DE2329184A1

DE2329184A1 - Rotierende ultraschallpruefeinrichtung

Info

Publication number: DE2329184A1
Application number: DE2329184A
Authority: DE
Inventors: Peter Atkinson; Matthew James Hetherington
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel PLC
Priority date: 1972-06-08
Filing date: 1973-06-07
Publication date: 1974-01-03
Also published as: DE2329183C2; DE2329184C2; CA995348A; DE2329183A1; GB1383528A; BE800574A; CA984954A; LU67747A1; US3854326A; GB1428369A; NL7307977A; FR2188848A5; NL7307976A; US3848461A; BE800573R

Description

PATENTANWÄLTE

DR. ING. A. VAN DER WERTH DR. FRANZ LEDERER

21 HAMBURG 9O β MÖNCHEN 80

WlLSTORFE R STR. 32 TEL. (0 411)770861 LUCILE-CR AH N-STR. 32-TEL. (08III473047

München, 6. Juni 1973 P/7336

BRITISH STEEL CORPORATION, 33 Grosvenor Place, London, S.W. 1,

England

Rotierende Ultraschallprüfeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierende Ultraschallprüfeinrichtung, wie sie beispielsweise zum Prüfen von Stahlrohren etwa auf Risse und Maßgenauigkeit verwendet wird, indem eine Ultraschallabtastvorrichtung entlang einer Schraubenlinie niedriger Steigung um die Rohre gedreht wird.

Es ist bereits vorgeschlagen worden (deutsches Patent 1 473 623), die Prüfsonde oder Prüfsonden für die Drehung schwimmend zu lagern und (Zusatzpatent 1 165 742) hierfür eine Flüssigkeit zu verwenden.

Es sind bereits Flüssigkeitslagerungen vorgeschlagen worden, in denen die Flüssigkeit unter Druck einen reibungsarmen Film zwischen gegenüberliegenden Lagerflächen der relativ zueinander beweglichen Teile bildet und bei denen die Drehung der Meßsonden zum Aufbau des geforderten Flüssigkeitsdrucks ausgenützt wird, um den Betrieb der Flüssigkeitslager zu ermöglichen. Solche Lager

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sind zwar sehr wirksam und arbeiten mit niedriger Reibung, wenn· die Sonden einmal in Umdrehung sind, jedoch treten Probleme während des Anlaufs und des Anhaltens der Drehung der Sonden auf, da zu diesen Zeiten die Flussigkeitslager unwirksam sind. Dies stellt insbesondere ein Problem in Prüfeinrichtungen mit großen und schweren die Sonden tragenden Abtastvorrichtungen dar, die bei Abwesenheit der Flüssigkeitslager der Bewegung eine erhebliche Reibung entgegensetzen können.

Die Erfindung schafft eine Ultraschallprüfeinrichtung mit einer Ultraschallabtastvorrichtung, die zum Beschreiben einer Schraubenlinie geringer Steigung um einen rohrförmigen Prüfling drehbar ist, indem sie drehbar auf einem hystrostatischen Flüssigkeitslager montiert ist.

Mit einem hydrostatischen Flüssigkeitslager wird die Abtastvorrichtung ständig von diesem getragen und bedarf nicht der Drehung der Vorrichtung zum Aufbauen des erforderlichen Flüssigkeitsdrucks für das durch die Flüssigkeit erfolgende Tragen der Vorrichtung, da der geforderte Druck durch die ständige Speisung mit Druckflüssigkeit zum Lager bewirkt wird.

Das hydrostatische Flüssigkeitslager kann eine Lagerfläche mit einer oder mehreren Ausnehmungen und mit Flüssigkeits-Einlaßöffnungen aufweisen, die sich in jeweils eine der Ausnehmungen öffnen, um in diese Druckflüssigkeit einzuspeisen. Die mit Ausnehmungen versehene Lagerfläche kann an einer nicht mit Ausnehmungen versehenen Lagerfläche anliegen und die Flüssigkeit wird durch den Speisedruck über die Ränder oder Schwellen der Ausnehmungen herausgepreßt und bildet so einen Flüssigkeits-Lagerfilm niedriger Reibung zwischen der mit Ausnehmungen versehenen und der nicht mit Ausnehmungen versehenen Fläche. Verwendet das Lager mehr als eine Ausnehmung, so können diese Ausnehmungen mit einer gemeinsamen Flüssigkeitsquelle verbunden sein. In diesem Fall können Drosseln zum Begrenzen des Flüssigkeitsstroms zu jeder der Ausnehmungen vorhanden sein.

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Weitere Einzelheiten und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine rotierende Ultraschallprüfeinrichtung für Stahlrohre; und

Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Axstutzens der Vorrichtung nach Figur 1.

Die dargestellte rotierende Prüfeinrichtung eignet sich beispielsweise zum Prüfen von Stahlrohren eines Außendurchmessers zwischen 1/2" und 2 1/4" und besteht im wesentlichen aus zwei Hauptteilen: Einem stationären Teil und einem rotierenden Teil. Der stationäre Teil umfaßt einen Träger 1 aus rostfreiem Stahl, der einen Stator in Form eines Axstutzens 2 aus Bronze mit einem Ringflansch 3 trägt. Ein entfernbares Rohr 4 aus rostfreiem Stahl isb in den Axstutzen 2 eingesteckt und hat an einem Ende einen Flansch 5» der gegen den Ringflansch 3 des Axstutzens 2 anliegt. · An einem Ende des Rohrs 4 sitzt innen in strammem Sitz, jedoch entfernbar eine Muffe 6, etwa der Art, die unter der Handelsbezeichnung "Tufnol" bekannt ist. Die Muffe 6 dient als Führungsstück enger Toleranz für Rohrprüflinge, wenn diese durch die Einrichtung geleitet werden. Mit dem Rohr 4 fluchtet ein feststehendes, -einen Flansch aufweisendes Rohr 7, das getrennt vom Rohr 4 auf einem Träger 38 montiert ist. Das mit dem Flansch versehene Rohr 7 ist mit einer stramm sitzenden, jedoch entfernbaren inneren Muffe 8 der als "Tufnol" bekannten Art ausgestattet, die als Führungsstück mit enger Toleranz für den Rohrprüfling dient.

Zum rotierenden Teil der Einrichtung gehört die Ultraschallabtastvorrichtung mit einem drehbaren Sondenvorrichtungsring 9, der koaxial zwischen den Rohren 4 und 7 angeordnet ist.

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Der Ring 9 umfaßt eine ringförmige Kammer 10, in der vier Ultraschall-Sondenwandler 11 montiert sind, von denen nur einer dargestellt ist. Diese Wandler umfassen stutzenartige Körper aus Epoxyharz mit einem Bolzen von kreisförmigem Querschnitt, und in jedem Bolzen des Wandlers ist ein Wandler-Kristallelement 12 montiert.

Jeder der Wandler 11 ist in der Abtastvorrichtung um seine Längsachse drehbar montiert. Ein Schnecken- und Schneckenradmechanismus 39 dient der Justierung der Rotationsstellung jedes Wandlers, der somit sehr genau für die spezielle geforderte Richtung der Ultraschallschwingungs-Transmission ausgerichtet und justiert werden kann.

Der Vorrichtungsring 9 ist mit Hilfe von vier schnellösbaren Klammern 40, von denen in der Zeichnung nur eine sichtbar ist, mit einem Trägerring 41 verbunden, der seinerseits mit Hilfe von Schrauben 42 mit einer ringförmigen Rotorhülse 13 verbunden ist, die drehbar um den Axstutzen 2 gelegt ist. Zwischen der Rotorhülse 13 und dem Axstutzen 2 ist ein hydrostatisches Drehlager gebildet, das sich durch vier allgemein rechteckig geformte Ausnehmungen 14 um die Außenfläche des Axstutzens 2 ergibt (Figur 2). Jede Ausnehmung 14 ist über eine Einlaßöffnung 15 mit einem Wasserspeisungskanal 16 im Plansch 3 verbunden.

Zusätzlich zur hydrostatischen Drehlagerung des rotierenden Teils beinhaltet die Vorrichtung auch eine hydrostatische Schublagerung zur Vermeidung einer Axialbewegung des rotierenden Teils, mit einem lagerring 17_# der auf jeder Seite eine ringförmige Nut 18 aufweist. Die Nuten 18 sind durch diametral gegenüberliegende Wasserspeisungskanäle 43 (von denen in der Zeichnung nur einer sichtbar ist) über Drosselöffnungen 19 verbunden.

Der Lagerring 17 ist mit (nicht dargestellten) Schrauben an das Ende des Axstutzens 2 so angeschraubt, daß der genutete äußere Teil einer seiner Stirnflächen gegen das Ende der Rotorhülse 13

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anliegt, während die andere genutete Stirnfläche gegen eine Seite des Sondenvorrichtungsrings 9 anliegt.

Im Betrieb sind die Ultraschallwandler 11 mit dem zu prüfenden Rohr durch Y/asser gekoppelt, und für diesen Zweck ist die ringförmige Kammer 10 über eine Mehrzahl von um den Ring 9 verteilten Öffnungen 20 (von denen in der Zeichnung nur eine sichtbar ist) mit Wasser gefüllt und wird gefüllt gehalten. Die Öffnungen 20 haben Verbindung zu einer ringförmigen Nut 21 in der Stirnseite des Lagerrings 17. Die ringförmige Nut 21 ihrerseits ist mit zwei diametral gegenüberliegenden Y/asserspeisungskanälen 22 verbunden.

Die Rotorhülse 13 weist einen gezahnten Flansch 23 auf, an dem im Betrieb ein (nicht dargestellter) Treibriemen für die Drehung der Hülse angreift.

Die Rotorhülse 13 trägt integral eine Schleifringeinheit mit acht Schleifringen 24, die in einen ringförmigen Block 25 aus elektrisch isolierendem Material eingegossen sind. Jeder V.'andler 11 ist mit einem separaten Paar der Schleifringe 24 verbunden, und zwar über (nicht dargestellte) elektrische Leitungen, die durch (nicht dargestellte) Bohrungen in der Rotorhülse 13 verlaufen, über koaxiale Steckverbindungen 44, 45 (von denen nur eine dargestellt ist), die jeweils in einem in eine Bohrung 26 im Trägerring 41 eingepaßten Isolierträger 27 montiert sind, über eine Karte 61 und über (nicht dargestellte) Leiter, die auf die Außenfläche der Karte 61 von der Buchse 45 der Steckverbindung zum Wandler gedruckt sind. Eine Bürstenanordnung 28 trägt Bürsten 29, die die Verbindung mit den Ringen 24 herstellen, wodurch die Sonden mit einer internen Stromquelle und einer Überwaehungseinheit verbunden werden.

Es muß sichergestellt sein, daß im Betrieb kein V/asser von den Flüssigkeitslagern oder von der Ultraschallkopplung zu den Schleifringen und Bürsten gelangt. Zu diesem Zweck wird V/asser, das vom

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Drehlager am mit dem Plansch versehenen Ende austritt, am Eintritt in den Bereich der Schleifringe durch ein schraubenliniges Gewinde 30 gehindert, das sich an der Außenfläche der Rotorhülse 13 befindet, in engem Sitz in einem Gehäuse 31 läuft und in einem solchen Sinn geschnitten ist, daß das entwichene Wasser in einem Ringspalt 32 am Ende der Rotorhülse 13 zurückgehalten wird. Zum Abbau eines sich im Ringspalt 32 bildenden Drucks ist dieser mit dem Inneren des Rohrs 4 aus rostfreiem Stahl über Abflußöffnungen 33 verbunden.

Am anderen Ende des Drehlagers ist die Schleifringanordnung gegen das Eindringen von Wasser mit Hilfe einer auf der Rotorhülse 13 montierten Spritzringanordnung 34 geschützt.

Zum Abführen von Flüssigkeitsdruck, der sich aufgrund von Leckverlusten von den hydrostatischen Lagern gebildet hat, erstrecken sich Abflußöffnungen 46 und 47 durch die Wand des Axstutzens 2 in das Innere der Muffe 6 bzw. von einer Ringnut 48 im Lagerring 17 in das Innere der Muffe 6.

Für den Betrieb der Einrichtung wird Wasser in die Wasserspeisungskanäle 16 und 43 eingespeist, das die Ausnehmungen 14 des Drehlagers und die Ringnuten 18 des Schublagers mit unter Druck befindlichem Wasser füllt, so daß die Lager hydrostatisch aktiv werden. Von den hydrostatischen Lagern entweichendes Wasser fließt durch die Abflußöffnungen 33, 46 und 47 ab und führt in jedem Fall dazu, daß ein zu prüfendes Rohr bei seiner Bewegung zum Sondenvorrichtungsring 9 vorbenetzt wird.

Außerdem wird Wasser in die Wasserspeisungskanäle 22 eingespeist, so daß die ringförmige Kammer 10 im Sondenvorrichtungsring 9 über die ringförmige Nut 21 und die Öffnungen 20 mit Wasser versorgt wird.

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Sind die hydrostatischen Lager einmal in Betrieb gesetzt, so kann die Rotorhülse 13 und damit die Wandlervorrichtung gedreht werden. Wegen der Zentrifugalwirkung füllt sich die ringförmige Kammer 10 nicht vollständig mit Wasser und die Vorrichtung ist zur Aufnahme eines Rohrprüflings bereit. Dieser wird in Richtung eines Pfeils 37 eingeführt.

Das Rohr läuft nun durch den rotierenden Sondenvorrichtungsring 9 und wird, da die ringförmige Kammer 10 mit Wasser gefüllt ist, sofort über das Wasser mit den Wandlern 11 gekoppelt, so daß die Ultraschallprüfung des Rohrs sogleich beginnen kann.

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Claims

Patentansprüche

Rotierende Ultraschallprüfeinrichtung mit einer drehbaren Ultraschallabtastvorrichtung zum Beschreiben einer Schraubenlinie geringer Steigung um einen rohrförmigen Prüfling, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung drehbar auf hydrostatischen Flüssigkeitslagern montiert ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Flüssigkeitslager mindestens eine Lagerfläche mit mindestens einer Ausnehmung (14, 18) aufweist, in die eine Flüssigkeits-Einlaßöffnung (15, 19) zum Einspeisen von Flüssigkeit unter Druck in die Ausnehmung mündet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede mit Ausnehmungen (14, 18) versehene Lagerfläche an einer nicht mit Ausnehmungen versehenen Lagerfläche anliegt und daß im Betrieb die Flüssigkeit vom Speisungsdruck über die Ränder der bzw. jeder Ausnehmung zur Bildung eines Lagerfilms niedriger Reibung zwischen der mit Ausnehmungen und der nicht mit Ausnehmungen versehenen Fläche gepreßt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede mit Ausnehmungen versehene Fläche eine Mehrzahl von Ausnehmungen (14) trägt, deren Flüssigkeits-Einlaßöffnuiigen (15) mit einer gemeinsamen Druckflüssigkeitsquelle verbunden sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des Flüssigkeitsstroms zu jeder der Ausnehmungen Durchflußdrosseiungen eingeschaltet sind.

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6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Plüssigkeitslager einen stationären zylindrischen Teil (1, 2) mit mindestens einer der Ausnehmungen (14) in seiner äußeren Umfangsfläche und eine drehbare ringförmige Hülse (13) aufweist, die um den stationären zylindrischen Teil (2) gelegt ist und deren innere Fläche die anliegende, nicht mit Ausnehmungen versehene Fläche enthält, und daß die Ultraschallabtastvorrichtung auf der drehbaren ringförmigen Hülse (13) montiert ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß um die äußere Umfangsflache des stationären zylindrischen Teils (2) eine Mehrzahl von Ausnehmungen (14) in gleichen Abständen vorhanden sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß um die äußere Umfängsfläche des stationären zylindrischen Teils (2) vier Ausnehmungen (14) vorhanden sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung (14) im Grandriß allgemein rechteckig ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Flüssigkeitslager mindestens einen stationären ringförmigen Flansch (17) umfaßt, von dem mindestens eine Seite mit mindestens einer Ausnehmung (18) versehen ist und an dessen mit der bzw. den Ausnehmungen (18) versehenen Fläche ein ringförmiger umdrehbarer Teil (9), der mit der Ultraschallab tastvorrichtung verbunden ist, mit einer nicht mit Ausnehmungen versehenen Fläche anliegt.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede mit Ausnehmungen (18) versehene Seitenfläche des ringförmigen Flanschs (17) mit einer einzigen ringförmigen Ausnehmung (18) versehen ist, die sich um ihn herum erstreckt.

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