СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СКРЫТЫХ ДЕФЕКТОВ КОНСТРУКЦИЙ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ
METHOD OF DIAGNOSING HIDDEN DEFECTS ON EQUIPMENT AND PIPES

Изобретение относится к способам диагностирования состояния машин и механизмов.
Известно изобретение по патенту РФ №2363936.
Изобретение относится к области диагностирования технического состояния машин и механизмов и может быть использовано, например, для оценки технического состояния зубчатого зацепления, подшипников качения. При реализации способа кепстр вибрации строят в частотной области, линеаризуют шаг расположения информативных составляющих путем нелинейного преобразования масштаба частот, выделяют существенные компоненты, определяют частоты, по которым оценивают состояние объекта. Технический результат заключается в повышении достоверности диагностики состояния объекта.
Однако данному изобретению присущи существенные недостатки: оно не обладает высокой точностью одновременной дистанционной диагностики всего объема объекта в зонах, недоступных для непосредственного контакта, особенно в процессе эксплуатации.
Технический результат предложенного изобретения - повышение точности и сокращение времени одновременной дистанционной диагностики всего объема объекта, недоступного для непосредственного контакта в процессе эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в способе диагностирования скрытых дефектов конструкций оборудования и трубопроводов, заключающемся в осуществлении физического воздействия на диагностируемый объект, первоначально к объекту прикладывают механическое синусоидальное воздействие с частотой, изменяющейся во времени, до возникновения локального механического резонанса, измеряют распределение амплитуд виброперемещений поверхностных слоев объекта при резонансных колебаниях по всей наблюдаемой поверхности объекта с помощью голографической интерферометрии и спекл-интерферометрии, выявляют наличие одной или нескольких неоднородностей поля амплитуд виброперемещений в разных зонах указанной поверхности, сопоставлют частоты и формы колебаний объекта с дефектом с частотами и формами колебаний бездефектного объекта при одних и тех же резонансах, и если наблюдают сближение интерференционных полос или изолиний виброперемещений или нарушение их монотонности, или наличие в них изломов, то делают вывод о наличии скрытого дефекта.
Авторами разработана совокупность существенных отличительных признаков, являющаяся необходимой и достаточной для однозначного достижения заявленного технического результата.
Предложенное изобретение характеризуется следующими чертежами.
Фиг.1 - фронтальный разрез объекта с дефектом.
Фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Фиг.3 - интерферограмма радиальных перемещений при первой изгибной форме колебаний.
Фиг.4 - диаграмма распределения радиальных перемещений вдоль образующей оболочки на первой изгибной форме колебаний, полученного путем расшифровки интерферограммы (кривая 7) и при помощи расчета (кривая 8).
Фиг.5 - интерферограмма радиальных перемещений при первой оболочечной форме колебаний.
Фиг.6 - диаграмма распределения распределения радиальных перемещений вдоль образующей оболочки на первой оболочечной форме колебаний, полученного путем расшифровки интерферограммы (кривая 9) и при помощи расчета (кривая 10).
Предложенный способ диагностирования скрытых дефектов конструкций оборудования и трубопроводов заключается в осуществлении физического воздействия на диагностируемый объект. При этом первоначально к объекту прикладывают механическое синусоидальное воздействие с частотой, изменяющейся во времени до возникновения локального механического резонанса. Так, источником возбуждения трубы 1 (фиг.1) с дефектом 2 (фиг.1-2) может служить пьезоэлектрический вибратор (не показан).
Далее частоту колебаний вибратора подстраивают до возникновения резонанса. При этом наблюдают распределение амплитуд виброперемещений поверхностных слоев объекта по всей наблюдаемой поверхности.
