Aparato endosónico para la inspección de rototes de eje hueco de gran tama;o.

Un aparato endosónico para inspeccionar rotores de eje hueco de gran tamaño,

que comprende:

un bastidor (2);

un árbol primario (3), montado de forma giratoria sobre dicho bastidor (2);

una unidad de tratamiento (5) externa a dicho árbol primario (3);

una sonda ultrasónica (7) dispuesta en un extremo de dicho árbol primario (3) y controlada para, de forma alternada,generar señales de inspección ultrasónicas (SUST) y enviar a dicha unidad de tratamiento (5) señales de retorno (SR),en respuesta a la recepción de señales ultrasónicas (SUSR) reflejadas por discontinuidades (9) situadas a lo largo deuna dirección de propagación (D) de dichas señales de inspección ultrasónicas (SUST); y

un dispositivo de conexión (8; 108; 208) para el acoplamiento en comunicación de dicha sonda ultrasónica (7) adicha unidad de tratamiento (5);

caracterizado por un árbol secundario (30), montado co-axialmente en el interior de dicho árbol primario (3), ymedios de conexión (15, 16) por cable, situados en el interior de dicho árbol secundario (30);

en el que dicho dispositivo de conexión (8; 108; 208) comprende un primer y un segundo módulo de comunicacióninalámbrica (17, 18; 117, 118; 217, 218) asociados respectivamente a dicha unidad de tratamiento (5) y a dichasonda ultrasónica (7) y acoplados en comunicación entre sí para transmitir al menos dichas señales de retorno (SR);

y

en el que dichos medios de conexión (15, 16) por cables comprenden una primera línea de conexión por cablepara conectar dicha sonda ultrasónica (7) a dicho segundo módulo de comunicación (18; 118; 218) y para conectardicha unidad de tratamiento (5) a dicho primer módulo de comunicación inalámbrica (17; 117; 217), y segundaslíneas de conexión (16) por cable para transferir señales de control entre dicha unidad de tratamiento (5) y dichasonda ultrasónica (7);

comprendiendo el aparato adicionalmente una articulación eléctrica giratoria (20) a lo largo de dichas segundaslíneas de conexión (16) por cable, para conectar dichas segundas líneas de conexión (16) por cable a dicha unidadde tratamiento (5).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IT2005/000778.

Solicitante: ANSALDO ENERGIA S.P.A..

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA NICOLA LORENZI 8 16152 GENOVA ITALIA.

Inventor/es: PIGNONE,ENRICO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01N29/04 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 29/00 Investigación o análisis de materiales por el empleo de ondas ultrasonoras, sonoras o infrasonoras; Visualización del interior de objetos por transmisión de ondas ultrasonoras o sonoras a través del objeto (G01N 3/00 - G01N 27/00 tienen prioridad). › Análisis de sólidos (utilizando técnicas de emisión acústica G01N 29/14).
  • G01N29/22 G01N 29/00 […] › Detalles.
  • G01N29/265 G01N 29/00 […] › mediante el movimiento relativo del sensor respecto a un material estacionario.
  • G01N29/32 G01N 29/00 […] › Disposiciones para la supresión de influencias indeseadas, p. ej. variaciones de temperatura o presión.
  • G08C17/02 G […] › G08 SEÑALIZACION.G08C SISTEMAS DE TRANSMISION DE VALORES MEDIDOS, SEÑALES DE CONTROL O SIMILARES (sistemas de transmisión con presión de fluido F15B;  medios mecánicos para convertir la salida de un órgano sensible en otra variable G01D 5/00;  sistemas de control mecánico G05G). › G08C 17/00 Disposiciones para transmitir señales caracterizadas por la utilización de una vía eléctrica sin hilo. › que utilizan una vía radio.
  • G08C23/00 G08C […] › Sistemas de transmisión de señales no eléctricas, p. ej. sistemas ópticos.

PDF original: ES-2392448_T3.pdf

 

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Aparato endosónico para la inspección de rototes de eje hueco de gran tama;o.

Fragmento de la descripción:

Aparato endosónico para la inspección de rotores de eje hueco de gran tamaño

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un sistema de ultrasonidos para la inspección automática de la integridad estructural de rotores de gran tamaño.

TÉCNICA ANTERIOR

Como se conoce, los rotores de gran tamaño, usados normalmente en máquinas tales como turbinas de vapor o alternadores, se someten a inspecciones para comprobar su integridad estructural. La verificación de la integridad debe realizarse no solamente antes de su instalación, sino también después de ciertos periodos de funcionamiento, para evitar roturas que, aunque son poco frecuentes, pueden tener efectos desastrosos.

Muchos posibles defectos de los rotores se localizan en las proximidades del eje de rotación, tanto debido a las técnicas de fundición como de refrigeración usadas y a las tensiones que se generan durante el funcionamiento. Por este motivo, los rotores de las turbinas de vapor y los alternadores, generalmente hechos de bloques monolíticos, están dotados de un orificio de inspección que se extiende longitudinalmente alrededor del eje de rotación (y, por lo tanto, se denominan rotores de eje hueco) .

La integridad de los rotores se comprueba usando dispositivos de inspección ultrasónicos, también denominados "endosónicos" o boresónicos". Los dispositivos endosónicos están dotados de una sonda ultrasónica acoplada con una unidad de tratamiento externa y montada en el cabezal de un árbol, que a su vez es transportado por un bastidor. Unos miembros de manipulación permiten girar y trasladar el árbol con respecto al bastidor para introducir la sonda ultrasónica en el interior de un rotor de eje hueco y para guiar la propia sonda, con el fin de explorar el rotor por toda la longitud del orificio de inspección.

Obviamente, la sonda ultrasónica debe estar acoplada en comunicación a la unidad de tratamiento de manera que sea posible transferir las señales generadas durante las mediciones. Para evitar el retorcimiento tras el movimiento giratorio del árbol con respecto al bastidor, todos los cables de conexión entre la unidad de tratamiento y la sonda se interrumpen de manera que los primeros segmentos respectivos del cable, conectados a la sonda y alojados en el interior del eje, están integrados con el propio árbol, y los respectivos segundos segmentos respectivos del cable, conectados a la unidad de tratamiento, están integrados (angularmente) con el bastidor y con la unidad de tratamiento. Los primeros y los segundos segmentos de cable están conectados eléctricamente por medio de contactos anulares deslizantes o "anillos colectores". En la práctica, los contactos anulares deslizantes comprenden una pluralidad de anillos conductores, sujetos externamente al árbol y conectados a primeros segmentos de cable respectivos, y otros tantos cepillos, transportados por el bastidor y conectados a segundos segmentos de cable respectivos. Los cepillos se deslizan sobre la superficie externa de los anillos conductores respectivos y aseguran el contacto eléctrico independientemente de la rotación del árbol.

Sin embargo, la solución descrita no es satisfactoria. De hecho, los contactos anulares deslizantes son fuentes importantes de interferencia y menguan significativamente la relación señal/ruido de las señales que viajan a lo largo de los cables de conexión. En particular, las señales detectadas por la sonda durante las mediciones realizadas en el rotor son del tipo analógico y a menudo tienen una amplitud muy pequeña. Por lo tanto, es evidente que introducir un ruido en las líneas que llevan dichas señales es particularmente perjudicial, ya que esto provoca una pérdida de información importante relativa a las condiciones del rotor.

El documento EP-A-0 251 698 describe un sistema de inspección boresónico que tiene un árbol montado de forma giratoria en un bastidor y una sonda ultrasónica transportada por el árbol. La sonda ultrasónica es controlada por una unidad de control para, de forma alternada, enviar señales de inspección y suministrar señales de retorno a la unidad de control en respuesta a las señales reflejadas recibidas.

Se describe otro sistema de inspección boresónico en el documento JP 10 0388857 A.

