Разработка интегральных диагностических параметров для

ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салават
Инновационные технологии 21 века
РАЗРАБОТКА ИНТЕГРАЛЬНЫХ
ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ
ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Выполнил:
студент гр. АП-10-21
Баймурзина Алина Азатовна
Научный руководитель:
ассистент
Хуснутдинова Ильвина Гамировна
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
• Цель работы:
Разработка интегрального диагностического параметра для оценки
состояния металла электроэнергетического оборудования
Задачи:
Исследовать существующие параметры оценки технического
состояния металла конструкций электроэнергетического
оборудования;
Определение зависимости механических, акустических и
физических свойств от изменения электрических параметров;
Проведение экспериментальных исследований;
Определение интегрального диагностического параметра для
оценки состояния металла электроэнергетического оборудования
2/16
ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМЫ
• На сегодняшний день существует множество методов неразрушающего контроля, однако в них
обработка полученных результатов – очень долгий и сложный процесс.
• Предлагаемый ЭМА-преобразователь позволит определить не только существующий дефект, но и
обнаружить его размер, а так же охарактеризовать состояние металла. Данный метод
диагностики уменьшает время обработки данных диагностики.
3/16
МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ УЗ КОНТРОЛЯ
Метод идентификации
Зеркальный или Эхо-зеркальный метод
Дифракционно-временной метод
Параметр
Излучение и прием акустических волн
Дифрагированные сигналы
Ревербационный метод
Эхо-сигналы
Когерентный метод
Амплитуда, время прихода, фаза
эхо-сигнала
Теневой метод
Уменьшение амплитуды принятого
сигнала, или его пропадание
Зеркально-теневой
Пропадание отраженных колебаний
Временной теневой
Запаздывании импульса во времени
Метод многократной тени
Уменьшение амплитуды принятого
сигнала, или его пропадание
Ревербационно-сквозной метод
Амплитуда и спектр принятых
импульсов
Велосимметрический метод
Скорость упругих волн в зоне дефекта
Метод собственных колебаний
Собственная частота и величина потерь
колебаний
Метод
идентификации
Корреляционный метод
Метод отраженного
излучения (эхо-метод)
Акустико-эмиссионный
метод
Ультразвуковой
резонансный метод
Вибрационнодиагностический
Шумодиагностический
метод
Интегральный метод
Локальный метод
Акустико-топографический
метод
Параметр
Коэффициент корреляции
Интенсивность и время
прихода эхо-сигналов
Прием акустических волн
Частота, длина волны,
толщина испытуемого
изделия и скорость
распространения волны
Прием акустических волн
Прием акустических волн
Частота и величина потерь
колебаний
Частота и величина потерь
колебаний
Частота и величина потерь
колебаний
4/16
ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАРКИ МЕТАЛЛА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Трансформаторная (электротехническая) листовая сталь идет
на изготовление трансформаторов, электрических машин и
приборов;
Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного
качества Ст3;
Сталь конструкционная углеродистая качественная
Ст20;
•
Сталь конструкционная низколегированная 09Г2С
Сталь конструкционная углеродистая качественная Ст10 и др.
5/16
ВЗАИМОСВЯЗИ МЕХАНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И
АКУСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОСТИ
• Из литературных источников известно, что изменения, происходящие в структуре материала в
процессе накопления повреждений, влияют на акустические, магнитные и электромагнитные и
другие параметры.
Изменение магнитной
проницаемости
Изменение магнитной
проницаемости
Изменение твердости
Изменение эл.
проводимости
6/16
• Изменение амплитуды относительного механического напряжения на поверхности полупространства
от его электронной проводимости при различных значениях магнитной проницаемости, радиуса
ЭМАП и частоты
а) Кривые при R2 = 10-2м: 1 – μ = 1; 2 – μ=10; 3 – μ = 100; 4 – μ =1000. б) Кривые при μ= 10 и R2 = 10-2м: 1 – ƒ = 10 мгц; 2 – ƒ = 1 мгц; 3
– ƒ = 100 кгц; 4 – ƒ = 10 кгц; 5 – ƒ = 1 кгц. в) Кривые при ƒ = 10 кгц и μ= 10: 1 – R2 = 7,5·10-2м; 2 – R2 = 10-2м; 3 – R2 = 7,5·10-3м.*
___________________________________
* источник: Сазонов Ю.И. Электромагнитно-акустические эффекты в конденсированных средах и
физические методы их использования.-Санкт-Петербург, 2014.-17с.
7/16
ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ
АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ
• Одними из важнейших информативных характеристик акустических методов неразрушающего
контроля являются затухание и скорость распространения акустических волн в конструкционных
материалах.
• Снижение скорости распространения ультразвука наблюдается именно при рабочем давлении
рраб. Этот факт показывает, что в результате длительной эксплуатации в диапазоне расчетных
нагрузок в анализируемой технической системе протекают сложные процессы на макро- и
микроуровнях, обусловливающие накопление повреждений.
• Установлено, что скорость ультразвука возрастает при уменьшении внутренних напряжений в
материалах и уменьшается при их увеличении.
___________________________________
* источник: Гайдукевич А.К. Повышение качества акустико-эмиссионного контроля
сосудов, работающих под давлением, в нефтепереработке и нефтехимии.-Уфа, 2001. – 89 с.
8/16
• Исследования изменения скорости ультразвуковых продольных волн при циклическом
нагружении образцов со сварным швом в сталях 09Г2С и ВСт3сп5 показали, что скорость
распространения продольных ультразвуковых волн в сварном шве стали 09Г2С и ВСт3сп5 ниже,
чем в основном металле, а после циклического нагружения наблюдается снижение скорости
ультразвука во всех зонах рабочей части образца.
Зависимость изменения скорости ультразвуковых продольных волн по длине рабочей зоны образца
со сварным швом от степени накопленных повреждений для стали 09Г2С*
___________________________________
* источник: Прохоров А.В. Оценка долговечности аппаратов, подверженных действию циклических нагрузок по изменению
акустических и магнитных свойств стали. -Уфа, 2002. – 102 с.
9/16
ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
• Для проведения экспериментальных исследований используется осциллограф марки Gos-620fg в
качестве генератора прямоугольных импульсов, цифровой осциллограф ACK-2108 в комплекте с
персональным компьютером, ЭМА-преобразователь, провода, образцы стали (09Г2С, Ст10, Ст3,
Ст20), универсальная испытательная машина типа УММ-5.
10/16
• На вход ЭМА-преобразователя с помощью генератора подаем прямоугольный импульс частотой 1
МГц, на выходе получаем передаточную характеристику. Анализируем полученные результаты,
выявляем корни характеристического уравнения, строим точки на координатной плоскости.
11/16
ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
• Общие или интегральные диагностические параметры - это
параметры, косвенно характеризующие общее техническое состояние
диагностированного объекта;
• EMAT или Electro Magnetic Acoustic Transducer (Электро
Магнито Акустические Преобразователи – ЭMAП)
представляет собой новое направление в ультразвуковом
контроле. Данная технология позволяет генерировать
ультразвуковую волну непосредственно в контролируемом
объекте в отличие от стандартного УК;
• Благодаря тому, что волна генерируется
непосредственно в объекте контроля, технология с
использованием ЭMAП имеет преимущества по
сравнению с традиционным УК.
12/16
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
t,с
МПа
13/16
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ
Выводы и пояснения
Метод
идентификациии
Капитальные
затраты, руб.
Операционные
затраты, руб.
Ущерб от
перебраковки,
руб.
УЗ
27170
23916,7
466
ВТ
1430
19713,7
8273,7
ЭМА
27170
23916,7
1969,9
• Годовая экономия затрат на
контроль труб ВТ методом с
сравнением с УЗ методом
составила 21313 руб.
• Годовая экономия затрат на
контроль труб ЭМА методом с
сравнением с УЗ методом
составила 21362 руб.
• Как следует из расчетов,
затраты на контроль ВТ
прибором значительно
меньше. Однако влияние
перебраковки и большая цена
труб привели к тому, что ЭМА
прибор более экономичен.
• Исходных данных по влиянию
недобраковки не имелось,
поэтому этот фактор не
учитывался.
14/16
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО ДИАГНОСТИЧЕСКОГО
ПАРАМЕТРА ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
• Переходный процесс – это процесс изменения во
времени характеристик динамической системы
при её переходе из одного установившегося
состояния в другое под действием приложенного
возмущения.
• Принимаем переходный процесс за
интегральный диагностический параметр, так как
на рассматриваемую систему воздействуют
температура, деформация, скорость
распространения волны внутри металла,
магнитная проницаемость, давление.
•
По кривой переходного процесса можно
получить параметры передаточной функции.
Определение корней характеристических
уравнений передаточных функций
производилась в программе ТАУ-2.
15/16
ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салават
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
baalinamalina@yandex.ru