УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕПЛОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к контрольно-диагностическому оборудованию, в частности, к установкам для активного теплового неразрушающего контроля изделий и может найти применение в машиностроении, авиационном двигателестроении и других областях техники для контроля качества ответственных деталей, например, лопаток турбин.
Известно устройство активного теплового неразрушающего контроля качества изделия, содержащее регистратор инфракрасного излучения, выполненный в виде тепловизора, платформу с омическим нагревателем, предназначенную для установки контролируемого изделия.
Для проведения контроля изделия его устанавливают на платформу и прогревают платформу до выхода на стационарный заданный тепловой режим. Включают тепловизор в режим съемки и нагревают изделие. Производят тепловизионную съемку изделия и измеряют интенсивность излучения на нестационарном режиме, то есть, во время прогрева лопатки до достижения ею стационарного теплового режима. Обрабатывают полученную информацию и по результатам обработки делают вывод о состоянии изделия.
(см. патент РФ №2235993, кл. G01N 25/72, 2004 г.)
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что его недостатком является ограниченная возможность определения внутренних литейных дефектов типа плотных неслитин, или иных дефектов, проявляющихся при приложении нагрузки на изделие в процессе его эксплуатации.
Известна установка для теплового неразрушающего контроля изделий, содержащая ресивер, полость которого трубопроводом соединена с первым компрессором. Выход ресивера соединен выходным трубопроводом с охлаждаемыми каналами контролируемого изделия (например, охлаждаемой лопатки турбины газотурбинного двигателя). В выходной трубопровод последовательно включены электромагнитный клапан, эжекторное устройство для осуществления впрыска и распыления жидкости, например воды, содержащее мерный бачок для жидкости и устройство с мерной емкостью для жидкости, в которой размещен элемент (например, шнек) для закручивания двухфазного потока рабочей среды - смеси воды и воздуха. Контролируемое изделие устанавливают на платформе, а напротив него располагают тепловизор, предназначенный для измерения температуры контролируемого изделия неконтактным методом. Над изделием расположено устройство для его нагрева, содержащее промышленный фен и защитную насадку, выполненную в виде колпака, предназначенную для равномерного распределения подогретого воздуха относительно изделия и имеющую возможность возвратно-поступательного осевого перемещения относительно изделия. Устройство для нагрева изделия посредством трубопровода соединено со вторым компрессором. Для управления работой установки и обработки получаемых данных используют блок управления, например, компьютер с программным обеспечением. Для контроля температуры и давления воздуха в ресивере, в нем установлены датчики давления и температуры.
В процессе работы установки ресивер заполняют воздухом температурой, равной температуре окружающей среды, до заданного давления. Разделяют поверхность изделия на элементарные площадки и определяют координаты каждой из них с помощью компьютерной программы. Изделие накрывают защитной насадкой и нагревают воздухом, подаваемым в полость насадки вторым компрессором через промышленный фен. После нагрева изделия до заданной температуры защитную насадку отводят, включают тепловизор и многократно измеряют температуру изделия в процессе его остывания. Результаты измерений, проводимых с помощью тепловизора, передаются на компьютер, который в соответствии с программой производит вычисление температуры изделия в каждой элементарной площадке поверхности изделия (пикселе). По достижению средней температуры изделия 270-280°C открывают клапан, в результате чего начинается истечение воздуха из ресивера. В процессе истечения воздуха из мерной емкости эжекторного устройства, заполненного частично дистиллированной водой, осуществляется поступление воды в поток воздуха. Двухфазная смесь потока проходит через устройство, в котором поток закручивается, и попадает во внутренние каналы изделия. Под воздействием центробежных сил капли воды попадают на стенки, а воздух и образовавшийся после испарения воды пар перемещаются к выходному сечению изделия. При этом происходит интенсификация охлаждения изделия в связи с тем, что на фазовый переход воды в пар тратится значительное количество тепловой энергии. Расход воздуха и необходимый расход впрыснутой в поток воздуха воды рассчитывают, исходя из условия затрат энергии на фазовый переход капель воды в пар, не менее чем в 10 раз больших по сравнению с затратами энергии на охлаждение воздухом, протекающим у стенки лопатки. Расход жидкости определяют по количеству залитой в мерный бачок жидкости и времени испытания (эксперимента). Расход воздуха определяют по известной величине объема ресивера и показаниям датчика давления. В процессе охлаждения лопатки определяют тепловизором температуры каждой элементарной площадки. Фиксируют время охлаждения в начальный момент охлаждения и время в конце охлаждения с помощью компьютерной программы. После проведения указанных выше операций поворачивают изделие на 180° и повторяют все операции для второй поверхности изделия, например спинки лопатки, если в первом этапе исследования проводили для корыта лопатки. Результаты обработки представляются в виде цифровых файлов, по которым судят о качестве изделия (см. патент РФ №2315983, кл.G01N25/10, 2008 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения данной установки необходимо отметить, что оно характеризуется недостаточной точностью контроля и ограниченной номенклатурой контролируемых изделий.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности контроля за счет его проведения в условиях, приближенных к условиям эксплуатации и расширение функциональных возможностей установки за счет расширения номенклатуры контролируемых изделий.
Указанный результат достигается тем, что в установке для теплового неразрушающего контроля изделий, содержащей платформу, предназначенную для установки контролируемого изделия, ресивер, вход которого имеет возможность связи с первым компрессором, а выход посредством выпускного трубопровода, в котором установлен клапан, имеет возможность связи с каналами изделия, устройство для нагрева, содержащее колпак, имеющий возможность вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно платформы, полость которого связана трубопроводом со вторым компрессором, и нагреватель, встроенный в данный трубопровод, а также тепловизор и блок управления, новым является то, что установка оснащена размещенным на платформе крепежным устройством, снабженным датчиком нагрузки и предназначенным для закрепления контролируемого изделия, а также устройством для подачи воздуха на контролируемое изделие, связанным с выходом ресивера, а крепежное устройство может быть выполнено в виде закрепленного на платформе кронштейна, на котором установлена регулируемая по длине тяги, несущая элемент крепления контролируемого изделия, Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлена схема установки.
Установка для теплового неразрушающего контроля изделий содержит ресивер 1, вход которого соединен впускным трубопроводом с первым компрессором 2. Выход ресивера 1 соединен выпускным трубопроводом с устройством 3 подачи воздуха на контролируемое изделие 4, (например, лопатку газотурбинного двигателя). В корпусе устройства 3 установлен элемент (позицией не обозначен) закрутки воздушного потока, пропускаемого через устройство, выполненный, например, в виде шнека. Выход устройства 3 выполнен в форме сопла Лаваля. Изделие 4 устанавливают в крепежном устройстве 5, размещенном на платформе 6. Выход ресивера 1 также соединен выпускным трубопроводом с охлаждаемыми каналами изделия 4 (естественно, если оно оснащено данными каналами). Крепежное устройство 5 может быть выполнено различным образом, например, в виде закрепленного на платформе 6 кронштейна, к которому прикреплена регулируемая по длине тяга (позицией не обозначена) с элементом крепления контролируемого изделия (зажимом), например, за торец пера, лопатки. На тяге или элементе крепления контролируемого изделия к платформе установлен датчик нагрузки (не показан).
Установка оснащена тепловизором 7. Тепловизор может быть установлен на платформе 6 или выполнен в виде автономного модуля, подводимого к изделию 4 в процессе проведения его контроля.
Установка оснащена устройством нагрева крепежного устройства 5 и прикрепленного к нему изделия 4. Устройство нагрева может быть выполнено различным известным образом, например, в виде нагревателя - промышленного фена 8, выход которого связан трубопроводом с полостью колпака 9, предназначенного для равномерного распределения подогретого воздуха относительно контролируемого изделия 4 и крепежного устройства 5. Колпак 9 имеет возможность возвратно-поступательного перемещения посредством привода (не показан) относительно крепежного устройства 5 с закрепленным в нем изделием 4. Нагреватель 8 посредством трубопровода соединен со вторым компрессором 10.
Для управления работой установки и обработки получаемых данных используют блок управления 11, например, персональный компьютер с программным обеспечением.
Для измерения температуры газа в ресивере 1 и его текущего давления используют датчики температуры и давления (не показаны).
