无缝钢管管端在线超声检测时端部水密封装置

摘要

本发明公开了一种无缝钢管管端在线超声检测时端部水密封装置。该装置的芯轴从头部至尾端依次分为主密封件轴段、滑动导向轴段、退刀槽轴段、花键轴段、弹性件轴段、推力球轴承轴段、第一轴承轴段、非器件轴段、第二轴承轴段和探头盒；主密封件轴段伸入钢管端部孔内，轴段上装有阶梯形导套，其大端面与芯轴滑动导向轴段的轴肩之间装有螺旋弹簧，端面顶盖装在阶梯形导套的台肩上，伸入在被测钢管端部孔内的密封圈定位座的轴向螺钉上依次套有盘状密封圈、密封圈挡板和锥形导向块，与盘状密封圈接触的密封圈挡板端面贴合在阶梯形导套小端螺纹段的轴肩上。该装置将超声探头盒的导向和密封功能结合实现端部密封。可用于冶金、军工、化工和交通等领域。

权利要求

1.一种无缝钢管管端在线超声检测时端部水密封装置，该装置的芯轴（10）从头部至尾端依次分为九个轴段，即主密封件轴段、滑动导向轴段、退刀槽轴段、花键轴段、弹性件轴段、推力球轴承轴段、第一轴承轴段、非器件轴段、第二轴承轴段；主密封件轴段伸入被测钢管端部孔内，滑动导向轴段、退刀槽轴段、花键轴段安装在导向圆筒（9）内，弹性件轴段和推力球轴承轴段安装在入口轴承盖（12）内，第一轴承轴段、非器件轴段和第二轴承轴段安装在箱体（13）内，导向圆筒（9）、入口轴承盖（12）和箱体（13）依次用螺钉连接；其特征在于：所述主密封件轴段伸入被测钢管端部孔内，在向外被测钢管端部外的轴段上，装有阶梯形导套（8），阶梯形导套（8）的大端面与芯轴（10）滑动导向轴段的轴肩之间装有螺旋弹簧（28），端面顶盖（20）一个侧面装在阶梯形导套（8）的台肩上，端面顶盖（20）通过螺钉与导向圆筒（9）连接，端面顶盖（20）另一个侧面装有伸入在被测钢管端部孔内的密封圈定位座（21），密封圈定位座（21）的轴向螺钉上依次套有盘状密封圈（22）、密封圈挡板（27）和锥形导向块（7），用螺母压紧，与盘状密封圈（22）接触的密封圈挡板(27)端面贴合在阶梯形导套（8）小端螺纹段的轴肩上，密封圈挡板(27)的另一端面通过螺母(26)压紧，锥形导向块(7)的中心孔与主密封件轴段用螺钉连接。

说明书

无缝钢管管端在线超声检测时端部水密封装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种密封装置，具体涉及一种无缝钢管管端在线超声检测时端部水密封装置。

背景技术

[0002] 利用超声波在线检测无缝钢管管端时，如图1和2所示，无缝被测钢管置于水平面内具有3°摆角的搓辊6上，超声探伤主机4位于被测钢管1的钢管待测A区段的正下方且装有一个探头盒5，探头盒5在高度方向装有弹簧以确保与被测钢管表面完全贴合。检测时，为了确保探头盒驶离管端平稳不发生倾翻且超声完全覆盖钢管待测A区段，在被测钢管1端部增设一个芯棒2，如图1所示，芯棒2安装在芯棒安装座3上。检测过程中，搓辊旋转带动被测钢管原地旋转，由于搓辊6带有一定的角度，使得被测钢管始终受一定的轴向力，从而确保被测钢管与芯棒2的端部贴紧。实际生产的钢管具有一定的弯曲度，且端部采用锯切，无法排除毛刺和切面倾斜，因此，被测钢管端面与芯棒贴合面往往存在不同程度的错位和缝隙。然而，现行工业在线自动化超声检测设备通常采用水作为超声波耦合剂，当充满水的探头盒移至被测钢管端面与芯棒2贴合面处时，耦合水会沿着缝隙进入管内，探头盒在此处停留的时间越长，进入的水就越多，这些在管内聚集的水会在不同程度上影响超声探伤的信噪比（尤其是被测钢管的横向缺陷检测），大大提高缺陷误报率，降低检测结果置信度，严重影响生产线的正常运转。因此，利用水作为耦合剂的管端超声检测要想提高检测的可靠性，必须有效解决被测钢管端面水密封问题。

