DE2329184C2 - Rotierende Ultraschallprüfeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine rotierende Ultraschallprüfeinrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung rohrförmiger, in ihrer Längsachssnrichtung bewegter Prüflinge gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der aus der FR-PS 20 67 551 bekannten Ultraschallprüfeinrichtung der vorstehend bezeichneten Gattung ist das Flüssigkeitslager ein hydrodynamisches Flüssigkeitslager, bei welchem Lagertyp von einer strömenden Flüssigkeit Gebrauch gemacht wird. Im einzelnen sind Einlaßöffnungen und Abführungsmöglichkeiten in Zirkulationswegen für die Flüssigkeit vorgesehen, über die den eigentlichen Lagerbereichen die Flüssigkeit unter Druck zugeführt bzw. von diesen wieder abgeführt wird. Wird die Zuführung der Flüssigkeit abgeschaltet, so fallen die Statorelemente der vorbekannten Einrichtung soweit herunter, bis der jeweils obere Bereich ihrer inneren Lagerfläche auf dem oberen Bereich der äußeren Lagerfläche der Welle aufliegt Wird danach wieder Flüssigkeit unter Druck zugeführt, so strömt diese selbstverständlich zunächst durch den Weg des geringsten Widerstands, also durch den Spalt zwischen den einander gegenüberliegenden unteren Bereichen einerseits der inneren Lagerfläche des Stators und andererseits der äußeren Lagerfläche der Welle. In den

ίο jeweils oberen Lagerbereichen sitzt der Stator also unverändert unmittelbar auf der Welle auf. Wird nun Welle oder Stator in Umdrehung versetzt, so kommt es zu einer erheblichen Reibung im Auflagebereich. Bei der bekannten Vorrichtung dient die Flüssigkeit gleichzeitig auch zum Antrieb des Rotors der innenseitig praktisch als Turbine ausgebildet ist Erst bei wohl erheblicher Drehzahl des Rotors bedingt durch entsprechend starke Durchströmung seines turbinenartig ausgebildeten Teils durch die Flüssigkeit kommt es zu einer Abhebung des Rotors der Welle derart, daß sich ein im wesentlichen gleichmäßiger Ringspalt ausbildet Dieses Abheben des Rotors von der WeHe führt gleichzeitig zu einer entsprechenden Abhebung des Stators von der Welle mit einer auch dort gleichmäßigen Ringspaltbildung.

Erst nach Ausbildung dieses gleichmäßigen Ringspalts kommt es zu einer echten Flüssigkeitslagerung, und zwar einer hydrodynamischen Flüssigkeitslagerung bedingt durch die Zirkulation der Flüssigkeit Jegliche Abschaltung der Flüssigkeitszuführuiig zur Unterbindung der Rotation des Rotors ,führt zu einem Druckverlust in der Flüssigkeit ure* damit wieder zu einem sofortigen Herunterfallen von Rotor und Stator auf die Welle zur unmittelbaren Berührung. Die bei der bekannten Vorrichtung vorgesehene hydrodynamische Lagerung ist zwar sehr wirksam und arbeitet auch mit niedriger Reibung, jedoch nur dann, wenn die hydrodynamisch gelagerten Teile bereits in Umdrehung versetzt sind; Probleme treten jedoch während des Anlaufs und des Anhaltens der Rotation auf, da zu diesen Zeiten hydrodynamische Flüssigkeitslager unwii^am sind. Dieser Nachteil wirkt sich ganz besonders gravierend aus bei einer Prüfeinrichtung mit großen und schweren die Sonden tragenden Abtastvorrichtungen, und zwar wegen der dann sehr erheblichen Reibung.

Des weiteren ist aus der US-PS 35 33 281 eine weitere Ultraschallprüfeinrichtung bekannt, die wiederum von einer hydrodynamischen Flüssigkeitslagerung Gebrauch macht. Bei dieser Einrichtung besteht der Rotor aus »Delrin«, das ein besonderes Lagermaterial mit äußerst geringer Reibung ist. Wegen dieser äußerst geringen Reibung bei Ausbildung der Lagerflächen aus Delrin ist der bei hydrodynamischen Lagern grundsätzlich zu beobachtende Nachteil im hier gegebenen Fall nur von geringer Bedeutung. Es besteht daher keine unmittelbare Veranlassung, von der Verwendung eines hydrodynamischen Lagers abzugehen, sondern allenfalls Veranlassung, die im speziellen Fall sehr geringe Reibung noch weiter zu reduzieren, wozu ein Teil der an sich ausschließlich als Kopplungsflüssigkeit für die Ultra-Schalluntersuchung dienende Flüssigkeit verwendet wird.