Управление подачей воздуха через выпускные трубопроводы осуществляется электромагнитными клапанами 12 и 13, а через впускной - электромагнитным клапаном 14.
Управление работой установки может осуществляться в автоматическом цикле, от блока управления 11.
Установка работает следующим образом.
Работу установки рассмотрим на примере теплового неразрушающего контроля лопатки турбины авиационного газотурбинного двигателя, имеющей охлаждаемые внутренние каналы.
При работе установки по команде с блока управления 11 открывают клапан 14 и первым компрессором 2 заполняют ресивер 1 воздухом температурой, равной температуре окружающей среды, до заданного давления (например, 8 атмосфер), после чего с блока управления поступает команда на закрытие клапана 14. Устанавливают в заданное положение тепловизор 7, в крепежном устройстве 5 устанавливают контролируемое изделие 4. Соединяют выпускной трубопровод, в котором установлен электромагнитный клапан 13, с охлаждаемыми каналами изделия.
Разбивают, аналогично тому, как это осуществляют в наиболее близком аналоге, поверхность лопатки 4 на элементарные площадки с помощью компьютерной программы, заложенной в блок управления, и определяют координаты каждой элементарной площадки лопатки, находящейся в поле контроля тепловизора 7. Включают привод перемещения колпака 9 и накрывают им крепежное устройство 5 и изделие 4. Включают подачу воздуха от второго компрессора 10 через нагреватель 8 в полость колпака 9 и включают нагреватель 8. После нагрева лопатки 4 и крепежного устройства 5 до заданной температуры, отключают компрессор 10 и нагреватель 8. Включением привода поднимают колпак 9 и включают тепловизор 6, который периодически измеряет температуру лопатки 4 в процессе ее остывания. Результаты измерений, проводимых с помощью тепловизора 7, передаются на блок управления 11, который в соответствии с программой производит вычисление температуры лопатки 4 в каждой элементарной площадке поверхности (пикселе). По достижению средней температуры лопатки 270-280°C с блока управления 11 дают команду на открытие клапана 12, в результате чего происходит истечение воздуха из ресивера 1. При этом клапан 13 находится в закрытом состоянии. Поступая под давлением в устройство 3 и, проходя через элемент закрутки, поток закручивается и затем, проходя через сопло Лаваля, формируется в сверхзвуковую струю и попадает на поверхность лопатки 4, охлаждая ее. При этом крепежное устройство 5 не охлаждается. В процессе охлаждения лопатки 4 возникает растягивающее усилие, действующее на лопатку по ее вертикальной оси, связанное с разницей теплового расширения лопатки и крепежного устройства. Данное усилие измеряется датчиком нагрузки и передается на блок управления 11. Измерение данного усилия позволяет моделировать эксплуатационную нагрузку на лопатку, вызванную центробежной силой.
Далее в процессе охлаждения лопатки 4 определяют температуру каждой элементарной площадки тепловизором 6. Для данной установки может быть использован тепловизор Российского производства «Иртис-200М».
При проведении контроля лопаток, имеющих охлаждающие каналы, в процессе охлаждения лопатки дополнительно, по команде блока управления открывают клапан 13 и из ресивера через открытый клапан 13 воздух поступает в эти каналы, что позволяет проводить контроль при наличии в каналах лопатки охлаждающей среды, то есть, в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации, что повышает точность контроля.
Фиксируют с помощью компьютерной программы время охлаждения в начальный момент охлаждения и время в конце охлаждения.
По окончании испытаний выполняют обработку результатов с целью определения наличия литейных дефектов.
Для проведения контроля и обработки результатов используются стандартные программы.
Процесс контроля может проводиться при функционировании одновременно устройства 3 и подаче воздуха в охлаждающие каналы изделия или только при работе устройства 3 или только подачи воздуха в охлаждающие каналы. Выбор конкретных параметров контроля зависит от вида контролируемого изделия и от программы его контроля.
Таким образом, выполнение установки позволяет повысить точность контроля за счет его проведения в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации, а также расширить номенклатуру контролируемых изделий за счет обеспечения контроля изделий как с охлаждающими каналами, так и без них.