Ультразвуковой катящийся преобразователь Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

вп 11

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

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

На чертеже изображен УЗ катящийся преобразователь, сечение.

УЗ катящийся преобразователь содержит ось 1, монолитное колесо 2 с эластичным протектором 3, установленное с возможностью вращения относительно оси 1, и пару накладок 4, жестко закрепленных на оси 1. Преобразователь также содержит закрепленные на нак- ладках 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. Погло- тители 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 используют, например, капролон, а в качестве материала протектора 3 - полиуретан. Ширина 1 колеса 2 и его толщина t выбраны из условий:

, 1 2htgo ;

t - f n .sino(

де d - диаметр пьезоэлемента 5,

( - угол между акустической осью пьезоэлемента 5 и нормалью к поверхности колеса 2 в точке ее пересечения с акустической осью, h - расстояние от накладки 4 до внешнего края колеса 2.

0 5 Q 5

0

0

5

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

5по 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

6размещаются относительно поверх- ности 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 ot 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 акустического 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 пгеы, случайные предметы и т.п. и после соскакивания с них возникают уда- ры, достиганщие большой силы. Поскольку колесо 2 вьтолнено 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.

Формула изобретения

Ультразвуковой катящийся преобразователь, содержащий ось, монолитное колесо с эластичным протектором, установленное на оси с возможностью

1357D

вращения, пару накладок и закрепленные на них два пьезоэлемента с демп- . ферами,накладки жестко закреплены на оси и сопряжены с колесом в образованной осью и колесом полости, заполненной кантактной жидкостью, о т- личающийся тем, что, с целью повьппения надежности и достовер- Q ности контроля, он снабжен двумя поглотителями, каждый из которых акустически связан с одной из накладок, торцы колеса выполнены перпендикулярными оси вращения преобразователя и 15 сопряжены с накладками, а ширина 1 колеса и его толщина t выбраны из условий

м +

COSC

2h-tgo;;

20

sint

+ h,

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.

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 по- верхностям 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