WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

СОЛОМЕНЧУК Павел Валентинович

ВИХРЕТОКОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗЬБЫ

НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ

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

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Потапов Анатолий Иванович

Официальные оппоненты:

Гордиенко Валерий Евгеньевич

д.т.н., профессор, С. Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, кафедра технологии конструкционных материалов и метрологии, зав. кафедрой

Ефимов Алексей Геннадьевич

к.т.н., ЗАО "НИИИН МНПО "Спектр", зав. отделом технической диагностики металлоизделий (НИО-12)

Ведущая организация ФГУП ЦНИИ КМ «ПРОМЕТЕЙ»

Защита диссертации состоится 30 октября 2012 г. в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. № 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 28 сентября 2012г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета,

д-р техн. наук, профессор                                В.В. ГАБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Наиболее распространенной причиной выхода из строя насосно-компрессорных труб является разрушение резьбы из-за возникновения и развития трещин во впадине резьбы, что влечет за собой финансовые потери, связанные с необходимостью проведения подземного ремонта и простоем нефтяной скважины. Проведение мероприятий по неразрушающему контролю резьбы насосно-компрессорных труб особенно актуально ввиду того, что за период эксплуатации скважины в среднем происходит от 1 до 3-х обрывов колонны насосно-компрессорных труб.

Широко распространенные методы акустического и магнитного видов контроля не обеспечивают требуемую достоверность неразрушающего контроля резьбы, так как профиль резьбы оказывает маскирующее воздействие на средства неразрушающего контроля. Чувствительность методов акустического вида контроля не позволяет обнаруживать мелкие трещины во впадине резьбы, затруднен контроль резьбы тонкостенных труб. Недостатками магнитопорошковых методов являются субъективность оценки результатов контроля, невозможность измерения глубины трещин, затруднения при контроле внутренней резьбы. Недостатками метода магнитной памяти металла, феррозондового и магнито-вихретокового методов являются ограничения, накладываемые на форму объекта контроля, не позволяющие производить контроль резьбы с переменной высотой профиля. Общим недостатком методов магнитного вида контроля является отсутствие возможности контроля резьбы изделий, изготовленных из неферромагнитных металлов и сплавов.

Среди видов неразрушающего контроля перспективным является вихретоковый. На результаты контроля резьбы не влияет толщина стенки трубы, возможен контроль изделий, изготовленных как из ферромагнитных, так и неферромагнитных сплавов. Возможно измерение глубины и протяженности трещины.

Промышленностью поставлена задача, обеспечить обнаружение и измерение размеров трещин во впадине резьбы насосно-компрессорных труб, глубиной Z в диапазоне от 0,3 мм до 2 мм с основной допускаемой погрешностью измерения глубины трещины ±(0,15Z + 0,1) мм, однако в настоящее время на рынке нет вихретоковых средств неразрушающего контроля, удовлетворяющих предъявленным требованиям.

Необходимы изучение влияния параметров резьбы на сигнал вихретоковых преобразователей (ВТП), разработка принципиально новых специализированных ВТП и алгоритмов выделения информативных параметров их сигнала, что требует проведения дополнительных теоретических исследований, лабораторных и производственных экспериментов.

Цель работы: Разработка вихретоковых средств неразрушающего контроля резьбы с высокой степенью достоверности результатов контроля, обеспечивающих проведение мероприятий по приемочному и эксплуатационному неразрушающему контролю резьбы насосно-компрессорных труб с целью повышения их эксплуатационной надежности.

Идея работы: Использование ВТП с обмотками, витки которых повторяют форму впадины резьбы, расположенными тангенциально к поверхности объекта контроля (ОК), позволяет повысить чувствительность ВТП к глубине трещины во впадине резьбы и уменьшить влияние мешающих параметров, что приводит к достижению требуемого уровня достоверности неразрушающего контроля резьбы насосно-компрессорных труб.

