УСТРОЙСТВО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТОКАМИ ФУКО ОТВЕРСТИЯ, ВЫПОЛНЕННОГО В ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ ДЕТАЛИ Российский патент 2012 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к устройству неразрушающего контроля токами Фуко отверстия, выполненного в токопроводящей детали, в частности в металлической детали, и, говоря более конкретно, к устройству, адаптированному для исследования упомянутого отверстия протягиванием без вращения, причем это отверстие не является прямолинейным и/или имеет сечение, не являющееся круглым. В качестве не являющегося ограничительным примера изобретение позволяет обеспечить контроль отверстий охлаждения или отверстий для отбора воздуха, выполненных в диске ротора газотурбинного двигателя.

В диске турбореактивного двигателя, например в диске турбины высокого давления, имеются изогнутые отверстия, проходящие между передней поверхностью этого диска и основаниями тангенциальных ячеек, в которых удерживаются лопатки. Эти отверстия позволяют нагнетать охлаждающий воздух. Подобная компоновка предусмотрена на некоторых дисках компрессора высокого давления для того, чтобы осуществлять отбор воздуха.

Кроме того, эти отверстия обычно не имеют круглого сечения. Чаще всего эти отверстия имеют эллиптическое сечение. В классическом варианте эти отверстия являются объектом контроля токами Фуко, что требует введения нескольких адаптированных зондов и применения всякий раз протягивания для того, чтобы обследовать внутреннюю поверхность упомянутого отверстия параллельными продольными полосами. Цель контроля токами Фуко состоит в том, чтобы определить местоположение аномалий состояния поверхности отверстия и, в частности, образования мелких трещин на поверхности или находящихся под ней. Контакт между зондом и поверхностью отверстия должен поддерживаться в процессе протягивания для того, чтобы контроль был надежным. Однако эти отверстия могут иметь изменяющееся сечение, то есть сечение, не являющееся строго постоянным по всей их длине, и даже представляющее локальные изменения кривизны.

Известная система содержит комплект изогнутых рычагов, на каждом из которых установлен зонд, заключающий в себе датчик токов Фуко. Этот зонд представляет разрезной конец, упругогибкий, заключающий в себе датчик. Эта система не обладает достаточной чувствительностью и точностью, поскольку поверхность, обследуемая в процессе протягивания, является слишком значительной, и особенно вследствие того, что нет уверенности в достижении хорошего контакта между наружной поверхностью зонда, в оптимальной точке этого зонда, и внутренней поверхностью отверстия.

В изобретении предлагается усовершенствование системы подобного типа.

Говоря более конкретно, изобретение относится к устройству неразрушающего контроля токами Фуко отверстия, выполненного в токопроводящей детали, устройству адаптированного типа для исследования упомянутого отверстия путем протягивания без вращения, содержащему ручку, форма и размеры которой определены таким образом, чтобы эта ручка могла быть введена в упомянутое отверстие, отличающемуся тем, что это устройство дополнительно содержит:

- по меньшей мере, один рычаг, шарнирно закрепленный в непосредственной близости от конца упомянутой ручки и содержащий изогнутую наружную боковую сторону,

- датчик токов Фуко, встроенный в упомянутый рычаг в непосредственной близости от упомянутой изогнутой наружной боковой стороны,

- упругое средство для приложения усилия на упомянутый шарнирный рычаг в направлении к внешней стороне, причем компоновка является такой, что шарнирный рычаг находится в контакте с внутренней поверхностью отверстия.

Для защиты датчика предпочтительным является покрыть его смолой. В этих условиях именно эта затвердевшая смола входит в контакт с внутренней поверхностью отверстия.

Для контроля криволинейного отверстия ручка является изогнутой и кривизна ручки соответствует кривизне отверстия. Предпочтительным образом на этой ручке установлены, по меньшей мере, два упомянутых выше шарнирных рычага, располагающихся друг против друга.

Предпочтительным образом такая ручка будет содержать несколько пар упомянутых выше шарнирных рычагов.

В соответствии с одним из способов реализации каждый рычаг шарнирно устанавливается при помощи оси на кронштейне, жестко связанном с упомянутой ручкой, а пружина устанавливается между этой ручкой или кронштейном и упомянутым рычагом, чтобы отталкивать его к внешней стороне.

Для отверстия с сечением, которое не является круглым, в частности для отверстия с эллиптическим сечением, рычаги такой пары отстоят друг от друга на расстояние, соответствующее ширине отверстия между рассматриваемыми датчиками.

Предпочтительным образом, устройство дополняется передней направляющей деталью, имеющей контур, соответствующий сечению отверстия. Эта направляющая деталь размещается на конце ручки. Также предпочтительным образом задняя направляющая деталь закреплена на ручке позади рычага или рычагов, причем эта задняя направляющая деталь имеет контур, соответствующий сечению отверстия.

Для контроля отверстия с предварительно определенной кривизной и/или сечением, в основном, будут использовать несколько устройств контроля описанного выше типа. Устройства контроля из одного и того же комплекта являются сходными (в частности, в том, что касается их ручек), но отличаются друг от друга положениями шарнирных рычагов на их концах. Датчики, установленные на всех рычагах различных устройств контроля, предназначены для перемещения параллельно выбранным образующим отверстия соответственно таким образом, чтобы иметь возможность обследовать состояние поверхности отверстия узкими параллельными полосами.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания нескольких устройств контроля, выполненных в соответствии с принципом этого изобретения и приведенных здесь в качестве не являющихся ограничительными примеров, где даются ссылки на приведенные в приложении чертежи, среди которых:

- Фиг.1 представляет собой общий перспективный вид устройства контроля в соответствии с предлагаемым изобретением;

- Фиг.1А представляет собой детальный вид сзади, демонстрирующий переднюю направляющую деталь, показанную на фиг.1;

- Фиг.2 представляет собой детальный вид в увеличенном масштабе одного из рычагов, на котором установлен датчик, устройства, показанного на фиг.1;

- Фигуры с 3 по 5 представляют собой детальные виды нескольких устройств, подобных устройству, показанному на фиг.1, объединяющих в их наборах некоторое число датчиков, установленных в различных местах.

Устройство контроля 11, представленное на фигурах 1 и 2, разработано для обследования по меньшей мере одной узкой полосы внутренней поверхности отверстия 12, выполненного в токопроводящей детали, в данном случае металлической. В соответствии с примером это отверстие представляет постоянный радиус кривизны и контур, не являющийся круглым, в данном случае эллиптический контур. Отверстия такого типа можно встретить на диске турбины высокого давления турбореактивного двигателя. Это отверстие проходит между одной стороной диска и основанием тангенциальной ячейки, в которой удерживается корневая часть лопатки. Воздух нагнетается в такое отверстие для обеспечения охлаждения корневой части лопатки. Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить неразрушающий контроль токами Фуко поверхности такого отверстия.

Разумеется, устройство контроля в соответствии с изобретением может соответствовать или может быть адаптировано для обследования, путем протягивания, состояния поверхности (и даже структуры материала в непосредственной близости от этой поверхности на некоторой глубине) любого отверстия, выполненного в токопроводящей детали.

Устройство содержит ручку 13, форма и размеры которой определены таким образом, чтобы она могла быть введена в данное отверстие. Ручка, например, может быть установлена на конце рычага программируемого робототехнического устройства для того, чтобы заставить эту ручку описывать соответствующую траекторию, например, вдоль ее собственной линии кривизны. Ручка должна иметь сечение, меньшее, чем сечение отверстия, для того, чтобы иметь возможность быть введенной в это отверстие без вхождения в контакт с его внутренней поверхностью. Как представлено, ручка является изогнутой и ее кривизна соответствует кривизне отверстия. Например, если речь идет об изогнутом отверстии с постоянным радиусом кривизны, то ручка имеет радиус кривизны, по существу равный радиусу кривизны отверстия.

В непосредственной близости от конца этой ручки 13 располагается закрепленный на ней, по меньшей мере, один шарнирный рычаг. Этот рычаг содержит изогнутую наружную боковую сторону 17. Предпочтительным образом на ручке закреплены, по меньшей мере, два упомянутых выше шарнирных рычага 15А, располагающихся друг против друга. Говоря более конкретно, рычаги расположены таким образом, чтобы точки их контакта с поверхностью отверстия были по существу симметричными по отношению к центру сечения отверстия. В соответствии с предпочтительным способом реализации на ручке установлены несколько пар упомянутых выше шарнирных рычагов 15А, 15В. В описанных здесь примерах такая ручка содержит две пары шарнирных рычагов.

Как представлено на чертеже, ручка содержит кронштейн 19 на своем конце и каждый рычаг шарнирно установлен относительно оси 21 на этом кронштейне. Ориентация оси такова, что рычаг 15А, 15В поворачивается в плоскости, по существу перпендикулярной к подлежащей обследованию поверхности и проходящей через точку контакта между изогнутой наружной боковой стороной рычага и упомянутой поверхностью.

Датчик 23 токов Фуко встроен в рычаг в непосредственной близости от изогнутой наружной боковой стороны 17 этого рычага и, говоря более конкретно, в непосредственной близости от точки контакта Р, предусмотренного между этой боковой стороной и поверхностью, подлежащей контролю. Каждый датчик покрыт каплей смолы 25, обеспечивающей его защиту. Хорошие характеристики устойчивости к износу достигаются путем введения в эту смолу таких материалов, как карбид кремния, двуокись алюминия или керамика.

Кроме того, предусматривается упругое средство для приложения усилия на каждый шарнирный рычаг в направлении к внешней стороне таким образом, чтобы этот рычаг находился в контакте с внутренней поверхностью отверстия, причем точка контакта Р располагается в непосредственной близости от датчика. В этом примере пружина 24 установлена между кронштейном, расположенным на конце ручки, и шарнирным рычагом. В зависимости от конкретных случаев реализации, в частности в зависимости от располагаемого свободного места, пружина может представлять собой простую спиральную пружину, сжатую между кронштейном и рычагом, или же спиральную пружину со стержнем. Электрические провода 27, присоединенные к датчику, проходят вдоль поверхности рычага и входятся в канал ручки.

Устройство дополняется, по меньшей мере, одной направляющей деталью, позволяющей позиционировать наиболее точным образом упомянутые датчики по отношению к сечению отверстия. Таким образом, различают переднюю направляющую деталь 30, которая размещается на конце упомянутой ручки. Эта направляющая деталь имеет контур, соответствующий сечению отверстия, то есть, в соответствии с примером, эллиптическому сечению. Ее сечение расширяется спереди назад вплоть до достижения величины, близкой к сечению отверстия.

Также предусматривается задняя направляющая деталь 32, которая закрепляется на ручке позади совокупности поворотных рычагов. Эта задняя направляющая деталь также имеет контур, соответствующий сечению отверстия. Таким образом, после того, как направляющие детали введены в отверстие, каждый поворотный рычаг принуждается к следованию по предварительно определенной линии, проходящей по длине этого отверстия, для того, чтобы соответствующий датчик 23 имел возможность обследовать состояние поверхности узкой полосы по одну и по другую стороны от этой линии контакта.

Как это можно видеть на фигурах с 3 по 5, полный состав оборудования контроля токами Фуко содержит несколько устройств контроля, соответствующих предшествующему описанию, но отличающихся друг от друга положениями шарнирных рычагов (15А, 115А, 215А-15В, 115В, 215В), которые установлены в этих устройствах, относительно сечения отверстия 12. Таким образом, проводя столько прошивок, сколько имеется устройств контроля, получают возможность снять совокупность сигналов, являющихся репрезентативными для состояния поверхности стольких же параллельных и примыкающих полос внутренней поверхности отверстия. Совокупность полученных таким образом данных позволяет получить точное определение возможных дефектов на внутренней поверхности отверстия или находящихся слегка под ней.

Изобретение применяется к деталям из композитного материала на основе углеволокна, токопроводящим.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля отверстия, не являющегося прямолинейным и/или имеющего сечение, не являющееся круглым, в частности отверстия в диске ротора газотурбинного двигателя. Сущность: устройство контроля содержит ручку, форма и размеры которой таковы, чтобы она могла быть введена в упомянутое отверстие, по меньшей мере, один рычаг (15А), шарнирно установленный на кронштейне (19), закрепленном на конце ручки, датчик (23) токов Фуко, встроенный в рычаг, и упругое средство (24) для приложения усилия на рычаг по направлению к внешней стороне против внутренней поверхности отверстия. Технический результат: повышение чувствительности и точности за счет обеспечения хорошего контакта между поверхностью зонда и внутренней поверхностью отверстия. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство неразрушающего контроля токами Фуко отверстия, выполненного в токопроводящей детали, устройство адаптированного типа для исследования упомянутого отверстия путем протягивания без вращения, содержащее ручку (13), форма и размеры которой определены таким образом, чтобы она могла быть введена в упомянутое отверстие, отличающееся тем, что содержит:
- по меньшей мере, один шарнирный рычаг (15А) в непосредственной близости от конца упомянутой ручки, содержащий изогнутую наружную боковую сторону,
- датчик (23) токов Фуко, встроенный в упомянутый рычаг в непосредственной близости от упомянутой изогнутой наружной боковой стороны,
- упругое средство (24) для приложения усилия на упомянутый шарнирный рычаг в направлении к внешней стороне, причем компоновка является такой, что шарнирный рычаг находится в скользящем контакте с внутренней поверхностью отверстия, и этот скользящий контакт осуществляется в непосредственной близости от упомянутой наружной изогнутой стороны и от упомянутого датчика.

2. Устройство по п.1 для контроля криволинейного отверстия, отличающееся тем, что упомянутая ручка (13) является изогнутой с кривизной, соответствующей кривизне отверстия.

3. Устройство контроля по п.1, отличающееся тем, что упомянутая ручка содержит, по меньшей мере, два упомянутых шарнирных рычага (15А), располагающихся напротив друг друга.

4. Устройство п.3, отличающееся тем, что упомянутая ручка содержит несколько пар упомянутых шарнирных рычагов (15А, 15В).

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что один или каждый рычаг шарнирно установлен при помощи оси (21) на кронштейне (19), жестко связанном с упомянутой ручкой, а также тем, что пружина (24) установлена между упомянутой ручкой и упомянутым рычагом для того, чтобы отталкивать его к внешней стороне.

6. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что один или каждый датчик (23) покрыт смолой (25).

7. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что передняя направляющая деталь (30) размещена на конце упомянутой ручки, причем упомянутая передняя направляющая деталь имеет контур, соответствующий поперечному сечению упомянутого отверстия.

8. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что задняя направляющая деталь (32) закреплена на упомянутой ручке позади упомянутого или упомянутых рычагов, причем упомянутая задняя направляющая деталь имеет контур, соответствующий сечению упомянутого отверстия.

9. Оборудование контроля токами Фуко отверстия, выполненного в токопроводящей детали, отличающееся тем, что имеет в своем составе несколько устройств контроля по одному из предыдущих пунктов, причем эти устройства отличаются одно от другого положением шарнирных рычагов, которые на них установлены, по отношению к сечению отверстия.