Наблюдение проводится при помощи методов голографической интерферометрии и спекл-интерферометрии. Метод спекл-интерферометрии осуществляется путем наложения опорной волны на световое поле, имеющее спекл-структуру. Спекл-структура (зернистая структура) образуется при освещении поверхности диффузно отражающего объекта когерентным лазерным светом и рассмотрении ее сфокусированного изображения. В методе спекл-интерферометрии наблюдаемая спекл-картина есть результат интерференции опорной волны с полем спеклов. Анализируя полученную интерференционную картину, получают значения перемещений поверхности объекта.
Преимущество спекл-интерферометрии в том, что данный метод позволяет наблюдать картину виброперемещений в реальном времени, что очень удобно при поиске резонансов. Когда резонанс найден, то для повышения точности измерений можно использовать метод голографической интерферометрии с усреднением по времени. Данный метод позволяет получить четкую картину виброперемещений по всей наблюдаемой поверхности объекта.
Принцип голографической интерферометрии заключается в следующем. Предположим, что голограмма после экспонирования и проявления установлена точно в то же место, где она находилась в момент регистрации. Если теперь, не убирая предмета, осветить голограмму опорной волной, то за нею одновременно будут распространяться две волны: одна - рассеянная непосредственно предметом и вторая - восстановленная голограммой. Вторая волна является копией той волны, которая рассеивалась предметом во время экспонирования ранее голограммы. Эти волны когерентны и могут интерферировать.
Если с предметом происходят какие-либо изменения, ведущие к фазовым искажениям рассеянной им волны (например, деформация), то это скажется на виде наблюдаемой картины. Появятся интерференционные полосы, форма и количество которых определяются изменениями, происходящими с предметом. Зарегистрированную при этом картину называют голографической интерферограммой.
Далее выявляют наличие неоднородностей поля амплитуд виброперемещений в разных зонах указанной поверхности. На фиг.3 и фиг.5 изображены интерферограммы амплитуд виброперемещений участка трубы с внутренним трещиноподобным дефектом на разных резонансных частотах. Местоположение внутреннего дефекта обозначено линией 3. На фиг.3 и 5 видно, как искажается поле виброперемещений в области дефекта. Искажения проявляются в виде сближения интерференционных полос 4 (фиг.3), нарушения их монотонности 5 (фиг.3, 5), появления изломов 6 (фиг.3).
На фиг.4 и 6 по оси абсцисс отложено расстояние вдоль образующей трубы, проходящей через середину дефекта, в миллиметрах, по оси ординат - нормированная относительно максимального значения амплитуда колебаний, местоположение дефекта на обеих фигурах обозначено прямой 3.
На фиг.4 изображено распределение радиальных перемещений трубы вдоль образующей, полученное при расшифровке интерферограммы первой изгибной формы колебания на фиг.3 (кривая 7) в сравнении с распределением радиальных перемещений, полученном расчетным путем (кривая 8). На фиг.6 изображено распределение радиальных перемещений трубы вдоль образующей, полученное при расшифровке интерферограммы первой оболочечной формы колебания на фиг.6 (кривая 9) в сравнении с распределением радиальных перемещений, полученном расчетным путем (кривая 10).
На приведенных фигурах хорошо видны нарушения монотонности (11 и 12) зависимостей в зоне дефекта как в расшифровках интерферограмм, так и в расчетных кривых. Это говорит о том, что данные интерферограмм хорошо согласуются с результатами расчетов.
Таким образом, сопоставляя частоты и формы колебаний объекта с дефектом с частотами и формами колебаний бездефектного объекта (в т.ч. полученными расчетным путем) при одних и тех же резонансах, можно сделать вывод о наличии скрытого дефекта.
При этом повышается скорость диагностики за счет того, что создается возможность наблюдать одновременно всю площадь поверхности объекта в реальном времени, а использование интерференционно-оптических методов (в частности, голографической интерферометрии) обеспечивает высокую точность измерений (измерения ведутся с точностью длины полуволны используемого излучения). Время диагностики сокращается в 2-3 раза.
Как показали испытания, использование предложенного способа позволяет повысить точность одновременной дистанционной диагностики всего объема объекта, недоступного для непосредственного контакта в процессе эксплуатации.