Auch aus der GB-PS 11 65 742 ist lediglich eine Ultraschallprüfeinrichtung für Rohre und dergleichen bekannt, bei der dem dort vorgesehenen Flüssigkeitslager kontinuierlich Flüssigkeit zwischen die gegeneinander in Rotation stehenden Lagerflächen eingeführt wird, um zwischen diesen zu fließen und einen gegenseitigen Kontakt derselben zu verhindern. Es handelt sich also

auch hier wiederum um ein hydrodynamisches Flüssigkeitslager mit den angegebenen Nachteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs hinsichtlich ihrer Gattung bezeichnete Ultraschallprüfeinrichtung so auszubilden, daß die bekannten Nachteile hydrodynamischer Flüssigkeitslagerungen überwunden werden, d. h, daß auch während des Anf ahrens und Abschaltens der Vorrichtung keine besonderen Reibungsprobleme auftreten können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Voneilhafte Weiterbildungen sind aus den Unteransprüchen 2 bis 5 zu ersehen.

Das hauptsächlichste und damit wichtigste Merkmal der erfindungsgemäßen Ausbildung besteht in der Verwendung eines hydrostatischen Flüssigkeitslagers anstelle der bisher verwendeten hydrodynamischen Flüssigkeitslager. Die Praxis hat aber auch gezeigt, daß ein weiteres sehr wichtiges Merkmal bei der Verwendung hydrostatischer Lager darin zu sehen ist, daß eine wesentliche Aussparung an einer der Lagerfiächen vorgesehen wird, die die Drehflächen des Lagers bilden. Unter Oberwindung der Nachteile einer hydradynamischen Lagerung besteht der Vorteil der hydrostatischen Lagerung darin, daß bereits vor Einleitung der Drehbewegung zwischen Stator und Rotor, also den gegeneinander in Rotation versetzbaren Teilen, deren unmittelbare gegenseitige Berührung aufgehoben wird, weil die Einspeisung von Druckflüssigkeit über Ausnehmungen in der einen Lagerfläche die Flüssigkeit praktisch überall eine Zutrittsmöglichkeit findet und somit ein gleichmäßiges Abstützungsmedium für die eine Lagerfläche gegenüber der anderen Lagerfläche bildet Bereits vor Beginn der gegenseitigen Rotation ist also die eine Lagerfläche gegenüber der anderen schwimmend gelagert; dies gilt auch für den Zeitpunkt der Abschaltung der Drehbewegung, da die schwimmende Lagerung des sich drehenden Teils ohne weiteres so lange aufrechterhalten werden kann, bis die Drehbewegung vollständig zum Stillstand gekommen ist

Die gegenseitige schwimmende Lagerung beider Lagerfiächen durch eine Lagerflüssigkeit ist überhaupt nur dann im Stillstand einer Vorrichtung erreichbar, wenn die Möglichkeit besteht, die unter Druck stehende Flüssigkeit praktisch allseitig zuzuführen. Dies setzt Ausnehmungen im praktisch gesamten Umfangsbereich voraus, damit die Flüssigkeit auch überall hinführbar ist und nicht etwa ausschließlich den Weg des geringsten Widerstandes durchströmt. Es müssen also für eine wirksame hydrostatische Lagerung in einer der Lagerflächen wie erfindungsgemäß angegeben entsprechende Ausnehmungen vorgesehen sein.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter ins einzelne gehend beschrieben; in den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine in Rotation versetzbare Ultraschallprüfeinrichtung für Stahlrohre und

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der, Achsstutzen der Einrichtung der Fig. 1.

Die dargestellte rotierende Prüfeinrichtung eignet sich beispielsweise zum Prüfen von Stahlrohren eines Außendurchmessers zwischen 1,27 cm ('/2") und 5,72 cm (2 V₄ ") 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 Achsstutzens 2 aus Bronze mit r inem Ringflansch 3 trägt. Ein entfernbares Rohr 4 aus rostfreiem Stahi ist in den Achsstutzens 2 eingesteckt und liegt mit einem an seinem Ende vorgesehenen Flansch 5 gegen den Ringflansch 3 des Achsstutzens 2 an. An einem Ende des Rohrs 4 sitzt innen in strammen 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 strammsitzenden, jedoch entfernbaren inneren Muffe 8 ausgestattet, die als Führungsstück mit enger Toleranz für den Rohrprüfling dient

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

Der Ring 9 umfaßt eine ringförmige Kammer 10, in der vier Ultraschall-Sondenwandle; il montiert sind, von denen nur einer dargestellt ist Dies'" 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 Schneckenradmcchanismus 39 dient der Justierung der Rotationsstellung jedes Wandlers 11, de/ somit sehr genau für die spezielle geforderte Richtung der Ultraschaüschwingungs-Transmission ausgerichtet und justiert werden kann.
Der Sondenvorrichtungsring 9 ist mit Hilfe von vier schneilösbaren 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 Achsstutzen 2 gelegt ist. Zwischen der Rotorhülse 13 und dem Achsstutzen 2 ist ein hydrostatisches Drehlager gebildet, das sich durch vier allgemein recl.ieckig geformte Ausnehmungen 14 um die Außenfläche des Achsstutzens 2 ergibt (F i g. 2). Jede Ausnehmung 14 ist über eine Einlaßöffnung 15 mit einem Wasserspeisungskanal 16 im Flansch 3 verbunden.

Zusätzlich zur hydrostatischen Drehlagerung des rotierenden Teils besitzt die Einrichtung auch eine hydrostatische Schublagerung zur Vermeidung einer Axialbewegung des rotierenden Teils, mit einem Lagerring 17, der auf jeder Seite als Ausnehmung eine ringförmige Nut 18aufweist Die Nuten 18sind durch zwei diametral gegenüberliegende Wasserspeisungskanäle 43 (von denen in der Zeichnung nur einer sichtbar ist) über Drosse)öffr:jngen 19 verbunden.

Der Lagerring 17 ist mit (nicht dargestellten) Schrauben an das Ende dci Achsstutzens 2 so angeschraubt, daß der genutete äußere Teil einer seiner Stirnflächen gegen das Ende dur Rotorhülse 13 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 Wasser gekoppelt; für diesen Zweck ist die ringförmige Kammer 10 übet eine Mehrzahl von um den Sondenvorrichtungsring 9 verteilten

öffnungen 20 (von denen in der Zeichnung nur eine sichtbar ist) mit Wasser gefüllt und gefüllt gehalten. Die öffnungen 20 haben Verbindung zu einer ringförmigen Nut 21 in der Stirnseite des Lagerrines 17. Die rineför-

mige Nut 21 ihrerseits ist mit zwei di.imetral gegenüberliegenden Wasserspeisungskanälen 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 Wandler 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 Überwachungseinheit verbunden werden.

Es muß sichergestellt sein, daß im Betrieb kein Wasser von den Flüssigkeitslagern oder von der Ultraschallkopplung zu den Schleifringen und Bürsten gelangt. Zu diesem Zweck wird Wasser, das vom Drehlager am mit dem Flansch 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 Achsstutzens 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 L?ger hydrostatisch aktiv werden. Aus 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.

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 Uliraschallprüfung des Rohrs sogleich beginnen kann.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Rotierende Ultraschallprüfeinrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung rohrförmig er, in ihrer Längsachsenrichtung bewegter Prüflinge, mit einer um die Prüflingslängsachse drehbaren und auf einem Flüssigkeitslager gelagerten Ultraschallabtastvorrichtung zum Beschreiben einer schraubenförmigen Abtastlinie geringer Steigung um den rohrförmigen Prüfling, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitslager ein hydrostatisches Rüssigkeitslager ist, dessen erste Lagerfläche mindestens eine Ausnehmung (14,18) aufweist, in die eine Flüssigkeits-Einlaßöffnung (15, 19) zum Einspeisen von Flüssigkeit unter Druck mündet, daß die erste Lagerfläche an einer nicht mit Ausnehmungen versehenen zweiten Lagerfläche anliegt, wobei im Betrieb die Flüssigkeit vom Speisungsdruck über die Ränder der Ausnehmung (14, 18) zur Bildung eines Lagerfilms niedriger Reibung zwischen der mit Ausnehmungen (14~ 18) und der nicht mit Ausnehmungen versehenen Räche gepreßt wird, daß die erste Lagerfläche von der äußeren Umfangsfläche eines stationären zylindrischen Teils (2), durch das hindurch der Prüfling bewegbar ist, und die zweite Lagerfläche von der Innenfläche einer drehbaren Ringhülse

(13) gebildet ist, die um das stationäre zylindrische Teil (2) herum gelegt ist, und daß die Ultraschallabtastvorrichtung an der drehbaren Ringhülse (13) angeordnet ist

2. Einrichijng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede rr:*. Ausnehmungen versehene Fläche eine Mehrzahl von Ausnehmungen

(14) trägt, deren Flüssigkeits-Ptnlaßöffnungen (15) mit einer gemeinsamen Druckflüssigkeitsquelle verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des Flüssigkeitsstroms zu jeder der Ausnehmungen (14,18) Durchflußdrosselungen (19) eingeschaltet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Ausnehmungen (14) an der äußeren Umfangsfläche des stationären zylindrischen Teils (2) des hydrostatischen Flüssigkeitslagers vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung (14) im Grundriß allgemein rechteckig ist.