DE3034318C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohrinspektionsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bevorzugten Technik zur Überprüfung von Rohrwänden, wenn die Sonde entlang dem Rohr vorgetrieben wird, werden Ultraschallsonden verwendet. Bei einer bekannten Anordnung sind Ultraschallwandler in einer Reihe von Rädern angeordnet, die in Berührung mit der Rohrwand gedrückt werden. Bei Gebrauch wird durch die Wandler erzeugter Ultraschall über die Fläche zwischen Rad und Rohrwand in die Rohrwand übertragen. Ultraschall, der aus der Rohrwand heraus reflektiert oder gebrochen wird, wird wiederum durch die Wandler innerhalb der Räder empfangen und anschließend analysiert. Diese Technik erfordert jederzeit einen innigen Kontakt zwischen dem Rad und der Rohrwand, um Verluste des Ultraschallsignals an der Zwischenfläche zwischen Rad und Rohrwand zu vermindern oder zu vermeiden.

Eine weitere wichtige Überlegung dabei ist, daß die Ultra­ schallwandler und somit die Räder genau im Rohr ausgerichtet werden müssen. Bei einer Anordnung wird eine Vielzahl von Rad­ sonden in gleichmäßigen Zwischenabständen um den Innenumfang des Rohres so angeordnet, daß die Räder längs dem Rohr rollen. Die Wandler innerhalb der Räder sind so angeordnet, daß sie die Rohrwand über ein Band prüfen, das in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Rohrleitung verläuft. Es ist relativ leicht, ein Band senkrecht zur Längsachse des Rohres bei geraden Verläufen der Rohrleitung zu erzielen, wenn die Baugruppe von Radsonden auf halber Länge einer langgestreckten Sonde angeordnet ist, die an jedem Ende mit einer Einrichtung zum Lokalisieren der be­ weglichen Sonde konzentrisch im Rohr vorgesehen ist. Es wird jedoch schwieriger, wenn sichergestellt werden muß, daß die Wandler richtig im Rohr ausgerichtet sind und auch gegen die Rohrwand mit ausreichendem Druck gepreßt werden, um einen innigen Kontakt sicherzustellen, wenn die bewegliche Sonde einer Biegung folgt. Der Grund dafür ist, daß die Radsonden auf der Innenseite der Biegung das Bestreben haben, gegen das Rohr gedrückt zu werden, während diejenigen auf der Außenseite der Biegung das Bestreben haben, von der Rohrwand weggezogen zu werden.

Ein gattungsgemäßes Rohrinspektionsgerät ist in der DE-OS 21 51 114 beschrieben. Darin wird u. a. vorgeschlagen, magnetisch arbeitende Prüfgeräte (Wandler) zu verwenden; es ist jedoch im einzelnen nicht dargelegt, wie diese am Gerät angeordnet sein sollten. Diese Druckschrift befaßt sich prinzipiell mit einem Gerät, welches Rohrdurchbiegungen nur in einer Vertikalebene abtastet, wobei drei Räder verwendet werden, die an der Innenoberfläche des Rohres laufen und an einem relativ langen Meßstab (Längsträger) angebracht sind. Dieser Stab kann um eine Mittelachse quer zur Längsrichtung des Gerätes schwenken.

Das Gerät hat nicht die Möglichkeit, dauernd von seiner Aufrechtstellung um die Längsmittelachse des Rohres abzu­ weichen. Dementsprechend befindet sich der Meßstab stets an der obersten Seite des Gerätes. Er ist jedoch so angeordnet, daß er nach innen vom Rohr weg zurückgezogen wird, wenn sich die innere vertikale Dimension (d. h. der Innendurchmesser) ändert, z. B. an einer Naht oder an Knicken (d. h. an Biegungen).

In solchen Augenblicken sind der Meßstab und die Räder außer Gebrauch.