Los documentos US 2003/030564 A1, EP-A-0 997 714, US-A 4 524 620 y US-A-5 987 991 divulgan el uso de sistemas de telemetría en helicópteros.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Es un objeto de la presente invención proporcionar un aparato endosónico para la inspección de rotores de gran tamaño que no tenga los inconvenientes que se han descrito anteriormente.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un aparato endosónico, como se define en la reivindicación 1.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La presente invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran algunos ejemplos de realización no limitativos de la misma, en los que:

- la figura 1 es un diagrama de bloques simplificado de un aparato endosónico de acuerdo con una primera realización de la presente invención;

- la figura 2 es una vista lateral del aparato endosónico de la figura 1;

- las figuras 3a, 3b muestran señales relacionadas con el aparato de la figura 1;

- la figura 4 es una vista lateral ampliada y parcialmente en sección de acuerdo con un plano longitudinal de un primer detalle del aparato endosónico como se muestra en la figura 2;

- la figura 5 es una vista lateral ampliada y parcialmente en sección de acuerdo con un plano longitudinal de un segundo detalle del aparato endosónico como se muestra en la figura 2;

- la figura 6 muestra una variante del detalle de la figura 5;

- la figura 7 es un diagrama de bloques simplificado de un aparato endosónico de acuerdo con una segunda realización de la presente invención;

- la figura 8 es una vista lateral del aparato endosónico de la figura 7;

- la figura 9 es un diagrama de bloques simplificado de un aparato endosónico de acuerdo con una tercera realización de la presente invención; y -la figura 10 es una vista lateral, parcialmente en sección, de un detalle del aparato endosónico de la figura 9.

MEJOR MODO DE REALIZAR LA INVENCIÓN

Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, un aparato endosónico para inspeccionar rotores de eje hueco de gran tamaño, en particular de turbinas de vapor y alternadores, se indica como un conjunto por el número 1. El aparato endosónico 1 comprende un bastidor 2, un árbol primario 3, miembros de manipulación 4 del árbol primario 3, una unidad de tratamiento 5, una sonda ultrasónica 7, y un dispositivo de conexión para acoplar en comunicación la sonda 7 y la unidad de tratamiento 5.

La sonda 7 está alojada en un extremo del árbol primario 3, como se muestra en la figura 2, para introducirse en un orificio de inspección 10 de un rotor 11, por ejemplo de una turbina de vapor (no se muestra en detalle) . La sonda 7 está controlada por la unidad de tratamiento 5 para generar de forma alterna las señales de inspección ultrasónicas SUST (figura 3a) , con una periodicidad apropiada, y para enviar señales de retorno SR a la unidad de tratamiento 5, en respuesta a la recepción de señales ultrasónicas SUSR reflejadas por discontinuidades 9 dispuestas a lo largo de una dirección de propagación D de las señales de inspección ultrasónicas SUST (figura 3b) . Además, un accionador 12, mostrado esquemáticamente en la figura 2, está asociado a la sonda 7 para colocar la sonda 7 contra la superficie del orificio de inspección 10 con una presión predeterminada. Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, el dispositivo de conexión 8 conecta la sonda 7 y el accionador 12 a la unidad de tratamiento 5, que se encuentra fuera del árbol primario 3 en una mesa 14, preferiblemente separada del bastidor 2. La conexión entre la sonda 7 y la unidad de tratamiento 5 se usa para transferir las señales de retorno SR y, además, para proporcionar tensiones de alimentación VA y señales de control numérico SR a la sonda 7 y al accionador 12.

El dispositivo de conexión 8 comprende una primera línea de conexión 15 por cable, segundas líneas de conexión 16 por cable, un... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato endosónico para inspeccionar rotores de eje hueco de gran tamaño, que comprende:

un bastidor (2) ;

un árbol primario (3) , montado de forma giratoria sobre dicho bastidor (2) ;

una unidad de tratamiento (5) externa a dicho árbol primario (3) ;

una sonda ultrasónica (7) dispuesta en un extremo de dicho árbol primario (3) y controlada para, de forma alternada, generar señales de inspección ultrasónicas (SUST) y enviar a dicha unidad de tratamiento (5) señales de retorno (SR) ,

en respuesta a la recepción de señales ultrasónicas (SUSR) reflejadas por discontinuidades (9) situadas a lo largo de una dirección de propagación (D) de dichas señales de inspección ultrasónicas (SUST) ; y

un dispositivo de conexión (8; 108; 208) para el acoplamiento en comunicación de dicha sonda ultrasónica (7) a dicha unidad de tratamiento (5) ;

caracterizado por un árbol secundario (30) , montado co-axialmente en el interior de dicho árbol primario (3) , y medios de conexión (15, 16) por cable, situados en el interior de dicho árbol secundario (30) ;

en el que dicho dispositivo de conexión (8; 108; 208) comprende un primer y un segundo módulo de comunicación inalámbrica (17, 18; 117, 118; 217, 218) asociados respectivamente a dicha unidad de tratamiento (5) y a dicha sonda ultrasónica (7) y acoplados en comunicación entre sí para transmitir al menos dichas señales de retorno (SR) ; y

en el que dichos medios de conexión (15, 16) por cables comprenden una primera línea de conexión 15 por cable para conectar dicha sonda ultrasónica (7) a dicho segundo módulo de comunicación (18; 118; 218) y para conectar dicha unidad de tratamiento (5) a dicho primer módulo de comunicación inalámbrica (17; 117; 217) , y segundas líneas de conexión (16) por cable para transferir señales de control entre dicha unidad de tratamiento (5) y dicha sonda ultrasónica (7) ;

comprendiendo el aparato adicionalmente una articulación eléctrica giratoria (20) a lo largo de dichas segundas líneas de conexión (16) por cable, para conectar dichas segundas líneas de conexión (16) por cable a dicha unidad de tratamiento (5) .

2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho primer y segundo módulo de comunicación inalámbrica son del tipo de radiofrecuencia (17, 18; 117, 118) .

3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho primer módulo de comunicación inalámbrica (17) comprende una primera antena (43) sustancialmente coaxial a dicho árbol primario (3) y fijado con respecto a dicho bastidor (2) y en el que dicho segundo módulo de comunicación inalámbrica (18) comprende una segunda antena (46) sujeta angularmente a dicho árbol primario (3) .

4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho primer y segundo módulo de comunicación inalámbrica son del tipo óptico (217, 218) .

5. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicho segundo módulo de comunicación inalámbrica (218) comprende una fuente de luz (246) controlada de acuerdo con dichas señales eléctricas de retorno (SR) y dicho primer módulo de comunicación inalámbrica (217) comprende un fotodetector (243) acoplado ópticamente a dicha fuente de luz (246) , y en el que dicha fuente de luz (246) y dicho fotodetector (243) son coaxiales a dicho árbol primario (3) .

6. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho primer y segundo módulo de comunicación inalámbrica son bidireccionales (17, 18; 117, 118; 217, 218) .

7. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho árbol primario (3) comprende una pluralidad de elementos de extensión (3b) , que alojan porciones respectivas de dicho árbol secundario (30) y secciones respectivas de dichos medios de conexión (15, 16) por cable en el interior de dichas porciones de dicho árbol secundario (30) .

8. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dichos elementos de extensión (3b) están acoplados frontalmente.

9. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en el que dichos elementos de extensión (3b)

comprenden conectores de acoplamiento frontal (32, 33) para acoplar dichas porciones de dicho árbol secundario

(30) y secciones respectivas de dichos medios de conexión (15, 16) por cable alojados en los elementos de extensión consecutivos (3b) .

10. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha articulación eléctrica giratoria (20) está alojada radialmente en el interior de dicho árbol primario (3) .

11. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha articulación eléctrica giratoria (20) comprende miembros de contacto anulares (39) y miembros de contacto por cepillo (40) , y en el que dichos miembros de contacto anulares (39) están integrados angularmente con dicho bastidor (2) , y dichos miembros de contacto por cepillo (40) están integrados angularmente con dicho árbol secundario (30) .

12. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicha articulación eléctrica giratoria (20) comprende miembros de contacto anulares (39') y miembros de contacto por cepillo (40') y en el que dichos miembros de contacto anulares (39') están integrados angularmente con dicho árbol secundario (30) , y dichos miembros de contacto por cepillo (40') están integrados angularmente con dicho bastidor (2) .

13. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, en el que dicha articulación eléctrica giratoria

(20) comprende una carcasa (36) que aloja dichos miembros de contacto anulares (39, 39') y dichos miembros de contacto por cepillo (40, 40') y en el que dicho árbol secundario (30) tiene un extremo montado sobre dicha carcasa (36) .

14. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de manipulación (4) asociados a dicho árbol primario (3) , para trasladar y girar dicho árbol primario (3) con respecto a su eje longitudinal (L) y con respecto a dicho bastidor (2) , de manera que dicha sonda ultrasónica (7) recorre una trayectoria helicoidal.

9


 

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