Задачи исследования:

  • провести анализ методов повышения чувствительности и отстройки от мешающих параметров вихретоковых средств неразрушающего контроля;
  • разработать способ выделения информативного параметра сигнала ВТП на фоне влияния мешающих параметров, позволяющий обнаруживать и измерять размеры трещин во впадине резьбы насосно-компрессорных труб с заданной погрешностью;
  • разработать средства метрологического обеспечения измерений размеров трещин во впадине резьбы, рассчитать погрешность измерения метрологических параметров, разработать методику калибровки средств метрологического обеспечения;
  • изготовить и провести испытания разработанных средств неразрушающего контроля резьбы насосно-компрессорных труб;
  • провести внедрение результатов работы на промышленном предприятии.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Применение тангенциального трансформаторного трехобмоточного скомпенсированного вихретокового преобразователя с обмотками, витки которых повторяют форму впадины резьбы, ведет к увеличению плотности вихревых токов во впадине и её уменьшению на вершинах резьбы, обеспечивая увеличение чувствительности к глубине трещины во впадине резьбы и уменьшение влияния на результаты контроля изменения высоты профиля при контроле резьбы насосно-компрессорных труб.
  2. Установлена закономерность местоположения точки на комплексной плоскости, относительно которой вычисляется фаза сигнала вихретокового преобразователя, обеспечивающая измерение глубины трещины во впадине резьбы на фоне изменения зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля в широком диапазоне девиации магнитной проницаемости материала объекта контроля с заданной погрешностью.
  3. Применение на контрольном образце канавки круговой формы, имитирующей резьбу, вместо спиральной канавки резьбы, обеспечивает заданные метрологические характеристики контрольного образца за счет того, что искусственный дефект, расположенный во впадине имитируемой резьбы, располагается по центру канавки на всем своем протяжении.

Методы исследований.

Для исследования взаимодействия ВТП и ОК использовался комплексный метод, включающий в себя компьютерное моделирование, основанное на методе конечных элементов и экспериментальные исследования сигналов полноразмерных макетов ВТП на контрольных образцах и отрезках труб и муфт, бывших в употреблении.

Исследование алгоритмов выделения информативного параметра сигнала ВТП проводилось с применением методов математического моделирования.

Исследование путей улучшения метрологических показателей контрольных образцов проводилось эмпирическим методом и интерпретацией статистических данных.

Научная новизна работы:

-        Разработана конструкция ВТП, отличающаяся использованием тангенциального возбуждения вихревых токов, позволяющая значительно увеличить чувствительность ВТП к глубине трещины во впадине резьбы с одновременным уменьшением влияния мешающих параметров – высоты профиля резьбы, зазора между ВТП и ОК и магнитной проницаемости материала ОК;

-        разработан фазовый метод выделения информативного параметра сигнала ВТП, отличающийся тем, что фаза сигнала ВТП измеряется относительно точки на комплексной плоскости, координаты которой определяются установленной закономерностью, обеспечивающий измерение глубины трещины с заданной погрешностью в заданных диапазонах девиации мешающих параметров;

-        разработана конструкция контрольного образца, отличающегося применением вместо спиральной канавки резьбы кольцевой канавки, имитирующей резьбу, а так же методика его калибровки, отличающаяся способом измерения глубины искусственных дефектов, позволяющие изготовить, и аттестовать контрольный образец с искусственными дефектами заданных размеров и формы;

-        разработан, изготовлен, испытан и запущен в серийное производство прибор и набор средств неразрушающего контроля резьбы, позволяющий обнаруживать и измерять трещины во впадине резьбы глубиной в диапазоне от 0,3 мм до 2 мм с основной допускаемой погрешностью измерения глубины трещины ±(0,15Z + 0,1) мм;

-        разработана методика контроля резьбы насосно-компрессорных труб с применением тангенциальных ВТП.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается сходимостью результатов математического моделирования с результатами экспериментальных исследований в лабораторных условиях на контрольных образцах и реальных ОК.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

  • разработана совокупность средств неразрушающего контроля, предназначенная для обнаружения и измерения размеров трещин во впадине резьбы насосно-компрессорных труб с заданной погрешностью;
  • разработаны рекомендации по обработке первичной измерительной информации при измерении глубины трещин на фоне воздействия мешающих параметров при проведении контроля вихретоковым методом;
  • обеспечен запуск в серийное производство вихретоковых средств неразрушающего контроля резьбы;
  • изготовлена и внедрена установка механизированного контроля резьбы насосно-компрессорных труб.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Результаты диссертационной работы переданы в ООО «Пакер» и ООО «ПЕРМЬ-Глобалстройсервис» для использования при проведении мероприятий по неразрушающему контролю резьбы продукции предприятия. Помимо этого результаты работы могут быть применены для контроля резьбы бурового, геологоразведочного оборудования, динамического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимическоих и химических предприятий.

