Метод акустической эмиссии оборудования

Описание метода акустической эмиссии

(согласно ПБ-03-593-03)

Основные положения по применению акустико-эмиссионного метода контроля сосудов, котлов, аппаратов и технологических трубопроводов

Метод АЭ основан на регистрации и анализе акустических волн, возникающих в процессе пластической деформации и разрушения (роста трещин) контролируемых объектов. Это позволяет формировать адекватную систему классификации дефектов и критерии оценки состояния объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на объект. Другим источником АЭ-контроля является истечение рабочего тела (жидкости или газа) через сквозные отверстия в контролируемом объекте.

Характерными особенностями метода АЭ контроля, определяющими его возможности и область применения, являются следующие:

метод АЭ-контроля обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности;
метод АЭ-контроля обладает весьма высокой чувствительностью к растущим дефектам — позволяет выявить в рабочих условиях приращение трещины порядка долей мм. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по теоретическим оценкам составляет порядка 1*10 -6 мм 2 , что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на величину 1 мкм;
свойство интегральности метода АЭ-контроля обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей АЭ-контроля, неподвижно установленных на поверхности объекта;
метод АЭ позволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессов изменения свойств и состояния материалов;
положение и ориентация объекта не влияет на выявляемость дефектов;
метод АЭ имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой материалов;
особенностью метода АЭ, ограничивающей его применение, является в ряде случаев трудность выделения сигналов АЭ из помех. Это объясняется тем, что сигналы АЭ являются шумоподобными, поскольку АЭ есть стохастический импульсный процесс. Поэтому, когда сигналы АЭ малы по амплитуде, выделение полезного сигнала из помех представляет собой сложную задачу.

При развитии дефекта, когда его размеры приближаются к критическому значению, амплитуда сигналов АЭ и темп их генерации резко увеличивается, что приводит к значительному возрастанию вероятности обнаружения такого источника АЭ.

Метод АЭ может быть использован для контроля объектов при их изготовлении, в процессе приемочных испытаний, при периодических технических обследованиях, в процессе эксплуатации.

Целью АЭ-контроля является обнаружение, определение координат и слежение (мониторинг) за источниками акустической эмиссии, связанными с несплошностями на поверхности или в объеме стенки объекта контроля, сварного соединения и изготовленных частей и компонентов. Все индикации, вызванные источниками АЭ, должны быть при наличии технической возможности оценены другими методами неразрушающего контроля. АЭ-метод может быть использован также для оценки скорости развития дефекта в целях заблаговременного прекращения испытаний и предотвращения разрушения изделия. Регистрация АЭ позволяет определить образование свищей, сквозных трещин, протечек в уплотнениях, заглушках и фланцевых соединениях.

АЭ-контроль технического состояния обследуемых объектов проводится только при создании в конструкции напряженного состояния, инициирующего в материале объекта работу источников АЭ. Для этого объект подвергается нагружению силой, давлением, температурным полем и т.д. Выбор вида нагрузки определяется конструкцией объекта и условиями его работы, характером испытаний и приводится в «Программе работ по АЭ контролю объектов».

Схемы применения акустико-эмиссионного метода контроля

Метод АЭ рекомендуется использовать для контроля промышленных объектов по следующим схемам, представляющим собой, как правило, варианты сочетания с другими методами неразрушающего контроля.

Проводят АЭ контроль объекта. В случае выявления источников АЭ в месте их расположения проводят контроль одним из регламентируемых методов неразрушающего контроля (ПК): ультразвуковым (УЗК), радиационным, магнитным (МПД), проникающими веществами и другими, предусмотренными нормативно-техническими документами. Данную схему рекомендуется использовать при контроле объектов, находящихся в эксплуатации. При этом сокращается объем применяемых методов неразрушающего контроля, поскольку в случае использования регламентируемых методов необходимо проведение сканирования по всей поверхности (объему) контролируемого объекта.
Проводят контроль одним или несколькими методами НК. При обнаружении недопустимых (по нормам регламентируемых методов контроля) дефектов или при возникновении сомнения в достоверности применяемых методов НК проводят контроль объекта с использованием метода АЭ. Окончательное решение о допуске объекта в эксплуатацию или ремонте обнаруженных дефектов принимают по результатам проведенного АЭ контроля.
В случае наличия в объекте дефекта, выявленного одним из методов НК, метод АЭ используют для слежения за развитием этого дефекта. При этом может быть использован экономный вариант системы контроля, с применением одноканальной или малоканальной конфигурации акустико-эмиссионной аппаратуры.
Метод АЭ в соответствии с требованиями нормативно-технических документов к эксплуатации сосудов, работающих под давлением, применяют при пневмоиспытании объекта в качестве сопровождающего метода, повышающего безопасность проведения испытаний. В этом случае целью применения АЭ контроля служит обеспечение предупреждения возможности катастрофического разрушения. Рекомендуется использовать метод АЭ в качестве сопровождающего метода и при гидроиспытании объектов.
Метод АЭ может быть использован для оценки остаточного ресурса и решения вопроса относительно возможности дальнейшей эксплуатации объекта. Оценка ресурса производится с использованием специально разработанных методик, согласованных в установленном порядке. При этом достоверность результатов зависит от объема и качества априорной информации о моделях развития повреждений и состояния материала контролируемого объекта

Порядок применения метода акустической эмиссии

АЭ контроль проводят во всех случаях, когда он предусмотрен нормативно-техническими документами или технической документацией на объект.
АЭ контроль проводят во всех случаях, когда нормативно-технической документацией на объект предусмотрено проведение неразрушающего контроля одним из регламентируемых методов, но по техническим или другим причинам проведение такого контроля невозможно.
Допускается использование АЭ контроля вместо регламентируемых методов неразрушающего контроля по согласованию в установленном порядке.

Оценка результатов АЭ контроля

После обработки принятых сигналов результаты контроля представляют в виде идентифицированных и классифицированных источников АЭ.

При принятии решения по результатам АЭ контроля используют данные, которые должны содержать сведения обо всех источниках АЭ, их классификации и сведения относительно источников АЭ, параметры которых превышают допустимый уровень. Допустимый уровень источника АЭ устанавливает исполнитель при подготовке к АЭ контролю конкретного объекта.

Классификацию источников АЭ выполняют с использованием следующих параметров сигналов: суммарного счета, числа импульсов, амплитуды (амплитудного распределения), энергии (либо энергетического параметра), скорости счета, активности, концентрации источников АЭ. В систему классификации также входят параметры нагружения контролируемого объекта и время.

Выявленные и идентифицированные источники АЭ рекомендуется разделять на четыре класса:

Источник I класса — пассивный источник.
Источник II класса — активный источник.
Источник III класса — критически активный источник.
Источник IV класса — катастрофически активный источник.

Выбор системы классификации источников АЭ и допустимого уровня (класса) источников рекомендуется осуществлять каждый раз при АЭ контроле конкретного объекта, используя данные, приведенные в приложении 3 (ПБ 03-593-03). В некоторых зарубежных нормативно-технических документах приняты другие системы классификации (приложение 3 ПБ).

Рекомендуемые действия персонала, выполняющего АЭ контроль при выявлении источников АЭ того или иного класса, следующие:

Каждый более высокий класс источника АЭ предполагает выполнение всех действий, определенных для всех источников более низких классов.

При положительной оценке технического состояния объекта по результатам АЭ контроля или отсутствии зарегистрированных источников АЭ применение дополнительных видов неразрушающего контроля не требуется. Если интерпретация результатов АЭ контроля неопределенна, рекомендуется использовать дополнительные виды неразрушающего контроля.

Окончательная оценка допустимости выявленных источников АЭ и индикаций при использовании дополнительных видов НК осуществляется с использованием измеренных параметров дефектов на основе нормативных методов механики разрушения, методик по расчету конструкций на прочность и других действующих нормативных документов.

Правила (ПБ-03-593-03) предназначены для применения при проведении акустико-эмиссионного контроля:

Емкостного, колонного, реакторного, теплообменного оборудования химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств
Изотермических хранилищ
Хранилищ сжиженных углеводородных газов под давлением
Резервуаров нефтепродуктов и агрессивных жидкостей
Оборудования аммиачных холодильных установок
Сосудов, аппаратов
Технологических трубопроводов (газопроводов, продуктопроводов, промысловых магистральных трубопроводов нефти и газа)
Трубопроводов пара и горячей воды и их элементов.

Сравнительная оценка методов неразрушающего контроля (НК) и метода акустической эмиссии (АЭ):

Источник

Акустическая эмиссия: прислушаться к объекту и узнать о зарождающихся дефектах

Из всех видов неразрушающего контроля метод акустической эмиссии (АЭ) – один из самых эффективных способов обнаружения дефектов на ранних этапах формирования. Данная технология используется как для круглосуточного мониторинга, так и для периодического технического освидетельствования и экспертизы промышленной безопасности ОПО (опасные производственные объекты).

Согласно классификации, отражённой в ГОСТ Р 56542-2015, акустико-эмиссионный контроль – пассивный акустический метод. Его идея в том, чтобы регистрировать и анализировать упругие и переходные волны, которые возникают в теле объекта в связи с изменением его структуры. Например, в результате возникновения напряжённых состояний, деформаций, истечения жидкой или газообразной среды через сквозные дефекты, кристаллизации материала, внешних механических воздействий и т.д.

Для лучшего понимания неразрушающего контроля, построенного на явлении акустической эмиссии, представим процедуру контроля в виде такой последовательности:

Трубопроводы и иные объекты, которые контролируют методом акустической эмиссии

Преимущества и недостатки НК на основе акустической эмиссии

Выбор в пользу АЭ для обеспечения безопасности самых ответственных объектов продиктован тем, что у данного вида НК есть масса достоинств:

выявление развивающихся дефектов. Их классификация построена не на размерах, а на степени их опасности (критичности). Параметры АЭ-сигналов напрямую связаны с процессами разрушения, а не косвенно о них свидетельствуют, как некоторые виды дефектоскопии;
высокая чувствительность к растущим дефектам. АЭ способен распознать приращение несплошности всего в доли миллиметра. Если верить теоретическим расчётам, то при максимальной чувствительности метода акустической эмиссии можно фиксировать увеличение трещины протяжённостью 1 мкм также на 1 мкм;
обнаружение не только трещин и микротрещин, но и расслоений, водородного охрупчивания и прочих повреждений;
интегральность. Для контроля даже крупных объектов достаточно всего несколько датчиков;
выявление дефектов независимо от их местоположения, раскрытия и ориентации;
возможность применения для обследования объектов практически любых конфигураций, из любых материалов;
возможность проведения одновременно с другими видами испытаний, к примеру, с пневматическими и гидравлическими. Нагружение приводит к напряжённым состояниям в материале. Акустическая эмиссия свидетельствует о возникновении свищей, трещин, поврежденных уплотнителей и пр. Данный вид дефектоскопии делает пневматические и гидравлические испытания более безопасными. Благодаря «чутким» АЭ-датчикам можно определить скорость развития дефекта и заблаговременно остановить процесс нагружения, предотвратив тем самым разрушения и огромный материальный ущерб;
применимость к самым разными материалам (здесь много меньше ограничений, обусловленных их свойствами и структурой);
сравнительно простая подготовка объекта к контролю. Для закрепления акустико-эмиссионной антенны (группы из 2 и более датчиков) не требуется доступ ко всей поверхности – только к отдельным участкам. Метод акустической эмиссии может обойтись без возведения строительных лесов, например, при обследовании РВС. Для установки датчиков порой достаточно автомобиля-вышки;
возможность точной локации дефектов. Тем самым уменьшаются расходы на дополнительные обследования и упрощается проведение ремонтно-восстановительных работ.

АЭ-контроль направлен на оценку остаточного ресурса эксплуатируемых объектов. Метод служит отличным дополнением к другим видам дефектоскопии – ультразвуковому, радиографическому, капиллярному и магнитопорошковому. Акустическая эмиссия как способ диагностики позволяет:

сканировать всю исследуемую поверхность;
сокращать объём других методов НК. Если бы не АЭ, то на дефектоскопию уходило колоссальное количество трудовых и финансовых ресурсов, не говоря уже о потерянном времени. Благодаря данному методу всё проще и быстрее. Рентген, УЗК и иные виды дефектоскопии задействуют только на участках с «подозрительными» источниками акустической эмиссии;
перепроверять результаты дефектоскопии – если есть сомнения в их достоверности;
отслеживать развитие дефектов, которые ранее обнаружили при помощи иных видов дефектоскопии.

Главный изъян АЭ как метода НК – это шумы. Они бывают электромагнитными и механическими, импульсными и непрерывными. Всевозможные помехи и искажения мешают анализу сигналов акустической эмиссии. Распознать акт АЭ, особенно при очень малом приращении дефекта, бывает нелегко. Впрочем, отчасти данная проблема решается всевозможными фильтрами, а также более тонкой настройкой порога срабатывания для каждого из каналов. Технологии не стоят на месте, и помехозащищённость аппаратуры всё возрастает.

К другим недостаткам можно отнести то, что для проведения АЭ-мониторинга объект должен находиться под нагрузкой. А поскольку каждое нагружение уникально, то воспроизводимость контроля под большим вопросом. Данный вид НК оценивает дефекты «в динамике», не давая никакой информации о геометрических параметрах несплошности. Информативность метода в сравнении с тем же рентгеном несколько ниже.

Оборудование для регистрации акустической эмиссии

Организация мониторинга ОПО с применением акустической эмиссии

Квалификация специалистов АЭ

Метод акустической эмиссии очень требователен к уровню подготовки персонала. Требуются обширные знания из области акустики, дефектоскопии, механики деформируемых тел. Нужно ориентироваться в явлениях пьезоэлектричества, затухания, дифракции, дисперсии на импульсы и т.д. Обязательно также иметь представление об акустических величинах, волнах – объёмных, поверхностных, нормальных и пр. Не будут лишними и познания в области материаловедения.

Требования к квалификации специалистов, например, выполняющих контроль машин методом акустической эмиссии, содержатся в ГОСТ Р ИСО 18436-6-2012. В нём предусмотрено три квалификационных уровня (категории) – I, II и III. Аналогично — в документах по аттестации персонала СДАНК-02-2021 или СНК ОПО РОНКТД-02-2021 (в зависимости от того, в какой Системе НК нужно подтвердить компетенцию, чтобы зайти на объект заказчика). Если абстрагироваться от разницы между квалификационными уровнями (это тема для отдельной большой статьи), то от специалистов АЭ требуются:

наличие свидетельства о законченном среднем образовании (минимум), но лучше – диплома университета или иного высшего учебного заведения технической направленности;
умение выполнять алгебраические операции с применением калькулятора (в том числе операции с логарифмическими и тригонометрическими функциями);
навыки работа с ПК;
наличие свидетельства о прохождении курса лекций и технических занятий по методу акустической эмиссии. Длительность составляет от 40 до 120 часов (для разных категорий). По завершении курса нужно сдать экзамен по самой дисциплине и технике безопасности;
наличие хотя бы минимального стажа в области акустико-эмиссионного контроля. В зависимости от квалификационной категории и Системы НК для получения II уровня по АЭ-методу необходим производственный опыт до 12 месяцев.

