«ипу имени В. А. Трапезникова ран» (стр. 14 из 17)

.

Следовательно, новое положение валка должно быть

.

При изменении расстояния между валками, кроме толщины стенки, изменяется и наружный диаметр трубы. При этом наружный диаметр трубы после формовочного стана должен получиться таким, чтобы обжатие на профильно-калибровочном стане находилось в допустимых пределах. Верхний предел по диаметру защищает стан от перегрузок. Нижний предел гарантирует минимальное обжатие на калибровочном стане, которое еще обеспечивает уменьшение дисперсии наружного диаметра черновой трубы.

Для того, чтобы оценить величину отклонения диаметра при изменении расстояния между валками на

используется модель по диаметру. Сначала вычисляется которое получилось бы без изменения расстояния между валками, по формуле (4). Дополнительное изменение диаметра, которое получится в результате перемещения валка на величину , равно

.

Следовательно, полное отклонение диаметра будет

.

Найденное значение не должно выходить за известные пределы

.

Если неравенство не выполняется, то перемещать валок на

нельзя, так как труба пойдет в брак по диаметру. В таком случае валок следует переместить не на несколько меньшую величину, чтобы не выйти за пределы и оставив стенку такой, какая получится.

2.1.6. Лазерное измерение толщины стенки

Широко используемым в настоящее время бесконтактным способом измерения толщины стенки является ультразвуковой, ставшим стандартным принципом измерения. Ультразвуковые волны, возбужденные на поверхности трубы, распространяются перпендикулярно к ней (продольные ультразвуковые волны). Достигнув стенки, волна отражается обратно, при этом в случае достаточно большой энергии происходит ее многократное отражение между стенками с повторным попаданием в место возбуждения, где они легко регистрируются. По времени и известной скорости распространения волны можно рассчитать толщину стенки трубы.

Этот принцип измерения обеспечивает точечное определение фактической толщины стенки трубы и позволяет использовать как на стороне возбуждения, так и на стороне детектирования различные способы. Ультразвук в ферромагнитной и проводящей электричество трубе можно генерировать электромагнитным бесконтактным способом. При этом ультразвуковая волна возбуждается силами, действующими на атомную решетку материала трубы.

В качестве альтернативного варианта ультразвуковую волну можно возбуждать в трубе с помощью искрового разряда или электроискровой коррозии. Например, катушкой зажигания создается высокое напряжение между одним электродом, расположенным вблизи от измеряемой трубы, и самой трубой (другой электрод). Действующая на трубу искра генерирует на ее поверхности плазму, что приводит к взрывоподобному испарению некоторого количества материала и возбуждению ультразвуковой волны.

Возбуждение ультразвука можно реализовать и с помощью лазерного излучения [7]. По аналогии с принципом искрового разряда посредством высокоэнергетического направленного на поверхность трубы импульсного лазерного излучения генерируется плазма, что также приводит к взрывоподоб-ному испарению некоторого количества материала (в диапазоне нанометра) и возбуждению в трубе ультразвуковой волны. Благодаря направленному лазерному излучению рабочее расстояние можно выбирать практически произвольно. Это позволяет конструировать приборы с рабочими расстояниями 100 и более миллиметров, что требует относительно небольших расходов с точки зрения организации системы охлаждения.

Лазерное пятно на поверхности трубы можно сфокусировать с помощью соответствующей оптики, например, до нескольких миллиметров, что позволяет производить точечное возбуждение ультразвуковой волны и, соответственно, измерение толщины стенки трубы.

Различные способы детектирования ультразвука

Для бесконтактной регистрации отраженного ультразвукового сигнала в основном используются два способа. Первый способ основывается на электромагнитном преобразовании, протекающем в порядке, обратном процессу генерирования ультразвука. Обусловленное распространением ультразвуковой волны движение атомной решетки материала создает в трубе в результате взаимодействия силы Лоренца и внешнего магнитного поля вихревые токи, которые в приемных катушках наводят токи, используемые для детектирования ультразвуковой отраженной волны. Для реализации этого эффекта требуются незначительное рабочее расстояние (несколько мм) между трубой и катушкой.

Второй известный способ бесконтактного детектирования ультразвуковой волны в трубе основан на процессах лазерной оценки с использованием эффекта Доплера. Поверхность трубы облучается лазером с меньшей шириной спектральной линии вблизи места возбуждения ультразвуковых волн. Отраженное лазерное излучение с помощью демодулятора, например интерферометра или фотоотражательного кристалла, преобразуется в модулированный по амплитуде сигнал (например, интенсивность светового излучения). В случае отраженного ультразвукового излучения на поверхности трубы происходит его смещение, что в соответствии с эффектом Доплера отражается на рассогласовании частоты отраженного лазерного излучения. На выходе демодулятора (например, интерферометра) измененная длина волны приводит к изменению интенсивности, что используется для детектирования отраженного ультразвукового излучения.

В табл. 2.1 приведены различные измерения с лежащими в их основе эффектами и особенностями. Можно сделать вывод, что способ измерения толщины стенки трубы на основе применения ультразвука, возбуждаемого лазерным импульсом и детектируемого с помощью лазерного доплеровского эффекта, имеет наибольшие преимущества. Компания SMS Meer в течение последних 12 лет принимала активное участие в совершенствовании этого метода измерения. В результате для коммерческого применения был создан одноканальный измерительный прибор Lasus (Laser Ultraschall – лазер-ультразвук).

Таблица 2.1.

Обзор потенциальных способов для определения

толщины стенки трубы в режиме реального времени

с полезным измерительным эффектом и особенностями

Способ	Измерительный эффект		Особенности
	Возбуждение	Детектирование
Индуктивный или трансформаторный	Магнитное поле	Индуктивность	• Эффект измерения массы трубы, т.е. необходимо знать диаметр трубы => требует измерения диаметра трубы. • Затратная и дорогостоящая калибровка измерительной системы. • Надежное измерение толщины стенки только примерно до 20 мм (скин-эффект). • Уменьшенное рабочее расстояние (несколько мм) => требует затратной системы охлаждения катушек. • Высокие требования к проводке труб (эффект качания).

Таблица 2.1 (продолжение)

Радиометрический с γ-излучением	Рентгеновское излучение	γ-излучение		• Эффект измерения массы трубы, т.е. необходимо знать диаметр трубы => требует измерения диаметра трубы. • Плотность зависит от температуры => требует измерения температуры. • Измерение двойной толщины стенки => требует допущения или измерения геометрии для определения толщины одной стенки => легко приводит к ошибкам измерения. • Низкая динамика измерения (аналоговая постоянная времени τ = 20-30 мс => время переходного процесса = 3τ). • Радиоактивность => сложная задача защиты от облучения при эксплуатации, транспортировке, утилизации и т.д.
Ультразвуковой				• Реальное локальное измерение одной стенки. • Ультразвуковой сигнал обычно находится в диапазоне нескольких мкс => обеспечивает высокую скорость измерений. • Скорость распространения ультразвука зависит от температуры => требует измерения температуры.
Ультразвуковой	Электромагнитный			• Уменьшенное рабочее расстояние (несколько мм) => требует затратной системы охлаждения катушек. • Типичная для прокатных станов точность подвода трубы требует затратной системы наведения катушек.
Ультразвуковой	Индуцированная электроискровым разрядом абляция материала		• Уменьшенное рабочее расстояние (обычно < 1 мм) => требует мощного охлаждения конструкции • Типичная для прокатных станов точность подвода трубы требует автоматического наведения элементов возбуждения.

Таблица 2.1 (продолжение)