Личный вклад автора:

  • обоснована возможность применения тангенциальных ВТП для обнаружения и измерения размеров трещин во впадине резьбы с целью повышения достоверности неразрушающего контроля;
  • разработан алгоритм обработки сигналов с ВТП, обеспечивающий измерение глубины трещины во впадине резьбы на фоне изменения зазора между ВТП и ОК, в широком диапазоне девиации магнитной проницаемости материала ОК;
  • предложена конструкция, технология изготовления и методика калибровки контрольного образца дефектов резьбы с заданными метрологическими характеристиками.
  • предложена методика проведения неразрушающего контроля резьбы насосно-компрессорных труб с использованием тангенциальных ВТП.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях: «II всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Измерение, контроль и диагностика», г. Ижевск, 2012; «XIX всероссийская конференция по неразрушающему контролю и технической диагностике», г. Самара, 2011 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе четыре в изданиях, входящих в список рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получен патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 187 страницах. Содержит 93 рисунка, 10 таблиц и список литературы из 84 наименований.

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулирована идея диссертационной работы, на основании которой поставлены цель и основные задачи исследования, а также определены научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В главе 1 проведен анализ характеристик и параметров ОК и характерных дефектов, возникающих при производстве и эксплуатации ОК. Проведен обзор и анализ существующих видов, методов и технических средств неразрушающего контроля резьбы и дана их критическая и сравнительная оценка. Произведен обзор технических средств неразрушающего контроля резьбы вихретоковыми методами. Сформулированы задачи исследования.

В главе 2 проведен анализ взаимодействия магнитного поля нормального и тангенциального ВТП с ОК, обоснован выбор первичного тангенциального трансформаторного трехобмоточного скомпенсированного измерительного вихретокового преобразователя для измерения размеров трещин во впадине резьбы. Определен перечень и диапазон девиации мешающих параметров, характерных для контроля резьбы насосно-компрессорных труб, а так же степень их влияния на результаты контроля. Выбран информативный параметр сигнала ВТП, предложен алгоритм вычисления виртуальной точки на комплексной плоскости, относительно которой вычисляется фаза сигнала ВТП. Приведены результаты испытания тангенциального ВТП и алгоритма выделения информативного параметра сигнала ВТП.

В главе 3 проведены обоснование и разработка узлов тангенциального ВТП, конструкции первичного тангенциального трансформаторного трехобмоточного скомпенсированного измерительного вихретокового преобразователя.

В главе 4 предъявлены требования к метрологическому обеспечению измерения глубины трещин во впадине резьбы, проведено обоснование и разработка конструкции, технологии изготовления и методики калибровки контрольного образца дефектов резьбы, рассчитаны погрешности измерения нормируемых характеристик контрольного образца. Разработана методика контроля резьбы насосно-компрессорных труб.

В главе 5 приведены результаты экспериментального лабораторного исследования методики и средств неразрушающего контроля резьбы, результаты испытаний в цеховых условиях промышленного предприятия. Проведен анализ результатов испытаний и анализ эффективности результатов диссертационной работы. Приведены перспективы развития и области применения результатов работы.

В заключении представлены основные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и поставленными задачами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Положение 1.

Применение тангенциального трансформаторного трехобмоточного скомпенсированного вихретокового преобразователя с обмотками, витки которых повторяют форму впадины резьбы, ведет к увеличению плотности вихревых токов во впадине и её уменьшению на вершинах резьбы, обеспечивая увеличение чувствительности к глубине трещины во впадине резьбы и уменьшение влияния на результаты контроля изменения высоты профиля при контроле резьбы насосно-компрессорных труб.

При проведении процедуры неразрушающего контроля резьбы вихретоковым методом на сигнал ВТП влияют как контролируемые, так и мешающие параметры. Контролируемым параметром является глубина трещины, расположенной во впадине резьбы. Мешающие параметры, по природе их возникновения, можно условно разделить на электрофизические – это мешающие параметры характеристик материала ОК и геометрические, которые можно условно разделить на мешающие параметры взаимного расположения ВТП и ОК (зазор, наклон, смещение ВТП относительно поверхности ОК), и мешающие параметры формы и размеров элементов резьбы.

