CC BY
18
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРО-МАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА ДЛЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ПОВРЕЖДЕННОСТИ И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Баширов М.Г.1, Минлибаев М.Р.2, Сафин Э.М.3 Email: [email protected]
1Баширов Мусса Гумерович - доктор технических наук, профессор; 2Минлибаев Муслим Рафаэльевич - магистрант;
3Сафин Эльдар Маратович - магистрант, кафедра электрооборудования и автоматики промышленных предприятий,
Филиал
Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Салават
Аннотация: в статье анализируются вопросы обеспечения безопасности самых напряженных и ответственных узлов и деталей и теоретические аспекты диагностики с использованием электромагнитно-акустических волновых явлений, приводится общее выражение для мгновенного механического напряжения ам, действующего на поверхность слоистой среды. Методы диагностирования и параметров оценки технического состояния металлических элементов энергетического оборудования; комплекс диагностических параметров по определению технического состояния металлических элементов энергетического оборудования; алгоритмы определения технического состояния металлических элементов энергетического оборудования; методы оценки ресурса безопасной эксплуатации технологического оборудования по значениям параметров сигнала. Ключевые слова: электромагнитно-акустический метод, электрооборудование, напряженно-деформированное состояние.
THEORETICAL STUDY OF THE ELECTRICAL-MAGNETIC-ACOUSTIC SIGNAL PARAMETERS FOR THE EVALUATION OF THE DAMAGE LEVEL AND THE STRESSED STATE OF THE METAL OF POWER EQUIPMENT Bashirov M.G.1, Minlibayev M.R.2, Safin E.M.3
1Bashirov Mussa Gumerovitch - PhD of Technical Sciences, Professor;
2Minlibayev Muslim Rafaelevitch - Magistrant;
3Safin Eldar Maratovitch - Magistrant,
DEPARTMENT OF ELECTRICAL EQUIPMENT AND AUTOMATION OF INDUSTRIAL ENTERPRISES, BRANCH
UFA STATE PETROLEUM TECHNICAL UNIVERSITY, SALAVAT
Abstract: in the article analyzes the issues of ensuring the safety of the most stressed and critical components and parts and the theoretical aspects of diagnostics using electromagnetic-acoustic wave phenomena, provides a general expression for the instantaneous mechanical stress am acting on the surface of a layered medium, a complex of diagnostic parameters for determining the technical condition of metal elements of power
equipment; algorithms for determining the technical condition of metal elements of power equipment; methods for assessing the safe operation resource of technological equipment by signal parameter values.
Keywords: electromagnetic-acoustic method, electrical equipment, stress-strain state.
УДК 620.19
Широкий класс изделий в машиностроении изготавливается методом литья с обработкой давлением, температурой и т.д. Как правило, поверхность таких изделий имеет большую шероховатость, что препятствует использованию пьезоэлектрических преобразователей, но не снимает необходимости их контроля. Поэтому исследования по разработке электромагнитно-акустического метода контроля литья являются актуальными. В последнее время очень часто возникает необходимость контролировать состояние металла оборудования, которое применяется в промышленных производствах, в строительстве и в машиностроении и требует непрерывного контроля неразрушающими методами. Главная причина такой ситуации - это то, что у действующего оборудование после того, как оно отработает свой ресурс, начинается другой жизненный цикл, при котором для обеспечения безопасности самых напряженных и ответственных узлов и деталей требуется периодический индивидуальный контроль. Поэтому очень важное место занимают вопросы использование элементов оборудования, имеющего внутренние дефекты и трещины.
Электромагнитно-акустический метод возбуждения и приема ультразвуковых колебаний основан на трех эффектах взаимодействия электромагнитного поля с объектом контроля: магнитострикции, магнитного и электродинамического взаимодействия. Электродинамическое взаимодействие состоит в возбуждении в токопроводящем материале вихревых токов, которые взаимодействует с постоянным магнитным полем и вызывают колебания, а это в свой очередь приводит к возбуждению колебаний атомов, то есть кристаллической решетки материала (появляются механические напряжения, которые впоследствии приводят к возникновению упругих акустических колебаний).
Существует огромное количество публикации по применению уже известных фактов и явлений при ЭМА преобразовании для усовершенствования существующих и разработке новых средств неразрушающего контроля. В последние десятилетия развитие методов и средств ЭМА-преобразования происходит применительно к практическим задачам неразрушающего контроля материалов [1].
Повышенный интерес к электромагнитно - акустическому методу в значительной степени определяет актуальность заявленных исследований. Общая задача состоит в определении полного электромагнитного поля во всех точках, распределения плотности вихревых токов, нахождения пондеромоторного взаимодействия первичного и наведённого полей, поля деформаций, порождающего акустическое поле с учётом произвольных неоднородностей среды. Пространственно - временное распределение первичного поля можно считать заданным, поскольку известны свойства возбуждающего источника (эмикона), однако оно может быть совершенно произвольным. В каждом конкретном случае задача состоит в нахождении решений уравнений Максвелла, удовлетворяющих соответствующим граничным и начальным условиям, и решении задачи об акустических колебаниях в материальной среде под действием пондеромоторной силы, произвольно изменяющейся со временем и приложенной в некоторой области границы при любых начальных и граничных условиях.
Общее выражение для мгновенного механического напряжения ам, действующего на поверхность слоистой среды с произвольными физическими свойствами [2]
[(UV) /(^A/RR^ ■ expi " ^/RR 1(1 + У
aM = -a[(U о I oT)/{7!K3^i к2к3 exp - a/ ^ r
где R3 - радиус контура максимальной плотности вихревых токов, связанный с радиусом R2 катушки эмикона и расстоянием h между эмиконом и поверхностью среды соотношением R3 = R2 + h ; U010 - напряжение на эмиконе и ток через него [2, 3].
Анализ этого уравнения показывает, что пондеромоторные силы, возникающие при взаимодействии вихревых токов с первичным полем, и магнитные пондеромоторные силы, возникающие при взаимодействии поля с ферромагнитным веществом, направлены встречно и при некоторых значениях параметров уравновешиваются. Изменением геометрии эмикона и частоты электромагнитного поля можно смещать нулевую точку пондеромоторного взаимодействия. При взаимодействии неферромагнитной проводящей среды с электромагнитным полем наблюдаются осцилляции амплитуды механического напряжения в зависимости от электропроводности среды.
Список литературы /References
1. Сазонов Ю.И. О возможности построения адаптивных электромагнитно-акустических систем // Радиотехника и электроника, 2003. Т. 48. № 5. C. 631-636.
2. Хуснутдинова И.Г., Баширов М.Г., Хуснутдинова Л.Г. Оценка степени поврежденности электроэнергетического оборудования с использованием электромагнитно-акустического метода контроля // Тинчуринские чтения Материалы докладов XI Международной молодежной научной конференции, 2016. С. 148-149.
3. Хуснутдинова И.Г., Баширов М.Г., Бакиров И.К. Анализ аварийных ситуаций в нефтегазовой отрасли при возникновении дефектов в металлических элементах оболочковых конструкций // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, 2017. № 2 (108). С. 155-164.