发明内容

[0003] 针对背景技术领域中存在被测钢管端面水密封的问题，本发明的目的在于提供一种无缝钢管管端在线超声检测时端部水密封装置。

[0004] 本发明采用的技术方案是：

[0005] 该装置的芯轴从头部至尾端依次分为九个轴段，即主密封件轴段、滑动导向轴段、退刀槽轴段、花键轴段、弹性件轴段、推力球轴承轴段、第一轴承轴段、非器件轴段、第二轴承轴段和探头盒；主密封件轴段伸入被测钢管端部孔内，滑动导向轴段、退刀槽轴段、花键轴段安装在导向圆筒内，弹性件轴段和推力球轴承轴段安装在入口轴承盖内，第一轴承轴段、非器件轴段和第二轴承轴段安装在箱体内，导向圆筒、入口轴承盖和箱体依次用螺钉连接。所述主密封件轴段伸入被测钢管端部孔内，在向外被测钢管端部外的轴段上，装有阶梯形导套，阶梯形导套的大端面与芯轴滑动导向轴段的轴肩之间装有螺旋弹簧，端面顶盖一个侧面装在阶梯形导套的台肩上，端面顶盖通过螺钉与导向圆筒连接，端面顶盖另一个侧面装有伸入在被测钢管端部孔内的密封圈定位座，密封圈定位座的轴向螺钉上依次套有盘状密封圈、密封圈挡板和锥形导向块，用螺母压紧，与盘状密封圈接触的密封圈挡板端面贴合在阶梯形导套小端螺纹段的轴肩上，密封圈挡板的另一端面通过螺母压紧，锥形导向块的中心孔与主密封件轴段用螺钉连接。

[0006] 本发明具有的有益效果是：

[0007] 在被测钢管端部安装一个水密封装置，该装置的端部装有一个锥形导向块，锥形导向块和密封装置导向部位之间安装盘状密封圈，被测钢管置于水平面内3°摆角搓辊上，检测时钢管搓辊带动被测钢管旋转，被测钢管轴向受一定轴向力后靠近水密封装置使得端部的锥形导向块伸入管内并顶紧端面顶盖，水密封装置的导向圆筒带动芯轴沿轴向滑动使得安装在导套上的盘状密封圈受力径向变形，当盘状密封圈的变形量达到钢管内圈与锥形导向块之间的滑动间隙时密封开始起作用，被测钢管回退时，盘状密封圈收缩。该水密封装置可用于被测钢管在线管端水耦合式超声探伤，可有效防止耦合水进入管内，造成管端超声探伤可靠性降低引起的质量事故。同时，该装置巧妙地将超声探头盒的导向和密封功能融于一体，依靠机械自动实现端部密封。结构简单，拆装便捷，易于维护。

[0008] 本发明可应用于冶金、军工、化工和交通等领域。

附图说明

[0009] 图1是无缝钢管管端在线超声检测主视图。

[0010] 图2是无缝钢管管端在线超声检测俯视图。

[0011] 图3是无缝钢管管端超声检测时端面水密封的工作原理图。

[0012] 图中：1、被测钢管，2、芯棒，3、芯棒安装座，4、超声探伤主机，5、探头盒，6、搓辊，7、锥形导向块，8、阶梯形导套，9、导向圆筒，10、芯轴，11、圆筒尾盖，12，入口轴承盖，13、箱体，14、箱体尾盖，15、轴用挡盖，16、2#圆锥滚子轴承，17、1#圆锥滚子轴承，18、蝶形弹簧，20、端面顶盖，21、密封圈定位座，22、盘状密封圈，23、指环轴套，24、推力球轴承，25、阶梯轴套，
26、螺母，27、密封圈挡板，28、螺旋弹簧。

具体实施方式

[0013] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0014] 如图3所示，该装置的芯轴10从头部至尾端依次分为九个轴段，即主密封件轴段、滑动导向轴段、退刀槽轴段、花键轴段、弹性件轴段、推力球轴承轴段、第一轴承轴段、非器件轴段、第二轴承轴段和探头盒5；主密封件轴段伸入被测钢管1端部孔内，滑动导向轴段、退刀槽轴段、花键轴段安装在导向圆筒9内，弹性件轴段和推力球轴承轴段安装在入口轴承盖12内，第一轴承轴段、非器件轴段和第二轴承轴段安装在箱体13内，导向圆筒9、入口轴承盖12和箱体13依次用螺钉连接。所述主密封件轴段伸入被测钢管1端部孔内，在向外被测钢管1端部外的轴段上，装有阶梯形导套8，阶梯形导套8的大端面与芯轴10滑动导向轴段的轴肩之间装有螺旋弹簧28，端面顶盖20一个侧面装在阶梯形导套8的台肩上，端面顶盖20通过螺钉与导向圆筒9连接，端面顶盖20另一个侧面装有伸入在被测钢管1端部孔内的密封圈定位座21，密封圈定位座21的轴向螺钉上依次套有盘状密封圈22、密封圈挡板27和锥形导向块7，用螺母压紧，与盘状密封圈22接触的密封圈挡板27端面贴合在阶梯形导套8小端螺纹段的轴肩上，密封圈挡板27的另一端面通过螺母26压紧，锥形导向块7的中心孔与主密封件轴段用螺钉连接。

[0015] 密封圈定位座21周向有四根轴向螺钉，盘状密封圈22和密封圈挡板27周向对应的开有四个轴向导向孔，盘状密封圈22和密封圈挡板27通过这四个轴向导向孔沿轴向套在密封圈定位座21上，密封圈挡板27通过阶梯形导套8的轴肩和阶梯形导套8端面的螺母26实现轴向定位，在被测钢管回退方向，阶梯形导套8靠近大端面的轴肩与端面顶盖20接触实现该方向的定位，阶梯形导套8大端面与主密封件轴段的轴肩之间装有螺旋弹簧28，主密封件轴段的轴端面装有锥形导向块7，依靠这二者中心部分的两颗螺钉实现固定，密封圈定位座21的四根轴向螺钉穿过锥形导向块7的四个通孔后使用螺母26拧紧，而螺母26与导套8螺纹联接段没入锥形导向块7的环形槽中，导向圆筒9内腔有两个轴段分别是导向区段和花键槽区段，在导向区段和花键槽区段之间有退刀槽，导向圆筒9套在芯轴10上，其导向区段和花键槽区段分别与芯轴10的滑动导向轴段和花键轴段配合，端面顶盖20通过八个均布螺钉安装在导向圆筒9的导向区段端面上，圆筒尾盖11套在芯轴10的弹性件轴段上，并使用八个螺钉安装在导向圆筒9的花键槽区段的端面上，推力球轴承轴段上装有推力球轴承，入口轴承盖12的内圈与推力球轴承非转动圈配合并通过螺钉安装在箱体
13上，在圆筒尾盖11和入口轴承盖12之间装有阶梯轴套，在阶梯轴套小端的外侧套上一对开口相对的蝶形弹簧，圆筒尾盖11、蝶形弹簧和阶梯轴套都位于入口轴承盖12内圈内侧，芯轴10尾端的第一轴承段和第二轴承段分别安装第一圆锥滚子轴承17和两个第二圆锥滚子轴承16后，固定在安装在箱体13的轴承座内，推力球轴承和第一圆锥滚子轴承17之间装有指环轴套，芯轴10尾端端面装有轴用挡盖15，箱体尾盖14通过螺钉装在箱体13上。