Отличительной особенностью резьбы насосно-компрессорных труб является конусная форма и длинный участок сбега резьбы, на протяжении которого высота профиля резьбы и его форма значительно изменяются, что является сильным мешающим параметром при вихретоковом контроле. Уменьшение влияния изменения высоты и формы профиля резьбы особенно актуально ввиду того, что на участке сбега резьбы, в последних трех витках чаще всего возникают трещины.

На рис. 1, а изображена модель нормального ВТП с круговыми обмотками и картина распределения плотности вихревых токов в ОК. Из рис. 1, а видно, что наибольшая плотность вихревых токов наблюдается не во впадине резьбы, где ожидается возникновение трещин, а на вершине резьбы. Распределение плотности вихревых токов определяет чувствительность ВТП к свойствам ОК в объеме протекания вихревых токов. Изменение свойств ОК в зоне максимальной плотности вихревых токов обуславливает максимальную чувствительность ВТП к этим изменениям. ВТП, изображенный на рис. 1, а, будет максимально чувствителен к параметрам вершины резьбы (высоте и форме профиля резьбы) и минимально чувствителен к трещинам во впадине резьбы.

Для уменьшения влияния высоты и формы профиля резьбы представляет интерес использование ВТП с обмотками, витки которых повторяют форму впадины резьбы. На рис. 1, б изображен ВТП с обмотками, витки которых повторяют форму впадины резьбы, расположенный над впадиной резьбы тангенциально.

Из рис. 1, б видно, что плотность вихревых токов наибольшая во впадине резьбы, тогда как на вершинах резьбы плотность вихревых токов значительно ниже.

Сравним соотношение чувствительности к влиянию мешающих параметров для нормального и тангенциального ВТП. На рис. 2, а представлены годографы зависимости комплексного относительного вносимого напряжения *ВН от контролируемого и мешающих параметров для нормального ВТП с круговыми обмотками, на рис. 2, б – для тангенциального ВТП с обмотками, витки которых повторяют форму впадины резьбы.

Анализируя годографы, представленные на рис. 2, становится очевидно, что помимо большей абсолютной чувствительности тангенциального ВТП к Z, наблюдается меньшее влияние на результат контроля высоты профиля резьбы hS и зазора h между ВТП и ОК.

На рис. 3 представлены графики зависимости значения дополнительной погрешности ΔZ(hS), обусловленной изменением высоты профиля резьбы, а – для нормального ВТП с круговыми обмотками, б – для тангенциального ВТП с обмотками, повторяющими форму впадины резьбы.

а)

б)

Рис. 3. Зависимость ΔZ(hS), (а) – для нормального вихреВТП с круговыми обмотками, (б) – для тангенциального ВТП с обмотками, повторяющими форму впадины резьбы.

В результате проведенных экспериментов значение дополнительной погрешности ΔZ(hS), обусловленной изменением высоты профиля резьбы, для тангенциального ВТП не превышало 0,17 мм, что в 7 раз меньше, нежели для нормального ВТП.

Положение 2.

Установлена закономерность местоположения точки на комплексной плоскости, относительно которой вычисляется фаза сигнала вихретокового преобразователя, обеспечивающая измерение глубины трещины во впадине резьбы на фоне изменения зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля в широком диапазоне девиации магнитной проницаемости материала объекта контроля с заданной погрешностью.

Ввиду того, что изменение глубины Z трещины вызывает относительно большее изменение фазы *ВН нежели амплитуды, при проведении контроля оптимально использовать фазовый метод вихретокового контроля. Изменение зазора h между ВТП и ОК вызывает относительно большое изменение амплитуды, нежели фазы *ВН. Изменение магнитной проницаемости µ вызывает соизмеримое изменение как фазы, так и амплитуды *ВН. Традиционно применяемая отстройка от зазора с применением балансировки ВТП позволяет с удовлетворительной точностью отстроиться от влияния зазора h, но только при номинальном значении µ. При изменении µ, характерном для перехода с одного ОК на другой, установленная балансировка ВТП перестает удовлетворять заданным требованиям достоверности контроля.

По сути, традиционная балансировка ВТП – это перемещение точки отсчета фазы *ВН по оси мнимых значений на комплексной плоскости вверх или вниз. Необходим более совершенный алгоритм выделения информативного параметра из сигналов ВТП.

Для вычисления координат точки Х, отсчета фазы *ВН, удовлетворяющей заданным требованиям достоверности контроля в широком диапазоне девиации µ, предложен следующий алгоритм:

  1. на комплексной плоскости строятся линии влияния h при различных значениях µ;
  2. на каждой линии влияния h выбираются 2 точки h1 и h2, соответствующие началу и концу диапазона допускаемого изменения h для данного ВТП;
  3. через каждые пары точек строятся прямые, для которых вычисляются координаты точки пересечения.

Функции прямых вычисляются по формуле:

       ,        (1)

где Re*ВН и Im*ВН – реальная и мнимая составляющие *ВН;

ai, bi и ci –коэффициенты уравнения прямой, вычисляемые по формулам:

       ;        (2)

       ;        (3)

       .        (4)

Точка пересечения прямых является искомой отсчетной точкой Х. Координаты точки пересечения прямых вычисляются по формулам:

       ;        (5)

       .        (6)

На рис. 4 представлена зависимость *ВН(h) при значениях µ, отличающихся между собой на ≈ 10%, а так же закономерность положения виртуальной точки X, измерения фазы *ВН, для различных диапазонов допускаемого изменения h.

Из четырех предложенных точек измерения оптимальной является точка X(h = 0,1…0,2). Этой точке соответствует наибольший диапазон допускаемого изменения h, при этом амплитуда *ВН остается на приемлемом уровне.

Вычисление фазы φ, напряжения *ВН, относительно отсчетной точки Х производится по следующей формуле:

       ,        (7)

где Re 0х и Im 0х – координаты точки установки значения нуля, смещенные относительно отсчетной точки Х, вычисляемые по формулам:

       ;        (8)

       ,        (9)

где Re(Z = 0) и Im(Z = 0) – реальная и мнимая составляющие напряжения *ВН, соответствующие точке установки значения нуля.

Reх и Imх – реальная и мнимая составляющие *ВН, смещенные относительно отсчетной точки Х, вычисляемые по формулам:

       ;        (10)

       .        (11)

На рис. 5 приведена зависимость фазы φ, напряжения *ВН, вычисленная относительно отсчетной точки Х, а – от глубины Z трещины во впадине резьбы, б – от зазора h при значениях µ, отличающихся друг от друга на 10%.

а)

б)

Рис. 5. Зависимость φ, напряжения *ВН, вычисленная относительно отсчетной точки Х, (а) – от Z, (б) – от h при различных значениях µ.

На рис. 6 представлен график зависимости значения дополнительной погрешности ΔZ(h), обусловленной изменением h, при различных значениях µ.

Рис. 6. Зависимость ΔZ(h) при различных значениях µ.

Из рис. 6 видно, что зависимость дополнительной погрешности ΔZ(h), обусловленной изменением h в диапазоне от 0 до 0,3 мм не превышает 0,05 мм, что удовлетворяет исходным требованиям.

Положение 3.

Применение на контрольном образце канавки круговой формы, имитирующей резьбу, вместо спиральной канавки резьбы, обеспечивает заданные метрологические характеристики контрольного образца за счет того, что искусственный дефект, расположенный во впадине имитируемой резьбы, располагается по центру канавки на всем своем протяжении.

Контрольные образцы (КО) предназначены для передачи величины контролируемого параметра – глубины искусственного дефекта, имитирующего трещину во впадине резьбы, актуальных характеристик ОК, и мешающих параметров средству неразрушающего контроля.

Заданный предел доверительного интервала погрешности измерения глубины искусственных дефектов – 0,02 мм. КО должны передавать не все характеристики ОК, а только требуемые. К таковым относятся электромагнитные свойства материала ОК, высота и форма профиля резьбы, шаг резьбы.

Создание трещины заданных размеров и измерение её размеров – весьма трудоемкая задача. Трещина может быть заменена узкой прорезью, нанесенной методом проволочной электроэрозии. Дно такой прорези и её вертикальная проекция являются прямыми линиями.

Для КО дефектов резьбы традиционный проекционный способ измерения глубины прорезей не применим, непосредственное измерение глубины прорези глубиномером, ввиду сложности формы поверхности КО в зоне искусственного дефекта, так же не эффективно. Оказывается оправданным косвенное измерение глубины искусственного дефекта через измерение его проекции оптическим методом.

На рис. 7 изображен эскиз КО дефектов резьбы и участок, содержащий искусственный дефект крупным планом.