На форуме «Дефектоскопист.ру» зарегистрированы сотни специалистов по методу акустической эмиссии и собрано огромное количество полезных материалов. Уже сейчас зарегистрированным пользователям доступны:

специальный раздел на форуме с более чем 30 обсуждениями. Можно поискать информацию в уже имеющихся темах, а можно создать свою;
нормативно-техническая документация;
список учебной, справочной, научной литературы и многое другое.

Чтобы глубже изучать метод акустической эмиссии и иметь возможность проконсультироваться с коллегами по сложным вопросам контроля, просто зарегистрируйтесь на форуме и присоединяйтесь к нашему содружеству в социальных сетях.

Источник

Акустическая эмиссия

При деформации твердого материала, находящегося в состоянии напряжения, генерируются и распространяются упругие колебания. Именно это явление положено в основу акустико-эмиссионного контроля, призванного обнаружить слабые места в трубопроводах и теплообменниках, сосудах и резервуарах, колоннах и реакторах, в сварных швах, деталях и узлах каких-либо механизмов.

Контроль акустической эмиссией может проводиться только в том случае, если проверяемый объект находится под нагрузкой. Поэтому для получения результатов проверки на него оказывается воздействие физической силой, полем низких или высоких температур, повышенным давлением. Выбор нагрузки зависит от особенностей объекта, а также условий его эксплуатации.

Дефекты, которые выявляет акустическая эмиссия

Акустическая эмиссия – это пассивный метод неразрушающего контроля. Главная цель ее использования – это выявление трещин, разломов, расслоений, коррозийных процессов. При этом она помогает находить не статические, а развивающие дефекты. Именно они являются наиболее опасными, так как грозят серьезными неприятностями в самом ближайшем будущем.

В отличие от других методов НК, контроль акустической эмиссией не требует применения каких-либо внешних источников сигнала. Он предполагает улавливание упругих колебаний, генерируемых самим проверяемым объектом, благодаря чему обеспечивается высокая точность обнаружения деформаций.

Приборы для акустико-эмиссионного контроля включают в себя два преобразователя и комплект устройств для получения информации с датчиков, ее обработки и вывода на периферийное оборудование, каждый из которых регистрирует время улавливания сигнала.

Сам контроль осуществляется следующим образом:

Преобразователи располагаются на разном расстоянии от одного и того же объекта
Фиксируется время обнаружения сигнала первым (t1) и вторым (t2) приемниками
Вычисляется разница во времени (t2 — t1)
Определяются точные координаты местонахождения дефекта

Проведение аттестации и обучение специалистов по неразрушающему контролю

Преимущества акустико-эмиссионного контроля

Выявление опасных дефектов на стадии их развития. Это позволяет не только своевременно обнаружить деформацию, но и в дальнейшем отслеживать состояние проверяемого объекта, планировать срочные меры по устранению проблемы, если она достигнет своего предельного состояния
Возможность проводить проверку на расстоянии. Это актуально, если речь идет о протяженных трубопроводах или крупном технологическом оборудовании. Также дистанционный контроль позволяет работать с потенциально опасными или опасными объектами. Причем останавливать их работу не придется
Полный контроль за объектом с использованием минимального количества датчиков. В нашем случае, приемников
Возможность наблюдать за оборудованием или трубопроводом постоянно, снимая показания буквально в режиме онлайн. Это гораздо практичнее, чем периодические проверки, в промежутках между которыми может случиться что угодно
Универсальность. Благодаря высокой чувствительности приборов можно использовать акустико-эмиссионный контроль для любых материалов – металла, пластика, дерева и прочих
Отсутствие необходимости в специальной подготовке объекта к проверке. Оборудование может устанавливаться на поверхностях с любой степенью загрязненности, причем дает при этом неизменно точные результаты. Единственное требование – снятие изоляционного слоя в местах монтажа датчиков

К минусам можно отнести разве что необходимость привлечения к работе с оборудованием квалифицированных специалистов, знающих все тонкости акустической эмиссии, а также потребность в постоянной нагрузке объекта в процессе проведения контрольных мероприятий.

Основные сферы применения акустико-эмиссионного контроля – это:

Химическая промышленность
Предприятия нефтегазовой сферы
Мосты, эстакады, иные сооружения
Железные дороги и ж/д транспорт
Атомная и тепловая энергетика
Металлургические комбинаты
Металлопрокатные предприятия
Заводы железобетонных изделий, а также ЖБ здания и сооружения
Авиационная и космическая техника

Возможность отслеживать развитие трещин, разломов и иных дефектов с помощью оборудования АЭ позволяет планировать ремонтные работы или профилактическое обслуживание, предотвращать аварийные ситуации.

Оборудование для акустико-эмиссионного контроля

Приборы для акустико-эмиссионного контроля – это многоканальные системы, которые включают в себя следующее оборудование:

Кабельные линии для подключения датчиков и приемников
Модули, обрабатывающие принятые акустические сигналы и осуществляющие их преобразование
Усилители сигнала
Модули настройки и калибровки оборудования
Компьютеры с установленным специализированным ПО, которое обрабатывает информацию и выводит ее на дисплей в понятном для оператора виде. Кроме того, ЭВМ обеспечивает возможность настройки оборудования, ввода команд, отслеживания результатов контроля

На подключаемые к приборам периферийные устройства осуществляется вывод следующих данных:

Идентификаторы приемников, зарегистрировавших сигналы АЭ
Время регистрации импульса, данные о его колебаниях, местонахождение
Нагрузка, при которой был обнаружен сигнал – температурные показатели, давление или прикладываемое механическое усилие
Энергетические параметры
Количество и показатели импульсов, превышающих заданное предельное значение

Источник

Метод акустической эмиссии

Акустическая эмиссия – эффективный метод неразрушающего контроля (НК), основанный на регистрации упругих колебаний (акустических волн), генерирующихся при различных процессах, происходящих в объекте контроля, таких как: деформации напряженного материала, истечения газов, жидкостей, кристаллизации материала и других.

Акустические волны распространяются от источника к преобразователям акустической эмиссии (ПАЭ), где преобразовываются в электрические сигналы, поступающие на систему АЭ для дальнейшей обработки и анализа. Анализ данных акустической эмиссии позволяет определять местоположение дефекта, даёт представление о его характере и степени опасности.

Метод акустической эмиссии эффективно применяется в нефтегазовой и химической промышленности, тепловой и атомной энергетике, строительстве, металлургической, и многих других.

Метод позволяет проводить контроль самых различных технологических процессов, а также процессов связанных с изменением свойств, структуры и состояния объекта.
Область контроля методом акустической эмиссии значительно больше, чем у других методов неразрушающего контроля. Максимальная эффективность применения метода достигается при контроле крупногабаритных и протяженных объектов, таких как трубопроводы, резервуары и строительные конструкции. К примеру, эффективная область контроля газопровода за один цикл измерений системой из 16 каналов может достигать 500 м.
Метод имеет значительно меньшие ограничения, связанные со свойствами и структурой объекта по сравнению с другими методами НК.
Высокая чувствительность метода к растущим и развивающимся дефектам позволяет выявлять их на ранней стадии, оценивать степень опасности и скорость их развития.

1. При использовании метода акустической эмиссии следует помнить, что каждый объект контроля имеет свои уникальные свойства. Для обеспечения большей достоверности полученных при контроле данных на каждом объекте необходимо проводить измерения скорости распространения волн, коэффициента затухания и учитывать другие характерные для объекта свойства.

2. Выбор частотного фильтра является одним из важнейших решений при настройке системы акустической эмиссии. Фильтры, используемые в системах:

30 – 500 кГц – универсальный для всех задач;
30 – 100 кГц – для контроля утечек;
100 – 300(400) кГц – для контроля сварных соединений и основного металла стальных конструкций.

3. Выбор временных параметров

SCETO:
- 500 мкс для сосудов и стенки резервуаров;
- 1000 мкс – для технологических трубопроводов;
- 2000 мкс – для магистральных трубопроводов;
Dead Time – половина от SCETO.
Max. Duration – всегда 65535 мкс.

4. Важным параметром при настройке на объекте является скорость распространения волн в объекте. Скорость зависит от материала объекта, его заполнения, изоляции, толщины, типа ПАЭ, рабочей полосы частот, порога, расстояния между ПАЭ и др. При проведении контроля и настройке локации очень важно провести предварительные измерения скорости распространения волн. Данная операция предусмотрена программным обеспечением и с ней подробно можно ознакомится в руководстве. На практике получаются следующие примерные значения скорости:

около 3000 м/с для сосудов и трубопроводов с газом;
около 5000 м/с для сосудов и трубопроводов с жидкостью для волны в стенке толщиной менее 50 мм;
около 2900 м/с для сосудов и трубопроводов с жидкостью для волны в стенке толщиной более 50 мм;
около 1400 м/с для волны по воде в трубопроводе;
около 1200 м/с для волны по нефти в трубопроводе.

Контроль герметичности запорной арматуры

Контроль изотермического резервуара системой A-Line 32D.

Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 7: В 2 кн. Кн. 1: В.И. Иванов, И.Э. Власов. Метод акустической эмиссии / Кн. 2: Ф.Я. Балицкий, А.В. Барков, Н.А. Баркова и др. Вибродиагностика. – М.: Машиностроение, 2005. – 829 с.: ил. ISBN 5-217-03298-7 (Т. 7. кн. 1, кн. 2); ISBN 5-217-03185-9
Бигус, Г.А. Техническая диагностика опасных производственных объектов / Г.А. Бигус, Ю.Ф. Даниев. – М.: Наука, 2010. – 415 с. – ISBN 978-5-02-036982-5 (в пер.).
Акустическая эмиссия при трении / В.М. Баранов, Е.М. Кудрявцева, Г.А. Сарычев, В.М. Щавелин – М.: Энергоатомиздат, 1998 – 256 с. – ISBN 5-283-02558-6
Грешников, В.А. Акустическая эмиссия / В.А. Грешников, Ю.Б. Дробот. — М.: Изд-во стандартов, 1976. — 276 с.
ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения.
ГОСТ Р 52727-2007. Техническая диагностика. Акустико-эмиссионная диагностика. Общие требования.
ГОСТ Р ИСО 12716-2009. Контроль неразрушающий. Акустическая эмиссия. Словарь.
ПБ 03-440-02. Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля. М. Госгортехнадзор России, 2002.
ПБ 03-593-03. Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов. М. Госгортехнадзор России, 2003.
РД 03-299-99. Требования к акустико-эмиссионной аппаратуре, используемой для контроля опасных производственных объектов, М. Госгортехнадзор России, 1999.
РД 03-300-99. Требования к преобразователям акустической эмиссии, применяемым для контроля опасных производственных объектов, М. Госгортехнадзор России, 1999.

Новости
Контакты
Вакансии
Ссылки

111024, Москва, шоссе Энтузиастов, д. 20Б, а/я 140

Источник

Анализ применения метода акустической эмиссии для диагностики силового оборудования в России и за рубежом

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 18.12.2016 2016-12-18

Статья просмотрена: 321 раз

Библиографическое описание:

Тюрюмина, А. В. Анализ применения метода акустической эмиссии для диагностики силового оборудования в России и за рубежом / А. В. Тюрюмина, А. П. Батрак, В. С. Секацкий. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 28 (132). — С. 194-197. — URL: https://moluch.ru/archive/132/36890/ (дата обращения: 27.06.2021).

Анализ применения метода акустической эмиссии для диагностики силового оборудования вРоссии иза рубежом

Тюрюмина Анастасия Владимировна, аспирант;

Батрак Андрей Петрович, кандидат технических наук, доцент;

Секацкий Виктор Степанович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой

Сибирский федеральный университет (г. Красноярск)

Данная статья содержит результаты литературного и патентного поиска информации о применении метода акустической эмиссии в России и за рубежом для диагностики состояния силового оборудования.

Ключевые слова: метод акустической эмиссии, трансформатор, диагностика, техническое состояние

Силовые трансформаторы являются наиболее дорогими и важными составляющими любой энергетической системы. Их надежность определяет работы энергетической системы. Разрушение изоляции трансформатора может привести к серьезной поломке силового трансформатора, что приведет к достаточно большим финансовым потерям ввиду простоя оборудования. Для предотвращения поломки применяются различные методы оценки состояния трансформатора. Однако, большинство из них не подходят для диагностики в режиме реального времени. Мы предлагаем использовать метод акустической эмиссии как комплексный метод диагностики для определения неисправностей на ранней стадии их появления. [1–5]

По результатам проведенных литературного и патентного поиска установлено, что уже в течение 25 лет [6] метод акустической эмиссии изучается в Польше, Бразилии и на Тайвани в качестве диагностического метода для определения влияния частичных электрических разрядов. [7–11]

Различные физические явления сопровождаются появлением и развитием частичных электрических разрядов в изоляционных системах. Это могут быть химические изменения изоляции, появление токопроводящих импульсов и эмиссии электромагнитной волны, ударного упругой деформации с последующей генерацией акустической волны. [7] Чтобы избежать этих эффектов, может быть применен метод акустической эмиссии, который сейчас является значимым дополнением к другим методам измерения, используемым для диагностики изоляционной системы трансформатора, измерения тока и напряжения трансформатора, силовых конденсаторов и проходных изоляторов.

Основное значительное достоинство метода акустической эмиссии заключается в возможности его применения в сложных условия работы силового оборудования, когда измерение частичных электрических разрядов другими методами становится невозможным. Он позволяет определить кальку появления частичных электрических разрядов при работе силового оборудования, определяя месторасположение частичных электрических разрядов в изоляционных системах.

Область применения метода акустической эмиссии может быть ограничено следующими факторами: высокий уровень акустического шума (помех, сложная геометрия измеряемых объектов, которая не позволяет расположить измерительные датчики на их поверхности; применение диэлектрических или изоляционных систем с низким коэффициентом упругости и сложной геометрией.

Основным применением метода акустической эмиссии является диагностика изоляции силового оборудования. До настоящего времени значительная часть исследований была сосредоточена на следующих основных задачах:

− объяснить и математически описать появление и распространение акустических волн, излучаемых частичными электрическими разрядами, в различных типах диэлектрических и изоляционных систем;

− выбрать измерительное оборудование, особенно измерительные датчики для получения акустических сигналов от частичных электрических разрядов в различных типах силового оборудования;

− запись, анализ и интерпретация полученных результатов.

Для описания записанных акустических импульсов, из огромного ассортимента параметров была выбрана группа из пяти признаков. Они могут сделать возможным определение основных форм частичных электрических разрядов в масляных изоляционных системах. Однако, эта идентификация является релевантной только в лабораторных условиях и при экспериментах, которые проводятся в строго определенных метрологических условиях.

Однако, применения метода акустической эмиссии требует решения следующих проблем: необходимость постоянного улучшения интерпретации результатов; безошибочное определение интенсивности и размера частичных электрических разрядов; создание относительно точной схемы замены акустической установки изоляции энергетического оборудования; выполнение комплексного анализа временных и частотных областей для определения возможных источников отклонений, появляющихся в процессе измерения; выполнение анализа и определения той части энергия, выделяющейся во время появления частичных электрических разрядов и соответствующей определенному типу радиационных волн; выбор программного обеспечения и методов для анализа и интерпретации измерения результатов акустических сигналов, генерируемых частичными электрическими разрядами.

Для измерения акустических импульсов, Бокзар [6] использовал пьезоэлектрический широкополосный электроконтактный преобразователь серии WD типа AH 17, производства американской фирмы «ПАК» (Physical Acoustic Corporation). Он был расположен на задних стенках и верхнем уровне жидкости резервуара трансформатора. Это сделало возможным измерение акустических сигналов в следующих условиях: практически плоские амплитудные характеристики для частоты в диапазоне от 0 до 15 МГц, максимальное значение амплитуды ±5 дБ. Измеряемые акустические сигналы были усилены и подвержены первичной фильтрации с помощью стандартного измерительного усилителя типа «Nexus 26921 — OS1», производства фирмы «Брюэль и Къер».

Регистрация измеряемых акустических сигналов была осуществлена с помощью измерительной карты «National Instruments type NI 5911», которая совместима с частичными электрическими разрядами. Карта оснащена датчиком с эталонной максимальной частотой, регулируемой в диапазоне от 8 до 21 байта и 100 МГц. Регистрируемые акустические сигналы анализировались во временной, частотной и временно-частотной областях и были визуализированы с помощью программ Mathcad 2001i and Matlab 6.0. [6]

В России результаты подобных исследований отражены в патентах на изобретения. Более подробная информация о них приведена ниже.

Патент на изобретение № 2532143 на метод определения нелинейного акустического параметра жидкостей и устройство для его осуществления.

Изобретение относится к области физической акустики и предназначено для изучения акустических свойств жидкостей, таких как морская вода и различные технические жидкости. Метод включает излучение и прием сигналов как минимум двух разных частот, прошедших через измерительный участок, одним излучателем, работающим в режиме излучение-прием. Интервал времени между импульсами выбирают таким, чтобы затух предыдущий импульс. Измерительный участок представляет собой расстояние между поверхностью излучателя и расположенный соосно с ним в параллельной плоскости отражающей поверхностью. Осуществляют фильтрацию сигналов на разностной частоте, измеряют амплитуды давления волн разностной частоты и затем определяют параметр нелинейности по величине нелинейного акустического параметра.

Технический результат — повышение разрешающей способности по пространству, чувствительности к проявлению слабых нелинейных эффектов, а также увеличение достоверности измерений на малой измерительной базе благодаря возможности накапливать нелинейные эффекты на большом расстоянии пробега волн накачки, которое ограничено только длиной затухания звукового импульса. [12]

Патент на изобретение № 2492460 на способ акустической диагностики технического состояния энергетического оборудования и устройство для его осуществления.

Использование для акустической диагностики технического состояния энергетического оборудования. Сущность заключается в том, что выполняют периодическое излучение акустического зондирующего сигнала перпендикулярно поверхности контролируемой жидкости, находящейся в герметичной емкости, при этом предварительно тарируют период возбуждаемых акустическим зондирующим сигналом в герметичной емкости с контролируемой жидкостью акустических гармонических колебаний в функции уровня контролируемой жидкости и период и в функции температуры контролируемой жидкости, регистрируют приемно-излучающим модулем вынужденные затухающие акустические гармонические колебания, измеряют температуру контролируемой жидкости и период вынужденных затухающих акустических гармонических колебаний и по тарировочным характеристикам определяют текущее значение уровня контролируемой жидкости. Регистрируют приемно-излучающим модулем в промежуток времени между смежными излучениями акустического зондирующего сигнала акустические шумы работающего энергетического оборудования, а также регистрируют их спектральные характеристики и оценивают техническое состояние энергетического оборудования, а также регистрируют приемно-излучающим модулем в промежуток времени между смежными излучениями акустического зондирующего сигнала акустические шумы, возникающие вследствие частичных разрядов, анализируют их интенсивность и оценивают состояние изоляции энергетического оборудования.

Технический результат — обеспечение точности и надежности диагностики технического состояния энергетического оборудования за счет полного контроля диагностических параметров. [13]

В рамках своих исследований мы использовали метод акустической эмиссии для изменения акустических сигналов, генерируемых примесями (вода, целлюлоза, газовая фаза) в трансформаторном масле и для последующего анализа их частотного спектра с целью получения информации о техническом состоянии трансформатора. [14–19]

Тюрюмина А. В., Батрак А. П., Секацкий В. С. Современное состояние вопроса диагностики силовых трансформаторов // Современное состояние вопроса диагностики силовых трансформаторов. — 2015. — № 3(3). — С. 245–250.
Tyuryumina A. V. Importance of transformer condition evalution // Материалы научн. конф. Проспект Свободный-216, посвященной Году образования в Содружестве Независимых Государств. — Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2016. — С. 47–48.
Тюрюмина А. В., Батрак А. П., Секацкий В. С. Современное состояние вопроса диагностики силовых трансформаторов в зарубежных странах // Молодой ученый. — 2016. — № 8(112). — С. 321–325.
Tyuryumina A. V. Evaluation of transformer condition by acoustic method // Материалы научн. конф. Проспект Свободный-216, посвященной Году образования в Содружестве Независимых Государств. — Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2016. — С. 55–58.
Тюрюмина А. В., Батрак А. П. Современное состояние вопроса диагностики силовых трансформаторов // Материалы V Международной научно-практической конференции «Проблемы теории и практики современной науки». — М.: издательство «Перо», 2016. — С. 103–106.
Boczar T. Application of signal processing elements for the characteristics of acoustic emission pulses generated by partial discharges // Physics and chemistry of solid state. — 2007. — № 3. — С. 610–617.
Boczar T., Frącz P. Comparison of the measurement results of electrical discharges registered by the acoustic emission and optical spectrophotometry methods // Physics and chemistry of solid state. — 2006. — № 3. — С. 564–571.
Wotzka D., Cichoń A., Boczar T. Modeling and Experimental Verification of Ultrasound Transmission in Electro Insulation Oil // Archives of acoustics. — 2012. — № 1. — С. 19–22.
Park D., Choi S., Kil G. Measurement and Analysis of Acoustic Signal Generated by Partial Discharges in Insulation Oil // The 7th WSEAS International Conference on Power Systems. — Beijing, 2007.
Santos Filho O. G., Zaghetto S. L., Pereira G. O. Case studies of electric power equipment diagnostics using acoustic emission // 17th World conference on nondestructive testing. — Shanghai, 2008.
Boczar T., Frącz P. The application of the correlative analysis and the regression function for determining correlations of the measurement results of acoustic emission generated by partial discharges // ACTA PHYSICA POLONICA A. — 2009. — № 3. — С. 281–284.
Пат. 2532143 Российская Федерация, МПК G01N29/02, G01S15/88. Метод определения нелинейного акустического параметра жидкостей и устройство для его осуществления / И. В. Корсков, В. А. Буланов, П. Н. Попов; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук — № 2013130643/28; заявл. 03.07.13; опубл. 27.10.14. – 1 с.
Пат. 2492460 Российская Федерация, МПК G01N29/00. Способ акустической диагностики технического состояния энергетического оборудования и устройство для его осуществления / И. А. Кайманов; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью научно-технический центр «АРГО» (ООО НТЦ «АРГО») — № 22012108904/28; заявл. 07.03.12; опубл. 10.09.13. – 1 с.
Батрак А. П., Тюрюмина А. В., Никитина А. В. Акустический способ экспресс диагностики маслонаполненного энергооборудования // труды XIII Междунар. молодеж. науч. конф. «Интеллект и наука». — Железногорск: Железногор. филиал СФУ, 2013. — С. 144–145.
Батрак А. П., Тюрюмина А. В., Никитина А. В. Сравнение качественных характеристик трансформаторных масел // Тяжелое машиностроение. — 2013. — № 3. — С. 41–44.
Батрак А. П., Чупак Т. М., Тюрюмина А. В., Никитина А. В. Акустический анализ свойств трансформаторных масел // Тяжелое машиностроение. — 2014. — № 45. — С. 45–46.
Батрак А. П., Тюрюмина А. В., Никитина А. В. Акустическая диагностика как показатель качества свойств трансформаторных масел // труды XIV Всерос. молодеж. науч. конф. с междунар. уч. «Интеллект и наука». — Железногорск: Железногор. филиал СФУ, 2014. — С. 113–115.
Батрак А. П., Тюрюмина А. В., Никитина А. В. Факторный анализ качественных характеристик трансформаторного масла. Молодежь и XXI век — 2015 // материалы V Международной молодежной научной конференции. — Курск: ЗАО «Университетская книга», 2015. — С. 259.
Тюрюмина А. В., Секацкий В. С., Батрак А. П. Диагностика состояния силового трансформатора в критических условиях эксплуатации // тез. докл. XVIII Всерос. симпозиума с междунар. участием Сложные системы в экстремальных условиях. — Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2016. — С. 87.

Источник