Мєшков Сергій Миколайович. Розвиток методу та вдосконалення пристроїв теплового контролю і діагностики об'єктів циліндричної форми

Краткое описание

Мєшков Сергій Миколайович. Розвиток методу та вдосконалення пристроїв теплового контролю і діагностики об'єктів циліндричної форми: дис... канд. техн. наук: 05.11.13 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2004

Мєшков С.М. Розвиток методу та вдосконалення пристроїв теплового контролю та діагностики об’єктів циліндричної форми. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.13 прилади і методи контролю та визначення складу речовин. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2004.
Дисертація присвячена розробці методик і пристроїв теплового контролю та діагностики об’єктів циліндричної форми (ОЦФ). Для вирішення поставленої задачі була побудована універсальна теплофізична модель, яка проаналізована розробленою програмою „Cylinder”. Показано, що неврахування циліндричної форми об’єкта може привести до помилки у 50% і більше. Розроблено методику і програму „Heat Form” розрахунку смугових та площадкових нагрівачів для ОЦФ. Розроблені принципи побудови реєструючих пристроїв (радіометрів) на підставі системного підходу та експертних оцінок. Для радіометру ИИ 30А розроблена функція перетворювання, на підставі якої виявлений характер впливу температури середовища на результати контролю. Розроблені методики та пристрої для теплового контролю сосудів Дьюара, теплообмінних апаратів космічної техніки, теплозахисних покриттів. Розроблена методика та прилад ИИ 21П для теплової діагностики погружних насосів. Розроблені методика та стенд тепловізійного контролю ОЦФ з сотовим покриттям для авіаційних двигунів. Застосування розроблених методик та пристроів дозволяє суттєво підвищити чутливість ТНК ОЦФ (до 75% в залежно від задачі, яка вирішується), та достовірність результатів контролю (на 20% і більше).

У результаті дослідження шляхів підвищення чутливості і достовірності теплового неруйнівного контролю об'єктів циліндричної форми одержані такі результати:
1. Для досягнення поставленої задачі розроблено системний підхід, що складається з теплофізичного аналізу об'єкта контролю з дефектами, визначення на його основі вимог до методики та апаратури контролю, розробки нагрівача та принципів побудови реєстраційного пристрою (радіометру), що відповідають зазначеним вимогам.
Застосування розробленого підходу дає змогу суттєво підвищити як чутливість ТНК ОЦФ (до 75% залежно від задачі, що вирішується), так і достовірність результатів контролю (на 20% і більше).
2. На основі розробленої теплофізичної моделі процесів ТНК ОЦФ установлені закономірності, характер яких:
величина сигналу від дефекту DТ суттєво залежить від глибини залягання дефекту h (розглядається схема однобічного контролю) і у певному ступені від його поперечного розміру L (при L h);
існують оптимальні значення параметрів режиму контролю час нагріву (tН)і час запізнення (tЗ), за яких сигнал від заданого дефекту (DТ) максимальний.
3. У кількісному відношенні закономірності ТНК ОЦФ відрізняються від аналогічних, що характерні для об'єктів прямокутної форми (типа пластини), при чому тим суттєвіше, чим більша кривизна об'єкта. Зокрема, це розрахункове значення величини сигналу від дефекту (DТ), а також оптимальні значення режиму контролю (tН,tЗ).
4. Розроблений для проведення моделювання інструмент (у вигляді комп'ютерної програми "Cylinder", що реалізує кількісне рішення прямої задачі нестаціонарної теплопровідності в неоднорідних структурах), може бути використаний на практиці для оцінки можливості застосування теплового методу до нових класів об'єктів, для визначення вимог до методики та апаратури контролю.
5. Проаналізовано шляхи забезпечення рівномірності нагріву поверхні об'єкта контролю при використанні нагрівачів випромінювального типу різної форми. Для проведення аналізу розроблено методику розрахунку розподілу щільності потоку енергії, що враховує циліндричну форму об'єкта. Розрахунковим шляхом на основі розробленої програми «Heat Form» проведено порівняння за рівномірністю нагріву випромінювачів різної форми (площадкового, смугового та точкового). Показано, що оптимальним з точки зору підвищення чутливості контролю є смуговий випромінювач.
6. На основі комплексного підходу, теорії проектування та експертних оцінок запропоновано принципи побудови радіометрів для теплового контролю ОЦФ, які включають вибір структурної схеми, мінімізацію габаритів оптичного блоку на основі системи алгебраїчних рівнянь, складання функції перетворення, за якою оцінюють вплив довкілля на показання радіометрів. Запропоновані принципи були використані при проектуванні радіометрів ИИ 30А, ИИ 40А, ИИ 21П, які впроваджено у виробництво.
7. Розроблені принципи побудови методик і засобів теплового контролю ОЦФ реалізовано при рішенні таких виробничих задач:
оцінка якості вакуумно-порошкової теплоізоляції в посудинах Дьюара за спеціально введеним інтегральним критерієм (розроблено методику та автоматизований випробувальний стенд конвеєрного типу), запропонована методика дала змогу підвищити достовірність контролю на 20%, а продуктивність праці у 10 разів;
виявлення дефектів у каналах охолодження ракетних двигунів (розроблено портативний радіометр ИИ-30А);
виявлення локальних відшарувань теплозахисних покриттів (розроблено методику і радіометр ИИ-40А), виявлені відхилені теплового опору становили DR/R 1,5 %;
виявлення механічних дефектів і дефектів електроізоляції в погружних електродвигунах без виводу їх із експлуатації (розроблено методику та радіометр ИИ-21П), випущено партію з 12 приладів;
виявлення дефектів типу відшарування в теплозахисних і сотових покриттях вузлів авіадвигунів (запропоновано методику та виготовлено макет випробувального стенду).