WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Дидин Геннадий Анатольевич

РАЗРАБОТКА ВИХРЕТОКОВЫХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Специальность 05.11.13. – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий.

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2012 г.

Работа выполнена в НУЦ «Каскад» в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» (МГУПИ) Научный руководитель Шкатов Петр Николаевич доктор технических наук, профессор, директор НУЦ «КАСКАД» МГУПИ Официальные оппоненты Покровский Алексей Дмитриевич доктор технических наук, профессор кафедры «Электротехника и интроскопия» МЭИ (технический университет) Терехов Юрий Николаевич кандидат технических наук, доцент, ведущий специалист ООО «НПП Энергомаг»

Ведущая организация: ФГУП "НПЦ Газотурбостроения "Салют"

Защита состоится 22 мая 2012 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д212.119.01 при Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» (МГУПИ) по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики».

Сведения о защите и автореферат диссертации размещены на официальных сайтах ВАК Министерства образования и науки РФ http://www.vak.ed.gov.ru и Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» (МГУПИ) http://www.mgupi.ru.

Автореферат разослан "20" апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.119.д.т.н., профессор В.В.Филинов 1.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1.

Актуальность.

Разрушение диска лабиринта газотурбинного двигателя является одной из причин разрушения двигателя в целом. Усталостные трещины в процессе эксплуатации изделия возникают на естественных концентраторах напряжения, которыми являются образующие перепускных отверстий. Выявление этих трещин на ранней стадии является важной задачей неразрушающего контроля. Основной проблемой при решении этой задачи является сложность доступа к контролируемой поверхности на собранном двигателе, исключающая применения таких методов, как ультразвуковой, метод проникающих веществ и рентгеновский. С помощью эндоскопа можно выявить довольно значительные по размерам трещины, однако, трещины глубиной около миллиметра имеют настолько маленький раскрыв, что их невозможно выявить оптическим методом. К высоконагруженным элементам двигателя относится и редукторная группа. Развитие трещин происходит за очень короткий промежуток времени, что затрудняет их своевременное обнаружение. Образованию таких трещин предшествует изменение структурных свойств металла. Это позволяет, путем выявления структурных неоднородностей в стальных деталях редуктора, исключить риск выхода из строя и возможной аварии..

1.2. Состояние проблемы.

Для выявления в узлах газотурбинных двигателей усталостных трещин на практике наиболее успешно применяются вихретоковые дефектоскопы Фазек фирмы «Хокинг» (Великобритания), Алкопроб фирмы «Роман» (ФРГ). В известных дефектоскопах используются специализированные вращающиеся ВТП, обеспечивающие выявление дефектов в отверстиях при обеспечении удобного доступа к месту контроля. В условиях эксплуатации это выполнимо далеко не всегда. При контроле «неподвижным» преобразователем ключевой является задача отстройки от влияния на сигнал геометрии контролируемого объекта. Для выявления структурных неоднородностей используются дорогостоящие многофункциональные приборы вихретокового контроля, обладающие значительной массой и габаритами.

1.3. Цель работы и задачи исследования.

Цель данной работы – разработка средств оперативного вихретокового контроля высоконагруженных элементов авиационных двигателей, позволяющих проводить контроль без их разборки.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

разработать и исследовать вихретоковый преобразователь (ВТП), обеспечивающий возможность контроля стенок отверстий дисков-лабиринтов без вращения чувствительного элемента ВТП;

провести теоретическое и экспериментальное исследование выходных характеристик разработанного ВТП при вариации его конструктивных параметров и рабочей частоты;

на основе полученных выходных характеристик ВТП определить его оптимальные параметры и рабочую частоту;

разработать вихретоковый дефектоскоп для оперативного контроля стенок отверстий дисков-лабиринтов без разборки двигателя;

исследовать взаимосвязь между вихретоковым сигналом и изменением механических свойств сталей, используемых в редукторах авиационных двигателей;

на основе полученных зависимостей разработать структуроскоп для регистрации изменений механических свойств металла редукторов авиационных двигателей.

1.4. Методы исследования:

Для теоретических исследований разработанного ВТП применялось математическое моделирование на основе метода конечных элементов. Экспериментальные исследования проводились на компьютеризированной установке «ЗОНД-Авто».

1.5. Научная новизна работы заключается в следующем:

предложен и исследован новый высокоэффективный вихретоковый преобразователь для выявления поперечных усталостных трещин глубиной более 0,2 мм в стенках отверстий диска-лабиринта авиационных двигателей без вращения чувствительного элемента ВТП;

получены зависимости вносимых параметров предложенного вихретокового преобразователя от размеров трещин, смещения осей ВТП и отверстия, изменения угловой координаты чувствительного элемента ВТП относительно продольной трещины в стенке отверстия;

определен закон изменения чувствительности разработанного ВТП к глубине трещин.

получены новые зависимости выходных сигналов ВТП от твердости, ударной вязкости и предела прочности сталей, используемых в редукторах авиационных двигателей.

1.6. Практическая ценность работы заключается в том, что:

разработана конструкция вихретокового преобразователя, позволяющая при минимальной номенклатуре контролировать диски-лабиринты всего парка авиадвигателей ВВС;

предложены и реализованы алгоритмы настройки вихретокового дефектоскопа на режимы выявления усталостной трещины и режим оценки ее глубины.

предложен алгоритм расчта по сигналу вихретокового преобразователя тврдости, ударной вязкости и предела прочности сталей, используемых в редукторах авиадвигателей.

1.7. Реализация и внедрение результатов работы:

создан вихретоковый преобразователь, позволяющий выявлять усталостные трещины глубиной более 0,2 мм в дисках-лабиринтах авиационных двигателей без вращения чувствительного элемента ВТП;

разработан вихретоковый дефектоскоп «Салют-1» для выявления усталостных трещин в дисках-лабиринтах авиационных двигателей без их разборки;

изготовлены три партии приборов по заказу ФГУП «Салют».

разработан вихретоковый структуроскоп «ВС-5» для контроля тврдости стальных изделий.

вихретоковый дефектоскоп «Салют-1» и структуроскоп «ВС-5» широко внедрены на предприятиях ВПК и в частях ВВС для оценки технического состояния авиационной техники и других объектов специального назначения.

1.8. Апробация работы.

Основные результаты работы были доложены на 18-й и 19-й Всероссийских конференциях по неразрушающему контролю и технической диагностике ( Нижний Новгород, 2008 г. и г. Самара, 2011 г.), на 3-х Международных выставках конференциях — «НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ», г. Москва, 2009 – 2011 г., 10 Европейской конференции по неразрушающему контролю, Москва, 2010 г., 17-й Всемирной конференции по неразрушающему контролю, г. Шанхай, 2008 г.

1.9. Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них две статьи в журналах, признанных ВАК научным изданием (одна статья без соавторов) и 2 патента на изобретения. Список работ приведен в автореферате.

1.10. Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 108 страницах машинописного текста, иллюстрируется 45 рисунками и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 187 наименований и приложений.

1.11. Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

вихретоковый преобразователь для выявления усталостных трещин в конструкционных отверстиях дисках-лабиринтах авиационных двигателей без вращения чувствительного элемента;

зависимости сигналов разработанного ВТП для дефектоскопии стенок отверстий от глубины и длины продольной трещины, ее положения относительно кромки отверстия и плоскости угловой симметрии ВТП ;

алгоритм расчта по сигналу вихретокового преобразователя тврдости, ударной вязкости и предела прочности сталей, используемых в редукторах авиационных двигателей.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель исследования и решаемые задачи, указаны наиболее важные научные результаты и приведены основные положения, представляемые к защите.

В первой главе рассмотрены основные особенности неразрушающего контроля изделий авиационной техники, проанализированы известные средства вихретокового контроля, применяемые для вихретоковой дефектоскопии и структуроскопии, проведен обзор способов и алгоритмов выявления и оценки параметров дефектов сплошности и дефектов структуры. Поставлены задачи исследования, направленные на достижение цели диссертационной работы.

Вторая глава посвящена разработке и теоретическому исследованию ВТП для выявления продольных трещин в стенках цилиндрических отверстий. Для решения поставленной задачи ВТП должен обеспечивать выявление трещины с отношением сигнал/помеха достаточным для надежной регистрации трещин глубиной h>0,2 мм с возможностью ее дефектометрической оценки.

Для решения поставленной задачи предложен трансформаторный вихретоковый преобразователь с ортогональным расположением возбуждающей и измерительной обмоток. Обмотки защищены от механических повреждений титановым экраном (рис. 1).

ВТП предложенной конструкции при отсутствии дефектов и при симметричном положении ВТП в отверстии сбалансирован. Контура вихревого тока имеют осевую составляющую в центральной части отверстия и угловую – в зонах, прилегающих к кромкам отверстия. При наличии продольной трещины происходит деформация контуров вихревого тока, что приводит к его разбалансировке. По данным многолетних наблюдений область наиболее вероятного возникновения трещин в дисках-лабиринтах представляет собой два сектора приблизительно по 50° (рис. 2).

Рисунок 1. Конструкция ВТП. Рисунок 2. Область наиболее вероятного расположения усталостных трещин.

Как показали проведенные исследования, сигнал от трещин глубиной более 0,мм. надежно регистрируется без вращения чувствительного элемента ВТП.

Для оптимизации параметров ВТП была создана конечно-элементная расчетная модель (рис. 3), содержащая пластину с продольной поверхностной трещиной в стенке ее отверстия, возбуждающую и измерительную обмотки ВТП, защитный экран. На основе данной модели методом конечных элементов проводилось моделирование электромагнитного взаимодействия ВТП с объектом контроля.

Рисунок 3. Конечно-элементная расчетная модель.

При расчетах исследовалось влияние на вносимое напряжение ВТП размеров трещины, асимметрии положения ВТП в отверстии с трещиной и без, изменение угла между плоскостью трещины и плоскостями обмоток ВТП. Исследования проводились в диапазоне частот при вариации диаметра отверстия, глубины трещины и размеров обмоток ВТП.

При расчетах задавались следующие базовые параметры:

толщина диска 4 мм, диаметр отверстия – 4,8 мм, удельная электрическая проводимость – 1,5 МСм/м, глубина трещины – 1,0 мм, ее ширина– 0,1 мм, длина датчика – 8 мм, диаметр ВТП по экрану – 4,7 мм, толщина экрана – 0,1 мм, удельная электрическая проводимость экрана – 1,8 МСм/м.

Результаты расчтов сигнала приведены на рис. 4 и 5.

1,1,1,0,0,0,0,F(кГц) 0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,Рисунок 4. Зависимость вносимого напряжения от частоты.

Для работы предпочтительной кажется частота около 300 кГц, на которой чувствительность к дефекту максимальна. Однако выбор этой частоты будет не оптимален. При изготовлении каркаса ВТП невозможно достичь идеальной ортогональности обмоток. Следовательно, при внесении датчика в бездефектное отверстие будет наблюдаться сигнал, по фазе совпадающий с сигналом от дефекта и по амплитуде существенно его превосходящий (рис. 6).

1,250 кГц 1,374 кГц 125 кГц 1,500 кГц 1,625 кГц 0,750 кГц 63 кГц 0,1 МГц 0,1,25 МГц 0,1,5 МГц ReU вн(мВ) 0,-0,80 -0,60 -0,40 -0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,U(мВ) ImUвн(мВ) Рисунок 5. Годограф сигнала при изменении частоты.

2,5 Град 2,4 Град 1,3 Град 1,2 Град 300 кГц 500 кГц 0,1 Град ReUвн(мВ) 0,00 0 Град 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,Рисунок. 6. Годограф сигнала при повороте измерительной обмотки.

На частоте 500 кГц угол между сигналом от дефекта и сигналом от неортогональности составляет около 15°, что уже достаточно для уверенной отстройки от этого мешающего фактора.

ВТП предложенной конструкции обладают максимальной чувствительностью к дефектам, лежащим на биссектрисе угла между возбуждающей и измерительной обмотками. Для дальнейшей работы важно изучить зависимость чувствительности ВТП от углового смещения плоскостей трещины и обмоток. Были рассчитаны сигналы от дефекта при повороте датчика на 90°, где 0° соответствует расположение дефекта напротив возбуждающей обмотки, 90° – напротив измерительной (рис.7).

В секторе, шириной 40° чувствительность снижается не более, чем на 7%, в секторе 50°– на 14%. На этих же рисунках видно, что в указанных секторах фаза вносимого сигнала изменяется не более, чем на 2°. Поэтому даже при амплитуднофазовом методе измерения погрешность, обусловленная взаимным расположением дефекта и ВТП не превысит 5%.

Влияние глубины трещины на амплитуду сигнала приведено на рис.8, из него следует, что для оценки глубины трещин менее 1,5мм можно пользоваться линейной аппроксимацией:

ImUвн(мВ) 1,1,1,Dотв=4.8мм Dотв=5.0мм Dотв=5.2мм 0,0,0,0,Угол град.

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,Рисунок. 7. Зависимость вносимого напряжения от угла поворота ВТП.

Из рисунка видно, что картина симметрична. Это же подтверждается при рассмотрении годографа (рис.8).

1,1,1,0,0,Dотв=4.8мм 0,Dотв=5.0мм Dотв=5.2мм 0,ReUвнос (мВ) 0,-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,-0,Рисунок. 8. Годограф вносимого напряжения при изменении угла поворота ВТП.

Uвн(мВ) ImUвнос(мВ) 3,2,2,1,Сигнал 1,Аппроксимация 0,h, мм 0,0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,Рисунок. 9. Зависимость модуля сигнала от глубины трещины.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям выходных характеристик ВТП. Цель исследований состояла в проверке достоверности выполненных расчетов и отработке конструкции ВТП. Измерения выполнялись на компьютеризированной установке «Зонд-Авто». Поскольку реальный ВТП довольно мал, использовалась модель системы контроля в масштабе 4:1. Были изготовлены имитаторов дефекта, представляющие собой шайбы диаметром 40 мм с отверстиями диаметром от 19 до 21, также изменялась толщина шайб, варьировалось наличие и отсутствие фасок на отверстиях, наличие и отсутствие дефектов (рисунки 10 и 11).

Рисунок 10. Масштабная модель Рисунок 11. Набор образцов.

образца с дефектом.

.

Максимальное расхождение между измеренными и рассчитанными значениями не превысило погрешности эксперимента.

U мВ На основании проведнных расчетов и экспериментов были сконструированы ВТП, обеспечивающие требуемые параметры контроля (рис 12).

Рисунок 12. Настроечные образцы дефектов.

Рисунок 13. Каркас обмоток. Рисунок 14. Ложемент каркаса.

Для обеспечения технологичности изготовления и повышения точности балансировки ВТП предложена конструкция, представленная на рис. 13-16. Увеличение точности балансировки здесь достигается за счет технического решения, защищенного патентом РФ [10]. Его суть состоит в смещении магнитной нейтрали возбуждающей обмотки за счет перераспределения тока возбуждения между ее секциями с помощью регулировочного резистора. Это позволяет существенно снизить требования к точности изготовления ВТП при одновременном повышении уровня его балансировки.

Рисунок 15. Собранный ВТП. Рисунок 16. ВТП для контроля диска вне двигателя.

К ложементу приклеивается каркас с обмотками и плата соединительная.

На потребительские свойства сталей существенное влияние оказывают температуры закалки и отпуска при производстве изделия, а так же температурный режим эксплуатации. Нарушение этого режима может негативно сказаться на параметрах стального изделия. Одним из возможных методов контроля качества является вихретоковый метод, поскольку изменение структуры стали при термообработке влечт за собой изменение е удельной электрической проводимости и магнитной проницаемости.

Для исследования возможностей применения метода были исследованы образцы из следующих марок стали: 45Х1, 35Х3НМ, 60С2. Были изготовлены бруски по нескольку штук одной и той же стали, размером 10х10х90 мм (рис 17), каждый из которых подвергался закалке-отпуску при различных температурах, что позволило получить образцы одной и той же стали с различными механическими свойствами.

Точно такой же обработке подвергались пластины размером 50х50х10мм (рис 18).

Рисунок 18. Образцы для исследований.

Бруски были подвергнуты разрушающим методам испытаний, пластины использовались при вихретоковом анализе. Размеры образцов определялись особенностями контроля – для разрушающих методов возможностями разрывных машин, для неразрушающих – краевым эффектом вихретоковых преобразователей.

Разрушающими методами были получены образцы с различными механическими параметрами. На вихретоковом стенде были измерены величины вносимых напряжений в диапазоне от 200 Гц до 2 МГц при взаимодействии различных типов ВТП с исследуемыми образцами.

Рисунок 19. Влияние некоторых механических свойств сталей на вносимое напряжение.

Анализ годографов показывает, что изменения механических свойств в разных сталях по-разному влияют на сигнал ВТП (рис.19). Это приводит к необходимости иметь разные калибровочные характеристики для разных марок стали. Отказ от универсальности формулы позволил применить простую формулу для расчта интересуемой величины по величине вносимого напряжения. Однако для каждой марки стали используется свой набор коэффициентов. Для повышения достоверности результатов контроль ведтся на двух частотах. Исходными сигналами являются величины вносимых напряжений, выходными – механические характеристики:

твердость, ударная вязкость или предел прочности. Каждая величина рассчитывается по формуле:

A BjU j, j где А – выходная величина, B – весовые коэффициенты, U – компоненты вносимых напряжений на двух частотах. Для всего набора выходных величин формула разворачивается в произведение матрицы коэффициентов на вектор входного сигнала:

Ai Bi, jU j j Отметим, что для возможности количественной оценки одной из механических характеристик стали необходимо иметь незначительное влияние на выходное напряжение ВТП других механических параметров металла. При одновременном изменении нескольких механических характеристик металла и их сопоставимом влиянии на регистрируемые сигналы ВТП отдельная оценка механических параметров данным прибором невозможна.

Четвертая глава посвящена разработке вихретокового дефектоскопа «Салют-1» и структуроскопа «ВС-5». Основными требованиями, предъявляемыми к дефектоскопу, являются высокая чувствительность, подавление мешающих факторов, простота эксплуатации, малый вес и низкое энергопотребление. Последний пункт вызван тем, что работа с прибором происходит в местах с непредсказуемой возможностью подключения к электросети, поэтому заряда батарей должно хватать как минимум на 30 часов работы. Ещ одно важное требование – универсальность, т.е. возможность применения прибора для решения других задач. Это вступает в конфликт с требованием простоты эксплуатации, так как каждая задача характеризуется своим набором настроек, выбор которых требует высокой квалификации оператора. Противоречие было разрешено следующим образом: оператору, работающему непосредственно на объекте, предоставляется минимальный набор органов управления – кнопка «металл» и регулировка «поворот фазы», все остальные настройки – выбор рабочей частоты, рабочего тока, коэффициенты передачи входных усилителей, порог срабатывания сигнализации – осуществляются только с помощью персонального компьютера, подключаемого к прибору через последовательный порт (интерфейс RS-232).

Для удобства оператора, выходной сигнал дефектоскопа отображается на комплексной плоскости, отображаемой на мониторе компьютера. В лабораторных условиях оператор – специалист высокого уровня выбирает оптимальный режим работы для текущей задачи, регулируется так же диапазон поворота фазы, доступный конечному пользователю. После этого набор настроек запоминается в памяти дефектоскопа, где и сохраняется, в том числе, при выключении питания. В дальнейшем прибор становится «однозадачным» до следующей «настройки».

Прибор создавался по традиционной структурной схеме, (рис 20):

Генератор синусоидального сигнала AD9834 вырабатывает гармонический сигнал для возбуждения рабочего тока и опорный сигнал для управления синхронным детектором.

Усилитель мощности согласует нагрузочную способность синтезатора и входное сопротивление возбуждающей обмотки.

Входной усилитель и нормирующий усиливают сигналы от измерительной обмотки и датчика тока. Коэффициенты передачи усилителей изменяются программно в диапазоне 36 дБ.

НОРМИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ ФНЧ ФНЧ ВХОДНОЙ УСИЛИТЕЛЬ ФНЧ ФНЧ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА ДАТЧИК Питание ТОКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ RS-2УРОВНЯ Металл Амплитуда МИКРОПРОЦЕСОР Дефект Настройка Рисунок 20. Структурная схема вихретокового дефектосокпа «Салют-1» Двухканальный синхронный детектор (кф1561кп1) выделяет действительные и мнимые составляющие двух входных сигналов.

После ФНЧ - фильтров низкой частоты третьего порядка сигналы поступают на 8 канальный аналого-цифровой преобразователь (ADS8345), информацию с которого считывает микропроцессор, управляющий работой всего прибора.

Кроме этого, микропроцессор с помощью встроенного АЦП следит за положением регулятора «настройка» (в поздних сериях «Фаза»), фиксирует нажатие кнопки «металл» и выдат сигналы на сигнальные светодиоды «питание», «металл», «дефект», звуковой сигнализатор дефекта и пропорциональный – на стрелочный индикатор.

преобразователь Аналого цифровой Синхронный детектор ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Для обмена информацией с персональным компьютером используется встроенный преобразователь уровня (МАХ232). Стандартный разъм интерфейса RS-2размещн на задней панели прибора.

Как уже упоминалось, одним из важных требований к прибору является низкое энергопотребление, однако синтезаторы семейства АД98** фирмы Analog Devices характерны тем, что обладают только одним управляющим выходом. Для формирования ортогонального меандра необходим второй аналогичный синтезатор.

Это реализовано в настольных приборах фирмы ГлавДиагностика. Но в переносном приборе на АД9834 приходится приблизительно треть энергопотребления. Ставить вторую микросхему было бы расточительно. Поэтому синхронный детектор управляется таймером микропроцесора. Сигнал с выхода таймера поступает на схему делителя на вход 4 (рис.21) и формирует два ортогональных меандра Clk_Re и Clk_Im, управляющие работой синхронного детектора.

Clk_Re =SET SET Clk_Re 0 ORTD Q D Q Clk_sin =CLR Q CLR Q ORTClk_Im Clk_Im 4*f Рисунок 21. Формирователь ортогональных Рисунок 22. Схема контроля фазы меандров У такой схемы прибора есть два недостатка. Во-первых, набор рабочих часfтот дефектоскопа ограничен набором,где N – натуральное число, коэффициент 8N деления микропроцессорного таймера. Однако в реальной практике такого набора, как правило, хватает. При частоте центрального генератора 16 МГц прибор имеет рабочие частоты: 2000, 1000, 666, 500, 400, 333, 288, 250 … кГц и так далее. В области низких частот сетка частот ещ более уплотняется.

Во-вторых, частота, вырабатываемая синтезатором, рассчитывается по форf0M f муле:, где М – код, загружаемый в управляющие регистры синтезатора.

2При этом, чтобы частоты вырабатываемые синтезатором и формирователем меандров совпадали, необходимо выполнение равенства:

f0 f1 M M, 8N 228 или N 22M откуда получаем.

N В целых числах это уравнение имеет решение, только если M и N являются степенями двойки, что заметно сужает набор рабочих частот. Решение проблемы обеспечивается конструктивной особенностью синтезатора – наличием двух рабочих регистров частоты и способностью мгновенного переключения между ними – логическим уровнем на входе f_sel (выбор частоты). Алгоритм настройки синтезатора АД9834 следующий:

2 вычисляем код М для загрузки в первый регистр частоты: M М;

N если остаток от деления Р = 220 mod N не равен нулю, загружаем во второй регистр число М+1, в противном случае загружаем М;

f на вход f_sel синтезатора подам ШИМ-сигнал с частотой f и скваж8N P ностью Q ;

N если Р=0, скважность может быть любой.

Фазовая привязка тока возбуждения к управляющим меандрам осуществляется подачей сигнала сброса на вход RESET синтезатора. Контроль фазы осуществляется с помощью простой цепи (рис. 22) На входы логических узлов «исключающее ИЛИ» подаются сигналы, управляющие синхронным детектором – clk_Re и Clk_Im, а так же опорный сигнал с выхода синтезатора Clk_sin, на выходах логических элементов будут ШИМ сигналы со скважностью, определяемой разностью фаз входных сигналов. На выходах RC фильтров сигналы ORT1 и ORT2, по величине которых однозначно определяется фаза сигнала синтезатора относительно Clk_Re (Рис 23).

Микропроцессор непрерывно следит за величиной сигналов ORT1 и ORT2 и при необходимости корректирует фазу синтезатора.

Основные технические характеристики дефектоскопа "САЛЮТ-1" ORTпорог чувствительности:

трещина, мм глубинадлинаширина ……………..0,2 4,00,погрешность дефектометрической оценки,%..........fi диапазон рабочих частот, кГц……………....1…5длина штанги датчика, м………………………...0,обработка сигнала……………амплитудно-фазовая сигнализация…………………….звуковая, световая ORTиндикация………………………………..стрелочная связь с компьютером…………………………RS 2Рисунок 23. Зависимость выходных сигна- габариты, мм……..……………………220 160лов схемы контроля фазы от ее сдвига.

В структуроскопе «ВС-5» (рис. 25) используется более узкий частотный диапазон, что позволило изготовить его по упрощенной структурной схеме (рис. 24), использующей микропроцессор с интегрированными АЦП и ЦАП.

Структуроскоп ВС-5 выявляет дефекты структуры, приводящие к электромагнитной неоднородности металла. Он позволяет получить количественную оценку одного из следующих параметров – твердости, ударной вязкости или предела текучести. При этом остальные параметры должны быть стабильны или не влиять на результат измерения информативного параметра. Для количественных измерений необходима настройка прибора по образцам.

Рисунок 24. Структурная схема вихретокового структуроскопа ВС-5.

Основные технические характеристики вихретокового структуроскопа «ВС-5» Контролируемые физико-механических параметры:

твердость, ударная вязкость, предел прочности диапазоны измерения:

твердости: ……………………………..…200…500 HB ударной вязкости…………………………..1..20 Дж/мпредел прочности……………………....70…150 кг/ммразрешающая способность по тврдости …….. … 1.0 НВ по ударной вязкости…………………….…..0.1 Дж/мпо пределу прочности……………………..….1.0 кг/мбыстродействие:

в сканирующем режиме………………….. 250 изм/сек в точечном режиме ………………………..0.3 изм/сек Рисунок 25. Вихретоковый структуроскоп ВС-5.

Процесс контроля разработанным дефектоскопом состоит из следующих этапов:

1. В лабораторных условиях задатся режим контроля, и податся команда запомнить настройки;

2. На объекте с помощью контрольных образцов проверяется работоспособность прибора, для этого:

3. Вставив ВТП в бездефектное отверстие нажимают кнопку «Металл»;

4. Удалив ВТП из отверстия, убеждаются в отсутствии ложного срабатывания;

5. В противном случае вращением регулятора «Настройка» минимизируют отклонение стрелки индикатора:

6. Вставив ВТП в отверстие с дефектом, убеждаются, что сигнализация сработала;

7. В противном случае увеличивают чувствительность, если эта опция доступна, или возвращаются к пункту 1.

Контроль структуроскопом опирается на сбор представительной статистической базы и накоплении градуировочных кривых в памяти прибора. Процесс контроля состоит из следующих этапов:

1. Накопление статистических данных на внешнем компьютере;

2. Расчт матрицы коэффициентов и перенос е в память прибора;

3. На объекте оператор в меню прибора выбирает сорт стали;

4. Проверяется работоспособность прибора по калибровочному образу;

5. В случае необходимости производится калибровка прибора;

6. Осуществляется контроль параметров металла.

3 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Предложен новый вихретоковый преобразователь, обеспечивающий выявление опасных трещин в стенках отверстий дисков авиадвигателей без их разборки и без вращения чувствительного элемента ВТП.

2. Разработана математическая модель для исследования методом конечных элементов различных вариантов выполнения предложенного ВТП.

3. На основе теоретических и экспериментальных исследований получены зависимости выходных сигналов разработанного ВТП от параметров трещин и влияющих факторов в диапазоне частот.

4. Выбран режим и параметры для оптимальной отстройки от вариации мешающих параметров амплитудно-фазовым методом.

5. Определены условия получения линейной зависимости величины сигнала от глубины трещины в диапазоне 0,1...1,6 мм.

6. Разработана конструкция датчика с созданным ВТП для контроля диск– лабиринта авиационного двигателя через смотровой лючок.

7. Разработан и выпущен малой серией вихретоковый дефектоскоп «Салют-1», внедренный в ВВС РФ для дефектоскопии диск-лабиринта авиационных двигателей.

8. Для экспресс-контроля силовых элементов двигателей из разных марок сталей разработан многофункциональный вихретоковый структуроскоп «ВС-5».

9. Исследовано влияние физико-механических параметров различных марок применяемых в авиационных двигателей сталей на величину сигнала ВТП.

10. Даны рекомендации по выявлению и оценке дефектов структуры, связанных с изменением твердости и динамичекой вязкости в процессе эксплуатации авиационных двигателей 11. Вихретоковый структуроскоп «ВС-5» прошел апробацию на предприятиях ВПК.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Дидин Г.А., Аракелов П.Г., Шкатов П.Н. Вихретоковый структуроскоп ВС-//Приборы» № 10.– 2011.– С. 22-2. Дидин Г.А. Вихретоковая дефектоскопия дисков авиационных двигателей. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии.– № 2-(292).– 2012.– С. 159-163.

Публикации в журналах и сборниках научных трудов, материалах конференций 3. Методика вихретокового контроля рабочих лопаток турбин АЭС. РД 27.28.05.– 2012 / авт. Д.Ф. Гуцев, Е.С. Храмова, А.Н. Рябов, Я.Ю. Самедов, В.В. Кутянин, Г.А. Дидин.

4. Дидин Г.А., Шкатов П.Н., Шатерников В.Е. Вихретоковый дефектоскоп «Эксперт ВД–95Р» с повышенным допустимым рабочим зазором и чувствительностью к подповерхностным дефектам//Тезисы докладов 14-й российской НТК «Неразрушающий контроль и диагностика», М., 195. Shkatov P. N., Didin G.A., Garipov V. K. Adaptive eddy current flaw detectors //17th World Conference, Shanghai China, 206. Shaternikov V.E., Didin G.A., Filinov A.V., Arakelov P.G. Hardware-Software Complex Training Apparatus of the Operator of Devices of Non-Destructive Testing //10th ECNDT.– Moscow.– 2010.

7. Shkatov P.N., Didin G.A. Intellectual electromagnetic testing methods and diagnostics of aerospace equipment elements.– 10th European conference of Non-Destructive testing, Moscow, 208. Дидин Г.А., Шкатов П.Н, Ездаков В.А. Вихретоковый контроль трещин в стенках отверстий //Тезисы XIХ Всероссийской конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике.– г. Самара, 6- 8 сентября 2011 г.

Патенты на изобретения 9. Шкатов П.Н., Шатерников В.Е., Арбузов В.О., Рогачв В.И., Дидин Г.А. Вихретоковый дефектоскоп /Патент на изобретение РФ № 2085932 МКИ5G01 N 27/90.– 1997 г.

10. Ездаков В.А., Дидин Г.А., Шкатов П.Н. Токовихревой преобразователь /Патент РФ №2216729, МКИ7 G01N 27/90.–2003 г.

Подписано в печать 12.04.2012г. Формат 60х84. 1/16.

Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 1Московский государственный университет приборостроения и информатики







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.