DD249957A1 - DEVICE FOR DETERMINING CHANGES IN THE INTERNAL DIMENSIONS OF TUBES - Google Patents

Abstract

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine konstruktiv einfache, funktionssichere Messvorrichtung zu schaffen, die neben der Messung von geraden beziehungsweise leicht gekruemmten Rohren auch die Messung der Veraenderungen der Innenabmessungen stark gekruemmter Rohre kleinen Durchmessers ermoeglicht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf der Basis mechanischer Tastelemente beruhende Messvorrichtung in wesentlich verkuerzter Bauweise und damit hoeherer Flexibilitaet zu entwickeln. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die die Verformungselemente tragenden Tastelemente als geschlossene Boegen ausgebildet sind und diese in Vorschubrichtung vor dem Traeger an dessen Stirnseite ohne sonstige gegenseitige Beruehrung gehaltert und so angeordnet sind, dass sich die Mittelebenen der bogenfoermigen Tastelemente in der Rohrachse schneiden und die Winkel zwischen den Ebenen gleich sind. Der Traeger ist mittels eines elastischen Zwischenstueckes mit dem Schubschlauch verbunden.The object of the invention is to provide a structurally simple, functionally reliable measuring device, which in addition to the measurement of straight or slightly curved pipes also allows the measurement of the changes in the inner dimensions of strongly curved tubes of small diameter. The invention has for its object to develop a based on mechanical sensing elements measuring device in a much shorter construction and thus greater flexibility. This object is achieved according erfindaess characterized in that the deformation elements supporting sensing elements are designed as closed sheets and these are supported in the feed direction in front of the Traeger on the front side without other mutual contact and arranged so that intersect the center planes of the arcuate sensing elements in the tube axis and the angles between the planes are the same. The carrier is connected to the push tube by means of an elastic intermediate piece.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Veränderungen der Innenabmessungen von Rohren.The invention relates to a device for determining changes in the inner dimensions of pipes.

Die Anwendung der Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kontrolle der Innenabmessungen von langgestreckten und gekrümmten Rohren, insbesondere von Wärmetauscherverfahren von Dampferzeugern in Kraftwerksanlagen.The application of the invention is in the field of control of the internal dimensions of elongated and curved pipes, in particular heat exchanger methods of steam generators in power plants.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Aus der Literatur sind für die Innenprüfung von Rohren sogenannte „Meßmolche" bekannt. Diese sind in der Lage durch Eigenoder Fremdantrieb Rohrleitungen zu befahren und dabei Meßwerte, zum Beispiel auch Durchmesserabweichungen von Normalwerten, zu erfassen.From the literature so-called "measuring pigs" are known for the internal testing of pipes, which are able to drive through their own or third-party drive pipelines and thereby to record measured values, for example diameter deviations from normal values.

Aus DE-OS 3231137 ist ein Meßmolch zur Querschnittsausmessung von Rohren bekannt. Hierbei sind elastisch verformbare Tastelemente und zugehörige Verformungsmeßelemente kranzförmig auf einen zylindrischen Grundkörper angeordnet. Die Zentrierung des Meßmolches wird von Führungselementen übernommen, die in Längsachse des Rohres vor und hinter den Tastelementen auf dem Grundkörper angeordnet sind.From DE-OS 3231137 a Meßmolch for cross-sectional measurement of pipes is known. Here, elastically deformable feeler elements and associated Verformungsmeßelemente are arranged in a ring on a cylindrical base body. The centering of the Meßmolches is taken over by guide elements, which are arranged in the longitudinal axis of the tube in front of and behind the probe elements on the base body.

Weiterhin ist eine Vorrichtung bekannt (DE-OS 3032424), bei der die Oberflächenveränderungen des Innenrohres durch eine Mehrzahl auf dem Umfang eines zylindrischen Trägers verteilte einseitig eingespannte Biegefedern durch Messung deren elastischer Deformation mittels Dehnmeßstreifen ermittelt werden. Dieser Träger ist innerhalb eines Gehäuses, das federartige Fühler an beiden Gehäuseenden aufweist, angeordnet. Die Fühler sind so um das Gehäuse herum positioniert, daß sie sich an die Innenfläche des Rohres anlegen und damit die Vorrichtung in der Mittellinie des Rohres zentrieren. Das Gehäuse weist Öffnungen auf, durch die sich öde Biegefedern des Trägers erstrecken und sich an die Innenfläche des zu untersuchenden Rohres anlegen.Furthermore, a device is known (DE-OS 3032424), in which the surface changes of the inner tube are determined by a plurality of distributed on the circumference of a cylindrical support cantilevered torsion springs by measuring their elastic deformation by means of strain gauges. This carrier is disposed within a housing having spring-like probes at both housing ends. The probes are positioned around the housing so as to abut the inner surface of the tube, thereby centering the device in the centerline of the tube. The housing has openings through which bare bending springs of the carrier extend and rest against the inner surface of the pipe to be examined.

