НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОНТАКТИРУЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ Российский патент 2021 года по МПК G01N29/28 

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии металлических конструкций и сооружений при отрицательной температуре, а именно низкотемпературной контактирующей жидкости (НКЖ), предназначенной для обеспечения акустического контакта при ультразвуковом неразрушающем контроле рельсов, стрелочных переводов и сварных стыков при отрицательной температуре атмосферного воздуха.

Согласно техническим требованиям к НКЖ, разработанным ОАО «Российские железные дороги», «Жидкость незамерзающая контактирующая для рельсовой дефектоскопии» от 17 апреля 2017 г. N 731р, НКЖ должна соответствовать следующим требованиям:

- обеспечивать стабильный акустический контакт между электроакустическими (пьезоэлектрическими) преобразователями съемного дефектоскопа и поверхностью головки рельса (стрелочного перевода);

- не разрушать материалы, из которых изготовлены рабочие органы применяемого дефектоскопного оборудования (резинотехнические изделия, органическое стекло и металлические элементы), электрических контактов и соединений, а также уплотнительных колец пьезоэлектрических преобразователей (как в нерабочем, так и в рабочем состоянии этого оборудования);

- свободно поступать через шланги подачи жидкости к искательным системам (блокам преобразователей) дефектоскопного оборудования и обеспечивать его работоспособность, полноту и достоверность выявляемых дефектов при температуре атмосферного воздуха от плюс 10°С до минус 50°С;

- не должна оказывать электрохимическое влияние на рельсовые цепи устройств сигнализации, централизации и блокировки и другие элементы инфраструктуры;

- нанесение НКЖ на рельсы не должно влиять на превышение нормативных значений тормозного пути подвижного состава.

Известно много разных композиций низкотемпературной контактирующей жидкости, имеющих в качестве основы хлориды металлов (SU 1379721, 07.03.1988; SU 1471117, 07.04.1989; SU 1525566, 30.11.1989; SU 1631406, 28.02.1991). Согласно описаниям этих изобретений, используемые в составе НКЖ хлориды металлов и карбамид вызывают коррозию рельсов, стрелочных переводов и сварных стыков. При применении этих контактных жидкостей при низких температурах происходит их кристаллизация из водных растворов, что приводит к дополнительному загрязнению маслами и смазками и требует дополнительного удаления загрязнений с использованием большого количества спирта. Еще одним недостатком предлагаемой НКЖ является увеличенное время высыхания нанесенной контактной жидкости, что влияет на длину тормозного пути подвижного состава. Кроме того, через небольшой промежуток времени на контролируемой поверхности появляются следы коррозии.

Многие НКЖ содержат спирты, которые в случае нецелевого использования наносят огромный вред здоровью человека, в частности метиловый спирт (SU 1652905, 30.05.1991; RU 2366940, 10.09.2009; RU 2652380, 26.04.2018). Также известна контактная жидкость, содержащая пропиленгликоль, этиловый или бутиловый спирты (SU 1455870, 23.10.90). Известны контактные жидкости, описанные в патентах RU 2685457, 18.04.2019; RU 2694721, 16.07.2019, содержащие изопропиловый спирт, действующие раздражающе на слизистую органов дыхания. Они токсичны, вызывают сильные головные боли, а также серьезное угнетение центральной нервной системы, оказывая наркотическое воздействие на человека.

Наиболее близкой по составу к заявляемому решению является контактная жидкость для ультразвуковой дефектоскопии, раскрытая в патенте RU 2685457, 18.04.2019. В состав контактирующей жидкости входят следующие компоненты (мас.%): спирт изопропиловый (44-93,4), этиленгликоль или пропиленгликоль (5,0-30,0), додецилсульфат натрия (0,1-3,0), отдушка (0,5-3,0) и вода питьевая (1,0-20,0). Наличие изопропилового спирта обеспечивает низкую температуру замерзания НКЖ (до минус 60°С). Добавление в НКЖ этиленгликоля (пропиленгликоля) является дополнительным компонентом, понижающим температуру замерзания, регулирующим вязкость раствора, что позволяет улучшить пятно контакта НКЖ с поверхностью рельса. Наличие в НКЖ додецилсульфата натрия обеспечивает смачиваемость контактирующей поверхности, а отдушка приглушает специфический запах изопропилового спирта.

Общими признаками прототипа с заявляемым техническим решением являются:

- наличие в композиции этиленгликоля или пропиленгликоля в водном растворе,

- наличие поверхностно-активного вещества, который служит для смачивания поверхности рельс.

Существенным недостатком ближайшего аналога является наличие изопропилового спирта в составе контактирующей жидкости, который имеет резкий запах, а его пары действуют раздражающе на слизистую органов дыхания, вызывая сильные головные боли, а также серьезное угнетение центральной нервной системы. В следствие чего существует необходимость замены в составе НКЖ простых спиртов.

Еще одним недостатком прототипа является то, что в водных растворах НКЖ содержание растворенного кислорода увеличивается, вызывая коррозию металлов, в следствие чего нарушается стабильность акустического контакта между электроакустическими преобразователями съемного дефектоскопа и поверхностью головки рельс (стрелочного перевода).

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание низкотемпературной контактирующей жидкости, обеспечивающей повышение точности замеров при низких температурах окружающей среды (ниже минус 50°С) и высокую степень акустического контакта при ультразвуковом неразрушающем контакте рельсов, стрелочных переводов и сварных стыков средствами дефектоскопии, которая не содержит простейшие спирты и не вызывает коррозию металла.

Технический результат достигается тем, что в состав предлагаемой композиции входит вода, растворенные в ней целевые добавки, мас. %: многоатомный спирт и эфиры гликолей, при этом в качестве многоатомного спирта используется этиленгликоль или пропиленгликоль 20-40; в качестве вспомогательных веществ в виде ингибиторов коррозии используется нитрит натрия 0,2-0,5 и формиат натрия 0,2-0,5; неионогенное поверхностно-активное вещество неонол или синтанол 0,1-0,5; в качестве агента, понижающего температуру кристаллизации использовали этилцеллозольв (моноэтиловый эфир этиленгликоля) 5-10; вода до 100.

Эффект снижения температуры застывания достигается за счет использования сбалансированного комплекса неорганических и органических соединений, дающих синергетический эффект.

Предлагаемую НКЖ изготавливают путем смешения многоатомных спиртов и эфиров многоатомных спиртов, поверхностно-активного вещества и ингибитора коррозии. Вначале в воду вводят поверхностно-активное вещество до его полного растворения. Возможен разогрев раствора до плюс 40-50°С для ускорения растворения компонента. Затем в полученный раствор добавляют нитрит натрия и смешивают 20-30 минут.

Остальные компоненты добавляют в последовательности: многоатомный спирт, эфиры многоатомных спиртов.

Пример 1. Контактную жидкость готовят в количестве 1000 кг следующим образом. В емкость с принудительным перемешиванием загружают 199 кг воды, неонола 1 кг, ингибитор коррозии нитрит натрия 10 кг, пропионат натрия 1 кг до полного растворения. Затем в полученную однородную массу приливают 350 кг многоатомного спирта (этиленгликоля) и 350 кг эфира многоатомного спирта (этилцеллозольва) и тщательно перемешивают до получения однородного состава.

Получен прозрачный раствор НКЖ. Температура кристаллизации полученной жидкости составляет минус 81°С. Полученный продукт разливают в тару и отправляют на хранение.

Пример 2. Как в примере 1 загружают 527 кг воды, 0,67 кг неонола, 3 кг нитрита натрия, 3 кг пропионата натрия и перемешивают до полного растворения солей. Затем добавляют 233 кг многоатомного спирта и 233 кг этилцеллозольва. Полученную смесь тщательно перемешивают до получения однородной массы. Температура кристаллизации полученной НКЖ составляет минус 51°С.

Определение температуры кристаллизации контактной жидкости проводили в соответствии с ГОСТ 18995.5-73 Продукты химические органические. Метод определения температуры кристаллизации.

Полученная низкотемпературная контактирующая жидкость не оказывает корродирующего воздействия на контролируемые изделия, не является токсичной, является биоразлагаемой, обеспечивая надежный акустический контакт с контролируемым объектом при низких температурах (ниже минус 50°С). Повышение стабильности физических свойств НКЖ при упрощенном составе дает возможность длительного хранения НКЖ, сохраняя все свойства и качества.

Гарантийный срок хранения НКЖ составляет не менее трех лет. Как показали последующие исследования, все образцы при применении сохранили все физические свойства и рабочие характеристики.

Контактная жидкость предполагаемого состава соответствует санитарным нормам и правилам по ГОСТ 12.1.007-076 и относится к IV классу безопасности (вещества малоопасные).

Использование: для обеспечения акустического контакта при ультразвуковом неразрушающем контроле рельсов, стрелочных переводов и сварных стыков съемными средствами дефектоскопии при отрицательной температуре атмосферного воздуха. Сущность изобретения заключается в том, что низкотемпературная контактирующая жидкость включает в свой состав следующие компоненты (мас.%): этиленгликоль или пропиленгликоль 20-40, этилцеллозольв 5-10, нитрит натрия 0,2-0,5, формиат натрия 0,2-0,5, синтанол или неонол 0,1-0,5, вода до 100. Технический результат: обеспечение надежного акустического контакта с контролируемым объектом при низких температурах ниже минус 50°С, повышение стабильности физических свойств низкотемпературной контактирующей жидкости (НКЖ) при упрощенном составе, а также возможность длительного хранения контактной жидкости, в процессе которого сохраняются все свойства и качества.

Низкотемпературная контактная жидкость для ультразвуковой дефектоскопии, содержащая воду, этиленгликоль или пропиленгликоль и растворенные в ней целевые добавки, отличающаяся тем, что с целью понижения температуры кристаллизации она дополнительно содержит моноэтиловый эфир этиленгликоля - этилцеллозольв, в качестве целевых добавок для подавления коррозии металла нитрит натрия и формиат натрия, поверхностно-активное вещество - синтанол или неонол, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

этиленгликоль или пропиленгликоль 20-40 этилцеллозольв 5-10 нитрит натрия 0,2-0,5 формиат натрия 0,2-0,5 синтанол или неонол 0,1-0,5 вода до 100