Somit ist das in der DE-OS 21 51 114 beschriebene Gerät kein echtes Rohrinspektionsgerät auf dem gleichen Gebiet wie dem der vorliegenden Erfindung. Es betrifft nicht die kontinuierliche Inspektion durch das ganze Rohr hindurch, einschließlich Bie­ gungen und Abschnitte, wo der Innendurchmesser variiert.

Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein Gerät, das das Rohr kontinuierlich über Biegungen und Innendurchmesser­ änderungen hinweg inspizieren soll. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Gerät nicht in einer Aufrechtstellung gehalten, sondern ist, im Gegenteil, frei, sich um seine eigene Längsachse zu drehen.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß im vorliegenden Fall die Inspektionsvorrichtungen eine Anordnung bilden, die in einer senkrechten Stellung zur Längsrichtung des Gerätes ge­ halten werden muß, im krassen Gegensatz zum Meßstab nach der DE-OS 21 51 114. Beispielsweise an Biegungen müssen sich die erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtungen quer zum Gerät be­ wegen, um weiterhin zur Innenoberfläche des Rohres effektiv positioniert zu sein.

Dies muß geschehen, ganz gleich, welche Winkelstellung das Gerät um die Mittelachse des Rohres nach der DE-OS 21 51 114 einnimmt. Nach der vorliegenden Erfindung müssen die Inspektions­ vorrichtungen kontinuierlich entlang der Innenseite des Rohres laufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohrinspek­ tionsgerät zu schaffen, das Biegungen in der Rohrleitung berück­ sichtigt und in einigen Fällen sich Änderungen im Durchmesser der Rohrleitung anpaßt, ohne übermäßig die Ausrichtung, die Positionierung und das Ausmaß der Berührung der Radsonden in der Bohrung der Rohrleitung zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichnungs­ merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbil­ dungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Radsonden können so konstruiert sein, wie es in der DE-OS 30 34 319 beschrieben ist.

Die Inspektionsvorrichtungen können auch magnetische Vorrichtungen zum Magnetisieren der Rohrwand und Überwachungs­ vorrichtungen zur Überwachung der Flußverluste oder Schwankungen im magnetischen Muster aufweisen. Es ist auch möglich, andere Arten von Inspektionsvorrichtungen, wie beispielsweise Wirbelstrom-Prüfgeräte, zu verwenden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gerätes für die Ultraschall­ untersuchung der Wand eines Rohres,

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene und aufgebrochene Endansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 und

Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform.

Das Gerät nach Fig. 1 ist für den Einsatz in einer 24-Zoll- Gasrohrleitung (nicht dargestellt) bestimmt und weist eine bewegliche Sonde 10 auf, die mit einer Zugöse 9 versehen ist, so daß die bewegliche Sonde durch ein zweites bewegliches Aggregat (nicht dargestellt) gezogen werden kann, welches entlang der Rohrleitung durch die Strömung des unter Druck stehenden Gases in der Rohrleitung vorgetrieben wird.

Die bewegliche Sonde 10 weist einen zentralen rohrförmigen Hohlkörper 11 mit zwei Flanschen 12, 13 auf, von denen jeder jeweils am Ende der beweglichen Sonde oder in der Nähe dieses Endes angeordnet ist. Eine Ausrichteinrichtung 14 ist an jedem Flansch zum Zwecke des Lokalisierens und Ausrichtens der beweglichen Sonde 10 entlang der Rohrachse angeordnet. Jede Ausrichtungseinrichtung 14 weist einen ringförmigen Dichtungsbauteil 15 aus elastomerem Material, wie beispielsweise Polyurethan, auf und hat eine konkave Hinterschneidung, die zum hinteren Ende der beweglichen Sonde 10 zeigt, so daß unter Druck stehendes Gas im Rohr den ringförmigen Dichtungsbauteil 15 in Wirkverbindung mit der Bohrung des Rohres drückt. Jeder ringförmige Dichtungsbauteil 15 ist zwischen einer Ringplatte 16 und einer Klemmplatte 17 festgeklemmt, und die Ringplatten 16 sind durch Schrauben 18 an den jeweiligen Flanschen 12, 13 befestigt.

Vier Konsolen 19 sind in gleichmäßigem Abstand um einen Kreis von gemeinsamer Teilung an der vorderen Ringplatte 16 befestigt, und ein Lenker 20 ist über eine Kugelgelenkverbindung 20 a am einen Ende an einem Schwenkzapfen 23 in jeder Konsole 19 gelagert, um eine Führungs- und Halteeinrichtung zu bilden. Eine Kugelgelenkverbindung 20 a im freien Ende jedes der Lenker 20 sitzt um einen Schwenkzapfen 23 herum in einer jeweiligen Konsole 19, die an einer ringförmigen Halteplatte 70 befestigt ist, wobei die Konsolen 19 so angeordnet sind, daß die Schwenk­ zapfen 23 annähernd radial zur vorderen Ringplatte 16 verlaufen.

Die Halteplatte 70 bildet einen Teil eines Trägers 21 mit zwei ringförmigen Trägerplatten 28, die in parallelem Abstand zueinander durch hohle Distanzstücke 71 gehalten und durch Schrauben 74 aneinander befestigt sind, die sich durch die Distanzstücke 71 hindurch erstrecken, wobei die zusammen­ geschraubten Trägerplatten 28 an der Halteplatte 70 durch Schrauben 27 befestigt sind. Der Träger 21 ist in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der beweglichen Sonde 10 frei beweglich und hängt an Federn 24, die an der Ringplatte 17 der hintersten Ausrichteinrichtung 14 und der hintersten Trägerplatte 28 angehängt sind. Der Träger 21 hat einen Zentralisierungsbauteil 26 aus Gummi, der zwischen eine Klemmplatte 25 und die Halteplatte 70 geklemmt ist, um den Träger 21 in der Bohrung des Rohres zu zentralisieren. Acht Inspektionsvorrichtungen 22 werden zwischen den Träger­ platten 28 federnd gehalten, wie im einzelnen in Fig. 2 dargestellt, auf die ebenfalls Bezug genommen wird.

Jede Inspektionsvorrichtung 22 weist zwei hohle Räder 29 auf, wobei jedes Rad 29 im Innern eine Ultraschallsonden- Baugruppe 30 mit einem Wandler 55 aufweist, der so angeordnet ist, daß er Ultraschall in die Wand des Rohres hineinsendet, so daß der Schall um ein Umfangsband der Rohrwandung herum wandert. Die Energie für die Erregung der Wandler 55, zusammen mit den Signalen, die dem aus dem Innern der Rohr­ wandung empfangenen Ultraschall entsprechen, werden über Adern (nicht dargestellt) entweder zum Zugaggregat oder zu einem weiteren beweglichen Fahrzeug (nicht dargestellt) geführt, welches hinter der beweglichen Sonde 10 hergezogen wird. Jedes Rad 29 weist einen hermetisch abgedichteten Hohlkörper 31 aus Polymethylmethacrylat (Perspex - eingetragenes Warenzeichen), einen Rand 32 und Messing-Seitenplatten 33, die am Rand 32 befestigt sind, auf. Der Rand 32 ist mit einem massiven Polyurethan-Reifen 34 versehen. Die Räder 29 sitzen drehbar auf einer Spindel 35, die durch einen konischen Block 36 getragen wird. Der Block 36 ist seinerseits auf einer Spindel 37 schwenkbar gelagert, die am freien Ende von Schenkeln eines allgemein U-förmigen Schwenkarmes 38 sitzt. Die Räder 29 sind dadurch in der Lage, um die Achse der Spindel 37 so zu schwenken, daß die beiden Räder jeder Inspektionsvorrichtung 22 Berührung mit der Rohrbohrung entlang Linien haben, die im gleichen Abstand auf jeder Seite einer Radialebene liegen, die durch die Längsachse des Rohres und die Längsachse der Spindel 37 hindurchverläuft.

Die Ultraschallsonden-Baugruppe wird federnd durch die Spindel 35 getragen, und das hohle Rad enthält ein akustisches Kopplungsmedium (nicht dargestellt), wie beispiels­ weise ein Gemisch ein Glyzerin und Wasser. In einigen Fällen kann dieses Gemisch mit Teilchen aus Kohlenstoff, z. B. Graphit oder Molybdändisulfid, beschickt sein. Die Größe der Teilchen wird so gewählt, daß der Ultraschall leicht gedämpft wird, um dadurch den Ultraschall-Nachhall innerhalb des Rades nach der Aussendung eines Ultraschallimpulses von einem Wandler zu reduzieren.

Die Ultraschallsonden-Baugruppe 30 umfaßt einen Tragaufbau, der aus Konsolen 52 und Stäben 53 besteht, die einen Nylonblock 54 tragen, auf dem eine Vielzahl von Wandlern 55 zum Aussenden von Ultraschall in die Wand des Rohres und zum Empfangen von aus der Rohrwand rückgestreutem oder reflektiertem Ultraschall angeordnet ist. Der Block 54 wird gegen die Innenoberfläche des Randes 32 durch eine Zugfeder 56 gedrückt, die zwischen einer der Konsolen 52 und einem Stift 57 verankert ist, der in einem zentralen Block 58 befestigt ist, welcher ein Teil der Spindel 35 bildet. Die Stäbe 53 sind im Spindelblock 58 zur Ausführung einer linearen Bewegung der Sonden-Baugruppe verschiebbar geführt. Der Block 54 ist so geformt, daß er der Form der Innenoberfläche des Randes 32 angepaßt ist, so daß sicher­ gestellt wird, daß die Schallstrahlen von den Wandlern 55 in die Rohrwand in einem vorbestimmten bevorzugten Winkel eintreten und daß das akustische Kopplungsmedium die Möglich­ keit hat, jegliche Spalten zwischen den Wandlern 55 und dem Block 54 sowie zwischen dem Block 54 und dem Rand 32 zu durchdringen. Elektrische Adern (nicht dargestellt) aus den Wandlern 55 verlaufen entlang einer Bohrung (nicht darge­ stellt) in der Spindel 35 durch Dichtungen hindurch, die verhindern, daß das akustische Kopplungsmedium aus dem Rad 29 und aus dem konischen Block 36 ausleckt.

Der Schwenkarm 38 weist zwei im Abstand angeordnete Seitenbauteile 39, 40 auf, die durch eine Welle 41 verbunden sind, um welche der Schwenkarm 38 rotiert. Der Schwenkarm 38 sitzt zwischen den Trägerplatten 28, und eine Federbaugruppe 42 wirkt auf jeden Seitenbauteil 39, 40, um die Räder 29 radial nach außen in Wirkverbindung mit der Bohrung des Rohres zu drücken. Jede Federbaugruppe 42 weist eine Schraubendruck­ feder 43 auf, die auf einem Stab 44 sitzt, der am einen Ende an der hintersten Trägerplatte 28 starr befestigt ist.

Die Schraubenfeder 43 verläuft durch einen länglichen Schlitz 45 im Schwenkarm 38 hindurch und drückt ein Druckpolster 46 in Wirkverbindung mit einer konkaven Fläche einer Konsole 47, die am Schwenkarm 38 befestigt ist.

Jeder konische Block 36 ist mit Zapfen 48 versehen, die in Führungen 49 in Endanschlägen 50, 51 eingreifen, welche durch die Trägerplatten 28 gehalten werden. Die Führungen 49 sind so geformt, daß sie die Schwenkbewegung des konischen Blocks 36 begrenzen, während sie eine gewisse Schwenkbewegung dem konischen Block 36 dann erlauben, wenn die Räder 29 Unregelmäßigkeiten in der Rohroberfläche folgen, wie beispiels­ weise einer ovalen Stelle oder Schweißnähten. Dies trägt dazu bei, die Räder 29 genau relativ zur Rohrwand so auszurichten, daß die Räder 29 die Rohrwand entlang gleichmäßig beabstandeter Linien um radiale Ebenen berühren. Anschläge (nicht im einzelnen dargestellt) sind vorgesehen, um die Schwenkbewegung des Schwenkarmes 38 um die Welle 41 zu begrenzen.

