CC BY
32
Soldatov Vladimir Ivanovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Lavrov Igor Vladimirovich, general director, prom_exp@,mail. ru, Russia, Tula, LLC «IAC «Promexpert»
УДК 620.192.46
МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ДЕФЕКТНОСТИ КЛЕЕВОГО ШВА ФАРФОРОВОГО ИЗОЛЯТОРА
И.В. Зайчиков, В.И. Солдатов, И.В. Лавров
Рассмотрен метод оценки степени дефектности клеевого шва фарфорового изолятора, включающий в себя обработку тепловизионных изображений с последующим расчетом коэффициента дефектности на основе экспериментально установленного диапазона значений коэффициента тепловой проводимости клеевого слоя, соответствующего дефектному состоянию клеевого соединения.
Ключевые слова: тепловизионный, фарфор, изолятор, клей, теплопроводность.
Для определения степени дефектности клеевого шва в количественном выражении, требуемой для оценки прочности шва, в отличие от рассмотренной в [1] качественной оценки требуется интегральная характеристика, не зависящая от времени нагрева опорного изолятора [4 - 6].
Рассмотрим упрощённую схему теплопроводности между малыми элементарными объёмами одного материала, находящимися на границе со слоем другого материала с меньшим коэффициентом теплопроводности (рис. 1).
Рис. 1. Упрощенная схема теплопроводности
Поступившее в элементарный объем тела 1 количество тепла dQвх пошло на изменение внутренней энергии первого тела dU 1, изменение внутренней энергии слоя dUз, изменение внутренней энергии второго те-
ла dU2, и какая-то часть тепла dQвых покинет элементарный объем второго тела и передастся дальше следующему элементарному объему. Согласно закону сохранения энергии можно записать
dQвх - dQвых = dU1 + dU2 + dU3,
причем dUl > dU2, т. к. слой является препятствием в передаче тепла и возьмет на себя часть энергии. Если представить, что элементарные объемы тел 1 и 2 соприкасаются без посредника, то изменения их внутренней энергии будет одинаковыми.
Из вышесказанного можно определить коэффициент тепловой проводимости слоя р как отношение изменения внутренней энергии элементарного объема тела 2 к среднему изменению внутренней энергии элементарных объемов тел 1 и 2:
dU 2 2 • dU 2
р =---=--— (1)
у dUl + dU 2 dU1 + dU2'
2
дт
Раскрывая изменение внутренней энергии как dU = р • с • dV —,
д?
где р и с - плотность и теплоёмкость вещества, dV - элементарный объем, дТ = V - скорость изменения температуры по времени, формула (1) д?
примет вид
р = . (2)
П + V2
Значения скоростей изменения температуры верхнего и нижнего тела в формуле (2) могут быть определены двумя способами по накопленным тепловизионным изображениям в процессе нагрева изолятора. В первом способе, температуру поверхности изолятора в зоне шва в каждой позиции, согласно схемы съемки, представленной в [1], регистрируют в течении некоторого интервала времени, чтобы в дальнейшем получить зависимость температуры на этом интервале. Во втором способе, температуру поверхности изолятора регистрируют в позиции 1 схемы съемки, представленной в [1], до момента достижения перепада температуры между верхним и нижним телами около 2°С, при это изображение термограммы становится контрастным и отчетливо видна граница клеевого шва, а потом осуществляется переход по остальным позициям съемки с записью только одного тепловизионного изображения. Для проведения тепловизионного контроля выбран второй способ, т. к. существенно сокращает время обследования клеевого шва.
На рис. 2 показаны зависимости изменения температуры поверхностей нижнего и верхнего тела изолятора для двух точек в ближней зоне клеевого слоя во времени относительно начала съемки термофильма (последовательность термограмм, записанная с равным шагом по времени). Графики хорошо аппроксимируются прямой линией Т(?) = VI + Тн (коэффициент достоверности аппроксимации близок к единице). Наблюдаемые колебания температуры могут быть объяснены влиянием комбинации следующих факторов: отраженное излучение внешних источников, солнечная активность, вибрация термографа на штативе, калибровка прибора перед записью кадра, релейным режимом управления нагрева изолятора [3] в системе регистрации [2].
и
о
н
—V- ^ О^О&ЗЭхч- 15,29293 ,,
И1 = 0,9770." 65--18 1
31 30 19 1В 17 16
11
0 100 200 300 Д00 500 600 7 СЮ 300 900 Ь С низ — -1 верх
Рис. 2. Зависимости изменения температуры поверхностей нижнего и верхнего тела изолятора
Пересечение линейных зависимостей изменения температуры поверхностей верхнего и нижнего тела изолятора от времени в пределах термофильма, получаемых при рассмотрении каждой пары точек вдоль шва, образующие перепад и отстоящие по вертикали по разные стороны от клеевого соединения, дают точку исходного температурного состояния (¿оТо), где to - момент времени включения нагрева изолятора относительно момента начала съемки термофильма, выбранного в качестве начала отсчета
1 п _ Тн11 - Тн21
¿0 =— Л¿0/ , ¿0/ =--
пг =1 VI; - У21
То - температура тел изолятора до начала нагрева
(3)
1
п
То =-1 Ти (¿0 /).
п1=1 111
(4)
В выражениях (3), (4) п - количество рассмотренных пар точек, индекс 1 относится к нижнему телу, а индекс 2 - к верхнему, i - номера пар точек в пределах развертки клеевого шва.
Используя линейный закон изменения температуры вблизи границы клеевого шва, момент времени окончания записи термофильма ?кф, момент времени записи термограммы tт у в позиции у относительно отсчета ^ф, момент времени to и соответствующую ему величину То, выразим
скорости изменения температур нижнего и верхнего тел для 1 -й пары точек:
Т1// - Т0 Т2 ¡1 - Т0
=---, у21] =---. (5)
^ф +t т ] —10 tкф +t т ] —10
Дальнейшее вычисление коэффициентов тепловой проводимости Р1 у вдоль границы шва осуществляется по зависимости (2).
Экспериментально по результатам обследования большого числа клеевых швом изоляторов был определен диапазон значений коэффициента проводимости клеевого соединения [рт1П; Ртах], соответствующего дефектному состоянию клеевого соединения. Используя найденный диапазон значений р, степень дефектности клеевого шва В определяется по следующей зависимости:
Г00, Ртах £ Р < 1; ртах — р
В =
• Ш0^ Рт1п < Р < Ртах; (6)
ртах Рт1п [100%, р £ Рт1п.
Зависимости (2) и (6) определяют коэффициент тепловой проводимости Р1 у и коэффициент дефектности Б^у вдоль границы шва для каждой пары точек нижнего и верхнего тела в позиции ] схемы съемки и являются локальной оценкой дефектности клеевого соединения на конкретном участке шва.
Чтобы оценить степень дефектности всего клеевого соединения, необходимо использовать полезный угол сектора цилиндрической поверхности 45°, попадающей в поле зрение термографа, и определить величины перекрытия термограмм с последующим соотнесением степени дефектности у к соответствующей точке окружности внешней границы клеевого
соединения (окружность, соответствующая диаметру внешней цилиндри-
ческой поверхности тела) по значению угла. Таким образом, формируется таблично заданная функция зависимости дефектности клеевого слоя от угла О(ф), где фе [0, 2р].
Если рассматривать коэффициент дефектности О(ф) как характеристику степени нарушения клеевого соединения в радиальном направлении, то, откладывая отрезок длиной 5 • О(ф) от внешней границы клеевого соединения в глубь слоя, получим диаграмму дефектности всего клеевого соединения в полярных координатах. Толщина цилиндрического тела 5 определена техническими условиями изолятора и равняется разности радиусов внешней и внутренней поверхностей:
5 = ^2 - А.
На рис. 3 показан пример диаграммы дефектности клеевого шва, где серым цветом отмечена область клеевого слоя без дефектов, внешняя граница которой есть функция ^(ф) = ^2 - 5 • О (ф).
7
3
Рис. 3 Диаграмма деффектности клеевого соединения изолятора
Численно степень дефектности 05 всего клеевого соединения можно оценить по диаграмме как отношение площади дефектной области слоя (область с белым фоном на рис. 3) ко всей площади клеевого слоя, т. е. к площади кольца шириной 5:
Dd
1 pR2 - Ri2)
2p
J (R(j))2 dj -pR
1
0
(7)
Дефектность клеевого соединения, имеющего диаграмму рис. 3, составила 22 %, а величина локального дефекта в позициях 1-3 составила 48 %, т. е. в радиальном направлении слой имеет нарушения, протяженность которых равна почти половине толщины тела изолятора.
Применение описанного метода оценки дефектности клеевого соединения дало возможность по степени дефектности клеевых швов изолятора принимать решение о дальнейшей эксплуатации изолятора в составе выключателя.
Список литературы
1. Зайчиков И.В., Солдатов В.И., Лавров И.В. Метод качественной оценки наличия дефектов клеевых швов фарфорового изолятора// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. Вып. 9. С. 106 - 109.
2. Зайчиков И.В., Солдатов В.И., Лавров И.В. Система регистрации тепловизионных изображений клеевого шва фарфорового изолятора// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып. 9. Ч. 1. 203 с.
3. Зайчиков И.В., Солдатов В.И., Лавров И.В. Метод нагрева фарфорового изолятора в системе регистрации тепловизионных изображений клеевого шва // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. Вып. 9. С. 103 - 106.
4. Паспорт ИЛЯН.686.115.009ПС. Изолятор опорный типа ИВВ-500-2000 УХЛ1.
5. ГОСТ 26093-84. Изоляторы керамические. Методы испытаний.
6. ТУ 16-528.192-80. Изолятор опорный. Типы ИВВ-500-200 УХЛ1 и ИВВ-500-2000 У1.
Зайчиков Игорь Вячеславович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Солдатов Владимир Иванович, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лавров Игорь Владимирович, ген. директор, prom exp@ mail.ru, Россия, Тула, ООО «ИАЦ «Промэксперт»
METHOD OF QUANTITATIVE EVALUATION OF DEFECTS IN THE ADHESIVE JOINT OF THE PORCELAIN INSULA TOR
I. W. Zaychikov, V.I. Soldatov, I.V.Lawrov 114
The method of evaluating the degree of imperfection of adhesive bead porcelain insulator, including the processing of thermal images with follow - conductive coefficient calculation defects based on experimental set -foot range of values of the coefficient of thermal conductivity of the adhesive layer corre- sponding - defective condition of the bond.
Key words : Thermal, porcelain insulator, adhesive, thermal conductivity.
Zaychikov Igor Wjacheslavovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula state University,
Soldatov Vladimir Ivanovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Lavrov Igor Vladimirovich, general director, prom [email protected], Russia, Tula, LLC «IAC «Promexpert»
УДК 681.7.06
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ И КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА КОМПЛЕКСА
К.И. Зябрева, Д.В. Сафронов, Т. А. Акименко
Рассматривается применение новой методологии синтеза, позволяющей наиболее быстро осуществлять поиск оптимальных вариантов комплекса автоматизированного управления, для последующего использования и усовершенствования.
Ключевые слова: синтез, комплекс, проектирование, область допустимых значений.
Существующая практика применения носимых и самоходных противотанковых ракетных комплексов (ПТРК) показывает, что ПТРК являются наиболее эффективным и востребованным средством борьбы с танковыми войсками. Данные образцы имеют широкий диапазон вариантов исполнения - как в переносном виде для пехоты, так и на подвижных наземных носителях: колесных машинах, бронетранспортерах, боевых машинах пехоты, танках и даже вертолетах и самолетах [1].
До недавнего времени в противотанковых подразделениях, оснащенных современными ПТРК, было недостаточно средств автоматизации управления, связи, эффективных средств разведки, топопривязки и ориентирования, что существенно снижало эффективность применения противотанковых подразделений.