[0016] 所述的阶梯形导套8安装在主密封件轴段后，阶梯形导套8必须确保在该轴段上能够自由滑动，并且阶梯形导套8大端面与芯轴10滑动导向轴段的轴肩留有间隙，此间隙中安装有螺旋弹簧28。

[0017] 所述的盘状密封圈22为耐磨密封圈并且具有良好的弹性，但不是良好的透声材料，其轴向受均匀压力后径向尺寸会增大，该径向尺寸增大量可填充盘状密封圈22自由态时与被测钢管内圈的缝隙，从而起到密封作用，盘状密封圈22安装时需要一定的轴向预紧力，预紧力的可通过密封圈定位座21四根轴向螺钉上的螺母26实现调节。

[0018] 所述的导向圆筒9套装在芯轴10上后，受轴向力后可以沿芯轴的轴向滑动；该装置工作之前，受碟形弹簧18的预紧弹性力作用，导向圆筒9具有从芯轴10的尾端向头部滑动的趋势，因此，圆筒尾盖11与芯轴10的花键端面紧贴，导向圆筒9花键槽区段与导向区段留有退刀槽，且花键槽区段内径比导向区段内径要大，退刀槽的宽度与花键配合段剩余非接触段长度之和正是盘状密封圈22所允许的最大轴向压缩量，因此，导向圆筒9从芯轴10的头部滑向尾端时能被安全限位，导向圆筒9与芯轴10之间的花键配合限制了这二者之间周向的相对运动。

[0019] 本发明的工作原理如下：

[0020] 当被测钢管受3°摆角搓辊6轴向摩擦力时，如图1和图2所示，被测钢管端面顶上端面顶盖20，导向圆筒9沿芯轴10尾端滑动，端面顶盖20内侧与阶梯形导套8大端轴肩接触后带动阶梯形导套8上的密封圈挡板沿芯轴10尾端滑动，由于密封圈定位座21通过四根轴向螺钉固定在锥形导向块7上，而锥形导向块7固定在芯轴10的端面上，因此密封圈定位座21相对密封圈挡板27而言是静止的，这使得密封圈挡板27在沿芯轴10尾端滑动过程中会挤压盘状密封圈22，盘状密封圈22在轴向受到挤压后会沿径向膨胀，当变形量超过被测钢管内圈与锥形导向块7外圈之间的间隙后实现封作用，被测钢管与端面顶盖20贴紧后，在持续的轴向顶紧力作用下带动整个芯轴10沿原地旋转，此后探头盒5从被测钢管待测A区段探伤起始点沿芯轴10尾端方向直线移动经过被测钢管与端面顶盖20的贴合面处时，探头盒5内的水不会进入被测钢管端面内侧从而影响探伤结果的可靠性。由于被测钢管与端面顶盖20贴紧后，被测钢管与端面顶盖20一起旋转，被测钢管内圈与盘状密封圈在圆周和轴向两个方向无相对运动，因此盘状密封圈22与被测钢管内壁接触时不存在磨损。探头盒5移至导向圆筒9的正下方后被测钢管端部探伤结束，3°摆角搓辊6缓慢反转带动被测钢管回退，被测钢管与锥形导向块7边旋转边缓慢脱离，在蝶形弹簧18反弹力作用下，导向圆筒9贴紧被测钢管端面并沿被测钢管回退方向滑动，直至圆筒尾盖11因芯轴10的花键端面阻挡而停止，在导向圆筒9滑动过程中，一旦端面顶盖20与阶梯形导套8之间出现间隙，阶梯形导套8便受螺旋弹簧28反弹力作用沿被测钢管回退方向滑动，使得盘状密封圈22在尽可能短时间内缩回初始态，防止盘状密封圈22与被测钢管内圈发生长时间相对摩擦运动而加剧磨损，当被测钢管与锥形导向块7完全脱离后，被测钢管输出探伤工位。