DE2658983C2

DE2658983C2 - Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von Rohren

Info

Publication number: DE2658983C2
Application number: DE2658983A
Authority: DE
Inventors: George Theodore LaPorte Tex. Paulissen
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1976-12-27
Publication date: 1986-07-10
Also published as: CA1073093A; US4008603A; GB1552702A; DE2658983A1; FR2337331A1; NO764362L; FR2337331B1

Description

ehe den Spiegel am unteren Ende unterstützen, ferner mit einer Serie von Düsenlöchern 24, welche die Turbine am oberen Ende bilden. Der Rotor ist am Turbinen-Ständer 15 mittels zweier Lager 16 und 17 drehbar gelagert In eine das Lager 17 umgebende Kammer 27 kann Wasser eingeleitet werden, welches dann durch die Düsenlöcher 24 ausströmen kann, um den Rotor 18 in Drehung zu versetzen.

Die Turbinen-Wandler-Anordnung ist am Ende eines Rohres 20 gehalten, bei dem es sich um ein steifes rohrförmiges Bauteil handeln kann, welches zur Einführung der Sande in das rohrförmige Bauteil dient, welches untersucht werden soll. Am rohrförmigen Bauteil 20 sind Zentriergeräte 21 und 23 vorgesehen, um die Sonde innerhalb des rohrförmigen Bauteiles zu zentrieren. Am Turbinen-Stator ist eine Stramlenkeinrichtung beispielsweise in Form zweier Gummi-Ringe oder -Wälle vorgeseiien, um das untere Ende der Sonde vom oberen Ende zu isolieren und um das aus den Düsenlöchern 24 ausströmende Wasser als Strom nach unten zu lenken. Dadurch ist sichergestellt, daß das rohrförmige Bauteil mit Wasser gefüllt ist und sich eine gute jJcustische Kopplung zwischen dem Wandler 10 und dem untersuchten rohrförmigen Bauteil ergibt Der Wandler ist mit dem restlichen System mittels eines Koaxialkabels 25 gekoppelt, welches sich durch das Rohr 20 hindurcherstreckt

Der Wandler ist mit einem Sendeempfänger 30 gekoppelt, welcher einen Impuls zur Anregung des Wandlers erzeugt und dann die zurückkommenden Signale empfängt Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei welchem die Sonde zur Messung der Wandstärke eines rohrförmigen Bauteiles ausgelegt ist, empfängt der Empfänger zwei oder mehr Echos, und zwar eines von der Innenfläche der Wandung und eines oder mehrere von der Außenfläche der Wandung. Bei dem Sendeempfänger 30 und dem Wandler 10 kann es sich um handelsübliche Bauteile handeln. Das Signal vom Emfänger wird mittels eines Verstärkers 31 verstärkt und einem Vollweg-Delsktor 32 zugeführt Der Verstärker 31 sollte eine Begrenzung besitzen, um eine Übersteuerung in die Sättigung beim Empfang von Echos große.r Amplitude zu vermeiden. Der Vollweg-Detektor empfängt die zwei abwechselnden Echo-Signale vom Empfänger und setzt sie in ein Paar einseitig gerichteter Impulse um. Der Zweiweg-Detektor kann einen 'HF-Übertrager, eine Dioden-Brücke und eine integrierte Schaltung umfassen. Der Zweiweg-Detektor bewirkt letztlich eine Trennung der Echos und erzeugt zwei einzelne, ausgeprägte Signale. Die Impisise werden mittels eines Verstärkers 33 verstärkt und zur Ansteuerung eines Verknüpfungsgliedes 34 benutzt, welches einen einzigen Rechteck-Impuls erzeugt, dessen Vorderflanke dem ersten Echo und dessen Rückflanke dem zweiten Echo entspricht Ein weiteres, nach den ersten beiden Echos ankommendes Echo wird unterdrückt Der Impuls vom Verknüpfungsglied 34 wird zum Starten und Stoppen eines Digital-Zählers 35 verwendet, welcher Impulse von einer Taktquelle 36 zählt Auf diese Weise wird die Zeitspanne zwischen den beiden ersten Echos in eine digitale Zeitmessung umgesetzt.

Am Ende jeder Meß-Periode enthält der Zähler 35 eine Anzahl von Zählschritten, d. h. einen Zählstand, der, abgesehen vom Start- und Stop-Fehler, der Wandstärke proportional ist. Fs sind mehrere Anzeige-Zähler-Speieher 42 vorgesehen, denen jeweils ein bestimmter Stärke- oder Dickenbereich zugewiesen ist, welcher einem Bereich von Zählerständen des Zählers 35 entspricht.

Eine als Verteilungsanalysierer arbeitende Verknüpfungsschaltung 40 gibt einen Impuls zur Weiterschaltung desjenigen Zähler-Speichers 42 weiter, welcher dem zugewiesenen Block oder Bereich von Zählerständen im Zähler 35 entspricht Die Zählerstände jedes Zählers werden der Bedienungsperson optisch, z. B. mit Lampen, angezeigt Jeder Wertebereich entspricht einem und ist einem Stärkebereich der gemessenen Rohrwandung zugeordnet Die Bedienungsperson kann also durch Ablesen der Zähler feststellen, wie oft die Sonde eine Wandung ausgemessen hat, deren Dicke oder Stärke innerhalb des Stärkebereiches lag, welcher dem jeweiligen Zähler entspricht Gemäß F i g. 1 arbeitet die dargestellte Vorrichtung mit zwanzig Kanälen 41 und zwanzig Anzeigen 42, die zwanzig benachbarte Wertebereiche der Wandstärke repräsentieren, wobei eine einundzwanzigste Zähler-Anzeige 43 zur Akkumulierung der Fehler entsprechend denjenigen Zeiten benutzt wird, in denen der Wandler keines der beiden zurückkommenden Echos empfangen hat Eine zweiundzwanzigste Zähleranzeige 44 wird zur Akkumulierung der Gesamtzahl der Messungen benutzt

Fig.2 zeigt den zeitlichen Verlauf von Signalen an verschiedenen Punkten der elektronischen Schaltung. Im einzelnen stellt die Wellenform 50 die beiden Echos dar, weiche vom Empfänger abgegeben und am Verstärker 31 erhalten werden. Die Wellenform 52 stellt die gleichgerichteten Signale dar, wobei die Vorderflanke der beiden Impulse jeweils dem Beginn des ersten bzw. zweiten Echos entspricht Die Wellenform 33 entspricht dem vom Verknüpfungsglied 34 abgegebenen Impuls, welcher zur Steuerung des Digital-Zählers 35 benutzt wird.

Die in den verschiedenen Zählerspeichern des Verteilungsanalysierers bzw. der Verknüpfungsschaltung 40 akkumulierten Daten können in Form eines Histogramms wiedergegeben werden, wie es in Fig.3 gezeigt ist Die zwanzig Kanäle sind am unteren Rand der graphischen Darstellung aufgetragen, während die entsprechenden Wandstärken in mm am oberen Rand ange^ben sind. Die linke Kante zeigt den Prozentsatz individueller bzw. einzelner Messungen, die jeweils in den einzelnen Zählern akkumuliert sind. Wie gezeigt, entspricht das Fehlersignal 60 einem kleiner' Prozentsatz aller Messungen, während die Mehrzahl der Messungen 61 und 62 innerhalb zweier Bereiche liegt, die dem dreizehnten und vierzehnten Zähler entsprechen. Die Teile der graphischen Balken 63 und 64 über den Balken 61 und 62 geben die Werte bzw. Größe der Mikrometer-Messungen wieder, welche am gleichen rohrförmigen Bauteil durchgeführt wurden, in welchem auch die Ultraschall-Vorrichtung benutzt wurde. Zwar waren die Ultraschall-Messungen über einen etwas breiteren Bereich der Wandstärke als die Mikrometer-Messungen verteilt, jedoch weisen ihre Mcßergebtiisse keine deutlich verringerte Wandstärke oder andere Fehler aus. Außerdem kann man der graphischen Darstellung entnehmen, daß die durchschnittliche Wandstärke des rohrförmigen Bauteiles zwischen 2,6 und 2,9 mm lag.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung Patentansprüche: der Innenwand von Rohren auf insbesondere Rost oder andere Fehlstellen mit den Merkmalen des Oberbegrif-

1. Vorrichtung zur Prüfung von Rohrwänden von fes des Patentanspruches 1.

der Innenseite aus auf insbesondere Rost oder ande- 5 Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS

re Fehlstellen mit 38 08 879 bekannt Dort wird ein Ultraschall-Wandler in

ein zu prüfendes Bohr-Rohr eingeführt und gedreht Die

— einem Ultraschall-Wandler (10), Koppelung der Schallwellen erfolgt durch die sich be-

— einem Sender/Empfänger (30), welcher mit dem reits im Bohrloch befindende Flüssigkeit
Ultraschall-Wandler (10) zur Erzeugung von 10 Auch aus der DE-OS 21 27 350 ist eine Ultraschall-Ultraschall-Pulsen und zum Empfang des Echos Prüfvorrichtung für Rohre bekannt, mit der Rohr-Inverbunden ist, nenwände auf Roststellen oder dergleichen untersucht

— einem Gehäuse für den Ultraschall-Wandler werden können. Auch hier wird die Zeitspanne zwi-(10), sehen den von der Innen- bzw. Außenseite des Rohres

— einer Zeit-Meßschaltung (34,35,36), welche mit 15 stammenden Echos zur Prüfung des Wandzustandes dem Sender/Empfänger (30) verbunden ist, um herangezogen.

die Zeitspanne zwischen den von der Innen- Aus der US-PS 32 21 544 ist es bekannt, einzelne

wand und der Außenwand des Rohres reflek- Meßwerte in Kanäle aufgelöst zu akkumulieren und so-

tierten Ultraschall-Echos zu ermitteln, und ein mit ein Spektrum der Wandstärkenverteilung zu erhal-

Verknünfungglied (34) aufweist, welches mit 20 ten.

dem Sender/Empfänger (30) verbunden ist und Aus der US-PS 30 28 752 ist es bekannt, Ultraschall-

zur Erzeugung eines Tor-Pulses beim Empfang strahlen axial zu emittieren und mittels eines Spiegels

des ersten Echos von der Rohrwand geöffnet radial umzulenken.

und beim Empfang des zweiten Echos geschlos- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gat-

sen wird, sowie einen Taktgeber (36) zur Erzeu- 25 tungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, daß

gung einer Reihe von Taktpulsen und einen Di- Rohrwände von der Innenseite aus auf insbesondere

gital-Zähler (35), wobei das Verknüpfungsglied Rost oder andere Fehlstellen einfach und zuverlässig

(34) mit dem Taktgeber (36) und dem Zähler quantitativ geprüft werden können und der Bedienungs-

(35) verbunden ist, um die Taktpulse für die person eine einfache und sinnfällige Darstellung des Dauer der Tor-Pulse auf den Zähler (35) zu 30 Prüfergebnisses vermittelt wird.

übertragen, Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im

, , „, . · u ♦ Patentanspruch 1 gekennzeichnet

dadurchgekennze.chnet, _Durch ^ _{Verwendung des} ^^«,η Spiegels ist es

— daß der Ultraschall-Strahl entlang der Achse möglich, den Ultraschall-Wandler und damit auch die des zu prüfenden Rohres geführt ist und auf 35 zugehörigen Versorgungsleitungen während der Meseine reflektierende Oberfläche (12) trifft, die ge- sung nicht zu drehen.

gen die Rohr-Achse geneigt ist, um den Ultra- Durch die weiterhin erfindungsgemäß vorgesehene

schall-Strahl auf die Wand des zu prüfenden Wasserzuführung läßt sich die Vorrichtung auch bei

Rohres zu richten, Rohren einsetzen, die nicht anderweitig mit Wasser ge-

— daß die reflektierende Oberfläche (12) Teil eines 40 füllt sind.

akustischen Spiegels (11) ist, der um eine zur Die zeitaufgelöste Akkumulation der Ultraschall-

Rohr-Achse parallele Achse mittels eines Ro- Echos liefert ein Spektrum, das dem Benutzer direkt den tors (14) drehbar ist, Zustand der Rohr-Wand anzeigt

— daß eine Wasser-Zuführung (26) vorgesehen ist, Im folgenden ist die Erfindung anhand eines schemaweiche am Gehäuse angeordnet ist, um eine 45 tisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu-Wasser-Koppelung zwischen dem Ultraschall- tert In den Zeichnungen zeigt

Wandler (10), dem Spiegel (11) und dem Rohr zu F i g. 1 eine Vorrichtung zur Ultraschall-Prüfung mit

erzeugen, einer im Querschnitt dargestellten Sonde und einer als

— und daß eine Schaltung (41,42, 43,44) zur zeit- Blockschaltbild dargestellten elektronischen Schaltung; aufgelösten Akkumulation der Schall-Refle- 50 F i g. 2 einen Signalplan mit dem zeitlichen Verlauf xionsspektren vorgesehen ist, welche mit der von Signalen an verschiedenen Punkten der Schaltung Zeit-Meßschaltung (34, 35, 36) verbunden ist, nachFig. 1;

um ein Zustandsprofil der Rohrwand zur erzeu- F i g. 3 ein Histogramm der mit der Vorrichtung auf-

gen. genommenen Messung im Vergleich zu Messungen mit-

55 tels eines Mikrometers.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Auf der linken Seite von F i g. 1 ist eine Sonde gezeigt, zeichnet, daß die Akkumulier-Schaltung (40—44) ei- die in ein rohrförmiges Bauteil eingeführt werden kann, ne Vielzahl von Zahl-Speichern (42) aufweist, welche um die Wandstärke desselben zu messen. Die Sonde jeweils einer bestimmten Zeitspanne des Ultra- enthält einen Ultraschall-Wandler 10 und einen rotieschall-Echos zugeordnet sind. 60 renden Spiegel 11 mit einer Oberfläche 12, welche unter

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder einem Winkel von ungefähr 45° gegenüber der Achse 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderflanke des des Wandlers geneigt ist Der rotierende Spiegel richtet Tor-Pulses durch das Ultraschall-Echo der Rohr-In- die Ultraschallenergie senkrecht bzw. normal auf die nenwand und die Hinterflanke des Tor-Pulses durch Wandung des rohrförmigen Bauteiles und leitet die zudas Ultraschall-Echo der Rohr-Außenwand erzeugt 65 rückkommenden Echos zum Wandler. Der Spiegel 11 ist wird. am einen Ende eines Wasserturbinen-Rotors 14 montiert. Der Wasserturbinen-Rotor ist mit zwei in axialer

Richtung sich erstreckenden Armen 13 versehen, wel-