а)                         б)                         в)

Рис. 7 . (а) – Эскиз КО дефектов резьбы, (б) – участок, содержащий искусственный дефект крупным планом, (в) – разрез участка, содержащего искусственный дефект.

П – протяженность прорези, У – угол наклона КО (дна прорези) относительно горизонта, Г - глубина прорези.

При проведении калибровки КО, производятся измерения диаметра Д КО во впадине резьбы и протяженности П прорези.

Глубина Г прорези вычисляется по формуле:

       , мм,        (12)

где Д – диаметр КО во впадине резьбы,

П – протяженность прорези.

Основными источниками погрешности являются:

—        угол У наклона КО (дна прорези) относительно горизонта;

—        инструментальная погрешность измерительного прибора;

—        погрешность измерения, вносимая оператором.

Влияние изменения угла наклона У на погрешность измерения можно охарактеризовать формулой:

       , мм,        (13)

где У - угол наклона КО (дна прорези) относительно горизонта.

Без использования специальных инструментов возможна установка КО на столик с максимальным отклонением У = ±5°. Таким образом, погрешность измерения ΔУ, вносимая углом У, для Д = 56,7 мм составляет:

- для прорези Г = 0,3 мм: ΔУ = -0,002 мм;

- для прорези Г = 0,5 мм: ΔУ = -0,004 мм;

- для прорези Г = 1,0 мм: ΔУ = -0,008 мм;

- для прорези Г = 2,0 мм: ΔУ = -0,016 мм.

Инструментальная погрешность ΔП прибора измерительного двух координатного ДИП-6, используемого при калибровке КО, задана формулой:

       ΔП = ± (0,001 + L / 200), мм,        (14)

где L – измеряемый размер, мм.

Для измеряемой величины Д = 56,7, Δ = 1,3 мкм.

Погрешность измерения, вносимая средством измерения вычисляется по формуле:

       , мм, где        (15)

       ДИ = Д ± (0,001 + Д / 200), мм,        (16)

       ПИ = П ± (0,001 + П / 200), мм.        (17)

Погрешность измерения, вносимая средством измерения, составляет:

для прорези Г = 0,3 мм: ΔИ = ±0,08 мкм;

для прорези Г = 0,5 мм: ΔИ = ±0,1 мкм;

для прорези Г = 1,0 мм: ΔИ = ±0,2 мкм;

для прорези Г = 2,0 мм: ΔИ = ±0,3 мкм.

Погрешность, вносимая оператором ΔО очень сложна для теоретической оценки. Данные об ошибке оператора следует проецировать со статистической выборки результатов измерения похожих контрольных образцов, например образцов из комплекта мер моделей дефектов КММД-21.

Основным источником погрешности оператора является нечеткость границы прорези и загрязнение поверхности КО. По статистике проведения поверок КО из КММД-21 за 12 месяцев 2011 и 4 месяца 2012 года, вычисленная погрешность измерения глубины прорези, вносимая оператором, составляет ΔО = 0,008 мм.

Результирующая погрешность ΔΣ вычисляется по формуле:

, мм(18)

где rуи, rуо, rои – коэффициенты, определяющие способ суммирования разнородных погрешностей.

Для упрощения, коэффициенты r принимаются в двух крайних значениях: r = 1 и r = 0, обозначающие чисто алгебраическое и чисто геометрическое суммирование погрешностей. Результаты вычислений приведены в таблице 1.

Таблица 1. Суммарная погрешность измерения глубины прорезей.

r

ΔΣ, мкм

Г = 0,3 мм

Г = 0,5 мм

Г = 1,0 мм

Г = 2,0 мм

r = 1

10

12

16

24

r = 0

8

9

11

18

Результаты вычислений, представленные в таблице 1, подтверждают, что значение доверительного интервала погрешности измерения глубины прорезей составляет Δ = 0,02 мм, что соответствует заданному значению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой законченную научно-квалификационную работу, на основе анализа литературных источников и выполненных теоретических и экспериментальных исследований была решена актуальная научно-практическая задача - обнаружение и измерение глубины трещин во впадине резьбы насосно-компрессорных труб.