Die bekannten Vorrichtungen, die von der elastischen Deformation einseitig eingespannter Biegefedern ausgehen, weisen eine solche funktionsbedingte Baulänge auf, daß nur gerade oder leicht gekrümmte Rohre (Krümmungsradius R > Rohrdurchmesser D) überprüft werden können.The known devices, which emanate from the elastic deformation of cantilevered bending springs, have such a function-related length that only straight or slightly curved tubes (radius of curvature R > tube diameter D) can be checked.

Die Bestimmung von Veränderungen der Innenabmessungen von Rohren kleinen Durchmessers und kleinen Krümmungsradius (z. B. R ~ 10D) ist mit ihnen nicht möglich.The determination of changes in the inner dimensions of small diameter pipes and small radius of curvature (eg R ~ 10D) is not possible with them.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine konstruktiv einfache, funktionssichere Meßvorrichtung zu schaffen, die neben der Messung von geraden beziehungsweise leicht gekrümmten Rohren auch die Messung der Veränderungen der Innenabmessungen stark gekrümmter Rohre kleinen Durchmessers ermöglicht.The object of the invention is to provide a structurally simple, functionally reliable measuring device, which allows not only the measurement of straight or slightly curved tubes but also the measurement of the changes in the inner dimensions of highly curved tubes of small diameter.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf der Basis mechanischer Tastelemente beruhende Meßvorrichtung in wesentlich verkürzter Bauweise und damit höherer Flexibilität zu entwickeln.The invention has for its object to develop a based on mechanical sensing elements measuring device in a much shorter design and thus higher flexibility.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Verformungselemente tragenden Tastelemente als geschlossene Bögen ausgebildet sind und diese in Vorschubrichtung vor dem Träger an dessen Stirnseite ohne sonstige gegenseitige Berührung gehaltert und so angeordnet sind, daß sich die Mittelebenen der bogenförmigen Tastelemente in der Rohrachse schneiden und die Winkel zwischen den Ebenen gleich sind. DerTräger ist mittels eines elastischen Zwischenstückes mit dem Schubschlauch verbunden.This object is achieved in that the deformation elements carrying sensing elements are formed as closed sheets and these are supported in the feed direction in front of the carrier at the front side without other mutual contact and arranged so that intersect the center planes of the arcuate sensing elements in the tube axis and the angles between the planes are the same. The carrier is connected to the push tube by means of an elastic intermediate piece.

Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß das elastische Zwischenstück aus dem Schubschlauch selbst besteht. Voraussetzung dafür ist eine hohe Elastizität in radialer Richtung des Schubschlauches selbst.An expedient embodiment is that the elastic intermediate piece consists of the push tube itself. Prerequisite for this is a high elasticity in the radial direction of the push tube itself.

Jedes bogenförmige Tastelement ist zur Verformungsmessung vorteilhaft mit vier (Vollbrücke) oder zwei (Halbbrücke) aktiven Dehnmeßstreifen (DMS) versehen.Each curved probe element is advantageously provided with four (full bridge) or two (half bridge) active strain gauges (strain gauges) for deformation measurement.

Die DMS sind jeweils an den Außen- und Innenseiten der Tastelemente symmetrisch zur Längsachse der Vorrichtung und zueinander angeordnet. Im Fall der Vollbrückenschaltung sind die DMS so verschaltet, daß eine Selbstkompensation des Brückensignals bei Lageänderungen des Tastelementes eintritt. Damit ist die Bestimmung der Veränderung des Rohrinnendurchmessers auch bei stark asymmetrisch verformtem Tastelement mit geringer Meßunsicherheit möglich. Die in Aufbau und Herstellung einfachere Halbbrückenschaltung der DMS weist diesen Vorzug der Selbstkompensation nicht auf. Infolge der Anordnung des DMS in einem Bereich des Tastelementes, das sich bei asymmetrischer Verformung relativ verformungsneutral verhält, ist die daraus resultierende Meßunsicherheit ebenfalls relativ klein. Darüber hinaus ist zu bemerken, daß durch geeignete Wahl der Federkonstanten der Tastelemente und des elastischen Zwischenstücks die beschriebenen asymmetrischen Verformungen der Tastelemente beim Befahren von Rohrbögen vernachlässigbar werden und damit der Beitrag zur Meßunsicherheit durch asymmetrische Deformation auch bei der Halbbrückenschaltung vernachlässigbar klein wird. Jedes Tastelement ist aus elastischem Material geeigneter Dimension so gefertigt, daß zum einen der Außendurchmesser des kräftefreien Elementes den zu messenden Nominal-Rohrdurchmesser geringfügig überschreitet und zum anderen die verformungsbedingten Federkräfte an den Tastelementen mit den die Vorschubbewegung hemmenden Reibungskräften in einem günstigen Verhältnis stehen. Unter dieser Voraussetzung wird mit den erfindungsgemäß gestalteten bogenförmigen Tastelementen in jedem Fall eine Selbstzentrierung der Tastelemente bezüglich der realen Rohrachse erreicht und rohrkrümmungsbedingte Überdehnungen der Dehnungselemente vermieden. Der Wegfall der bei bekannten Lösungen notwendigen Zentrierelementen für den Träger der Tastelemente erlaubt die extrem kurze Bauweise. Dies ist die Voraussetzung dafür, auch im Bereich kleiner Rohrkrümmungen Messungen der Rohrdurchmesseränderungen beziehungsweise der Ovalität durchführen zu können.The strain gauges are each arranged on the outer and inner sides of the probe elements symmetrical to the longitudinal axis of the device and to each other. In the case of the full bridge circuit, the DMS are connected so that a self-compensation of the bridge signal occurs in the case of changes in position of the probe element. Thus, the determination of the change in the inner tube diameter is possible even with strongly asymmetric deformed probe element with low uncertainty. The easier in construction and manufacture half bridge circuit of the strain gauge does not have this advantage of self-compensation. As a result of the arrangement of the strain gauge in a region of the probe element, which behaves relatively deformation-neutral in asymmetric deformation, the resulting measurement uncertainty is also relatively small. In addition, it should be noted that by suitable choice of the spring constants of the feeler elements and the elastic intermediate piece, the described asymmetric deformations of the feeler elements when driving on pipe bends are negligible and thus the contribution to the measurement uncertainty by asymmetric deformation is negligible even in the half-bridge circuit. Each probe element is made of elastic material suitable dimension so that on the one hand, the outer diameter of the force-free element slightly exceeds the nominal pipe diameter to be measured and on the other hand, the deformation-induced spring forces on the probe elements with the feed movement inhibiting frictional forces are in a favorable ratio. Under this condition, a self-centering of the feeler elements with respect to the real tube axis is achieved with the arch-shaped feeler elements designed according to the invention in each case and tube expansion-related overstretching of the expansion elements is avoided. The omission of necessary in known solutions centering elements for the support of the scanning elements allows the extremely short construction. This is the prerequisite for being able to carry out measurements of pipe diameter changes or ovality even in the area of small pipe bends.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the accompanying drawings show

Fig. 1: LängssQhnitt durch die VorrichtungFig. 1: LängssQhnitt by the device

Fig. 2: 'Anordnung der Dehnmeßstreifen auf den TastelementenFig. 2: 'arrangement of the strain gauges on the probe elements

Als Prüflinge sollen im Beispiel mehrfach gekrümmte Rohre (nominaler Innendurchmesser = 13,2mm, maximale Länge = 15m, Krümmungsradius = 70mm) hinsichtlich ihres Innendurchmessers D und der örtlichen Ovalität über die gesamte Rohrlänge geprüft werden. Die Meßvorrichtung umfaßt einen durch das Rohr 6 mittels Schubschlauch 5 beweglichen Träger 2 mit 2 vom Träger 2 ausgehenden als geschlossene Bögen ausgebildeten elastisch verformbaren Tastelementen 1. Die Tastelemente 1 bestehen aus nichtrostendem Federstahl (Dicke = 0,09mm, Breite = 3,2mm).In the example, test specimens should be multi-curved tubes (nominal inner diameter = 13.2 mm, maximum length = 15 m, radius of curvature = 70 mm) with regard to their inner diameter D and local ovality over the entire tube length. The measuring device comprises a by the tube 6 by means of push tube 5 movable carrier 2 with 2 outgoing from the carrier 2 designed as a closed arches elastically deformable probe elements 1. The feeler elements 1 are made of stainless spring steel (thickness = 0.09 mm, width = 3.2 mm).

