Акустичний контроль напружено-деформованого стану обв'язки агрегатів газокомпресорних станцій

Abstract

Дисертація присвячена контролю напружено-деформованого стану газопроводів компресорних станцій. З цією метою розроблені методика, пристрій контролю, що реалізує ультразвуковий метод (пластинчатими хвилями) та первинний перетворювач. Запропонована методика дає можливість контролювати напружено-деформований стан металу стінки труби в експлуатаційних умовах без використання зразків. Проведено метрологічний аналіз розробленої методики та пристрою. Результати роботи перевірялись у лабораторних та натурних дослідженнях. Розроблено математичну модель поширення пластинчатих хвиль у стінці газопроводу. В розробленій моделі враховано явище загасання амплітуди хвилі, проведено відповідні розрахунки розробленим програним забезпеченням.

Диссертация посвящена контролю напряженно-деформированного состояния газопроводов компрессорных станций. С этой целью разработана методика, устройство контроля, которые реализуют ультразвуковой метод с использованием пластинчатых волн и первичный преобразователь. Методика базируется на разработанной математической модели распространения ультразвуковых пластинчатых волн в стенке газопровода. Математическая модель учитывает явление затухания амплитуды ультразвуковой волны. В результате вывода математической модели получена система уравнений с комплексной переменной, для решения которой разработано программное обеспечение, основанное на итерационном методе. В результате проведенных исчислений построены графики зависимости групповой, фазовой скоростей распространения, затухания амплитуды пластинчатой волны, угла наклона чувствительного элемента первичного преобразователя от частоты. В работе выведено зависимость изменения групповой скорости распространения ультразвуковых колебаний пластинчатой волны от приложенных напряжений к упругой среде, которая является волноводом. Разработан ультразвуковой прибор измерения групповой скорости распространения ультразвуковой пластинчатой волны, который с высокой точностью в независимости от формы ультразвукового сигнала измеряет время между двумя импульсами. На прибор выдан патент Украины. При конструировании первичного преобразователя в качестве чувствительного элемента выбран SС срез кристалла кварца В работе приведено преимущества этого среза по сравнению с другими срезами и пьезоматериалами. Для чувствительного элемента построено функциональную схему термочувствительности, с помощью которой можно определить влияние температуры различных конструктивных узлов преобразователя но его работу. Построено зависимости изменения частоты чувствительного элемента от температуры. На основе схемы термочувствительности разработано модель регулирования частоты от изменения температуры.Проведен метрологический анализ разработанного прибора и первичного преобразователя. Проведен сравнительный анализ разработанного прибора и известных методов контроля напряженно-деформированного состояния металла в лабораторных условиях. Показано, что ультразвуковой метод, который реализован в разработанном приборе, наиболее точно измеряет напряжения. Приведено графики зависимости изменения групповой скорости пластинчатой волны от приложенных напряжений для нулевых и первых симметричной и асимметричной мод колебаний. Определено траекторию движения для всех четырех мод пластинчатой волны по газопроводу компрессорной станции. Проведены натурные испытания разработанного прибора на газокомпрессорной станции. Приведено результаты контроля для всех четырех мод колебаний пластинчатой волны. Разработано последовательность действий для подготовки газопровода к контролю и технология неразрушающего контроля.

The dissertation is dedicated to approach of testing mode of deformation of gas compressors pressure-pipeline system. To achieve a goal a mathematical derivation was maid and a device with a transducer was fabricated. The device implements the ultrasonic non-destructive testing method based on guided waves. Proposed method allows testing the mode of deformation of pipe metal wall in operation condition without samples. Metrological analysis of both derived method and fabricated device was preformed. Results of work were checked in laboratory and full-scale tests. A mathematical model of guided waves propagation in gas pipe wall was derived. In derived model, wave amplitude attenuation is taken into account. Corresponding to derived model calculations were performed by developed software.