На основании проведенных исследований получены следующие научные результаты работы:

  1. Для обнаружения и измерения размеров трещин во впадине резьбы насосно-компрессорных труб целесообразно применять вихретоковый вид контроля с применением тангенциального ВТП.
  2. Разработан и реализован способ выделения информативного параметра сигнала ВТП, позволяющий измерять глубину трещины во впадине резьбы на фоне изменения зазора между ВТП и ОК в широком диапазоне девиации магнитной проницаемости материала ОК с заданной погрешностью.
  3. Разработана конструкция и методика калибровки КО, обладающего заданными метрологическими характеристиками. Обосновано использование на КО круговой канавки, имитирующей резьбу вместо спиральной канавки резьбы.
  4. Изготовлен и испытан набор средств неразрушающего контроля резьбы, позволяющий обнаруживать и измерять трещины во впадине резьбы глубиной Z в диапазоне от 0,3 мм до 2 мм с основной допускаемой погрешностью измерения глубины трещины ±(0,15Z + 0,1) мм.
  5. Результаты работы переданы в ООО «Пакер» для проведения сплошного неразрушающего контроля резьбы продукции предприятия.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

В журналах рекомендованных ВАК:

  1. Коротеев М.Ю., Соломенчук П.В., Вихретоковый контроль резьбы оборудования нефтегазовой отрасли. // Экспозиция Нефть Газ №4/Н (16), август 2011, С. 4-8.
  2. Сясько В.А., Соломенчук П.В., Коротеев М.Ю., Вихретоковый неразрушающий контроль резьбы насосно-компрессорных труб. // Контроль. Диагностика. №10, 2012, С. 17-22.
  3. Потапов А.И., Соломенчук П.В., Сясько В.А., Обеспечение достоверности при неразрушающем вихретоковом контроле резьбы с использованием тангенциальных преобразователей. // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. № 9, 2012, С. 58-64.
  4. Коротеев М.Ю., Соломенчук П.В. Вихретоковый контроль резьбы бурового оборудования. // Экспозиция Нефть Газ №5 (23), сентябрь 2012, С. 127-130.

В журналах и сборниках докладов научно-технических конференций:

  1. Сясько В.А., Соломенчук П.В., Пивоваров И.С. Электромагнитная толщинометрия защитных покрытий металлических изделий. // В мире неразрушающего контроля №2 (40), июнь 2008, С. 32-36.
  2. Сясько В.А., Соломенчук П.В. Количественная оценка характеристик металлических изделий с использованием вихретоковых методов НК. // В мире неразрушающего контроля №4 (50), декабрь 2010, С. 26-29.
  3. Сясько В.А., Ройтгарц М.Б., Коротеев М.Ю., Соломенчук П.В. Контроль качества паяных соединений стержней статорных обмоток турбогенераторов на заводе «Электросила». // В мире неразрушающего контроля №2 (48), июнь 2010, С. 40-43.
  4. Коротеев М.Ю.,Соломенчук П.В. Разработка ВТП для контроля хвостовой балки МИ-2. – XIX Всероссийская научно-техническая конференция по неразрушающему контролю и технической диагностике: тезисы докладов. Самара, 6-8 сентября 2011 г. – М.: Издательский дом «Спектр», 2011, С. 283-284.
  5. Сясько В.А., Чертов Д.Н., Соломенчук П.В. Вихретоковый НК углепластиковых изделий авиакосмической техники. – XIX Всероссийская научно-техническая конференция по неразрушающему контролю и технической диагностике: тезисы докладов. Самара, 6-8 сентября 2011 г. – М.: Издательский дом «Спектр», 2011,С. 394.

а)

б)

Рис. 4. Зависимость *ВН(h) при различных значениях µ и закономерность положения точки X измерения фазы *ВН для диапазонов допускаемого изменения h от 0 до 0,1; от 0,1 до 0,2; от 0,2 до 0,4 мм.

Рис. 1. Модель картины распределения плотности вихревых токов, (а) – для нормального ВТП с круговыми обмотками, (б) – для тангенциального ВТП с обмотками, витки которых повторяют форму впадины резьбы.

а)

б)

Рис. 2. Годографы зависимости *ВН от контролируемого и мешающих параметров.

(а) – для нормального ВТП с круговыми обмотками, (б) – для тангенциального ВТП с обмотками, витки которых повторяют форму впадины резьбы.

1 – линия влияния Z; 2 – линия влияния h; 3 – линия влияния hS; 4 – линия влияния μ; Н.У. – точка, соотв. нормальным условиям: Z = 0 мм; h = 0,2 мм; hS = 1,412; μ = μН.




© 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.