Die Verbindung der zwei senkrecht zueinander angeordneten Tastelemente 1 mit dem Federträger 2 erfolgt in Vorschubrichtung an dessen Stirnseite mittels einer lösbaren Klemmverbindung.The connection of the two mutually perpendicular scanning elements 1 with the spring carrier 2 takes place in the feed direction on the end face by means of a releasable clamping connection.

Die beiden Tastelemente 1 weisen eine unterschiedliche gestreckte Länge auf. Sie werden so justiert, daß zwischen den beiden Tastelementen 1 in der Rohrachse ein Freiraum von ca. 2mm verbleibt. Dadurch wird eine freie und voneinander unabhängige Beweglichkeit der Tastelemente 1 gewährleistet.The two sensing elements 1 have a different elongated length. They are adjusted so that between the two probe elements 1 in the tube axis a space of about 2mm remains. As a result, a free and independent mobility of the probe elements 1 is ensured.

Auf jedem Tastelement 1 sind paarweise Dehnmeßstreifen 7 (Draht-DMS der Abmessung 3,0mm χ 3,0mm) aufgeklebt.On each probe element 1 pairs of strain gauges 7 (wire strain gauges of dimension 3.0 mm χ 3.0 mm) are glued.

Figur 2 zeigt die Anordnung der DMS für die Halbbrückenschaltung, wobei jeweils ein DMS an der Außen- und Innenseite des Tastelementes symmetrisch zur Längsachse der Vorrichtung und zueinander angeordnet sind.Figure 2 shows the arrangement of the strain gages for the half-bridge circuit, wherein in each case a strain gauge on the outside and inside of the probe element are arranged symmetrically to the longitudinal axis of the device and to each other.

Außerdem ist die Variante der Anordnung von vier aktiven DMS für die Vollbrückenschaltung dargestellt. Hierfür sind jeweils zwei DMS an der Außen- und Innenseite des Tastelements symmetrisch zur Längsachse der Vorrichtung und zueinander angeordnet.In addition, the variant of the arrangement of four active strain gages for the full bridge circuit is shown. For this purpose, two DMS on the outer and inner side of the probe element are arranged symmetrically to the longitudinal axis of the device and to each other.

DerTräger 2 ist kraftschlüssig mit dem elastischen Zwischenstück 3 verbunden. Das elastische Zwischenstück 3 besteht aus Polyethylenschlauch der Abmessung 6 x 0,75 mm. Die Länge wird in Abhängigkeit von seinen Elastizitätsparametern so gewählt, daß beim Befahren von Rohrbiegungen die Auslenkung des Trägers 2 gegenüber dem Schubschlauch 5 in Radialrichtung möglichst kräftefrei gewährleistet und ein Ausknicken des Schlauches 3 vermieden wird. Im Beispiel beträgt die Länge ca. 2D. Das andere Ende des elastischen Zwischenstückes 2 ist über ein Kupplungselement 4 kraftschlüssig mit dem .The carrier 2 is frictionally connected to the elastic intermediate piece 3. The elastic intermediate piece 3 consists of polyethylene tubing measuring 6 × 0.75 mm. The length is chosen as a function of its elasticity parameters so that when driving through pipe bends, the deflection of the carrier 2 with respect to the thrust hose 5 in the radial direction ensures as possible forces and buckling of the hose 3 is avoided. In the example, the length is approx. 2D. The other end of the elastic intermediate piece 2 is frictionally connected via a coupling element 4 with the.

Schubschlauch 5 verbunden. Der Schubschlauch 5 realisiert in Verbindung mit einem entsprechenden Manipulator die Bewegung der Meßvorrichtung im Rohr. Als Schubschlauch 5findet Polyamid-Schlauch der Abmessung 8x1 mm Verwendung.Thrust hose 5 connected. The push tube 5 realized in conjunction with a corresponding manipulator, the movement of the measuring device in the tube. As thrust hose 5 is polyamide hose of 8x1 mm use.

Mit der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Meßvorrichtung wurden folgende Ergebnisse erzielt:With the measuring device described in the embodiment, the following results were obtained:

1. Es wurden Änderungen der Rohrdurchmesser D, = (10,0— 13,5mm) im näherungsweise linearen Bereich der Aufnehmerkennlinie hysteresefrei gemessen. Eine weitere Vergrößerung des Meßbereiches führt zu Nullpunktverschiebungen der abgeglichenen Brücke infolge unvermeidbarer Kriechbewegungen der aufgeklebten DMS.1. Changes in the pipe diameter D, = (10.0-13.5 mm) were measured hysteresis-free in the approximately linear range of the transducer characteristic. Further enlargement of the measuring range leads to zero offsets of the balanced bridge due to unavoidable creeping movements of the glued-on strain gages.

2. Die mit einer DMS-Halbbrückenanordnung ausgeführte Vorrichtung gestattet die Messung der Änderungen des Rohrinnendurchmessers im o.g..Meßbereich mit einer Meßunsicherheit uq < ±80/j.m für Rohrkrümmungsradien R > 70mm beziehungsweise u'_D < ±10/xm für gerade Rohrbereiche.2. The device designed with a DMS half-bridge arrangement allows the measurement of the changes in the inner tube diameter in the above-mentioned .Meßbereich with a measurement uncertainty uq <± 80 / jm for Rohrkurwürungsradien R> 70mm and u ' _D <± 10 / xm for straight pipe sections.

3. Die Vorrichtung ist sowohl für die Messung von Durchmesserabweichungen im Bereich von Millimetern als auch für die Auflösung von Weginkrementen von ca. 10μΐη geeignet.3. The device is suitable both for the measurement of diameter deviations in the range of millimeters and for the resolution of Weginkrementen of about 10μΐη.

Claims (5)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Vorrichtung zur Bestimmung von Veränderungen der Innenabmessungen von Rohren mit einem durch das Rohr mittels Schubschlauch beweglichen Träger und mit 2 oder mehr vom Träger ausgehenden elastisch verformbaren Tastelementen und zugehörigen Verformungsmeßelementen, gekennzeichnet dadurch, daß die die Verformungsmeßelemente tragenden Tastelemente als geschlossene Bögen ausgebildet und diese in Vorschubrichtung vor dem Träger an dessen Stirnseite ohne sonstige gegenseitige Berührung gehaltert und so angeordnet sind, daß sich die Mittelebenen der bogenförmigen Tastelemente in der Rohrachse schneiden und die Winkel zwischen den Ebenen gleich sind, und daß der Träger mittels eines elastischen Zwischenstückes mit dem Schubschlauch verbunden ist.1. A device for determining changes in the inner dimensions of pipes with a movable through the pipe by means of push hose carrier and with 2 or more emanating from the carrier elastically deformable sensing elements and associated Verformungsmeßelementen, characterized in that the deformation elements supporting the sensing elements formed as closed arches and this supported in the feed direction in front of the carrier on the front side without any other mutual contact and are arranged so that intersect the mid-planes of the arcuate sensing elements in the tube axis and the angles between the planes are equal, and that the carrier by means of an elastic intermediate piece connected to the push tube is. 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das elastische Zwischenstück aus dem Schubschlauch selbst besteht.2. Device according to item 1, characterized in that the elastic intermediate piece consists of the push tube itself. 3. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verformungsmeßelemente Dehnmeßstreifen sind.3. Device according to item 1, characterized in that the Verformungsmeßelemente strain gauges. 4. Vorrichtung nach Punkt 1 und Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß jeweils ein Dehnmeßstreifen an der Außen- und Innenseite eines Tastelementes symmetrisch zur Längsachse der Vorrichtung und zueinander angeordnet sind und diese in einer Halbbrückenschaltung verbunden sind. ,4. The device according to item 1 and item 3, characterized in that in each case a strain gauges on the outside and inside of a probe element are arranged symmetrically to the longitudinal axis of the device and each other and these are connected in a half-bridge circuit. . 5. Vorrichtung nach Punkt 1 und Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß jeweils 2 Dehnmeßstreifen an der Außen- und Innenseite eines Tastelementes symmetrisch zur Längsachse der Vorrichtung und zueinander angeordnet sind und diese in einer Vollbrückenschaltung verbunden sind.5. The device according to item 1 and item 3, characterized in that in each case 2 strain gauges on the outside and inside of a probe element are arranged symmetrically to the longitudinal axis of the device and to each other and they are connected in a full bridge circuit. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings