Введение к работе
Развитие науки и техники, современное промышленное производство предъявляют повышенные требования к качеству выпускаемой продукции, от которого зависит и надежность выпускаемой продукции в процессе эксплуатации. Высокая надежность технологического оборудования особенно важна в так называемых "вредных" по отношению к человеку и природе производствах, к которым Относятся, в частности, атомные электростанции и различные химические производства. В процессе эксплуатации технологического оборудования качество его ухудшается и соответственно понижается его надежность. Контроль качества технологического оборудования должен проводиться как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации. Для этого должны применяться такие методы, которые при контроле не Изменяют параметры или эксплуатационные характеристики изделий;
Актуальность. Настоящая работа посвящена решению одной из важнейших задач, связанных с автоматизацией систем контроля и управления производством. Обнаружение дефектов сплошности материала и диагностика оборудования в процессе эксплуатации является одним из основных направлений концепции безопасности современного производства.
Надежность работы многих предприятий, особенно атомных электростанций (АЭС), во многом зависит от различного типа нарушений сплошности материала, из которого изготовлено технрлоги-ческоё оборудование. Особенно это касается тех блоков и узлов, которые находятся под давлением, при высокой температуре и радиационном воздействии. Своевременное выявление и устранение нарушений сплошности (дефектов) материала позволяет избежать аварийных ситуаций.
Оборудование, которое изготавливается из ферромагнитных материалов (например, крупногабаритные резервуары, трубопроводы больших диаметров и т.д.) хорошо контролируется магнитными методами неразрушающего контроля.
Источником первичной информации в магнитных методах неразру-шающего контроля служит преобразователь магнитного поля. Поэтому основной задачей при разработке автоматизированных средств кераз-рушающего контроля является создание соответствующих, преобразователей магнитных полей. В этой связи одноэлементные преобразователи
магнитного поля оказываются неэффективными из-за низкой производительности, а разработанные до настоящего времени многоэлементные преобразователи имеют следующие недостатки:
взаимное влияние каждого элемента друг на друга;
неидентичность характеристик, а следовательно. и дисперсия параметров, каждого элемента;
- низкая помехоустойчивость при хорошей чувствительности.
Следует отметить, что при выборе режима намагничивания объек
та контроля (при расчетах известных намагничивающих устройств)
обычно не учитывались 1.~.раметры преобразователя и размеры дефекта.
Цель работы и задачи, решаемые в ней. Целью данной работы является разработка автоматизированной системы неразрушающего контроля в основе которой используется- многоэлементный преобразователь магнитного поля на магнитоуправляемых контактах и стабилизация потока намагничивания.
Достижение общей поставленной цели предполагает решение ряда промежуточных задач, к которым относятся:
разработка функциональной схемы автоматизированной системы неразрушающего контроля и стабилизации потока намагничивания;
разработка преобразователя магнитного поля на магнитоуправляемых контактах (герконах) и методики расчета магнитных сопротивлений магнитной цепи элемента преобразования с учетом влияния ферромагнитной поверхности контролируемого объекта;
определение магнитных сопротивлений материала объекта контроля с учетом нелинейной зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля и неравномерного распределения магнитного потока внутри объекта контроля;
анализ полной магнитной цепи и определение магнитодвижущей силы внешнего намагничивающего поля с учетом размеров дефекта и параметров преобразователя;
разработка поверочной схемы и контрольных образцов для измерения параметров преобразователя автоматизированной системы неразрушающего контроля.
Научная новизна. До настоящего времени магнитоуправляемые контакты практически не применялись в качестве преобразователя магнитного поля. В данной работе при проектировании автоматизированной системы и разработке преобразователя впервые решены следующие задачи:
разработана методика анализа полной магнитной цепи автоматизированной системы неразрушающего контроля, составлены программы расчета величины МДС намагничивания контролируемого объекта с учетом размеров минимального дефекта и параметров преобразователя;
разработан метод расчета нелинейных магнитных сопротивлений участков материала объекта контроля с неравномерным распределением магнитного потока;
определены условия минимизаций ошибки преобразования и составлена функциональная схема автоматического регулятора, выполняющего эти условия;
составлена схема магнитной цепи элемента преобразования с учетом влияния поверхности объекта контроля, разработана методика расчета магнитных сопротивлений, входящих в ее состав;
определены динамические параметры элемента преобразования, проанализированы переходные процессы при импульсном подмагннчива-нйи и предложена методика выравнивания порога срабатывания;
обоснован метод контроля параметров преобразователя в процессе эксплуатации, на основе предложенной поверочной схемы и разработанных контрольных образцов.
Практическая ценность данной работы заключается в том, что:
-
разработана автоматизированная система неразрушающего контроля, применяемая для получения информации о нарушении сплошности материала объекта контроля;
-
выработаны рекомендации по выбору режима работы преобразователя и намагничивающего устройства с целью выявления минимального дефекта из числа значительных, а также предложена схема выравнивания чувствительности (порога срабатывания) каждого из элементов преобразования в многоэлементном преобразователе;
-
разработана инженерная методика расчета многоэлементного преобразователя магнитного поля на магнитоуправляемых контактах и соз-т Даны программы расчета на ЭВМ;
-
предложена поверочная схема и новые виды контрольных образцов для быстрых поверок параметров многоэлементных преобразователей.
Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, основные положения и выводы работы, разработанные схемы и-изготовленные опытные образцы используются: - организацией ИРКУТСКНИИХИММАШ в составе автоматизированного маг-
нитного дефектоскопа на предприятиях химического машиностроения, что.подтверждается актом в внедрении;
в учебном процессе по специальности "Приборы и методы контроля качества и диагностики" в виде лабораторной работы и раздела учебного, пособия "Техника магнитной интроскопии" по курсу "Электромагнитные методы контроля", что подтверждается актом внедрения;
при выполнении научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре "Электротехники и электроники" Обнинского института атомной энергетики.
На защиту выносят л:
-
Метод построения автоматизированных систем неразрушающего контроля с преобразователем на основе магнитоуправляемых контактов.
-
Методики и алгоритмы расчета магнитных сопротивлений, входящих в состав полной магнитной цепи, с учетом их нелинейности и неравномерного распределения магнитного потока.
-
Методика выбора условий намагничивания объекта контроля с учетом ошибки регулирования внешнего намагничивающего поля.
-
Метод расчета преобразователя магнитного поля на основе магни-тсуправлнемых контактов с учетом влияния поверхности объекта контроля.
-
Методика расчета погрешности преобразователя магнитного поля и определение условия ее минимизации.
Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались на:
XII всесоюзной научно-технической конференции "Неразрушающие физические методы контроля." Свердловск,1990г.;
второй международной конференции "Научно-технические проблемы безопасности АЭС и подготовка кадров." Обнинск,1991г. ;
региональной научно-технической конференции "Автоматизация исследования, проектирования и испытаний сложных технических систем и проблемы математического моделирования." Калуга,1991г.;
V межвузовской научно-технической конференции "Современные методы и средства электромагнитного контроля и эффективность их применения в промышленности." Могилев,1992г.;
XIII научно-техническая конференция "Неразрушающие физические методы и средства контроля.". Санкт-Петербург,1993г.;
- научных семинарах Обнинского института атомной энергетики.
Публикации. По материалам диссертационной работы опублико-
вано пять печатных работ, получено пять авторских свидетельств на изобретения и один патент.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков' и 9 таблиц. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 70 наименований, и приложения.
