авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

14 Секция 4

Неразрушающие методы контроля

СЕКЦИЯ 4

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

ЦИКЛИЧЕСКИЕ ИНДУКЦИОННЫЕ УСКОРИТЕЛИ ЭЛЕКТРОНОВ –

БЕТАТРОНЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ.

Клименов В.А., Москалев В.А., Чахлов В.Л.

НИИ интроскопии Томского политехнического университета mail@introscopy.tpu.ru Индукционный метод ускорения характерен тем, что электроны ускоряются вихревым электрическим полем, возбуждаемым переменным магнитным полем. Это электрическое поле действует на электрон в течение всего цикла ускорения и для того, чтобы удержать ускоряемый пучок на орбите постоянного радиуса, управляющее магнитное поле должно синхронно возрастать. Этим бетатрон отличается от всех других ускорителей, в которых для ускорения используется резонатор – самостоятельное устройство, генерирующее импульсы высокого напряжения. Электронный пучок после достижения заданного значения энергии направляется на мишень. При этом генерируется тормозное излучение или электронный пучок выводится из ускорителя.

Первый действующий бетатрон был построен Керстом в 1941 г. В СССР разработка бетатронов, главным образом, была связана с работами Томского политехнического института. В ТПИ эти разработки начались в 1945 г. под руководством А.А. Воробьёва, а в начале 1947 г. запущен на излучение бетатрон на Мэв. Б.А.Родимов и П.А. Черданцев построили теорию захвата электронов в ускорение, в которой считается, что основное влияние на захват оказывает взаимодействие электронных пучков. Ими была рассмотрена возможность бесколебательного захвата и даны предложения по сооружению сильноточного бетатрона. В.А.Москалев разработал конструкции и соорудил бетатроны на 15, Мэв с большим ускоряемым зарядом. М.Ф. Филипповым была предложена теория, определяющая взаимозависимость основных размеров и параметров электромагнита бетатрона, камеры ускорителя и его выходных параметров. В результате была получена простая система инженерного расчета вариантов ускорителя, хорошо оправдавшая себя в практике конструирования бетатронов [1,2].

В целом можно сказать, что в Томском политехническом институте стационарные бетатроны на энергию от 18 до 35 МэВ разрабатывались под руководством В.И.Горбунова, а сильноточные на энергии 15-50 МэВ под руководством В.А.Москалева. Стационарные бетатроны и сильноточные бетатроны 15 Секция Неразрушающие методы контроля не выдержали конкуренции с другими типами ускорителями, например, линейными резонансными ускорителями и в настоящее время являются невостребованными.

В 1962 г. по инициативе Л.М. Ананьева в НИИ ЯФ и на кафедре промышленной электроники ТПИ была создана лаборатория малогабаритных бетатронов, руководителем которой был назначен выпускник ФТФ ТПИ В.Л.Чахлов. Основной целью лаборатории было создание переносного ускорителя для решения задач неразрушающего контроля в нестационарных условиях. Лаборатория пополнялась выпускниками ТПИ и сотрудниками кафедры промышленной электроники. Среди первых из них был М.М. Штейн. Коллективу, в состав которого входили В.С.

Пушин, В.А.Касьянов, А.А.Филимонов, В.Г.Волков, Ю.Д. Зрелов и др., удалось значительно усовершенствовать технические характеристики малогабаритного бетатрона [3]. Отдельные направления по тематике бетатронов развивались на кафедре 12 ФТФ ТПУ. Математические методы моделирования динамики движения бетатронов разрабатывались на кафедре прикладной математики АВТФ ТПУ.

Тепловые процессы в электромагнитах бетатронов исследовались Логиновым В.С.

(ТЭФ ТПУ). Производство малогабаритного бетатрона, разработанного в лаборатории малогабаритных бетатронов (рис.1), было организовано на базе приборного завода при активной поддержке директора завода А.К.Мартынова. На заводе изготавливались узлы бетатрона, а сборка и настройка производились в лаборатории малогабаритных бетатронов НИИ ЯФ. Изготовление отпаянных стеклянных ускорительных камер было передано по лицензии на НПО «Светлана»

(г. Санкт- Петербург).

Рис. 1. Малогабаритный бетатрон PXB-6.

16 Секция Неразрушающие методы контроля Рис. 2. Внешний вид излучателя бетатрона «ВЕАМ».

Широкое применение нашли малогабаритные бетатроны в дефектоскопии по предложению А.А.Воробьева вместо источников радиоактивных изотопов (рис. 1-3).

Бетатроны с выведенным электронным пучком для исследования воздействия радиационного излучения на различные материалы и приборы и сегодня являются востребованными, но требую доработки для проведения многочасовых испытаний (рис. 4).

Рис.3. Излучатель бетатрона PXB-2.5.

17 Секция Неразрушающие методы контроля Рис. 4. Внешний вид установки для радиационных испытаний материалов.

Многолетний опыт применения малогабаритных бетатронов с выведенным пучком для лучевой терапии злокачественных новообразований и в интраоперационной терапии, при которой бетатрон располагается непосредственно в операционной, показал высокую эффективность и перспективность использования этих установок в медицине как в России, так и за рубежом (рис.5) [4]. Значительному распространению бетатронов за рубежом способствовало формирование долгосрочного сотрудничества с фирмой Джон Маклеод Электроникс (Великобритания), взявшую на себя задачу мониторинга зарубежного рынка, поиска заказчиков, дизайн продукции и проведение совместно со специалистами НИИ сервисного обслуживания.

Рис. 5. Интраоперационная терапия.

18 Секция Неразрушающие методы контроля Разработка и выпуск малогабаритных бетатронов в настоящее время сосредоточены в лабораториях 41 и 43 НИИ интроскопии ТПУ, НИОКР проводится под научным руководством Чахлова. В. Л. в лабораториях 41, 42 и 43 [3].

Отсутствие прямых аналогов в мире для большинства типов выпускаемых источников излучения, их широкая номенклатура и высокие технические характеристики, приемлемая для таких сложных изделий надежность обеспечивает разработанным и выпускаемым источникам постоянно растущий спрос.

Современная экономика характеризуется возрастанием потока товаров между государствами, который усиливается особым географическим положением Российской Федерации. Важной задачей государственных органов является контроль перемещения грузов. Особое внимание уделяется выявлению незадекларированных товаров и запрещенных к перемещению, без наличия особых разрешительных документов, через границу веществ – наркотиков, взрывчатых веществ, ядовитых веществ, радиоактивных веществ. Одно из важнейших мест среди технических средств досмотрового контроля занимают комплексы цифровой рентгенографии и радиографии [5,6]. Метод цифровой рентгенографии отличает высокая информативность, основанная на возможности визуализации структуры объекта контроля, выявления, идентификации веществ недопустимых локальных вложений и определения их геометрического положения. В комплексах цифровой радиографии крупногабаритных объектов в качестве источника фотонов используют линейные ускорители и бетатроны ( рис. 2).

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики досмотровых комплексов, в том числе и зарубежных, созданных с применением бетатронов.

Таблица 1. Сравнительные характеристики досмотровых комплексов VACIS® P Silhouette DRS 7500 Scan Опытный Тип HCV-Mobile CargoScan Inspection Mobile образец 5000 M System CaB Science Applicatio Smith Smith НИИ ИН, ns Адани, Heimann Heimann МИРЭА, Производитель Белоруссия Internation (Германия) (Германия) Россия al Corp.

(США) Максимальная толщина 270 110 180(270) 300 проникновения по стали, мм Разрешение, мм 12,7 3 3 2,5 4, Чувствительнос 3 нет данных нет данных 3 ть, % Скорость сканирования, 3 1 0,2 0,4 0, м/с 3(4) МэВ Источник 7,5 МэВ 3 МэВ 5 МэВ 5 МэВ линейный излучения бетатрон бетатрон бетатрон бетатрон ускоритель 19 Секция Неразрушающие методы контроля Доза, получаемая за 0,2 0,15 5(10) нет данных менее 0, объектом время контроля, mR Стационар ный / Мобильны Стационарный / Исполнение Мобильный Мобильный Передвиж й передвижной ной Применение бетатронов в качестве источника излучения в досмотровых комплексах дает отличные результаты и имеет немало перспектив, а при использовании в мобильных вариантах подобных систем бетатроны являются оптимальным выбором источника излучения [5,6].

Наибольшие затруднения возникают при томографическом контроле тяжелых (толстостенных и плотных) изделий с произведением плотности на толщину порядка 40…120 г/см2 и более, для которых проникающая способность излучения рентгеновских трубок с напряжением 450 кВ (~50 мм стали) недостаточна. Для достижения высокого уровня метрологии томографического контроля тяжелых изделий остро необходимы специализированные высокоэнергетические источники излучения в диапазоне энергией излучения порядка 5 МэВ (~160 мм стали) с симметричным фокусным пятном диаметром порядка 0,3 мм при МЭД на расстоянии 1 м от мишени 40 P/мин и радиационном фоне 0,1 %. К сожалению, источники ионизирующего излучения с такими характеристиками не выпускаются.

Возможно, из-за недостаточного понимания этой проблемы, даже на фоне роста выпуска высокоэнергетических источников излучения (в основном на базе линейных ускорителей электронов) для целей таможенного досмотра морских контейнеров и автотранспорта.

С целью преодоления этого противоречия и дальнейшего повышения пространственного разрешения высокоэнергетических компьютерных томографов фирма «Промышленная интроскопия» совместно с НИИ интроскопии при Томском политехническом университете несколько последних лет проводит работы по применению в составе компьютерных томографов специализированных «томобетатронов», адекватных томографическим задачам.

На рис. 6 представлен современный «бетатронный» высокоэнергетический компьютерный томограф – ВТ-500ХА [7]. Этот томограф обеспечивает в диапазоне энергий излучения от 50 КэВ до 5 МэВ предел пространственного разрешения внутри объекта контроля – 50 пер/см. В томографе используются два источника излучения: минифокусная рентгеновская трубка с напряжением до 450 кВ при фокусном пятне 0,30,3 мм и «томобетатрон» с энергией 5 МэВ при ширине фокусного пятна 0,2 мм, МЭД 4 Р/мин на расстоянии 1 м, фокусном расстоянии – 260 мм и радиационном фоне 1 %. Томограф ВТ-500ХА предназначен для высококачественного томографического контроля ответственных изделий диаметром от 50 до 500 мм и весом до 300 кг. В настоящее время его метрологические характеристики являются рекордными для этого класса оборудования. Примеры томограмм, полученных на высокоэнергетическом 20 Секция Неразрушающие методы контроля томографе ВТ-500ХА при энергии ускоренных томобетатроном электронов 5 МэВ, представлены на рис. 7.

Рис. 6. Внешний вид «бетатронного»

высокоэнергетического томографа ВТ 500ХА В последнее время сотрудники НИИ ИН проводят совместно с кафедрой ФТФ ТПУ и НИИ ЯФ исследования по изучению взаимодействия ускоренных электронов в бетатроне со сверхтонкими мишенями. Генерируемое излучение при этом может найти применение в медицинской диагностике. В НИИ ИН начаты работы по созданию на базе индукционного ускорителя, типа бетатрон, ускорителя позитронов. Еще одной отличительной особенностью бетатрона является возможность регулировки энергии ускоренных электронов, что позволяет создавать системы с дуальной энергией.

Рис 7. Томограммы токарного патрона, крупного электродвигателя, высоковольтного сильноточного выключателя, охлаждаемых медных шин мощного электрогенератора, паяного медно-вольфрамового разрядника и стального турбинного колеса ЖРД (5 МэВ) 21 Секция Неразрушающие методы контроля Совместными усилиями НИИ интроскопии и МИРЭА начата разработка системы досмотра с получением изображения в нескольких энергетических диапазонах, которая позволит идентифицировать материалы по их плотности и атомному весу, что существенно расширит возможности досмотрового комплекса по обнаружению наркотических и взрывчатых веществ.

Разработанные источники рентгеновского и электронного излучения на базе индукционного циклического ускорителя представляют собой пример создания российскими учеными и инженерами наукоемкой высокотехнологичной продукции, не имеющей аналогов в мировой практике. Заслуга относительно небольшого коллектива состоит так же в том, что он сумел организовать производство и сбыт своих разработок, в первую очередь, за рубеж. Только за период с 1999 года по год выпущено 190 малогабаритных бетатронов.

Список литературы.

1. А.А.Воробьев. Ускорители.// Известия ТПИ, том 156, Томск. ТПИ. 1969. – с.3 – 16.

2. Москалев В.А. Бетатроны. // Москва. Энергоиздат. – 1981г.

3. Чахлов В.Л., Бронников А.Г., Волков В.Г., Зеленов Ю.Г., Звонцов А.А., Зрелов Ю.Д., Касьянов В.А., Пушин В.С., Филимонов А.А., Штейн М.М., Филипьев А.М., Сафронов А.С., Носенко А.П., Рычков М.М., Токач Е.Ф., Демченко С.А., Шумный Е.П., Романов В.В. // Разработка, организация производства и применение малогабаритных источников рентгеновского и электронного излучения. // Известия ТПУ. – Том 312, № 2. 2008. – с. 23-32.

4. Беляев Н.В., Чахзлов В.Л., Лисин В.А. // Применение малогабаритного бетатрона с выведенным электронным пучком для лечения поверхностных новообразований. // Доклад III Всесоюзного Совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве. // Л. – 1979, том 3, с. 53 – 59.

5. Касьянов С.В. Применение бетатронов в радиографических досмотровых системах. // // Известия ТПУ. – Том 312, № 2. 2008. – с. 134 – 138.

6. Касьянов В.А., Касьянов С.В., Осипов С.П. особенности регистрации высокоэнергетического тормозного излучения в досмотровом контроле. // Датчики и системы. – 2006. - № 3. – с. 10 – 13.

7. Вайнберг Э.И. Опыт использования малогабаритного бетатрона МИБ-5 в составе промышленного компьютерного томографа ВТ-500ХА // В мире НК. – 2003.-№ 4.-с. 58-61.

22 Секция Неразрушающие методы контроля РАЗВИТИЕ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ С.Я.СОКОЛОВА В ОБЛАСТИ ЗВУКОВИДЕНИЯ И НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ, МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ К.Е.Аббакумов Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

KEAbbakumov@mail/eltech.ru В мемориальном музее А.С.Попова с некоторых пор демонстрируется неброский по виду экспонат, являющийся подлинным образцом первого дефектоскопа, созданного в ЛЭТИ под руководством члена-корреспондента АН, профессора С.Я.Соколова. Глядя на этот простой прибор, трудно представить, какой большой путь пройден за прошедшее время учениками и последователями С.Я.Соколова в области звуковидения, и какого уровня достигли современные разработки в области средств неразрушающего контроля в нашей стране и за рубежом.

2 февраля 1928 года молодой преподаватель кафедры "Специальная радиотехника" Ленинградского электротехнического института (ЛЭТИ) Сергей Соколов получил положительное решение по заявке на способ и устройство для испытания материалов, на которую впоследствии был получен патент № 11371 [1]. В этой заявке впервые было предложено использовать ультразвуковые колебания для прозвучивания изделий с целью получения информации об их внутренних дефектах и структуре.

Схема устройства, предложенного в заявке, сегодня на первый взгляд выглядит весьма архаично: пьезокварцевый преобразователь В расположен в ванне А с маслом, контакт преобразователя с изделием L осуществляется через слой ртути Р, а в качестве индикатора используется слой масла М, рельеф поверхности которого наблюдается через лупу, т. е. предложен теневой сквозной метод ультразвуковой дефектоскопии в иммерсионном варианте с непрерывным излучением.

В статье [2], опубликованной в 1929 году в Германии, С. Я. Соколов обобщил результаты своих исследований по распространению ультразвуковых волн в различных металлах и сформулировал обнаруженные им свойства ультразвука.

Здесь же он впервые предложил использовать одну и ту же пьезопластину как в качестве излучателя, так и в качестве приемника ультразвука, т. е. сформулировал принцип совмещенного преобразователя с применением частотно-модулированных колебаний.

В конце 1929 года на кафедре "Специальная радиотехника" была организована специализация по электроакустике, а уже в 1930 году состоялся первый выпуск инженеров (4 человека). В 1931 году была создана первая в стране кафедра "Электроакустика и ультразвуковая техника", бессменным заведующим которой до своей смерти в 1957 году оставался С. Я. Соколов.

За десятилетний период (1931–1941) Соколовым были выполнены основные исследования и изобретения в области ультразвуковой дефектоскопии [3], [4].

Проведенные в этот период исследования, а также изобретения С. Я. Соколова в области ультразвуковой дефектоскопии намного опередили аналогичные работы других ученых и получили высокую оценку: в 1942 году ему была присуждена Сталинская премия.

23 Секция Неразрушающие методы контроля Вторым очень важным направлением работ С. Я. Соколова в области ультразвуковой дефектоскопии, как до войны, так и в послевоенное время являются работы по звуковидению. Он считал, что необходимо не только обнаружить несплошности в изделии, но и установить их размеры и форму – визуализировать.

Первой системой звуковидения, предложенной С. Я. Соколовым еще в 1928 году [1] и подробно описанной в [5], была система, основанная на создании распределения поля на поверхности жидкости, – метод поверхностного рельефа.

Ультразвуковой пучок, прошедший через контролируемое изделие, формирует на поверхности жидкости статический рельеф, образуемый постоянным давлением P акустической радиации: P = 2 J / C, где J – распределение интенсивности звука в "ультразвуковом изображении" на поверхности, а C – скорость звука в жидкости.

Ультразвуковое изображение далее освещается световым пучком, который, отражаясь от поверхности, на вертикальном или горизонтальном экране образует "ультрасонограмму" – световое изображение. Дальнейшие исследования этого метода выполнил аспирант кафедры Е. Д. Пигулевский, который показал [6], что этот метод обладает высокой пороговой чувствительностью – 10–3 Вт/см2 и разрешающей способностью 2 мм на частоте 3 МГц. Значительно большей чувствительностью обладала система звуковидения, основанная на акустооптическом преобразовании в так называемой трубке Соколова – акустическом аналоге кинескопа, у которого светочувствительный экран заменен пьезоэлектрическим преобразователем [3]. Этот метод звуковидения, подробно исследованный аспирантом В. Г. Прохоровым [7], показал пороговую чувствительность порядка 10–9 Вт/см2 и разрешающую способность, как у предыдущего.

Еще более высокая чувствительность этого метода (порядка 10–13 Вт/см2) была достигнута аспирантом П. В. Пономаревым [8] путем механического сканирования пьезоэлектрического рельефа, возникающего на «пьезомишени» под действием ультразвукового изображения. Однако из-за длительности механического сканирования он не мог применяться для контроля динамических изображений. В предложенных С. Я. Соколовым методах и устройствах визуализации не использовался огромный потенциал, заложенный в том принципиальном отличии звуковидения от оптики и рентгена, которое обусловлено возможностью регистрации ультразвуковых сигналов с точностью до фазы. Этот потенциал полностью проявился с появлением оптической голографии. Парадокс заключается в том, что если в оптике развитие голографии стало возможным только после появления когерентных источников света – лазеров, то в акустике источники звука обладали очень высокой когерентностью. Уже в первых опытах с системами звуковидения [1], [3] регистрировалась интерференция падающих и отраженных от свободной поверхности жидкости когерентных ультразвуковых волн, т. е.

образовывалась акустическая голограмма. Очевидно, это дало основание считать, что С. Я. Соколов является создателем акустической голографии [9].

Бюро отделения общей физики и астрономии АН СССР на своем заседании, состоявшемся 12 января 1972 года, установило, что С. Я. Соколовым сделано открытие, со следующей формулировкой: "Экспериментально обнаружено новое физическое явление, состоящее в том, что ультразвуковые волны при прохождении через твердые, жидкие или газообразные среды, содержащие неоднородности, 24 Секция Неразрушающие методы контроля образуют акустическое изображение этих неоднородностей, которое с помощью звукооптических устройств может быть преобразовано в видимое изображение".

Приоритет С. Я. Соколова по данному открытию установлен авторским свидетельством [1].

Работы в области звуковидения на кафедре были возобновлены в конце 60-х годов первоначально в направлении акустической голографии (Е. Д. Пигулевский, О. В. Клыковский, А. А. Перрен) [10], а впоследствии – реконструктивной акустической томографии (А. В. Осетров, В. В. Долганов) [11]. За этот период были решены задачи, связанные с обработкой информации в методах синтезированной апертуры [12] и построением систем неразрушающего контроля объектов сложной формы [13].

После войны работы в области ультразвуковой дефектоскопии на кафедре возобновились лишь в 1947 году с создания нового промышленного импульсного дефектоскопа (патент Дж.Файерстона Соколову уже был известен). К этой работе были привлечены три дипломника (А. Л. Давыдов, Б. Н. Машарский, Ю. В. Мирохин), а также группа студентов четвертого курса – А. И. Сауков, В. Г.

Прохоров, Д. Б. Дианов, А. Е. Колесников и Е. С. Соколова. Несмотря на сложности с обеспечением электронными компонентами, энтузиазм молодых исполнителей позволил к концу 1948 года изготовить несколько таких приборов, скомплектованных из трофейных материалов. К 1950 году, когда было разработано и передано в промышленность несколько еще довольно громоздких приборов, стало известно, что созданием ультразвуковых дефектоскопов усиленно занимаются еще две группы специалистов. Во главе одной из них стоял Д. С. Шрайбер (ВИАМ), второй – С. А. Матвеев (ЦНИИТМАШ). Несмотря на дружеские отношения Соколова С.Я. с руководителями этих групп, дальнейшая работа по разработке дефектоскопов носила конкурентный характер. В лаборатории ЭУТ в работу одновременно были запущены три модели приборов – УЗД-10, УЗД-11, УЗД-12.

Первая конструкция была относительно легкой (10 кг) с малой электронно-лучевой трубкой, УЗД-11 выпускался в блочном исполнении, а УЗД-12 – на едином шасси.

За работы в области ультразвуковой микроскопии, разработку и внедрение в заводскую практику ультразвуковых дефектоскопов С. Я. Соколову, его сотрудникам А. Л. Давыдову, Б. Н. Машарскому, механикам Г. Е. Грачеву и И. В.

Кулакову, А. С. Матвееву (ЦНИИТМАШ) и Н. И. Барышникову (завод "Электросталь") уже в 1951 году была присуждена Государственная премия.

В 1951–1957 годах в лаборатории ультразвуковой дефектоскопии кафедры под руководством С. Я. Соколова работали А. Л. Давыдов, Б. Н. Машарский, Е. А.

Корепин, В. М. Веревкин, А. Е. Колесников, А. С. Голубев, А. В. Гусев, В. А.

Щукин, Е. Д. Пигулевский, И. Ф. Лопатко, П. Н. Петров, Ю. М. Быстров, Б. Е. Михалев, Л. А. Яковлев, А. В. Харитонов, К. С. Александров, Д. В.

Богородский и многие студенты. План выпуска составлял не менее 40 приборов в год, так что за этот период было изготовлено и продано заказчикам более дефектоскопов УЗД-12Т, УЗД-14 и УЗД-16.

Определение чувствительности контроля изделий эхо-методом исследовалось Б.

Н. Машарским [14]. Им же выполнен анализ уравнений акустического тракта при отражении от дефектов простой формы (сфера, диск, группа сфер). Было показано, 25 Секция Неразрушающие методы контроля что, измеряя величину отраженного сигнала на различных частотах, можно судить о характере дефекта в изделии.

Теоретические и экспериментальные исследования поглощения и рассеяния звука в поликристаллических средах выполнил аспирант кафедры Л. Г. Меркулов [15]–[17]. Эти исследования в настоящее время являются классическими и легли в основу современной спектроскопии. В дальнейшем они были использованы при разработке ультразвукового дефектоскопа-структурометра УЗДС-18 (А. С. Голубев, В. Е. Иванов).

Исследование пьезопреобразователей, предназначенных для работы на жидкие и твердые среды, начал Н. А. Евдокимов [18]. Анализ работы преобразователей для контроля твердых сред в непрерывном режиме выполнил Д. Б. Дианов [19], а для контроля в импульсном режиме без учета их электрической нагрузки – П. В.

Понамарев [20]. Наиболее полные расчеты многослойных пьезопреобразователей для непрерывного режима, ставшие классическими, выполнили Л. Г. Меркулов и Л.

М. Яблоник [21], [22], а отдельные аспекты этой проблемы изучались В. Е.

Ивановым, А. С. Голубевым, А. И. Сафоновым и Л. А. Яковлевым [23], [24].

Исследование работы преобразователя с нагрузкой на анизотропную среду впервые выполнено в [25]. Значительный вклад в теорию анализа пьезопреобразователей в импульсном режиме внесли Н. А. Евдокимов, Б. А. Касаткин и А. Ф. Мельканович [26]–[28]. Полученные ими результаты используются и в настоящее время.

Исследовалась также возможность построения двухрезонансных преобразователей, позволяющих возбуждать в твердом теле продольные или поперечные волны [29, 30]. В дальнейшем [31] впервые получены выражения характеристики направленности такого преобразователя. Для контроля аустенитных сварных швов при работе на низких частотах, что необходимо из-за большого рассеяния ультразвука, И. Ф. Лопатко [32] была предложена новая конструкция раздельно совмещенного преобразователя ДУЭТ.

Список литературы 8. Пат. СССР № 11371 / С. Я. Соколов. Способ и устройство для испытаний металлов;

Опубл. 30.09.1929. Вест. Комитета по делам изобретений № 6.

9. Sokoloff S. Zur Frage der Fortpflanzung ultra-akustishez Schwingungen in verschiedench Korpern // Elecknachz. Techn. 1929. B. 6, H. 11. S. 450–460.

10. Соколов С. Я. Избранные труды / СПбГЭТУ. СПб., 1997.

11. Паврос С. К. Сергей Яковлевич Соколов – основоположник ультразвуковой дефектоскопии и звуковидения // Изв. ГЭТУ. 1997. Вып. 505. С. 5–11.

12. Соколов С. Я. Ультра-акустические колебания и их применение // Заводская лаборатория. 1935. № 5. С. 527–538.

13. Пигулевский Е. Д. О чувствительности и разрешающей способности акустооптического преобразователя на поверхности жидкости // Акуст. журн.

1958. Т. 4, № 4. С. 348–354.

14. Прохоров В. Г. Электронно-акустический преобразователь // Акуст. журн. 1957.

Т. 3, № 3. С. 348–354.

15. Пономарев П. В. Опытная установка для видения ультразвукового поля // Изв.

ЛЭТИ. 1958. Вып. 34. С. 224–228.

26 Секция Неразрушающие методы контроля 16. Уэйд Г. Системы акустического изображения / Под ред. В. Г. Прохорова. Л.:

Судостроение, 1981.

17. Качанов Е. И., Пигулевский Е. Д., Ярыгин Е. М. Методы и средства гидроакустической голографии. Л.: Судостроение, 1989.

18. Осетров А. В. Акустическая томография // Зарубежная радиоэлектроника. 1991.

№ 5. С. 3–29.

19. Долганов В. В., Осетров А. В. Использование нелинейного нормирования в методах синтезированной апертуры при реконструкции ультразвуковых изображений // Дефектоскопия. 1995. № 8. С. 13–23.

20. Белов Б. М., Осетров А. В., Яковлев В. А. Идентификация дефектов путем анализа и реконструкции ультразвуковых изображений // Сб. докл. XVII Петербургской конференции "Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций" УЗДМ-2001, 6–8 июня 2001 г. Санкт-Петербург, 2001. С.

14–18.

21. Машарский Е. Н. Исследование однородности изделий из спецсплавов ультразвуковым методом: Автореф. дис. … канд. техн. наук / ЛЭТИ. Л., 1953. с.

22. Меркулов Л. Г. Исследование рассеяния ультразвука в металлах // ЖТФ. 1956. Т.

26. С. 64–75.

23. Меркулов Л. Г. Поглощение и диффузное рассеяние ультразвука в металлах // ЖТФ. 1957. Т. 27. С. 1045–1050.

24. Меркулов Л. Г. Применение ультразвука для исследования структуры сталей // ЖТФ. 1957. Т. 27 С. 1386–1391.

25. Евдокимов Н. А. Исследование пьезоэлектрических кварцевых излучателей ультразвука: Автореф. дис. … канд. техн. наук / ЛЭТИ. Л., 1952. 22 с.

26. Дианов Д. Б. О работе плоского пьезовибратора в условиях одностороннего излучения // Изв. ЛЭТИ. 1957. Вып. 31. С. 46–59.

27. Пономарев П. В. Переходные процессы в пьезовибраторах // Акуст. журн. 1957.

Т. 27, № 3. С. 243–253.

28. Меркулов Л. Г., Яблоник Л. М. Работа демпфированного пьезопреобразователя при наличии нескольких промежуточных слоев // Акуст. журн. 1963. Т. 9, № 4. С.

449–453.

29. Меркулов Л. Г., Яблоник Л. М. Теория акустически согласованного многослойного пьезопреобразователя // Дефектоскопия. 1966. № 5. С. 3–11.

30. Голубев А. С., Иванов В. Е., Сафонов В. И. О влиянии электрической нагрузки на частотную характеристику искателя ультразвукового дефектоскопа // Дефектоскопия. 1966. № 5. С. 40–46.

31. Яковлев Л. А. О возможности построения приближенно согласованного пьезокерамического преобразователя // Изв. ЛЭТИ. 1970. Вып. 89. С. 163–167.

32. Меркулов Л. Г., Федоров В. А., Яковлев Л. А. Работа пьезопреобразователя, нагруженного на твердую упруго-анизотропную среду // Акуст. журн. 1973. Т. 9, № 1. С. 53–59.

33. Евдокимов Н. А., Касаткин Б. А., Мельканович А. Ф. Импульсный режим работы пьезовибратора // Дефектоскопия. 1969. № 6. С. 31–38.

27 Секция Неразрушающие методы контроля 34. Евдокимов Н. А., Касаткин Б. А., Мельканович А. Ф. Исследование импульсного возбуждения пьезовибратора при иммерсионном способе контроля // Дефектоскопия. 1969. № 5. С. 36–40.

35. Евдокимов Н. А., Касаткин Б. А., Мельканович А. Ф. Работа пьезовибратора через промежуточный слой в импульсном режиме // Дефектоскопия. 1971. № 5.

С. 80–86.

36. Яковлев Л. А. Работы кафедры ЭУТ в области высокочастотных пластинчатых преобразователей // Изв. ЛЭТИ. 1997. Вып. 505. С. 54–65.

37. Дианов Д. Б. Некоторые вопросы ультразвуковой оптики // Автореф. дис. … канд. техн. наук / ЛЭТИ. Л., 1956. 18 с.

38. Дианов Д. Б. Исследование направленности призматических преобразователей // Дефектоскопия. 1965.№ 1, С. 8–22.

39. А. с. № 107832. СССР Призматический щуп к ультразвуковому дефектоскопу / И.

Ф. Лопатко, С. В. Дианов (СССР). Опубл. 12.09.57. Бюл. № 10.

РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕТОДА ВЫДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКОГО СИГНАЛА ИЗ СЛУЧАЙНЫХ ШУМОВ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОММОНИТОРИРОВАНИИ СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Клубович И.А., Рыбалка С.А.

НИИ интроскопии Томского политехнического университета medpribor@introscopy.tpu.ru При длительном мониторировании сердца путем регистрации электрокардиографического сигнала с отдаленных участков тела человека (например, с руки) полезный сигнал и шумы становятся близкими по уровню либо шумы превышают сигнал в несколько раз. Для выделения сигнала в этом случае могут использоваться различные процедуры фильтрации, основанные на различии свойств полезного сигнала и помехи [см., например,1-3]. Но для формирования эффективного фильтра необходима априорная информация о свойствах сигнала и помехи. Однако априорная информация такого рода не всегда может быть получена.

В настоящей работе предлагается процедура выделения полезного сигнала, в которой сочетаются извлечение информации о различии сигнала и помехи и формирование собственно фильтра, выделяющего полезный сигнал.

Сформулируем задачу следующим образом – пусть в результате регистрации кардиографического сигнала получена запись x(t), являющаяся суммой полезного сигнала и помехи:

x(t ) = s(t ) + (t ), (1) где s(t) – полезный сигнал, а (t) – шум регистрирующей системы. Будем полагать, что s(t) ограничен по времени и по частоте, а (t) является случайным и 28 Секция Неразрушающие методы контроля стационарным. Задача заключается в том, чтобы по зарегистрированному x(t) получить оценку s(t).

Будем полагать, что можно получить на выходе регистратора реализацию, не содержащую полезного сигнала, т.е. (t). В таком случае для выделения полезного сигнала предлагается следующая процедура:

• выполним для x(t) и (t) преобразование Фурье, получим спектры X(f) и (f), соответственно;

• разделим весь интервал частот на ряд частотных полос;

• вычислим для спектров X(f) и (f) энергии в выделенных частотных полосах;

• вычислим ei – разности энергий в выделенных частотных полосах;

• выделим набор частотных полос, в которых энергия X(f) больше, чем энергия (f);

• вычислим раздельные разности вещественной и мнимой компонент X(f) и (f) для выделенного набора частот;

• умножим каждую разность на коэффициент ki = ei ei ;

i • объединим полученные разности в единый спектр и выполним обратное преобразование Фурье.

Полученный результат является искомой оценкой неизвестного сигнала.

В качестве демонстрационного примера результата применения описанной процедуры на рис. 1 представлена запись сигнала с помехой при отношении сигнала к помехе, равном 0,2. В качестве полезного сигнала использован импульс с колокольной огибающей [4]:

s (t ) = Ae cos(2 f 0t + 0 ), t (2) параметры которого имели значения: A= 0,2;

=0,5;

0=0;

а f0=0,4. В качестве помехи была сгенерирована последовательность псевдослучайных чисел, нормально распределенных с дисперсией 1,025. Длительность записи 4 мин 22 с, частота регистрации 1 кГц. Как видно из рисунка, полезный сигнал полностью закрыт помехой, размах значений которой составляет ±5 мкВ. Для наглядности, на рисунке представлена только часть записи длительностью 20 с. В результате применения описанной процедуры удалось выделить полезный сигнал, точно совпадающий по положению центрального максимума и первых боковых лепестков с заданным.

Результат применения описанной процедуры показан на рис.2.

Рис. 1. Исходная запись суммы сигнала и помехи 29 Секция Неразрушающие методы контроля Рис. 2.

Как видно из рисунка 2, предложенная процедура позволила, в отсутствии априорной информации о параметрах полезного сигнала и помехи, выделить полезный сигнал с вполне удовлетворительным качеством даже при очень малом отношении сигнал/помеха. Обратим внимание, что размах значений потенциала в исходной записи составляет около 10 мкВ, в то время как размах значений потенциала для полезного сигнала составляет всего 0,32 мкВ, т.е. шум превышает полезный сигнал более чем в 30 раз.

Список литературы 40. Введение в цифровую фильтрацию. /под ред. Р. Богера и А. Константинидиса.– М.: Мир, 1976.

41. Васильев В.Н., Гуров И.П. Компьютерная обработка сигналов в приложении к интерферометрическим системам.– СПб.:БХВ–Санкт-Петербург, 1998.-240с.

42. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов.– М.: Радио и связь, 1985.– 312 с.

43. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка.– М.: Недра, 1980.– 551 с.

СМОТРОВЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ОБОЛОЧЕК ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СРЕДЕ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЕМКОСТЕЙ Агапов Н.А., Мевиус В.В., Гладков А.В., Бояринов О.В., Царик В.Г.

ОАО “Сибирский химический комбинат” shk@seversk.tomsknet.ru Кулешов В.К.

Научно-исследовательский институт интроскопии, rcc@introscopy.tpu.ru Одна из главных проблем хранения в транспортно-технологических емкостях (ТТЕ) облученных тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) двухцелевых уран графитовых ядерных реакторов связана с возможным выходом продуктов радиоактивного распада вследствие коррозии оболочки и сердечника. В связи с этим важно иметь представление о коррозионном состоянии длительное время 30 Секция Неразрушающие методы контроля хранящихся в среде ТТЕ облученных ТВЭЛов. Самым приемлемым и наиболее рациональным способом оценки состояния их является 100%-ый визуальный контроль с использованием дистанционных оптико-телевизионных приборов.

Цели в проведении работ по контролю состояния ТВЭЛов можно сформулировать следующим образом:

оценка коррозионного состояния облученных ТВЭЛов с различным сроком выдержки в ТТЕ;

выявление ТВЭЛов, имеющих сквозные разрушения оболочек, и их изоляция от основной массы хранящихся ТВЭЛов;

накопление статистических данных для прогнозирования поведения облученных ТВЭЛов в среде ТТЕ, определение гарантированного срока их хранения.

На сегодняшний день методика исследования состоит из двух этапов.

Первый этап Осмотр облученных ТВЭЛов с различными сроками хранения на столе разборки с целью предварительного отбора ТВЭЛов, имеющих как явные, так и потенциально опасные дефекты оболочки и сердечника. Базовыми на данном этапе осмотра являются следующие критерии:

наличие формоизменения;

следы деформации;

скопление продуктов коррозии на поверхности;

сквозные дефекты оболочки.

Второй этап Осмотр отобранных ТВЭЛов в защитной камере манипулятора с измерением, при возможности, глубины выявленных дефектов посредством приспособления, снабженного индикатором часового типа. Отбор ТВЭЛов, имеющих недопустимые дефекты, и помещение их в отдельный ковш. Базовыми на данном этапе осмотра являются следующие критерии:

наличие сквозных разрушений оболочки;

коррозионные, эрозионные и механические повреждения оболочки с глубиной 0,8мм.

Для достижения поставленных целей в Лаборатории металловедения ОАО “СХК” были разработаны, изготовлены и введены в эксплуатацию две оптико телевизионные системы на базе жестких линзовых радиационностойких и герметичных эндоскопов с диаметром звеньев 58 мм [1, 2].

1. Система для визуального контроля ТВЭЛов при перекладке на столе разборки.

Система (рис. 1) предназначена для осмотра ТВЭЛов под слоем воды с использованием собственной подсветки на глубине до 5 метров, позволяющей снизить дозовую радиационную нагрузку на персонал до уровня санитарных норм.

Система включает в себя эндоскоп ПВК-58, устройство вращения ТВЭЛов (УВБ-1), комплект фото- и видеотехники, осветительную штангу, блок питания.

В состав эндоскопа входят (рис. 1):

зрительная труба 1 для окулярного наблюдения и фотографирования;

31 Секция Неразрушающие методы контроля Т-образное звено 2 с откидным зеркалом, позволяющим переключаться с окулярного режима наблюдения на телевизионный;

видеомодуль 3 с телекамерой для получения видеоизображения;

струбцина 4 для установки электропривода на эндоскопе;

электрический привод 5 для вращения ТВЭЛов;

два передающих 6 и одно формирующее 7 оптических звена;

короткофокусный объектив 8 с фокусным расстоянием 20мм;

торцевая оптическая насадка 9 диаметром 78 мм с лампами подсветки.

Рис. 1. Схема установки для визуального контроля ТВЭЛов на столе разборки.

Устройство вращения ТВЭЛов 10 (рис. 1) состоит из вращающихся валиков (рис. 2), скобы крепления 2 к ковшу и узла крепления 3 к эндоскопу.

32 Секция Неразрушающие методы контроля Рис. 2 Устройство вращения ТВЭЛов УВБ-1.

Исследуемый ТВЭЛ 5 устанавливается клещами на валики 1, которые вращают ТВЭЛ, что позволяет произвести полный осмотр цилиндрической поверхности ТВЭЛа. Зеркала 4 обеспечивают одновременное наблюдение торцевых поверхностей ТВЭЛа.

В комплект фото- видеотехники входят (рис. 1): фотоаппарат 15 для регистрации изображения блока;

ноутбук 16 (или телемонитор);

телекамера типа Watec, расположенная в корпусе видеомодуля 3. В корпусе видеомодуля 3 находятся также ирисовая диафрагма для регулировки уровня освещенности и объектив, формирующий изображение на матрице телекамеры. Объектив имеет подвижку для ручной настройки резкости.

Для освещения поверхности перекладываемого ковша с целью облегчения поиска и надежного захвата ТВЭЛа используется 3-х метровая осветительная штанга, собранная из звеньев 11 с осветительной торцевой насадкой 9 (рис. 1).

Блок питания 12 (рис. 1) обеспечивает напряжением питания лампы подсветки эндоскопа и осветительной штанги, электропривод устройства вращения ТВЭЛов и телекамеру.

2. Система для визуального контроля ТВЭЛов в камере манипулятора.

Детальное исследование состояния поверхности ТВЭЛов проводят в специальной камере с манипулятором. Для реализации задачи визуального контроля в камере манипулятора была изготовлена и испытана система (рис. 3), состоящая из эндоскопа ПВК-58, устройства вращения ТВЭЛов 8 (УВБ-2) с электрическим приводом (рис. 4), блока питания 9 и комплекта фото- и видеотехники. В состав эндоскопа входят:

зрительная труба 1;

Т-образное звено 2 с поворотным зеркалом;

два передающих звена 3 и одно формирующее звено 5;

33 Секция Неразрушающие методы контроля объектив 6 с фокусным расстоянием 130мм;

боковая оптическая насадка 7 диаметром 78 мм с лампами подсветки.

Уплотнительная втулка 4 предназначена для фиксации эндоскопа в стенке камеры манипулятора.

Рис. 3. Схема установки для визуального контроля ТВЭЛов в камере манипулятора.

Устройство вращения ТВЭЛов УВБ-2 конструктивно выполнено аналогично УВБ-1. Напряжение питания на УВБ-2 и лампы подсветки оптической насадки подается с блока питания 9 по кабелям 10. Фотосъемка исследуемого ТВЭЛа производится фотоаппаратом 11 через эндоскоп. Ноутбук 12 используется для просмотра фотоизображений и создания банка данных по результатам исследования блоков.

Рис. 4. Устройство вращения ТВЭЛов УВБ-2.

Наиболее характерные дефекты фиксируются цифровым фотоаппаратом.

Фотографии помещаются в электронный банк данных. На рисунках 5 и 6 размещены фотографии, иллюстрирующие процесс исследования ТВЭЛов на столе разборки и в камере манипулятора.

34 Секция Неразрушающие методы контроля Рис. 5. Исследование ТВЭЛов на столе Рис. 6. Исследование ТВЭЛов в камере разборки. манипулятора.

Список литературы 44. Агапов Н.А., Агапов Д.Н., Мевиус В.В., Бояринов О.В.,Кулешов В.К.

Оптикоэлектронная система для дистанционного измерения линейных размеров // Известия Томского политехнического университета. Математика и механика.

Физика. Приложение.-2008.-№2.-том 312.-С. 318-323.

45..Мевиус В.В., Агапов Н.А., Агапов Д.Н., Бояринов О.В., Царик В.Г., Кулешов В.К. Контроль коррозионного состояния транспортно-технологических емкостей // Известия Томского политехнического университета. Математика и механика.

Физика. Приложение.-2008.-№2.-том 312.-С. 327-329.

35 Секция Неразрушающие методы контроля СМОТРОВЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЕМКОСТЕЙ БЕЗ ОПОРОЖНЕНИЯ Агапов Н.А., Мевиус В.В., Бояринов О.В.

ОАО “Сибирский химический комбинат” shk@seversk.tomsknet.ru Кулешов В.К.

НИИ интроскопии Томского политехничекого университета rcc@introscopy.tpu.ru Безаварийная работа ядерно- и радиационноопасных объектов (ЯРОО) во многом зависит от качества диагностики состояния оборудования и точности прогнозирования остаточного ресурса. Технологические резервуары, в которых производятся операции с радиоактивными материалами, содержат оборудование, от технического состояния которого зависит безопасность производства работ и экологическая обстановка.

Наиболее широкое применение для визуального контроля состояния подводного оборудования, работающего с радиоактивными средами, нашел метод дистанционного визуального контроля с применением оптико-телевизионных приборов на базе линзовых и оптико-волоконных эндоскопов. На Реакторном заводе ОАО “СХК” при осмотре подводных металлоконструкций наилучшим образом зарекомендовал себя прибор ПВК-58 [1, 2], созданный на базе жесткого линзового эндоскопа. Водонепроницаемость, термическая и радиационная стойкость, собственная подсветка позволяют производить дистанционный осмотр действующего и выводимого из эксплуатации оборудования или непрерывно контролировать некоторые технологические процессы без опорожнения технологических емкостей. Однако, у этого прибора есть один недостаток достаточно большой вес, который затрудняет его использование при отсутствии грузоподъемных средств (при полной сборке порядка 20 метров вес прибора составляет около 50 кг). В связи с этим в Лаборатории металловедения ОАО “СХК” были разработаны, изготовлены и введены в эксплуатацию для производства работ по дистанционному визуальному контролю подводного оборудования в транспортно-технологических емкостях (ТТЕ) без опорожнения две мобильные оптико-телевизионные системы.

1. Поисковая видеосистема.

Служит для получения общего и детального вида зоны контроля, поиска и оценки состояния наружных поверхностей железобетонных и металлоконструкций.

Позволяет обнаружить:

коррозионные разрушения основного материала и сварных соединений;

изменения геометрических параметров оборудования и его элементов;

механические поверхностные повреждения и дефекты размером более 1мм;

локальные протечки от 0.01м3/мин;

посторонние предметы и отложения внутри осматриваемых объектов.

36 Секция Неразрушающие методы контроля Рис. 1. Видеомодуль поисковой Рис. 2. Привод поисковой видеосистемы.

видеосистемы.

Основным узлом поисковой системы является герметичный видеомодуль (рис.

1), расположенный на специальной штанге диаметром 45 мм с внутренней электропроводкой и электрическим приводом (рис. 2) для изменения угла положения видеомодуля относительно оси штанги в пределах от 00 (вертикально вниз) до 1000.

Привод собран на базе двигателя МП-100МТ. Внутри видеомодуля установлены аналоговая цветная камера и объектив-трансфокатор. На корпусе видеомодуля смонтированы две галогенные малогабаритные лампы типа КГМ для подсветки.

Основные технические характеристики поисковой видеосистемы приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Описание параметра Значение Длина/диаметр штанги поисковой видеосистемы 7.5 м/45 мм Длина кабеля управления 10 м Напряжение питания ламп подсветки 0 – 12 В Суммарная мощность ламп подсветки (не более) 200 Вт 6 60 мм Фокусное расстояние объектива-трансфокатора Поле зрения объектива при минимальной трансфокации Расстояние от объектива-трансфокатора до плоскости объекта контроля 500 мм минимальное максимальное Разрешающая способность цветной телекамеры «WATEC – 450 тв. лин.

221S»

2. Съемный видеомодуль.

Съемный видеомодуль (рис. 3) предназначен для жесткой установки на штатные клещи и получения изображения захватываемого клещами предмета. В корпус видеомодуля герметично встроена черно-белая аналоговая камера и две лампы типа КГМ для подсветки. Основные технические характеристики системы приведены в таблице 2.

37 Секция Неразрушающие методы контроля Рис. 3. Съемный видеомодуль. Рис. 4. Блок питания и управления.

Таблица 2.

Описание параметра Значение Длина кабеля управления 18 м Напряжение питания ламп подсветки 0 – 12 В Суммарная мощность ламп подсветки (не более) 200 Вт Расстояние от объектива до плоскости объекта контроля 4 мм минимальное максимальное Разрешающая способность телекамеры «SK – 2002» тв.лин.

Фокусное расстояние объектива 3.6 мм Поле зрения объектива Видеомодуль, установленный на клещах, значительно облегчает захват и извлечение предметов, обнаруженных на дне и технологических полках ТТЕ с помощью поисковой системы.

Блок питания и управления (рис. 4), входящий в комплект с видеосистемами, предназначен для:

питания и управления функциями видеосистем (трансфокацией, настройкой резкости и углом поворота видеомодуля поисковой системы);

вывода изображения, полученного от видеомодуля, на экран встроенного или внешнего телемонитора;

регулировки уровня освещенности зоны контроля.

В таблице 3 приведены условия эксплуатации видеосистем.

Таблица 3.

Параметр Значение от +50 до + Температура окружающей среды до 2,5105 Па Внешнее давление среды 38 Секция Неразрушающие методы контроля Максимальное количество погружений/подъемов без проведения ремонтно-профилактических работ Параметры сети для питания видеосистем:

220 В ±10% напряжение 50 Гц ±10% частота Опыт работы показал, что разработанные системы дают возможность:

во-первых, отследить динамику развития коррозионных процессов, что позволяет спрогнозировать дальнейшее развитие коррозионного разрушения и определить остаточный ресурс прочности оборудования;

во-вторых, произвести извлечение (или перекладку) посторонних предметов, обнаруженных на дне ТТЕ.

Список литературы 1. Агапов Н.А., Агапов Д.Н., Мевиус В.В., Бояринов О.В., Кулешов В.К.

Оптикоэлектронная система для дистанционного измерения линейных размеров // Известия Томского политехнического университета. Математика и механика.

Физика. Приложение.-2008.-№2.-том 312.-С. 318-323.

2. Мевиус В.В., Агапов Н.А., Агапов Д.Н., Бояринов О.В., Царик В.Г., Кулешов В.К. Контроль коррозионного состояния транспортно-технологических емкостей // Известия Томского политехнического университета. Математика и механика.

Физика. Приложение.-2008.-№2.-том 312.-С. 327-329.

РЕНТГЕНОВСКИЕ ИНТРОСКОПЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ Ю.А. Москалёв, А.И. Буллер, А.В. Глазков, А.А. Дмитров, В.К. Кулешов НИИ Интроскопии Томского политехнического университета rentg@sibmail.com Во многих отраслях машиностроения, включая нефтяную, газовую и авиационную промышленность, необходим оперативный рентгеновский технологический контроль качества сварных соединений и разнообразных литых изделий. Для решения подобной задачи в ФГНУ «НИИ Интроскопии» при Томском политехническом университете (далее НИИ ИН при ТПУ) разработаны и серийно выпускаются различные модели интроскопов, позволяющих оперативно, без применения рентгеновской пленки, получать высококачественные рентгенограммы контролируемых объектов.

Конструктивно все интроскопы выполнены в виде двух основных блоков:

рентгеночувствительного, который устанавливается совместно с объектом контроля и рентгеновским аппаратом, и компьютера, который находится в радиационно безопасной зоне. Работа интроскопа состоит в представлении рентгеновского 39 Секция Неразрушающие методы контроля изображения, модулированного объектом контроля, на экране монитора компьютера.


Схема рентгеновского контроля с применением интроскопа приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема рентгеновского контроля качества изделий и сварных соединений в цеховых условиях Интроскоп работает совместно с источником ионизирующего излучения любого типа. Рентгеновское излучение, прошедшее через объект контроля, попадает на экран-преобразователь, формирующий видимое изображение, которое, в свою очередь, регистрируется высокочувствительной ПЗС-камерой.

ПЗС-камера накапливает (суммирует) изображение, наблюдаемое на экране преобразователе, и передает его в компьютер, где с помощью специальной программы формируется рентгенограмма - изображение внутренней структуры просвечиваемого объекта.

В качестве преобразователей излучения в интроскопии используют сцинтилляционные экраны на основе монокристаллического иодида цезия, активированного таллием, CsI(Tl), или поликристаллические экраны на основе микрокристаллического иодида цезия. Здесь необходимо провести четкое разделение области применения указанных экранов-преобразователей.

Экран из монокристалла CsI(Tl) представляет собой прозрачный диск, выполненный с плоско-параллельными поверхностями и помещенный в прозрачный стеклянный корпус. Для увеличения яркости изображения одна из стеклянных поверхностей корпуса имеет зеркальное напыление из алюминия. Между стеклами и кристаллом находится иммерсионная жидкость или гель, которые предназначены для уменьшения светорассеяния на границе кристалл-стекло и, как следствие, увеличения разрешающей способности экрана.

Толщина экрана CsI(Tl) составляет от 3 до 6 мм. Этот диапазон толщин экранов определяется, прежде всего, особенностями технологии их изготовления, поскольку рабочая толщина материала CsI(Tl), в которой поглощается до 90 % падающего на экран излучения с энергией до 300 кэВ, составляет не более 2 мм. Толщина стекол корпуса составляет от 2 до 3 мм для экранов диаметром от 120 до 200 мм.

40 Секция Неразрушающие методы контроля В связи с указанными особенностями поглощения рентгеновского излучения световое изображение на экране формируется в виде светящегося слоя на расстоянии от 1 до 2 мм от поверхности кристалла, обращенной в сторону от источника излучения. Монокристаллические экраны в настоящее время являются одними из наиболее эффективных преобразователей излучения, используемых в радиационной интроскопии. Интроскопы на основе подобных экранов позволяют получать чувствительность до 0,5 % и разрешающую способность до 10 пар линий/мм.

Эти свойства монокристаллических экранов обусловлены практически полным поглощением излучения, падающего на поверхность экрана и высокой эффективностью преобразования энергии излучения в свет рентгенолюминесценции.

В результате рентгеновское изображение, формирующееся на экране, обладает максимальной информационной емкостью, которая не достижима для интроскопов с преобразователями малой толщины, например, для РЭОПов.

Поликристаллические экраны из иодида цезия представляют собой слой люминесцирующего материала CsI(Tl) толщиной от 0,2 до 0,7 мм, нанесенного на отражающую пластиковую под-ложку. Размеры поликристаллических экранов составляют 300 х 400 мм2 или 400 х 400 мм2. Разрешающая способность подобных экранов составляет 3-4 пары линий/мм в диапазоне энергий излучения от 30 до кэВ.

Различие между поликристаллическими и монокристаллическими экранами CsI(Tl) показано на рисунке 2, где представлен график зависимости энергии излучения поглощенной люминесцентными экранами. Кривая 1 соответствует монокристаллическому экрану толщиной 5 мм, кривая 2 – поликристаллическому экрану толщиной 0,5 мм.

Тип экранов, применяемых в интроскопе, и их размеры определяют габариты рентгеночувствительного блока интроскопа. Так, например, для контроля сварных соединений и других металлических изделий, где требуется максимально возможная разрешающая способность и, соответственно, чувствительность контроля, используют интроскопы с монокристаллическими экранами. Для контроля пластмасс и легких сплавов, а также для досмотра багажа могут использоваться интроскопы с поликристаллическими экранами.

Светящееся изображение с экрана-преобразователя с помощью объектива фокусируется на фотодиодную матрицу ПЗС-камеры. Поскольку матрица камеры имеет ограниченное число светочувствительных элементов, необходимо оценить какие ограничения это обстоятельство накладывает на качество изображения.

41 Секция Неразрушающие методы контроля Рис. 2. Энергия излучения поглощенная люминесцентными экранами.

При использовании матрицы с числом элементов 1024 х 1024, на которую проецируется изображение с экрана-преобразователя размером 200 х 200 мм, участок изображения на экране-преобразователе, попадающий на отдельный элемент матрицы, имеет в поперечнике размер порядка 0,2 мм. Соответственно, для других размеров экранов-преобразователей размеры подобных участков изображения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Величины элементов изображения Диаметр Размер участка изображения, Разрешающая монокристаллического проецируемый на отдельный способность, пар экрана CsI(Tl), мм элемент матрицы ПЗС-камеры, линий/мм мм 80 0,08 12, 120 0,12 8, 150 0,15 6, 200 0,20 5, Из данной таблицы следует, что максимальные значения разрешающей способности от 8 до 12 пар линий/мм соответствуют экранам диаметром 80 и мм. Подобные экраны предпочтительно использовать в интроскопах для контроля сварных соединений.

Кроме высокого разрешения ПЗС-камеры позволяют осуществлять суммирование изображений телевизионных кадров, что значительно снижает уровень шума от квантов рассеянного излучения в условиях малых доз и больших толщин контролируемых объектов. Суммирование изображений может осуществляться двумя способами.

Первый способ реализуется ПЗС-камерами телевизионного типа, в которых формируются видеосигналы телевизионных кадров длительностью 25 мс и осуществляется сложение отдельных кадров в пакеты по 4;

16;

32;

... 256 кадров с усреднением по амплитуде видеосигнала.

42 Секция Неразрушающие методы контроля При таком «электронном» варианте суммирование более 256 кадров уже не приводит к заметному улучшению результирующего изображения и повышению дефектоскопической чувствительности для диапазона энергий излучения от 100 до 300 кэВ и толщин объектов контроля от 5 до 80 мм по стали. Подобное ограничение или насыщение функции чувствительности от числа кадров обусловлено тем, что одновременно с полезной информацией изображений суммируются и регулярные шумы электронных схем ПЗС-камеры.

Второй вариант суммирования условно называют «оптическим», поскольку он реализуется так же, как в цифровых фотоаппаратах, — за счет формирования 1 кадра при длительном экспонировании ПЗС-матрицы в режиме ожидания. Длительность экспозиции в данном случае может составлять от долей секунды до десятков минут.

Этот способ реализуется в ПЗС-камерах с матрицей, охлаждаемой до минус 40 °С, что значительно повышает качество изображений за счет снижения уровня шумов электронных схем и повышения отношения сигнал/шум.

В обоих случаях, при суммировании и цифровой обработке изображений, чувствительность интроскопов составляет от 0,5 до 1,5 % при толщинах стального объекта контроля до 150 мм.

Следует отметить, что при цифровой радиографии, реализуемой интроскопами, так же как и в традиционной радиографии с использованием рентгеновской пленки, выявляемость дефектов и, соответственно, чувствительность определяются контрастом изображения, уровнем фона рассеянного излучения и, в конечном счете, статистикой квантов нерассеянного излучения, несущих полезную информацию об объекте контроля.

Графики чувствительности от толщины контролируемого стального изделия для радиографии (кривая 1) и флюорографии при использовании интроскопа с монокристаплическим экраном CsI(Tl) и охлаждаемой ПЗС-матрицей (кривая 2) приведены на рисунке 2.

Толщина стали, мм Рис. 2. Графики чувствительности контроля Графики чувствительности построены при получении оптимальных изображений для каждой толщины объекта контроля. При этом следует отметить, 43 Секция Неразрушающие методы контроля что время экспозиции для интроскопа устанавливалось в 2 - 3 раза меньше, чем для пленочной радиографии при прочих равных режимах облучения.

Из рисунка следует, что кривые 1 и 2 совпадают практически на всем диапазоне контролируемых толщин стали.

На этом же рисунке приведена зависимость чувствительности контроля для интроскопа с неохлаждаемой матрицей (кривая 3). В данном случае чувствительность заметно ниже, но преимуществом такого интроскопа является относительно низкая стоимость при высокой надежности и простоте обслуживания.

Интроскопы подобного типа, выполненные на основе монокристаллического экрана и неохлаждаемой ПЗС-камеры, широко используются для контроля качества сварных швов газовых баллонов, емкостей, резервуаров и разнообразных литых изделий в цеховых условиях.

Для указанных целей в НИИ ИН при ТПУ разработаны такие интроскопы, как:

РИН-80, РИН-120 и РИН-150. В качестве источника излучения используются рентгеновские аппараты РАП-220И и РАП-300И производства НИИ ИН при ТПУ, а также аппараты других производителей, в том числе: РУП-150/300, РУП-200, «Арина-02», «Мира-2Д».

Во всех случаях применения интроскопов в производственной дефектоскопии (рисунок 3) применяют различные устройства для фиксации и регулярного перемещения объектов контроля.

При контроле сварных швов газовых баллонов указанные устройства совмещаются с конвейером поточного производства и участком рентгеновского контроля. При этом с помощью устройства фиксации и перемещения осуществляют остановку и ориентацию любого участка сварного шва на время экспозиции и последующее перемещение изделия.

С помощью интроскопа РИН-150 за время одной экспозиции получают рентгенограммы сварного шва длиной 140 мм, а с помощью интроскопа РИН-120 длиной 110 мм. Время экспозиции, необходимое для получения качественных рентгенограмм изделий толщиной до 25 мм, составляет от 5 до 15 с при следующих режимах: напряжение на рентгеновской трубке от 200 до 240 кВ, ток от 3 до 5 мА и фокусное Рис. 3. Интроскоп при расстояние от 50 до 70 см.


контроле сварного шва трубопровода В качестве примера на рисунке 4 приведены цифровые рентгенограммы сварных швов трубопроводов с толщиной стенки до 10 мм. Чувствительность при этом составляет 1,0- 1,5 %, что соответствует 1 классу контроля по принятой классификации ГОСТ 7512-82.

44 Секция Неразрушающие методы контроля Рис. 4. Типичные высококонтрастные изображения, получаемые дефектоскопом. Цифровая рентгенограмма сварного шва Таким образом, метод интроскопии, основанный на современных разработках электронной аппаратуры и цифровой техники, позволяет полностью заменить рентгеновскую пленку, что особенно важно при рентгеновском контроле ответственных объектов, эксплуатация которых связана с повышенной опасностью.

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ Герике Б. Л.

Кузбасский государственный технический университет goericke@kemsc.ru Вибрация (колебания с относительно малой амплитудой и не слишком низкой частотой) – типичное явление для любого оборудования, содержащего движущиеся элементы конструкции. Она возникает из-за ряда свойств, которые являются естественным следствием изготовления элементов оборудования и характеристик материалов. При увеличении вибрации эти свойства могут развиваться в серьезные дефекты. В свою очередь развитие дефекта в оборудовании приводит к изменению характеристик вибрации. Увеличение вибрации выше определенного уровня может привести к разрушению элементов оборудования или характеризовать разрушение.

Таким образом, вибрация служит как причиной развития дефектов, так и их индикатором.

Вибрационная диагностика – один из методов неразрушающего контроля – наука о причинах возникновения вибрации и методах ее устранения.

Вибродиагностика применяется для контроля текущего состояния оборудования, выявления возможных дефектов, оценки остаточного ресурса, определения сороков и объемов ремонтных работ. При этом измерения происходят на работающем оборудовании, что существенно повышает эффективность использования данного 45 Секция Неразрушающие методы контроля метода. Анализ отечественного и зарубежного опыта контроля технического состояния систем с вращательным движением силовых узлов показывает, что для обнаружения возможных отказов наиболее эффективен (до 77%) контроль состояния оборудования именно по вибропараметрам. На рис. 1. показана диаграмма применения аппарата вибрационной диагностики на различных этапах жизненного цикла машинного оборудования.

Рис. 1. Области применения вибрационной диагностики на различных этапах жизненного цикла машинного оборудования Экономическая целесообразность применения методов вибрационной диагностики в различных отраслях техники обусловлена множеством причин:

снижением вероятности непредвиденных аварий с катастрофическими последствиями;

ликвидацией или уменьшением количества переборок, сокращающих ресурс оборудования;

снижением стоимости техобслуживания и ремонта;

экономией запасных частей и горюче-смазочных материалов. При этом потери, связанные с простоем производства и затратами на восстановление поврежденного оборудования, многократно превосходят расходы на приобретение, установку и применение средств вибрационного мониторинга.

Сравнительный анализ различных методов обслуживания роторного оборудования, по данным Ассоциации Открытых Систем Управления Информацией о Состоянии Машин «MIMOSA», показал, что удельные затраты на техобслуживание в энергетическом секторе США составили в 1998 году на единицу мощности (л.с. – лошадиную силу) соответственно $18 на 1 л.с. – при аварийном обслуживании оборудования, $13 на 1 л.с. – при обслуживании по регламенту, $9 на 1 л.с. – при обслуживании по техническому состоянию, $6 на 1 л.с. – при активном обслуживании.

Таким образом, правильное внедрение методов и средств вибрационной диагностики позволяет, при переходе от аварийного обслуживания на обслуживание по техническому состоянию, снизить затраты на техобслуживание оборудования более чем в 2 раза.

На сегодняшний день существует большое количество различных видов замеров параметров механических колебаний, позволяющих оценивать состояние самого разнообразного оборудования. В зависимости от решаемых задач могут меняться 46 Секция Неразрушающие методы контроля настройки замеров – единицы представления, полосы частот, время измерения, тип и количество усреднений, однако, сами замеры остаются практически неизменными.

Для извлечения информации о дефектах и степени их опасности используются современные математические методы анализа случайных процессов и идентификации систем:

• исследование максимальных и минимальных величин вибрации (анализ пик-фактора, метод ударных импульсов, анализ огибающей);

• спектральный анализ на основе быстрого преобразования Фурье;

• кепстральный анализ сигналов;

• преобразование сигналов с использованием непрерывных и импульсных вейвлетов и т.п.

Рассмотрим более подробно некоторые из них.

Синхронное накопление Идея метода заключается в том, что при суммировании временных реализаций сигналов на периодах детерминированной (например, оборотной частоты ротора) составляющей процесса амплитуда детерминированной составляющей растет пропорционально числу усреднений n, в то время как уровень случайной составляющей вибрации остается прежним. Таким образом, отношение сигнал/помеха на выходе синхронного накопителя в n раз превышает то же отношение на входе устройства.

Временной сигнал Временная развертка сигнала всегда представляет огромный интерес для специалистов, занимающихся вибрационной диагностикой. Прежде всего, это вызвано тем, что все типы замеров вибрации являются различными преобразованиями именно временного сигнала. Физический смысл замера максимально прост – это колебания, совершаемые во времени, в точке проведения измерений.

Всевозможные преобразования временного сигнала (спектры виброускорения и виброскорости, спектр огибающей и кепстр) призваны отфильтровать и максимально упростить интерпретацию колебаний в точке проведения измерений.

Область использования временного сигнала при диагностике подшипников сильно ограничена. Наилучший результат достигается в тех случаях, когда другие методы малоинформативны или неприменимы, например, при диагностике тихоходных подшипников и оппозитных машин, а также редукторов.

Спектр Спектр вибрации – это совокупность соответствующих гармонических составляющих величины, характеризующей вибрацию, в которой амплитудные значения расположены в порядке возрастания номеров гармонических составляющих.

Частотный анализ механических колебаний машин и механизмов позволяет обнаружить ряд выраженных частотных составляющих периодического характера, непосредственно связанных с основными движениями отдельных узлов и деталей исследуемой машины или механизма, что позволяет обнаруживать отдельные источники механических колебаний.

47 Секция Неразрушающие методы контроля Динамическая спектрограмма, называемая также каскадным спектром, позволяет получить представление об изменении не только возмущающих сил, но и амплитудно-частотной характеристики механической системы на переходных режимах.

Кепстр Агрегаты с вращающимся ротором в большинстве случаев имеют полигармонический спектр возбуждения колебаний. Например, при некоторых дефектах зубчатого зацепления или подшипников качения иногда характерно присутствие десятков гармоник основных частот возбуждения. При решении задач вибродиагностики роторных агрегатов с широким спектром возбуждения колебаний информативной характеристикой может оказаться кепстр (анаграмма слова спектр).

В качестве диагностических признаков используются амплитуды кепстральных составляющих, иначе рахмоник (анаграмма термина гармоника), для временного отсчета – сачтота (анаграмма термина частота), соответствующая периоду частоты возбуждения.

Кепстральный анализ используется для идентификации серий гармоник и (или) боковых частот спектров для оценки их относительной мощности. Не вдаваясь в подробности математического преобразования, можно сказать, что кепстр мощности является как бы результатом частотного анализа результатов частотного анализа.

Кепстральный анализ в значительной степени нечувствителен к изменениям фазы исследуемых сигналов и к особенностям путей распространения механических колебаний.

Выделение огибающей Выделение огибающей производится либо с помощью специальных электронных устройств – амплитудных или фазовых детекторов, либо с помощью преобразования Гилберта в цифровых виброанализаторах.

Фильтрация, проводящаяся на первом этапе обработки вибрационного сигнала при выделении огибающей, оставляет только высокочастотный сигнал, содержащий возбужденные импульсами колебания корпуса подшипника с отсутствием почти всех паразитных составляющих. Выходной сигнал похож на исходные импульсы подшипника, но что более важно, он дает возможность восстановления частоты повторения этих импульсов.

На основании многолетнего опыта работ и статистики, накопленной отечественными специалистами, были определены значения пороговых уровней состояния подшипников по шкале (Слабый дефект – Средний дефект – Сильный дефект). В таблице 1 приведены значения рекомендуемых пороговых уровней состояния подшипников.

Таблица 1. Рекомендуемые пороговые уровни состояния подшипников Глубина Вид дефекта Влияние на работу подшипника модуляции (dB) Слабый Не влияет на работу Средний Сокращает остаточный ресурс Сильный Возможен аварийный выход из строя Спектр огибающей обладает высокой чувствительностью и достоверность определения вида и величины каждого из дефектов, и позволяет ставить диагноз и 48 Секция Неразрушающие методы контроля выполнять прогноз по однократным измерениям вибрации. В настоящее время метод реализован во многих отечественных и зарубежных виброизмерительных приборах и получил широкое распространение среди специалистов, занимающихся вибрационной диагностикой.

Очевидным недостатком метода является необходимость использования дополнительной информации – частоты вращения и геометрических размеров диагностируемого подшипника, что существенно сужает возможность использования данного метода во время «полевой» экспресс-диагностики.

Эксцесс Попытки использования статистического анализа в диагностике, в частности для вибродиагностики подшипников качения, начали появляться еще в 60-е годы. На сегодняшний день на практике обычно используются лишь некоторые методы одномерного статистического анализа вибрации.

Проведенные при поддержке военно-морского ведомства Великобритании исследования показали, что наиболее информативным методом статистического анализа для решения задач вибрационной диагностики подшипников качения является эксцесс. В вибрационной диагностике широкое распространение получил эксцесс, вычисляемый по формуле +x (x x) p ( x ) dx.

Ex = x Метод диагностики по эксцессу обладает рядом преимуществ: он не чувствителен к изменениям скорости вращения вала и нагрузки, не требует знаний геометрии подшипника.

К недостаткам метода можно отнести невозможность определения типа дефекта и длительность получения измерительной информации, поскольку достоверность получаемого результата пропорциональна N0,25. Кроме того, диагностика по эксцессу малоприменима на тихоходных агрегатах (частота вращения менее об/мин), а также в редукторах, мультипликаторах и механизмах с ударными воздействиями.

Пик-фактор Пик-фактор – отношение пикового значения вибрации к среднеквадратическому значению – классический пример метода периодической диагностики. Существует множество модификаций данного метода (например, крест-фактор), которые сравнивают различные параметры сигнала, однако, механизм диагностики для них практически одинаков. Рост значения пик-фактора, превышающий некоторый пороговый уровень, свидетельствует о возникновении единичных ударных импульсов (например, ударение тел качения о раковину на внутреннем или внешнем кольце подшипника), а последующее снижение этого параметра, говорит о появлении большого количества ударных импульсов, опасных для дальнейшей эксплуатации подшипника.

Метод диагностики по пик-фактору может быть использован в рамках периодического мониторинга, как отличный индикатор возникающих микроударов.

Простота его программной и аппаратной реализаций делают его широкодоступным, однако, для комплексной оценки текущего состояния подшипника и прогноза 49 Секция Неразрушающие методы контроля остаточного ресурса должны дополнительно использоваться другие методы диагностики.

Существенный недостаток метода – необходимость использования априорной информации.

Вейвлет-анализ Появившийся в конце 20 века вейвлет-анализ с самого начала был ориентирован на локализацию разномасштабных деталей в сигналах, полученных при сейсморазведке нефти. Вейвлет-анализ относится к многомасштабному анализу, суть которого состоит в том, чтобы взглянуть на сигнал сначала под микроскопом, потом – через лупу, потом отойти на пару шагов, потом посмотреть издалека.

Выросшую из этого технику теперь называют непрерывным вейвлет-анализом, который наряду с классическим спектральным анализом находит применение в вибродиагностике.

В работах классиков вейвлет-анализа доказано, что непрерывный вейвлет-анализ имеет некоторые преимущества перед Фурье-анализом:

• отсутствует паразитная амплитудная модуляция спектра;

• бльший объем выдаваемой информации;

• возможность изменения спектрального разрешения за счет варьирования частоты вейвлета;

• если производить расчет вейвлет-преобразования по небольшому числу точек, то вычисления требуют значительно меньше времени, чем преобразование Фурье.

Сравнительный анализ различных методов диагностики Анализ основных методов вибрационной диагностики, существующих ограничений по их применению, достоинств и недостатков показал, что на сегодняшний день не существует какого-то одного универсального метода. Так, замер эксцесса, крайне информативный при экспресс-диагностике, реализован далеко не во всех приборах, подвержен помехам и уступает спектральным методам при периодическом мониторинге. В свою очередь спектральные методы «подвержены» ошибкам II рода (принятие заведомо ложной гипотезы).

Кроме того, многие методы имеют ограничения на область применения.

Существенно затрудняют диагностику низкая частота вращения, ударные нагрузки, источники случайной высокочастотной вибрации. Поэтому для эффективной оценки текущего состояния сложных механических систем необходимо использовать одновременно несколько различных методов, на основании которых впоследствии могут быть рассчитаны диагностические критерии.

50 Секция Неразрушающие методы контроля Таблица 2. Сравнительные характеристики различных методов диагностики Метод диагностики Синхронное Пик-фактор накопление огибающей Временной Выделение Вейвлет Эксцесс Спектр Кепстр анализ Аппаратная реализация 2 3 4 1 3 2 4 Экспресс – анализ (по одному измерению) - - 4 4 3 5 Периодический мониторинг - 3 5 5 3 4 4 Идентификация дефекта - 2 5 5 5 - - Необходимость использования дополнительных данных - 3 4 4 5 - - Помехозащищенность 4 4 4 4 3 3 4 Ограничения -2 -4 - на использование - - - - Подводя итоги сказанному, сформулируем основные требования к диагностике сложных систем. Во-первых, необходимо получить универсальную оценку технического состояния на основании комплексного использования различных параметров и критериев. При этом количество априорных данных должно быть сведено к минимуму, а влияние различных факторов, искажающих диагностическую информацию – устранено.

С другой стороны, оценка состояния сложных систем одновременно по нескольким диагностическим критериям – достаточно трудоемкая задача. Гораздо проще и эффективнее применять математические модели диагностики в одномерном пространстве признаков. Таким образом, при диагностике для исключения «человеческого фактора» целесообразно использовать единичный критерий, сформированный «наилучшим» образом из N-мерного, где N – количество используемых диагностических критериев. При этом необходимо, на основании полученных данных, предложить адекватную модель, описывающую развитие дефекта, и математический аппарат, оценивающий с заданной точностью текущее состояние диагностируемого узла.

Кроме этого, с учетом требований современного производства для различных форм организации технического обслуживания и ремонта на предприятии в рамках создаваемой системы необходимо выполнять прогнозирование, оценивать остаточный ресурс и планировать оптимальным образом ремонтные мероприятия.

при наличии соответствующей статистики ограничение по частоте для зубчатых передач 51 Секция Неразрушающие методы контроля Для этого при диагностике должны быть решены задачи выделения тренда из зашумленных данных и построения различного рода прогнозов.

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СООСНОСТИ ПРИВАРНЫХ ЗАМКОВ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ Гольдштейн А.Е., Уразбеков Е.И., Якимов Е.В.

Томский политехнический университет algol@iit.b10.tpu.edu.ru Качество и эффективность буровых работ, проводимых в различных производственных сферах, в большой мере зависят от качества используемого бурового оборудования и в том числе бурильных труб. Важное место в обширной номенклатуре бурильных труб занимают трубы бурильные стальные с приваренными замками (универсальные ТБСУ, облегченные ТБСО, тяжелой серии ТБСТ и другие). Конструктивно такие трубы состоят из трех элементов: тела трубы и двух замков – муфты и ниппеля, приваренных к телу трубы методом сварки трением.

Важной характеристикой сварных соединений бурильных труб в значительной мере определяющей трудоемкость и точность бурения, срок службы бурового оборудования является соосность приварных замков и тела трубы. Согласно [1] отклонение от соосности приварных замков и трубы не должно превышать 0,3 мм у сварного шва и 0,1 мм на 100 мм длины детали приваренного замка у ее торца.

В соответствии с [1] контроль соосности заключается в измерении при вращении трубы двумя индикаторами часового типа радиальных биений замковой части трубы относительно оси тела бурильной трубы в двух сечениях, первое из которых расположено вблизи сварного соединения, а второе – вблизи торца замковой части трубы. Параллельное a1, мм и угловое a2, мм/100мм отклонения от соосности определяются по формулам:

( ) 100, a1 = ;

a2 = 2 1 (1) 2 2A где 1 – биение в сечении 1, мм;

2 – биение в сечении 2, мм;

A – расстояние между сечениями, мм.

Измеренные значения отклонений от соосности a1 и a2 сравниваются с их предельно допустимыми значениями.

В известных реализациях описанного метода контроля как измерительные, так и вычислительные операции, а также протоколирование результатов контроля осуществляются непосредственно самим контролером-оператором, что определяет высокий уровень влияния субъективного фактора на результаты контроля, его трудоемкость и низкую производительность. В целях устранения указанных недостатков на кафедре информационно-измерительной техники Томского 52 Секция Неразрушающие методы контроля политехнического университета разработана система контроля соосности СКС 10.02, являющаяся рабочим средством контроля соосности приварных замков бурильных труб в процессе их производства в соответствии с [1], а также в процессе их эксплуатации. В производственных условиях система контроля устанавливается на линии изготовления бурильных труб на участках сварки трением, температурного отпуска сварного соединения, технического контроля готовой продукции.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.