Die Verwendung des Zentralisierungsbauteils 26 kann bei einigen Anwendungsfällen eingespart werden, wobei dann den Schraubenfedern 42 am Schwenkarm 38 vertraut wird, die eine Zentralisierungswirkung für den Träger 21 über die dadurch federnd vorgespannten Räder 29 ausüben. In solchen Anwendungs­ fällen können die Konsolen 19 an den freien Enden der Lenker 20 direkt an der vorderen Trägerplatte 28 befestigt werden, wie in Fig. 3 dargestellt, wobei auch die Halteplatte 70, die Klemmplatte 25 sowie die Schrauben 27 eingespart werden. Alternativ können auch andere Zentralisierungsbauteile, wie beispielsweise Rollen oder Kufen, verwendet werden.Die Federn 25 sind zwar erwünscht, können aber auch weggelassen werden. Die Räder 29 werden als schwenkbar um einen Schwenk­ arm 38 beschrieben, doch könnten sie auch gegebenenfalls schwenkbar mit einem Bauteil (nicht dargestellt) verbunden sein, der gezwungen wird, sich linear zu bewegen, zum Beispiel in einer radial gerichteten Nut.

Es versteht sich, daß, wenn auch die Erfindung in bezug auf die Verwendung von Ultraschallwandlern als Inspektions­ vorrichtungen beschrieben wurde, auch andere Inspektionsvorrich­ tungen, wie beispielsweise magnetische Inspektionsvorrichtungen, am Träger 21 angebracht werden können.

Claims (8)

1. Rohrinspektionsgerät mit einer Sonde, die einen Körper enthält, der durch Bauteile abgestützt ist, die an der Innenober­ fläche des Rohres an zwei entlang der Sonde beabstandeten Stellen angreifen, wobei die Sonde Inspektionsvorrichtungen zum Prüfen der Rohrwand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Inspektionsvorrichtungen (22) eine ringförmige Anordnung senkrecht zur Längsrichtung der Sonde bilden und auf einer Trägerplatte (28) sitzen, die sich um den Körper (11) herum zwischen den Abstützbauteilen (15) erstreckt und mit dem Körper (11) durch einen Mechanismus (20) verbunden ist, der der Trägerplatte (28) die Möglichkeit gibt, sich quer zum Körper (11) in jeder Richtung zu bewegen, aber die Trägerplatte (28) zwingt, stets solche Stellungen einzunehmen, in denen die Anordnung der Vorrichtungen (22) senkrecht zur Längsrichtung des Körpers (11) ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (28) mindestens ein Element (26) aufweist, das an der Innenoberfläche des Rohres angreift.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element die Form eines federnd deformierbaren Rings (26) hat.

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Elementen in Form von Rädern oder Gleitkufen vorge­ sehen ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (28) mittels einer Reihe von um den Körper (11) herum angeordneten Federn (24) mit dem Körper (11) verbunden ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mechanismus (20) aus einer Reihe von um den Körper (11) herum angeordneten Lenkern besteht.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Inspektionsvorrichtungen (22) Räder (29) sind, die entlang der Innenoberfläche des Rohres rollen und Ultraschall­ wandler (55) enthalten, wobei die Räder (29) in Halterungen (36) sitzen, die relativ zur Trägerplatte (28) beweglich sind, aber durch Führungen (38) gezwungen sind, sich innerhalb der Ebene der Anordnung der Vorrichtungen (22) zu bewegen, wobei Federn (43) die Räder (29) gegen die Innenoberfläche des Rohres drücken.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungen an der Trägerplatte (28) um Zapfen (41) schwenkbar gelagerte Arme (38) sind, wobei die Zapfen (41) Schwenkachsen parallel zur Längsrichtung des Sondenkörpers (11) bilden.