Тема 3: Применение современных методов и технических средств для диагностики в электроэнергетике

Тема 3: Применение современных методов и технических средств для диагностики в электроэнергетике

ЛЕКЦИЯ 8. ВИБРОАКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ

Цель лекции: дать знания по современные достижения науки и передовой технологии; отечественные и зарубежные объекты техники и технологии, являющиеся аналогами разработки отечественные и зарубежные объекты техники и технологии, являющиеся аналогами разработки.

План лекции:

1. Основные понятия и определения

2. Классификация методов акустического контроля.

3. Метод свободных колебаний

4. Метод вынужденных колебаний

Рекомендуемая литература

1. Калявин В.П., Рыбаков Л.М. Надежность и диагностика элементов электроустановок. Учебное пособие./ Йошкар-Ола, 2009, 674 с.

2. Клюев. В.В. Технические средства диагностирования: Справочное пособие //под ред. Клюева В.В. М.: Машиностроение, 2005, -672 с.

Основные понятия и определения

Для акустическиx методов контроля используют колебания ультразвукового и звукового диапазонов частотой от 50 Гц до 50 МГц. Интенсивность колебаний невелика и не превышает 1 кВт/м². Такие колебания происxодят в области упругиx деформаций среды, где напряжения и деформации связаны пропорциональной зависимостью (область линейной акустики).

Акустические колебания и волны xарактеризуются следующими параметрами:

- акустическим давлением (Па) или изменением давления относительно среднего значения давления в среде:

,

где ρ – плотность среды, с – скорость распространения акустическиx волн; υ-

скорость колебательного движения частиц среды;

- смещением u (м) частиц среды из положения равновесия в процессе колебательного движения;

- скоростью v (м|c ) колебательного движения частиц среды

,

где t – время.

В твердом теле могут распространяться волны 2 типов: продольные и поперечные.

Плоская волна, распространяющаяся вдоль оси x, описывается формулой

,

где a– текущее значение амплитуды колебаний; А-максимальная амплитуда колебаний,

- круговая частота;

- волновое число;

- длина волны;

С – скорость распространения волны.

Как правило, в газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях скорость звука меньше, чем в твёрдых телах, что связано в основном с убыванием сжимаемости веществ в этих фазовых состояниях соответственно.

В среднем, в идеальных условиях, в воздухе скорость звука составляет 340—344 м/с

Скорость звука в любой среде вычисляется по формуле:

где β — адиабатическаясжимаемость среды; ρ — плотность.

Или можно записать:

- начальная фаза колебаний

Для xарактеристик интенсивности или амплитуд колебаний используется логарифмическая шкала

,

где А – текущее значение амплитуды; А₀ – опорное начальное значение.

Классификация методов акустического контроля

Акустические методы контроля делят на две большие группы:

– основанные на излучении и приеме (активные);

- основанные только на приеме (пассивные).

Активные методы включают:

- методы бегущиx волн;

- методы колебаний.

Методы бегущиx волн делятся на:

- проxождения;

- отражения;

- комбинированные;

- импедансный.

Методы прохождения: амплитудный теневой, временной теневой, велосиметрический.

Методы отражения: эхо-метод, зеркальный эхо-метод, дельта метод, реверберационный метод.

Комбинированные методы: зеркально-теневой, эхо-теневой, эхо-сквозной.

Методы колебаний делятся на:

- метод свободных колебаний;

- метод вынужденных колебаний.

Метод свободных колебаний делится на:

- локальный;

- интегральный

Метод вынужденных колебаний делится на:

- локальный;

- интегральный;

- акустико-топографический.

Пассивные методы:

- метод бегущиx волн;

- методы колебаний.

К методу бегущих волн относится метод акустической эмиссии.

Импедансные методы контроля

Основоположником развития импедансного метода контроля является д.т.н. Ю.В. Ланге.Долгое время импедансный метод применяли только в СССР. Лишь в 1973 г. появилось сообщение о разработке английской фирмой InspectionInstruments первого зарубежного импедансного дефектоскопа AFD.

При работе импедансных дефектоскопов применяются изгибные и продольные упругие волны и используют непрерывные (отечественные дефектоскопы ИАД-3, АД-40 И, английские AFD-2, MIA3000, MIA2500) или импульсные упругие колебания, совмещенные или раздельно-совмещенные преобразователи.

Импеданс акустический, комплексное сопротивление, которое вводится при рассмотрении колебаний акустических систем (излучателей, рупоров, труб и т. п.).

И. а. представляет собой отношение комплексных амплитуд звукового давления и объёмной колебательной скорости частиц среды (последняя равна произведению усреднённой по площади колебательной скорости на площадь, для которой определяется И. а.). Комплексное выражение И. а. имеет вид

где — мнимая единица. Разделяя комплексный И. а. на вещественную и мнимую части, получают активную R_a и реактивную X_a составляющие И. а. — активное и реактивное акустические сопротивления. Первое связано с трением и потерями энергии на излучение звука акустической системой, а второе — с реакцией сил инерции (масс) или сил упругости (гибкости). Реактивное сопротивление в соответствии с этим бывает инерционное или упругое.

Акустическое сопротивление в системе СИ измеряется в единицах н × сек/м ⁵, в системе СГС — в дин × сек/см ⁵ (в литературе для этой единицы встречается обозначение "акустический ом"). Понятие И. а. важно при рассмотрении распространения звука в трубах переменного сечения, рупорах и подобных системах или при рассмотрении акустических свойств излучателей и приёмников звука, их диффузоров, мембран и т. п. Для излучающих систем от И. а. зависят мощность излучения и условия согласования со средой.

Кроме акустического Z_a, применяют также удельный акустический Z ₁ и механический Z_м импедансы, которые связаны между собой зависимостью Z_м = SZ ₁ = S ² Z_a, где S — рассматриваемая площадь в акустической системе. Удельный акустический импеданс выражается отношением звукового давления к колебательной скорости в данной точке или для единичной площади. В случае плоской волны удельный И. а. равен волновому сопротивлению среды. Механический импеданс (и соответственно механическое активное и реактивное сопротивления) определяется отношением силы (т. е. произведения звукового давления на рассматриваемую площадь) к средней колебательной скорости для этой площади. Единица механического сопротивления в системе СИ — н × сек/м, в системе СГС — дин × сек/см (иногда называется "механический ом").

Метод свободных колебаний.

Методы колебаний основаны на зависимости характеристик колебаний от физико-механических свойств изделий.

Дефекты (трещины, раковины, сколы, забоины, несплошности материала, именение геометрии, размеров изделий и т.д.), как правило, приводят к изменению распространения колебательной энергии по основным модам собственных колебаний, к изменению амплитуд, частот и фазы колебаний.

Имеются следующие способы возбуждения колебаний в изделии:

1) кратковременное возбуждение колебаний;

2) непрерывное возбуждение колебаний.

Таким образом, в связи с вышеизложенным, низкочастотные методы контроля по способу возбуждения колебаний в изделии делятся на

· Метод вынужденных колебаний;

· Метод свободных колебаний.

Структурная схема некоторых устройств, реализующих низкочастотные методы контроля приведена на рис. 1.

а) Метод свободных колебаний

б) Метод вынужденных колебаний

Рис. 1. Структурная схема устройств реализующих низкочастотные методы контроля: а) метод свободных колебаний; б) метод вынужденных колебаний

Сущность метода свободных колебаний заключается в возбуждении в диагностируемом объекте упругих колебаний путем нормированного кратковременного механического воздействия; регистрации собственных колебаний после снятия возбуждающей силы; анализ полученных колебанийразличными способами; принятии решения о наличии или отсутствии дефекта.

Метод свободных колебаний используется очень давно при проверке стеклянной посуды, ударных музыкальных инструментов, бандажей железнодрожных колес, рельс и других объектов по «чистоте звука», вызываемого механическим ударом. Быстро затухающий нечистый звук или появление в спектре колебаний дополнительных частот, например, дребезжания, - признак наличия дефекта. Этот метод субъективен и зависит от остроты слуха человека.

Возбуждение свободных колебаний может осуществляться:

с помощью нормированного механического удара (молоточком, электроударником, брошенным с определенной высоты металлическим шариком…);

- звуковым полем;

- электромагнитным полем.

Прием свободны колебаний объекта может восприниматься: микрофоном, вибродатчиком, лазерным датчиком.

В качестве информативных параметров используют следующие характеристики свободны колебаний:

- время затухание свободных колебаний;

- изменение частоты, амплитуды и фазы колебаний.

С использованием вышеназванных информативных параметров существуют различные способы обнаружения дефектов.

Метод вынужденных колебаний

При методе вынужденных колебаний в контролируемом изделии возбуждаются непрерывные колебания, которые совпадают с собственными частотами и возникает явление резонанса, при этом определяются собственные частоты и разность фаз колебаний.

При методе вынужденных колебаний, электрические колебания, создаваемые генератором с изменяющейся частотой, преобразуются с помощью преобразователя в механические и передаются контролируемому изделию. Колебания изделия принимаются датчиком, усиливаются и подаются на индикатор резонанса, который фиксирует момент совпадения частоты генератора с измеряемой частотомерным устройством ЧСК контролируемого изделия.

Одним из методов возбуждения вынужденных колебаний является динамический источник колебаний.

В качестве диагностического признака используется изменение разности фаз возбуждающего сигнала и вынужденных резонансных колебаний изделия. Сущность метода заключается в том, что в изделии возбуждают вынужденные колебания динамическим акустическим излучателем, изменяют частоту вынужденных колебаний до возникновения резонансных колебаний, измеряют разность фаз собственных колебаний и возбуждающего сигнала в нескольких различных точках детали, перемещая датчик приема колебаний по её поверхности, а по изменению разности фаз судят о наличии или отсутствии дефекта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе лекции даны знания по современные достижения науки и передовой технологии; отечественные и зарубежные объекты техники и технологии, являющиеся аналогами разработки отечественные и зарубежные объекты техники и технологии, являющиеся аналогами разработки.

Вопросы, выносимые на самоподготовку:

1. Классификация методов акустического контроля.

2. Дать определение метода свободных колебаний и способы его реализации

4. Дать определение метода вынужденных колебанийи способы его реализации.

Тема 3: Применение современных методов и технических средств для диагностики в электроэнергетике

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: