнен из нетекстурованной электротехнической стали с высоким содержанием кремния.

7. Контрольная система для обнаружения дефектов в канале компонента, причем упомянутая система содержит
контрольное устройство по любому из пп. 1-6, выполненное с возможностью введения в канал компонента,
оптическое устройство для обнаружения оптических сигналов из канала компонента, и
средство формирования визуальных сигналов, обнаруживаемых оптическим устройством, когда электромагнитные поля индуцируют в компоненте ток.

8. Контрольная система по п. 7, в которой оптическое устройство обнаруживает окрашенные магнитные частицы.

9. Контрольная система по п. 7, в которой оптическое устройство включает в себя камеру.

10. Контрольная система по п. 7, в которой компонент является клапаном.

11. Контрольная система по п. 10, в которой клапан является клапаном для паровой турбины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к биологии и медицине, а именно - к качественной и/или количественной индикации аналитов. Устройство для сбора аналита из раствора путем концентрирования его на магнитных частицах включает в себя проточную камеру, состоящую из верхнего и нижнего каналов, содержащих электроды для создания электрического поля, перпендикулярного потоку жидкости в проточном канале из полупроницаемой диализной мембраны, размещенном между верхним и нижним каналами, концентратор магнитного поля и магнит для создания магнитного момента в концентраторе.

Настоящая группа изобретений касается стенда и способа контроля посредством магнитной дефектоскопии трубчатой детали, такой как вал газотурбинного двигателя. Стенд (10) для контроля посредством магнитной дефектоскопии трубчатой детали (12), такой как вал газотурбинного двигателя, содержит инструмент (14) удлиненной формы, который предназначен для введения внутрь детали и на котором установлены средства эндоскопии с ультрафиолетовым освещением для освещения внутренней поверхности детали и наблюдения возможных дефектов детали, и средства (34) установки против метки, взаимодействующие защелкиванием с метками (32) инструмента, равномерно распределенными, по меньшей мере, на части его длины, для точного контроля продвижения и положения инструмента в детали (12).

Изобретение относится к неразрушающему контролю железнодорожных (ж/д) колес методом магнитопорошковой дефектоскопии. Согласно способу ведут намагничивание боковой поверхности ж/д колеса во вращающемся магнитном поле и полив магнитной суспензией сектора контроля, совмещенного с зоной полива.

Изобретение относится к области дефектоскопии и предназначено для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов на дефекты типа нарушений сплошности.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при магнитографической дефектоскопии и феррографии. .
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а точнее - к области магнитопорошковой дефектоскопии и в частности - к способам получения материалов для контроля деталей, узлов и конструкций из ферромагнитных материалов.
Изобретение относится к области криминалистики и судебно-технической экспертизе документов. .
Изобретение относится к области криминалистики и судебно-технической экспертизе документов. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для визуализации магнитных полей записи при магнитографической дефектоскопии и феррографии.

Изобретение относится к намагничивающему устройству для магнитно-порошкового контроля колес. Технический результат состоит в повышении плотности магнитного потока. Намагничивающее устройство 100 для магнитно-порошкового контроля колеса 7 включает в себя ступицу 71, диск 72 и обод 73 в последовательности изнутри наружу в радиальном направлении колеса. Устройство включает в себя проводник 1, введенный в канал 711 ступицы 71, и пару вспомогательных проводников 2, соединенных с соответствующими противоположными концевыми частями проводника 1 и расположенных таким образом, что они обращены к соответствующим противоположным боковым поверхностям колеса 7 и проходят наружу от ступицы 71 к ободу 73 в радиальном направлении колеса 7. К паре вспомогательных проводников 2 и проводнику 1 подведено питание переменного тока. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для индикации магнитных полей электромагнитов, постоянных магнитов, соленоидов, магнитных полей дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что индикатор магнитного поля включает емкость с ферромагнитной суспензией, содержащей дисперсионную среду из мыльного раствора вязкостью 50 сП с добавкой соляной кислоты концентрацией 30% в объеме 2-10% от объема дисперсионной среды, 50-400 мг/мл ферромагнитного порошка, и два электрода, установленных перпендикулярно горизонтальной оси емкости в виде медных вертикальных пластин, помещенных в емкость и жестко закрепленных на ее внутренней боковой поверхности, медные вертикальные пластины делят емкость на центральную и две боковые части, не сообщающиеся между собой, при этом одна из боковых частей заполнена ферромагнитной суспензией, а остальные - дисперсионной средой. Технический результат: обеспечение возможности индикации не только неоднородных, но и однородных магнитных полей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх