IT201600079968A1 - HELICOIDAL SCANNING SYSTEM FOR PLASMA FACING UNITS (PFUs) - Google Patents
HELICOIDAL SCANNING SYSTEM FOR PLASMA FACING UNITS (PFUs)Info
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Description
SISTEMA DI SCANSIONE ELICOIDALE PER PLASMA FACING UNITS HELICAL SCANNING SYSTEM FOR PLASMA FACING UNITS
(PFUs) (PFUs)
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Campo tecnico dell’invenzione Technical field of the invention
La presente invenzione si riferisce principalmente ad un apparato ad ultrasuoni (UT) di tipo ad immersione per la rilevazione non distruttiva di difetti di componenti industriali. The present invention mainly relates to an immersion-type ultrasound apparatus (UT) for the non-destructive detection of defects in industrial components.
L’apparato è specificamente idoneo per la scansione delle cosiddette “ Plasma Facing Units!’ (PFUs) dei reattori a fusione. The apparatus is specifically suitable for scanning the so-called "Plasma Facing Units!" (PFUs) of fusion reactors.
Background Background
In un reattore a fusione, in particolare di tipo Tokamak, il divertore è la parte della parete della camera di fusione sulla quale viene deviato il plasma che sfugge ai campi magnetici di contenimento. Esso si trova tipicamente nella zona inferiore della camera. Le cosiddette “Plasma Facing Unità’ (PFUs) costituiscono la parte del divertore che è affacciata al plasma e ne dissipa il calore. Pertanto, le PFUs sono componenti estremamente sollecitati da un punto di vista termico. Esse sono composte da tubi in cui circola il fluido di raffreddamento la cui perdita all’interno della camera implicherebbe ingenti danni e tempi di manutenzione estremamente lunghi e costosi. Per questo motivo, la loro integrità strutturale è fondamentale ai fini dell’efficienza e sicurezza di funzionamento del reattore. In a fusion reactor, in particular of the Tokamak type, the divertor is the part of the wall of the fusion chamber onto which the plasma that escapes the magnetic containment fields is diverted. It is typically found in the lower area of the chamber. The so-called "Plasma Facing Units" (PFUs) constitute the part of the divertor that faces the plasma and dissipates its heat. Therefore, PFUs are highly stressed components from a thermal point of view. They are composed of pipes in which the cooling fluid circulates, the loss of which inside the chamber would imply extensive damage and extremely long and expensive maintenance times. For this reason, their structural integrity is essential for the efficiency and safety of the reactor.
In particolare, le PFUs del reattore ITER, per il controllo delle quali il sistema è stato principalmente ideato, sono composte da tubi, generalmente in lega di rame e tipicamente lunghi 1.8m, dove circola l'acqua di raffreddamento, ciascuno tipicamente con andamento rettilineo nella parte inferiore e andamento curvo in corrispondenza della zona superiore di raccordo con la parete della camera di combustione. All’esterno di ciascun tubo sono saldati blocchi parallelepipedi, generalmente in tungsteno, appositamente forati per consentire il passaggio al proprio interno del tubo medesimo. Fra tubo e blocco è tipicamente interposto uno strato di rame puro (ad esempio di spessore pari ad 1 mm circa). Il sistema dell’invenzione che verrà descritto più avanti è, comunque, idoneo e utilizzato per la scansione di PFUs di differenti forme e materiali e, in generale, per componenti di altro tipo con caratteristiche geometriche simili. In particular, the PFUs of the ITER reactor, for the control of which the system was mainly designed, are composed of pipes, generally in copper alloy and typically 1.8m long, where the cooling water circulates, each typically with a rectilinear course. in the lower part and curved course in correspondence with the upper connection area with the combustion chamber wall. Parallelepiped blocks, generally made of tungsten, are welded to the outside of each tube, specially perforated to allow the tube to pass inside itself. A layer of pure copper is typically interposed between the tube and the block (for example with a thickness of approximately 1 mm). The system of the invention that will be described later is, however, suitable and used for scanning PFUs of different shapes and materials and, in general, for other types of components with similar geometric characteristics.
Nella tecnica nota sono state proposte tecniche di scansione ad ultrasuoni (UT) per rilevare eventuali difetti in tali componenti. Anche tali tecniche si basano sull’introduzione di una sonda all’interno del tubo in condizioni di immersione in acqua. In the known art, ultrasound scanning (UT) techniques have been proposed to detect possible defects in such components. These techniques are also based on the introduction of a probe inside the tube in conditions of immersion in water.
Tuttavia, i dispositivi ed i metodi proposti nell’arte nota presentano numerose criticità rispetto ai movimenti da impartire alla sonda per una verifica a 360 gradi della struttura analizzata (ossia sull’intera sezione trasversale del tubo). In particolare, le modalità proposte richiedono meccanismi complessi e tempi di scansione del tubo comunque lunghi, spesso con la necessità di attraversamenti multipli della sonda entro il tubo. However, the devices and methods proposed in the known art have numerous critical issues with respect to the movements to be imparted to the probe for a 360-degree verification of the analyzed structure (ie on the entire cross section of the pipe). In particular, the proposed modalities require complex mechanisms and long tube scanning times, often with the need for multiple penetrations of the probe within the tube.
Per questo motivo, i dispositivi ed i metodi noti non consentono una identificazione altrettanto accurata della posizione e delle dimensioni del difetto eventualmente rilevato. For this reason, known devices and methods do not allow an equally accurate identification of the position and size of any defect detected.
Un altro aspetto critico della tecnica nota è rappresentato dalle modalità di trasmissione dei segnali acquisiti dalla sonda all’esterno del tubo ai fini della loro analisi ed elaborazione. Another critical aspect of the prior art is represented by the methods of transmission of the signals acquired by the probe outside the tube for the purpose of their analysis and processing.
Sommario dell’invenzione Summary of the invention
Il problema tecnico posto e risolto dalla presente invenzione è pertanto quello di fornire un apparato ed un metodo che consentano di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota. The technical problem posed and solved by the present invention is therefore that of providing an apparatus and a method which allow to overcome the drawbacks mentioned above with reference to the known art.
Tale problema viene risolto da un apparato secondo la rivendicazione 1 e da un metodo secondo la rivendicazione 15. This problem is solved by an apparatus according to claim 1 and by a method according to claim 15.
Caratteristiche preferite della presente invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Preferred features of the present invention are the subject of the dependent claims.
La presente invenzione fornisce un sistema di scansione, in particolare ad ultrasuoni (UT) e di tipo ad immersione, per la rilevazione non distruttiva di difetti di componenti industriali cavi, in particolare PFUs. La scansione è effettuata imprimendo ad una sonda o sensore un movimento elicoidale, preferibilmente mediante due motori, questi ultimi in particolare di tipo brushless. The present invention provides a scanning system, in particular ultrasonic (UT) and immersion type, for the non-destructive detection of defects in hollow industrial components, in particular PFUs. Scanning is performed by imparting a helical movement to a probe or sensor, preferably by means of two motors, the latter in particular of the brushless type.
In una sua accezione preferita, il sistema di scansione controlla le saldature di una PFU dall’interno del tubo riempito d’acqua. In one of its preferred meanings, the scanning system checks the welds of an ELT from inside the pipe filled with water.
La sonda o sensore può essere connessa in modo fisso od amovibile all’apparato di scansione. The probe or sensor can be connected in a fixed or removable way to the scanning apparatus.
In una forma di realizzazione preferita, sono previsti contatti rotanti per la trasmissione del segnale dalla sonda o sensore ad una unità di controllo disposta esternamente al componente analizzato. In a preferred embodiment, rotating contacts are provided for transmitting the signal from the probe or sensor to a control unit arranged externally to the component being analyzed.
Preferibilmente, i parametri della scansione - in particolare in termini di passo dell’elica, velocità, frequenza di campionamento e/o frequenza di acquisizione -sono impostabili, ed eventualmente regolabili, mediante un software dedicato. Preferably, the scan parameters - in particular in terms of propeller pitch, speed, sampling frequency and / or acquisition frequency - can be set, and possibly adjusted, using dedicated software.
Il sistema proposto consente di ottenere un movimento efficace della sonda aN’intemo del tubo, senza necessità di attraversamenti multipli e con una meccanica semplice ed affidabile. In particolare, il moto elicoidale della sonda permette di diminuire enormemente l'errore di posizionamento della sonda medesima e quindi di indicare con accuratezza la posizione dei difetti eventualmente rilevati. The proposed system allows to obtain an effective movement of the probe inside the pipe, without the need for multiple crossings and with simple and reliable mechanics. In particular, the helical motion of the probe makes it possible to greatly reduce the positioning error of the probe itself and therefore to accurately indicate the position of any defects detected.
Il sistema consente altresì di ridurre i tempi necessari per la verifica di integrità del componente analizzato. The system also allows to reduce the time required for the integrity check of the analyzed component.
Inoltre, l'invenzione permette di ottimizzare la trasmissione dei segnali, anche in tempo reale, dalla sonda alla suddetta unità di controllo per la loro elaborazione. Furthermore, the invention allows to optimize the transmission of signals, even in real time, from the probe to the aforementioned control unit for their processing.
Anche se la presente invenzione viene qui descritta con riferimento principalmente al rilevamento di difetti nella saldatura all'interfaccia fra tubo e blocco nelle PFUs, essa è impiegabile anche per differenti applicazioni, contesti tecnici e/o componenti cavi da analizzare. Although the present invention is described herein with reference mainly to the detection of defects in welding at the interface between tube and block in PFUs, it can also be used for different applications, technical contexts and / or hollow components to be analyzed.
In particolare, l’apparato dell’invenzione può essere associato a sonde o sensori di tipo diverso dalla sonda ad ultrasuoni tipicamente impiegata per la rilevazione di difetti nel contesto sopra considerato. In particular, the apparatus of the invention can be associated with probes or sensors of a type other than the ultrasonic probe typically used for the detection of defects in the context considered above.
Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Other advantages, characteristics and methods of use of the present invention will become evident from the following detailed description of some embodiments, presented by way of non-limiting example.
Descrizione breve delle figure Brief description of the figures
Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: Reference will be made to the figures of the attached drawings, in which:
la Figura 1 mostra una rappresentazione schematica di un principio di funzionamento di una sonda inclusa in una forma di realizzazione preferita dell’apparato dell'invenzione ai fini del rilevamento di possibili difetti in un componente; Figure 1 shows a schematic representation of a principle of operation of a probe included in a preferred embodiment of the apparatus of the invention for the purpose of detecting possible defects in a component;
la Figura 2 mostra una rappresentazione esemplificativa di un movimento elicoidale compiuto dalla sonda di Figura 1 entro un componente da analizzare; Figure 2 shows an exemplary representation of a helical movement performed by the probe of Figure 1 within a component to be analyzed;
la Figura 3 mostra una vista laterale di una forma di realizzazione preferita dell’apparato della presente invenzione, durante l’impiego per la rilevazione di difetti in una PFU; Figure 3 shows a side view of a preferred embodiment of the apparatus of the present invention, during use for the detection of defects in an ELT;
la Figura 4 mostra una vista in prospettiva posteriore di un dettaglio ingrandito dell’apparato di Figura 3; Figure 4 shows a rear perspective view of an enlarged detail of the apparatus of Figure 3;
la Figura 5 mostra una vista in prospettiva posteriore di un altro dettaglio ingrandito dell’apparato di Figura 3, in cui, per maggiore chiarezza, la PFU non è stata rappresentata; e Figure 5 shows a rear perspective view of another enlarged detail of the apparatus of Figure 3, in which, for greater clarity, the ELT has not been represented; And
la Figura 6 mostra una vista esemplificativa in sezione longitudinale di parte dell’apparato di Figura 3, che evidenzia la presenza di contatti rotanti. Figure 6 shows an exemplary longitudinal section view of part of the apparatus of Figure 3, which highlights the presence of rotating contacts.
Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite Detailed description of preferred embodiments
Con riferimento inizialmente alla Figura 3, un apparato secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione è complessivamente denotato con 100. With reference initially to Figure 3, an apparatus according to a preferred embodiment of the invention is generally denoted with 100.
L’apparato 100 è configurato per la scansione di un componente cavo ai fini della rilevazione di relativi difetti strutturali. In particolare, nella presente forma di realizzazione tale componente è una Plasma Facing Unii (PFU) di un reattore a fusione. Una struttura tubolare di tale PFU del tipo già descritto con riferimento alla tecnica nota è mostrata a titolo esemplificativo e denotata complessivamente con 1. Nel presente esempio, la PFU è formata da un tubo in rame rivestito con blocchi in tungsteno. The apparatus 100 is configured to scan a hollow component for the purpose of detecting its structural defects. In particular, in the present embodiment this component is a Plasma Facing Unit (PFU) of a fusion reactor. A tubular structure of this PFU of the type already described with reference to the known art is shown by way of example and denoted as a whole with 1. In the present example, the PFU is formed by a copper tube coated with tungsten blocks.
L’apparato 100 comprende un telaio fisso 200, il quale telaio presenta una struttura principale 203 formata da una pluralità di montanti od aste elongate che si estendono, in uso, sostanzialmente oblique rispetto al piano di calpestio. In Figura 3, sono state rappresentate tre direzioni mutuamente ortogonali, denotate con /, t ed h e definenti, rispettivamente, una direzione di estensione longitudinale, trasversale e in elevazione del telaio 200, e, più in generale, dell’apparato 100. Nel seguito, verranno impiegati i termini “distale” e “prossimale” con riferimento rispettivamente alla minore o maggiore prossimità di un elemento rispetto alla struttura principale 203 nella direzione longitudinale The apparatus 100 comprises a fixed frame 200, which frame has a main structure 203 formed by a plurality of uprights or elongated rods that extend, in use, substantially oblique with respect to the walking surface. In Figure 3, three mutually orthogonal directions have been represented, denoted by /, t and h and defining, respectively, a direction of longitudinal, transverse and elevation extension of the frame 200, and, more generally, of the apparatus 100. In the following , the terms "distal" and "proximal" will be used with reference respectively to the lesser or greater proximity of an element with respect to the main structure 203 in the longitudinal direction
L’apparato 100 è configurato per supportare la PFU durante la scansione. A tal fine esso comprende, nel presente esempio, un supporto 2 solidale al telaio 200. Il supporto 2 presenta una porzione distale 201 ad andamento arcuato o ricurvo che segue il profilo della PFU medesima ed un porzione prossimale 202 a sviluppo sostanzialmente dritto o rettilineo che segue anch’essa il profilo della rimanente parte della PFU. The apparatus 100 is configured to support the PFU during the scan. To this end it comprises, in the present example, a support 2 integral with the frame 200. The support 2 has a distal portion 201 with an arcuate or curved course which follows the profile of the PFU itself and a proximal portion 202 with a substantially straight or rectilinear development which it also follows the profile of the remaining part of the ELT.
La parte dritta 202 del supporto 2 - e quindi, in uso, la parte di PFU su di essa supportata - si estende sostanzialmente parallela alla direzione longitudinale /. The straight part 202 of the support 2 - and therefore, in use, the part of ELT supported thereon - extends substantially parallel to the longitudinal direction /.
Al supporto 2 possono essere associati morsetti che bloccano la PFU, preferibilmente realizzati in materiale non conduttivo per limitare la possibilità di rumore elettrico dovuto a eventuali loop di massa indesiderati. The support 2 can be associated with terminals which block the PFU, preferably made of non-conductive material to limit the possibility of electrical noise due to any unwanted ground loops.
Preferibilmente, supporto 2 e eventuali componenti associati sono realizzati in materiale plastico per non danneggiare superficialmente la PFU. Preferably, support 2 and any associated components are made of plastic material so as not to damage the ELT on the surface.
Il supporto 2 permette un posizionamento del PFU tale che le sue estremità si trovino alla stessa quota. Come verrà compreso meglio nel seguito, tale disposizione assicura una presenza di acqua entro l’intera estensione del tubo. The support 2 allows positioning of the ELTs such that its ends are at the same height. As will be better understood below, this arrangement ensures the presence of water within the entire extension of the pipe.
Come mostrato in maggiore dettaglio in Figura 4 ed in Figura 5 (ove, per maggiore chiarezza di rappresentazione, la PFU non è mostrata), l’apparato 100 è configurato in modo tale che entro la PFU sia mobile un albero 101 che supporta, in corrispondenza di una propria estremità distale, una sonda ad ultrasuoni 22. Tale albero di supporto 101 presenta una porzione distale flessibile 18 ed una porzione prossimale rigida 19. La porzione flessibile 18 è configurata in modo tale da potersi inserire entro la PFU, e particolarmente entro la porzione ricurva di questa, seguendone il profilo. L’albero 101 si estende secondo un proprio asse longitudinale L parallelo, nella porzione rigida rettilinea 19, alla direzione /. As shown in greater detail in Figure 4 and in Figure 5 (where, for greater clarity of representation, the PFU is not shown), the apparatus 100 is configured in such a way that a shaft 101 which supports, in corresponding to its own distal end, an ultrasound probe 22. This support shaft 101 has a flexible distal portion 18 and a rigid proximal portion 19. The flexible portion 18 is configured in such a way as to be able to be inserted within the PFU, and particularly within the curved portion of this, following its profile. The shaft 101 extends along its own longitudinal axis L parallel, in the rigid rectilinear portion 19, to the direction /.
La sonda 22 è portata in corrispondenza della estremità terminale della porzione flessibile 19, in modo fisso od amovibile, mediante un mezzo di montaggio o sostegno 21. The probe 22 is brought to the terminal end of the flexible portion 19, in a fixed or removable way, by means of a mounting or support means 21.
L’apparato 100 comprende inoltre mezzi di alimentazione di un fluido di lavoro entro la PFU, in particolare acqua. Nella presente forma di realizzazione, tali mezzi comprendono una connessione idraulica 9, collegata in corrispondenza di una propria prima estremità (ben visibile in Figura 5) al tubo della PFU, ad esempio attraverso due oring o mezzi equivalenti idonei ad assicurare la tenuta dell'acqua. Ad un’altra estremità, la connessione 9 è collegata ad un serbatoio, ad esempio attraverso un tubo di gomma 16. The apparatus 100 also comprises means for feeding a working fluid into the ELT, in particular water. In the present embodiment, these means comprise a hydraulic connection 9, connected at its first end (clearly visible in Figure 5) to the PFU pipe, for example through two orings or equivalent means suitable for ensuring water tightness. . At another end, the connection 9 is connected to a tank, for example through a rubber tube 16.
Preferibilmente, la connessione 9 comprende un corpo principale a manicotto forato, per permettere il passaggio al proprio interno dell'albero 101. In virtù della propria conformazione, la connessione 9 funge anche da supporto locale per l’albero 101 e lo mantiene centrato rispetto al tubo della PFU. Preferably, the connection 9 comprises a main body with a perforated sleeve, to allow the shaft 101 to pass inside itself. By virtue of its configuration, the connection 9 also acts as a local support for the shaft 101 and keeps it centered with respect to the shaft 101. ELT tube.
Con riferimento alle Figure 3 e 4, sul telaio 200, e in particolare su una traversa 11 di esso, sono montate una slitta primaria o motrice 7 ed una sottostante slitta secondaria o condotta 4, che impartono un movimento traslatorio in direzione /, o secondo l’asse L, all’albero 101. Il range di movimento è tale da permettere alla sonda 22 di raggiungere l’estremità distale ricurva della PFU e quindi di compiere un percorso di scansione da tale estremità verso la parte più prossimale. In altre parole, la scansione avviene durante un moto retrogrado dell’albero 101 nel verso di estrazione dalla PFU. With reference to Figures 3 and 4, on the frame 200, and in particular on a crosspiece 11 thereof, a primary or driving slide 7 and an underlying secondary or driven slide 4 are mounted, which impart a translational movement in the direction /, or according to axis L, to shaft 101. The range of movement is such as to allow the probe 22 to reach the curved distal end of the PFU and therefore to perform a scanning path from this end towards the most proximal part. In other words, the scan takes place during a retrograde motion of the shaft 101 in the direction of extraction from the ELT.
La slitta primaria 7 è direttamente collegata ad un motore lineare 8 e trascina direttamente l’albero 101 mediante una flangia 70 estendentesi inferiormente, in direzione h, alla slitta 7 medesima. The primary slide 7 is directly connected to a linear motor 8 and directly drags the shaft 101 by means of a flange 70 extending below, in direction h, to the slide 7 itself.
Su tale flangia 70 è presente, da un lato, la sede con un blocco a vite per contatti rotanti 5 (che verranno descritti più avanti) con un sistema che rende possibile la rimozione dell'albero 101 dal resto della struttura semplificando la fase di posizionamento e rimozione della PFU. Dal lato opposto è ancorato un motore 6 che imprime all’albero il moto di rotazione secondo un asse parallelo alla direzione longitudinale / connesso alla porzione rigida 19 dell'albero rotante 101 attraverso una chiavetta la cui sede 15 è mostrata in Figura 6. On this flange 70 there is, on one side, the seat with a screw block for rotating contacts 5 (which will be described later) with a system that makes it possible to remove the shaft 101 from the rest of the structure, simplifying the positioning phase. and removal of the ELT. On the opposite side a motor 6 is anchored which gives the shaft the rotation motion according to an axis parallel to the longitudinal direction / connected to the rigid portion 19 of the rotating shaft 101 through a key whose seat 15 is shown in Figure 6.
Fra la flangia 70 e la slitta primaria 7 sono interposti primi mezzi di regolazione di posizione 13, configurati per variare la posizione dell’estremo prossimale dell’albero 101 secondo le direzioni f ed h. Between the flange 70 and the primary slide 7 are interposed first position adjustment means 13, configured to vary the position of the proximal end of the shaft 101 according to the directions f and h.
La slitta secondaria 4 include un primo elemento di supporto distale 3 per la parte flessibile 18 dell’albero 101 ed un secondo elemento di supporto prossimale 10 per la parte rigida 19 dell’albero 101. Entrambi gli elementi di supporto 3 e 10 si estendono in elevazione dalla slitta 4 e supportano dal basso l’albero 101, che è quindi appoggiato su di essi. The secondary slide 4 includes a first distal support element 3 for the flexible part 18 of the shaft 101 and a second proximal support element 10 for the rigid part 19 of the shaft 101. Both the support elements 3 and 10 extend in elevation from the slide 4 and support shaft 101 from below, which is therefore supported on them.
La slitta primaria 7 è collegata alla slitta secondaria 4 mediante un elemento oblungo di trasmissione del moto, in particolare una catena 20 o mezzo equivalente. La lunghezza della catena 20 è calibrata in modo tale da permettere alla slitta secondaria 4 di seguire il movimento della slitta primaria 7 quando la parte rigida 19 dell’albero 101 , nel moto retrogrado di estrazione dalla PFU, esce dalla PFU medesima. In particolare, tale mezzo di trasmissione 20 presenta una lunghezza calibrata in modo tale che, quando la porzione flessibile 18 dell'albero 101 , nel moto retrogrado di estrazione dalla PFU, raggiunge il secondo elemento di supporto 10, quest'ultimo inizia a traslare insieme all'albero 101 in modo da sostenere l'albero medesimo nel punto di transizione fra la porzione rigida 19 e quella flessibile 18, evitando flessioni dell’albero o sue eccessive sollecitazioni torsionali. The primary slide 7 is connected to the secondary slide 4 by means of an oblong motion transmission element, in particular a chain 20 or equivalent means. The length of the chain 20 is calibrated in such a way as to allow the secondary slide 4 to follow the movement of the primary slide 7 when the rigid part 19 of the shaft 101, in the retrograde motion of extraction from the ELT, leaves the ELT itself. In particular, this transmission means 20 has a calibrated length in such a way that, when the flexible portion 18 of the shaft 101, in the retrograde motion of extraction from the PFU, reaches the second support element 10, the latter begins to translate together. to the shaft 101 so as to support the shaft itself in the transition point between the rigid portion 19 and the flexible portion 18, avoiding bending of the shaft or its excessive torsional stresses.
Pertanto, il primo elemento di supporto 3 sostiene la parte flessibile 18 dell'albero 101 quando questo fuoriesce dalla PFU e consente di mantenere il fascio UT della sonda 22 sempre perpendicolare alla superficie da scansionare. Therefore, the first support element 3 supports the flexible part 18 of the shaft 101 when this comes out of the PFU and allows to keep the UT beam of the probe 22 always perpendicular to the surface to be scanned.
Il secondo elemento di supporto 10 mantiene la porzione rigida 19 dell'albero 101 parallela alla parte rigida della PFU, e quindi alla direzione /, durate l'estrazione della sonda. The second support element 10 keeps the rigid portion 19 of the shaft 101 parallel to the rigid part of the PFU, and therefore to the direction /, during the extraction of the probe.
Il secondo elemento di supporto 10 è associato a relativi secondi mezzi di regolazione di posizione 12. Anche questi ultimi sono configurati per permettere una regolazione a due gradi di libertà, in particolare in direzione h e t, della posizione del secondo elemento di supporto 10. The second support element 10 is associated with relative second position adjustment means 12. The latter are also configured to allow a two-degree-of-freedom adjustment, in particular in the h and t direction, of the position of the second support element 10.
I primi e i secondi mezzi di regolazione 12 e 13 permettono di variare la posizione dell'albero 101 in modo che esso sia coassiale con il tubo della PFU. The first and second adjustment means 12 and 13 allow to vary the position of the shaft 101 so that it is coaxial with the tube of the PFU.
Preferibilmente, sia il primo che il secondo elemento di supporto sono fatti di un materiale non conduttivo, ad esempio macor® o teflon®, per evitare eventuali loop di massa sulla sonda. Preferably, both the first and the second support element are made of a non-conductive material, for example macor® or Teflon®, to avoid any ground loops on the probe.
Come visibile in Figura 4, nella presente forma di realizzazione l'elemento di supporto 3 è costituito da un'asticella 30 articolata prossimalmente su un perno 31 posto sulla slitta secondaria 4, e in particolare sul regolatore di posizione 12, in modo da ruotare attorno ad un asse con direzione t. All’estremità distale dell’asticella 30 è montato solidalmente un elemento, o perno, di sostegno 17 estendentesi trasversalmente in direzione t. Quest’ultimo sostiene appunto in appoggio la porzione flessibile 18 dell’albero 101. As can be seen in Figure 4, in the present embodiment the support element 3 consists of a rod 30 articulated proximally on a pin 31 placed on the secondary slide 4, and in particular on the position regulator 12, so as to rotate around to one axis with direction t. At the distal end of the rod 30 an element, or pin, of support 17 extending transversely in direction t is mounted integrally. The latter supports the flexible portion 18 of the shaft 101 in support.
Preferibilmente, come già detto, almeno il perno 17 è realizzato in materiale a basso attrito e non conduttivo per evitare eventuali loop di massa sulla sonda. Preferably, as already mentioned, at least the pin 17 is made of low friction and non-conductive material to avoid any ground loops on the probe.
All’elemento di supporto 3 è associata anche una molla calibrata 14, o un mezzo di richiamo elastico equivalente. Tale molla 14 è collegata da un lato (prossimalmente) all'asticella 30 che realizza l’elemento di supporto 3, e quindi alla slitta secondaria 4, e dall’altro (distalmente) è solidale al telaio fisso 200. Nella rappresentazione di Figura 3, la connessione con il telaio fisso 200 è realizzata tramite la trave 11 . The support element 3 is also associated with a calibrated spring 14, or an equivalent elastic return means. This spring 14 is connected on one side (proximally) to the rod 30 which forms the support element 3, and therefore to the secondary slide 4, and on the other side (distally) it is integral with the fixed frame 200. In the representation of Figure 3 , the connection with the fixed frame 200 is made by means of the beam 11.
La configurazione è tale che quando circa metà della porzione flessibile 18 dell'albero 101 è fuori dalla PFU, la slitta secondaria 4 inizia a traslare solidalmente alla slitta primaria 7, ponendo in tensione la molla calibrata 14. Questa determina quindi la rotazione deirasticella 30 secondo la freccia f di Figura 4. Un finecorsa realizzato sul regolatore 12 fa sì che la rotazione massima dell’elemento di supporto 3 mantenga la porzione flessibile 18 esterna alla PFU in linea con la porzione rigida 19, ossia parallela alla direzione /. In altre parole, il perno di sostegno 17 si trova ad una elevazione in direzione h tale da impedire flessioni della porzione 18. The configuration is such that when about half of the flexible portion 18 of the shaft 101 is outside the PFU, the secondary slide 4 begins to translate integrally with the primary slide 7, putting tension on the calibrated spring 14. This therefore determines the rotation of the rod 30 according to the arrow f of Figure 4. A limit switch made on the regulator 12 causes the maximum rotation of the support element 3 to keep the flexible portion 18 external to the PFU in line with the rigid portion 19, ie parallel to the direction /. In other words, the support pin 17 is at an elevation in the h direction such as to prevent bending of the portion 18.
Gli elementi di supporto 3 e 10 e la flangia 70 sostengono quindi l’albero 101 e sono vantaggiosamente disposti reciprocamente distanziati lungo la direzione /. The support elements 3 and 10 and the flange 70 therefore support the shaft 101 and are advantageously arranged mutually spaced apart along the direction /.
All’interfaccia fra motore rotativo 6 e albero 101 sono previsti contatti rotanti 5, visibili maggiore dettaglio in Figura 6. Tali contatti 5 assicurano la trasmissione del segnale fra la sonda 22 ed una unità di controllo esterna, in particolare un ecografo, durante la scansione. In particolare, alla sonda 22 è associato un cavo di trasmissione dati - ed eventualmente di alimentazione - 50, dal quale si diramano prossimalmente due o più elementi di estremità 51. Questi ultimi sono in contatto elettrico con la parte mobile 52 di mezzi di trasmissione del moto a rotolamento, in particolare cuscinetti volventi 53. Tali mezzi di trasmissione del moto 53 sono realizzati in materiale elettricamente conduttivo e trasmettono il segnale ad un connettore 54 in comunicazione con l’unità di controllo esterna. Il connettore 54 è denotato come “BNC” in Figura 6, ad indicare connettori unipolari a baionetta, ma naturalmente sono possibili implementazioni alternative. Rotating contacts 5 are provided at the interface between the rotary motor 6 and shaft 101, which can be seen in greater detail in Figure 6. These contacts 5 ensure the transmission of the signal between the probe 22 and an external control unit, in particular an ultrasound scanner, during scanning. . In particular, the probe 22 is associated with a data transmission cable - and possibly a power supply cable - 50, from which two or more end elements 51 radiate proximally. The latter are in electrical contact with the mobile part 52 of the transmission means of the rolling motion, in particular rolling bearings 53. These motion transmission means 53 are made of electrically conductive material and transmit the signal to a connector 54 in communication with the external control unit. Connector 54 is denoted as “BNC” in Figure 6, indicating unipolar bayonet connectors, but of course alternative implementations are possible.
Ai componenti sin qui introdotti si aggiunge poi la già citata unità di controllo, che permette il controllo sincronizzato dei diversi componenti, e in particolare dei motori 6 e 8. Tale unità di controllo può essere ad esempio alloggiata entro una delle slitte o in uno dei motori, o presentare diversa disposizione, anche remota dall’apparato 100 come mostrato nelle figure. The aforementioned control unit is added to the components introduced so far, which allows the synchronized control of the various components, and in particular of the motors 6 and 8. This control unit can be housed, for example, in one of the slides or in one of the motors, or have a different arrangement, even remote from the apparatus 100 as shown in the figures.
In una implementazione, il movimento dei motori che permette un movimento elicoidale della sonda è ottenuto mediante una modalità di controllo ad inseguimento, in cui ad esempio il motore lineare insegue quello rotativo. In generale, la logica di sincronizzazione può essere tale da permettere al motore che deve avanzare a velocità inferiore di inseguire quello a velocità superiore, riducendo gli errori di inseguimento. In one implementation, the movement of the motors which allows a helical movement of the probe is obtained by means of a tracking control mode, in which for example the linear motor follows the rotary one. In general, the synchronization logic can be such as to allow the motor which must advance at a lower speed to follow the one at a higher speed, reducing the following errors.
La Figura 2 illustra il moto complessivo conferito alla sonda dai motori 6 e 8, che è di tipo elicoidale. La scansione della PFU avviene appunto attraverso un percorso elicoidale, ottenuto mediante un controllo sincronizzato dei due motori 6 e 8. Figure 2 illustrates the overall motion given to the probe by the motors 6 and 8, which is of the helical type. The scanning of the PFU takes place precisely through a helical path, obtained by means of a synchronized control of the two motors 6 and 8.
In uso, la PFU viene disposta sul supporto 2. La disposizione inclinata del telaio 200 permette alla sonda 22 di rimanere immersa nell'acqua durante la scansione e facilita il montaggio della PFU sull’apparato 100. In use, the ELT is placed on the support 2. The inclined arrangement of the frame 200 allows the probe 22 to remain immersed in the water during scanning and facilitates the assembly of the ELT on the apparatus 100.
Come detto sopra, in uso la sonda 22 viene tenuta al centro del tubo della PFU attraverso gli elementi di supporto e sostegno già descritti. Il tubo della PFU è riempito di acqua e collegato ad un serbatoio mediante la connessione idraulica 9 per assicurare il rabbocco continuo durante la scansione. In altre parole, il collegamento con il serbatoio, preferibilmente associato ad un sistema automatico di riempimento dell'acqua, assicura la compensazione con acqua del volume liberato dall'uscita graduale dell'albero 101 dalla PFU. As stated above, in use the probe 22 is held in the center of the PFU tube through the support and support elements already described. The PFU tube is filled with water and connected to a tank by means of the hydraulic connection 9 to ensure continuous refilling during scanning. In other words, the connection with the tank, preferably associated with an automatic water filling system, ensures the compensation with water of the volume released by the gradual exit of the shaft 101 from the ELT.
Il fatto che l'acqua si trovi solo all'interno del tubo consente di non utilizzare grandi vasche per contenere l'intera PFU o getti di acqua corrente che aumentano il rumore della misura. The fact that the water is only inside the tube makes it possible not to use large tanks to contain the entire ELT or jets of running water which increase the noise of the measurement.
La Figura 1 illustra in modo schematico il funzionamento della sonda 22. Un sensore piezoelettrico emette un impulso ultrasonoro generando onde meccaniche che si propagano nel mezzo materiale, ossia nel componente da scansionare. Il cambio di impedenza acustica lungo il percorso delle onde genera un eco riflesso. Analizzando l'eco riflesso è possibile individuare difetti nei materiali o in giunzioni. La sonda 22 può includere una lente, o un mezzo equivalente, che focalizza le onde ad una determinata profondità in modo da aumentare la risoluzione della misura. Figure 1 schematically illustrates the operation of the probe 22. A piezoelectric sensor emits an ultrasonic pulse generating mechanical waves that propagate in the material medium, ie in the component to be scanned. The change in acoustic impedance along the wave path generates a reflected echo. By analyzing the reflected echo it is possible to identify defects in materials or joints. The probe 22 may include a lens, or equivalent means, which focuses the waves at a certain depth so as to increase the resolution of the measurement.
Sarà apprezzato che l'invenzione fornisce anche un metodo di scansione di un componente cavo per la rilevazione di difetti, in particolare un tubo di Plasma Facing Units (PFUs) di un reattore a fusione. Tale metodo presenta le seguenti fasi principali: It will be appreciated that the invention also provides a method of scanning a hollow component for detecting defects, in particular a tube of Plasma Facing Units (PFUs) of a fusion reactor. This method has the following main steps:
- l’inserimento di una sonda ad ultrasuoni nel componente cavo sino a raggiungere una estremità di quest’ultimo opposta ad una estremità di inserimento, secondo le modalità preferite già descritte con riferimento all’apparato 100; - the insertion of an ultrasound probe into the hollow component until it reaches one end of the latter opposite an insertion end, according to the preferred methods already described with reference to apparatus 100;
- l’azionamento di detta sonda secondo un moto di lavoro retrogrado di estrazione dal componente cavo, il quale moto di lavoro segue una traiettoria sostanzialmente elicoidale. - the actuation of said probe according to a retrograde working motion of extraction from the hollow component, which working motion follows a substantially helical trajectory.
Ancora come illustrato con riferimento all’apparato 100, la sonda lavora ad immersione in un liquido, in particolare acqua, entro il componente cavo e la scansione viene eseguita durante detto moto di lavoro retrogrado. Again as illustrated with reference to the apparatus 100, the probe works by immersion in a liquid, in particular water, within the hollow component and the scan is performed during said retrograde working motion.
La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, come definito daN’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate. The present invention has been described up to now with reference to preferred embodiments. It is to be understood that there may be other embodiments that refer to the same inventive core, as defined by the scope of the claims set out below.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102016000079968A IT201600079968A1 (en) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | HELICOIDAL SCANNING SYSTEM FOR PLASMA FACING UNITS (PFUs) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102016000079968A IT201600079968A1 (en) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | HELICOIDAL SCANNING SYSTEM FOR PLASMA FACING UNITS (PFUs) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT201600079968A1 true IT201600079968A1 (en) | 2018-01-29 |
Family
ID=57851145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT102016000079968A IT201600079968A1 (en) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | HELICOIDAL SCANNING SYSTEM FOR PLASMA FACING UNITS (PFUs) |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Citations (4)
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-
2016
- 2016-07-29 IT IT102016000079968A patent/IT201600079968A1/en unknown
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