СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЗАРОЖДАЮЩИХСЯ ДЕФЕКТОВ Российский патент 2001 года по МПК G01N33/00 G01M3/16 F01D5/18 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к турбостроению, и может быть использовано для определения целостности отдельных элементов турбомашин во время их работы.

Известен компрессионный способ течеискания с помощью масс-спектрометрического течеискателя для выявления нарушения целостности различных систем или изделий, при котором пробное вещество проникает через дефекты контролируемых изделий за счет перепада давлений /Ермолов И.Н., Останин Ю.А. Методы и средства неразрушающего контроля качества: Учеб. пособие для инженерно-техн. спец. вузов. - М.: Высш. шк. 1988. с.87/. Пробное вещество помещается во внутренние полости систем или изделий под давлением, превышающем внешнее давление, при наличии дефектов, нарушающих целостность систем или изделий, пробное вещество за счет разности давлений проникает через дефекты и регистрируется средствами течеискания. При использовании масс-спектрометрического течеискателя, появление пробного газа, обычно гелия, регистрируют по увеличению ионного тока в течеискателе с помощью усилителя и стрелочного прибора.

К основным недостаткам этого способа обнаружения дефектов в оборудовании можно отнести то, что он применяется на неработающем оборудовании, только во время технического обслуживания, хотя дефекты в оборудовании могут возникнуть в любое время и привести к серьезным авариям.

Задачей заявленного изобретения является раннее обнаружение трещин, ведущих к разрушению элементов работающего оборудования.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении безопасности и обеспечении безаварийной работы оборудования за счет раннего обнаружения неисправностей в работающем оборудовании.

Требуемый технический результат обеспечивается за счет обнаружения кратковременных течей, образующихся в момент разрушения тонкостенных капсул, содержащих пробное вещество, помещенное в них под давлением. Капсулы помещаются в каналы расположенные в материале изделий в непосредственной близости от поверхности изделий. Для предотвращения просачивания пробного вещества через микротрещины, возникающие в процессе работы оборудования, пробное вещество помещается в тонкостенную оболочку. Это позволяет достичь разрыва оболочки только при достижении трещинами определенного размера (не приводящего к разрушению изделий). За счет высокого внутреннего давления пробного вещества внутри капсул и достаточно большого размера трещин пробное вещество одномоментно, и в достаточном для его обнаружения количестве, поступает наружу, где его можно индицировать с помощью средств течеискания. В качестве средств течеискания используется регистрирующее устройство, состоящее из датчика, позволяющего обнаруживать наличие пробного вещества, переключательного устройства, изменяющего свое состояние при обнаружении пробного вещества и средств индикации отображающих это состояние. Если в качестве пробного вещества использовать вещество с низким потенциалом ионизации или с высокой степенью диссоциации, то в качестве средств течеискания можно использовать приборы для регистрации электрического тока. Так как течь, возникающая в результате разрушения капсулы, является кратковременной, то она будет регистрироваться в виде кратковременного импульса, чтобы зафиксировать момент появления импульса, необходимо применить переключательное устройство, которое включит сигнализирующее устройство, которое будет индицировать появление пробного вещества с внешней стороны изделий. За счет применения капсул, имеющих разную толщину оболочки, можно обнаруживать трещины разной ширины.

Особо актуально применение этого способа в турбостроении. Расчеты показывают, что при соответствующем выборе параметров (давление внутри капсул с пробным веществом, давление в проточной части турбомашины, толщина стенок капсулы), импульсы тока в регистрирующем устройстве могут достигать значений, которые можно зарегистрировать. Это позволяет надежно диагностировать появление трещин в деталях работающих турбомашин и предотвращать аварийные ситуации.

Предлагаемое изобретение характеризуется следующими существенными признаками:
а) ограничительные - регистрация и индикация течей пробного вещества, образующихся в процессе разрушения материала изделия;
б) отличительные - пробное вещество помещают под давлением в тонкостенные капсулы, капсулы располагают в материале изделия в каналах в непосредственной близости к его поверхности, под воздействием усилий, возникающих в результате нарушения целостности материала, капсулы разрываются, возникают кратковременные течи пробного вещества, которые регистрируются при помощи регистрирующего прибора, содержащего переключательное устройство (триггер).

Пример 1 реализации способа. Для обнаружения зарождающихся дефектов в лопатках работающих газотурбинных установок капсулы с пробным веществом располагают в материале изделий вблизи поверхности рабочих и сопловых лопаток, общий вид расположения капсул в лопатке показан на фиг. 1.

На фиг. 2 показано расположение электродов в проточной части газотурбинной установки.

Позиции на чертеже обозначают:
1 - рабочая лопатка газотурбинной установки; 2 - сопловая лопатка газотурбинной установки; 3 - капсулы с пробным веществом; 4 - ротор газотурбинной установки; 5 - корпус газотурбинной установки; 6 - электроды регистрирующего прибора; 7 - проточная часть газотурбинной установки; 8 - усилитель; 9 - переключательное устройство (триггер); 10 - сигнализирующее устройство.

В основу способа положен принцип регистрации появления ионного тока между электродами в проточной части газотурбинной установки за счет появления в ней ионов, образованных с помощью пробного вещества, попадающего в проточную часть газотурбинной установки из разрушившихся капсул при достижении трещинами определенного размера, возникающий импульс ионного тока поступает на вход усилителя. После усиления импульс поступает на вход переключательного устройства, установленного предварительно в одно из устойчивых состояний, соответствующее выключенному состоянию сигнализирующего устройства, что обеспечивает переход переключательного устройства в другое устойчивое состояние, которое характеризуется включением сигнализирующего устройства, что и дает возможность судить о начавшемся разрушении лопаток. В качестве пробного вещества для газотурбинных установок используются вещества с низким потенциалом ионизации, например, соединения цезия.

Электродами датчика регистрационного прибора для газотурбинной установки служат две параллельные сетки из проводящего материала.

Пример 2 реализации способа. В паротурбинных установках сопловые и рабочие лопатки выполняются аналогично предыдущему примеру, а электроды регистрирующего прибора устанавливаются в конденсаторе паротурбинной установки. В качестве пробного вещества можно использовать химические вещества с высокой степенью диссоциации. В паротурбинной установке в качестве пробного вещества можно применить аммиак.

Способ относится к неразрушающему контролю и предназначен для ранней диагностики появления трещин в изделии, например в лопатках работающих турбомашин. Применяются изделия, снабженные тонкостенными капсулами с пробным веществом, помещенным туда под давлением. Капсулы с пробным веществом располагают в материале изделия вблизи поверхности. При появлении трещин, не приводящих к разрушению изделий, стенки капсул разрушаются, и пробное вещество обнаруживается регистрирующим прибором с внешней стороны изделий. Способ позволяет проводить контроль лопаток работающей турбомашины без ее остановки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ диагностики зарождающихся дефектов с использованием течей пробного вещества, включающий регистрацию и индикацию течей, образующихся в процессе разрушения материала изделий, отличающийся тем, что течи пробного вещества возникают кратковременно в процессе разрушения тонкостенных капсул, содержащих пробное вещество, помещенное туда под давлением, при этом капсулы расположены в материале изделий в непосредственной близости от поверхности изделий и разрушаются в результате воздействия на них усилий, возникающих при нарушении целостности материала изделий, а пробное вещество обнаруживается с помощью регистрирующего прибора, содержащего переключающее устройство. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что капсулы помещают в каналы, выполненные в материале изделия.