Тепловой неразрушающий контроль

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

ТЕПЛОВОЙ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ



Содержание

Введение

1. Методы теплового неразрушающего контроля для диагностики электрических машин

1.1 Классификация методов неразрушающего контроля

1.2 Специфика тепловых методов неразрушающего контроля

1.3 Диагностика электрических машин тепловым методом неразрушающего контроля

2. Оценка оптимальных режимов методов теплового неразрушающего контроля

2.1 Физико-математическая модель теплового неразрушающего контроля

2.2 Оценка без эталонного определения порогового значения сигнала обнаруженных дефектов

3. Совершенствование

3.1 Технологические решения по минимализации отклонения параметров при диагностике электрических машин методом теплового неразрушающего контроля

4. Охрана труда

5. Экономический раздел

Вывод

Список используемой литературы и интернет-ресурсов



Введение

В настоящее время на железнодорожном транспорте все большее внимание уделяется развитию новых технологий, внедряемых в инфраструктуру железнодорожного транспорта. Внедрение этих технологий повышает не только снизить затраты на ремонт и техническое обслуживание электроподвижного состава (ЭПС), но и повысить качество, производительность и контроль за правильностью исполнения ремонтных работ.

Опыт показывает, что испытаниям может быть подвергнуто электротехническое, теплотехническое, гидротехническое оборудование, комплексы производственных помещений, жилые дома и другие объекты. Наиболее широкое применение в настоящее время тепловизионный метод нашел в энергетике: только за последние десять лет в центральных журналах (Энергетик, Промышленная энергетика, Электротехника и др.) опубликовано более 50 статей. Значительную практическую и методическую работу по внедрению тепловизионного контроля в электроэнергетике проводят Бажанов А.С., Поляков В.С., Осотов В.Н. и другие специалисты. Кроме того, тепловизионный метод широко внедряется в медицину, промышленную теплоэнергетику и гражданское строительство. Следует отметить недостаточное внимание проблемам внедрения передового метода диагностирования на железнодорожном транспорте.

Сложность внедрения связана с тем, что практически не развиты диагностические модели (формализованное описание объекта, необходимое для решения задач диагностирования), отсутствуют термограммы или термопрофилограммы исправного оборудования, их тепловые характеристики.

В настоящее время внимание уделяют лишь программам обработки тепловизионного изображения, но практически полностью отсутствуют программы и алгоритмы диагностирования, позволяющие определить дополнительные показатели и характеристики: полноту и достоверность технического диагностирования, глубину поиска неисправности.

В последнее время в различных отраслях промышленности и транспорта всё большее распространение получают методы инфракрасной термографии механического, теплоэнергетического, электрического оборудования. Такой контроль осуществляется с помощью переносных малогабаритных тепловизоров (матричных инфракрасных камер) и термографов (линейных инфракрасных сканеров). Особое преимущество термографии заключается в существенном сокращении времени и повышении достоверности контроля, так как данный метод позволяет без соприкосновения с объектом получать интегральное распределение температуры в определённой области, соответствующей видеокадру. При этом обеспечивается высокая точность измерений температуры контролируемых объектов, достигающая десятые и сотые доли градуса. Всё это позволяет проводить диагностику на ранней стадии развития дефектов в процессе эксплуатации электрического и механического оборудования.

Сотрудники кафедры локомотивы Омского государственного университета путей сообщения совместно со специалистами Западно - Сибирской дороги провели большой комплекс работ по изучению возможности эффективного использования тепловизионного метода при решении задач контроля и диагностики дефектов электрического и машинного оборудования электровозов и тепловозов. Работы в ОмГУПСе в области внедрения тепловизионной диагностики развиваются по двум направлениям: расширение возможностей эффективного использования тепловизоров при технических осмотрах и ремонте локомотивов и разработка алгоритмического и программного обеспечения автоматизации обработки больших массивов термоинформации с целью диагностики дефектов деталей электрических узлов локомотивов.

Данный дипломный проект посвящен применению методов теплового неразрушающего контроля для диагностики электрических машин, рассмотрению вопросов связанных с принципом их работы, применения и совершенствования. В данной работе будет проведена оценка оптимальных режимов методов теплового неразрушающего контроля, а так же рассмотрены технологические решения по совершенствованию данных методов.



1. Методы теплового неразрушающего контроля для диагностики электрических машин

1.1 Классификация методов неразрушающего контроля

Неразрушающим контролем (НК) называют контроль надежности и основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов и узлов, не требующий выведения объекта из работы либо его демонтажа.

Методы, с помощью которых реализуется НК, называются методами неразрушающего контроля (далее МНК).

МНК, в основе которых лежат схожие физические принципы, условно группируются в виды и внутри них классифицируются по трём признакам:

по характеру взаимодействия контролируемого объекта с физическим полем или веществом;

по первичному информативному параметру (характеристика проникающего вещества или физического поля, которая регистрируется после её взаимодействия с объектом контроля);

по способу, которым получают первичную информацию (первичная информация - это регистрируемая после взаимодействия с контролируемым объектом совокупность характеристик проникающего вещества или физического поля).

Магнитные МНК основаны на анализе взаимодействия контролируемого объекта с магнитным полем и применяются, как правило, для обнаружения внутренних и поверхностных дефектов объектов, изготовленных из ферромагнитных материалов.

К основным магнитным методам НК относят магнитопорошковый, феррозондовый, индукционный и магнитографический метод. Самым распространённым и надёжным среди МНК своего вида является магнитопорошковый - основанный на возникновении неоднородности магнитного поля над местом дефекта.

Для реализации метода необходимо подготовить поверхность контролируемого объекта, намагнитить её и обработать магнитной суспензией. Металлические частицы, попавшие в неоднородное магнитное поле, возникшее над повреждением, притягиваются друг к другу и образуют цепочные структуры (рисунок 1.1), выявляемые при осмотре деталей.

Рисунок 1.1 магнитопорошковый метод

1 - магнитопорошковый контроль (1-магнитное поле; 2-дефект; 3-искажение магнитного поля; 4-магнитная супсензия; 5-скопление частиц).

Оставшиеся не рассмотренными методы магнитного контроля аналогичны. Единственное отличие - вместо магнитного порошка и последующего визуального контроля используются катушка индуктивности (индукционный метод), магнитная лента и датчик, оснащённый магнитной головкой (магнитографический метод), феррозондовый датчик, регистрирующий поля рассеивания (феррозондовый метод).

Электрические МНК основаны на регистрации и анализе параметров электрического поля, которое взаимодействует с объектом контроля или возникает в нём в результате воздействия извне. Первичными информативными параметрами служат потенциал и ёмкость.

Если к телу из металла (рисунок 1.2) приложить электрическое напряжение, то в нём возникнет электрическое поле, причём точки с одинаковым потенциалом образуют эквипотенциальные линии. В местах дефектов возникнет падение напряжения, которое можно измерить с помощью электродов и сделать выводы о характере и масштабе повреждений.

Рисунок 1.2 - Электропотенциальный МНК (1-трещина; 2-линия тока; 3-эквипотенциальные линии).

Кроме электропотенциального метода, применяемого для контроля качества проводниковых материалов, используют следующие электрические методы: емкостной (контроль полупроводников и диэлектриков); термоэлектрический (контроль химического состава материала); электронной эмиссии; электроискровой; электростатического порошка (метод схож с магнитопорошковым).

Вихретоковые МНК (Рисунок 1.3) основаны на исследовании взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с наводимым в объекте контроля электромагнитным полем вихревых токов, имеющих частоту до 1 млн Гц.

Рисунок 1.3 - Вихретоковый МНК ((прохождения)

1- катушка индуктивности; 2-вихретоковые токи; 3-объект контроля; 4-приёмный измеритель).

На практике данный метод используют для контроля объектов, которые изготовлены из электропроводящих материалов. С его помощью получают информацию о химическом составе и геометрическом размере изделия, о структуре материала, из которого объект изготовлен и обнаруживают дефекты, залегающие на поверхности и в подповерхностном слое (на глубине 2-3 мм). Типичный прибор используемый этим методом -- вихретоковый дефектоскоп.

Принцип контроля заключается в следующем. С помощью катушки индуктивности в объекте контроля возбуждаются вихревые токи, регистрируемые приёмным измерителем, в роли которого выступает та же самая или другая катушка. По интенсивности распределения токов в контролируемом объекте можно судить о размерах изделия, свойствах материала, наличии несплошностей.

К основным методам вихретокового контроля также относят метод рассеянного излучения (регистрация рассеянных волн или частиц, отраженных от дефекта); эхо-метод или метод отраженного излучения (регистрируются отраженные от дефекта поля и волны).

Радиоволновые МНК (Рисунок 1.4) основаны на регистрации и анализе изменения параметров, которыми обладают взаимодействующие с объектом контроля электромагнитные волны радиодиапазона (их длина составляет от 0,01 до 1 м). Данные методы могут применяться для контроля объектов, изготовленных из материалов, не «заглушающих» радиоволны - диэлектриков (керамика), полупроводников, магнитодиэлектриков и тонкостенных объектов из металла.



Рисунок 1.4 - Радиоволновой метод НМК ((прохождения) 1-генератор радиоволн; 2-объект контроля; 3-приёмник радиоволн).

Не будет ошибкой поставить в соответствие радиоволновым методам методы вихретоковые. Как и в случае вихретоковых МНК, аппаратура для реализации радиоволнового метода состоит из генератора и приёмника волны.

По характеру взаимодействия объекта с волной различают радиоволновые методы прохождения, отражения и рассеивания; по первичному информативному параметру - фазовые, геометрические, амплитудно-фазовые и поляризационные МНК.

Тепловые МНК в качестве пробной (несущей информацию) энергии используют распространяющуюся в объекте контроля тепловую энергию. Температурное поле напрямую зависит от происходящих в объекте процессах теплопередачи, особенности которых зависят от наличия дефектов (как внутренних, так и наружных).

Основной информативный параметр тепловых МНК - разность температур между бездефектными и дефектными областями объекта. Температура может измеряться контактным и бесконтактным методом.

В зависимости от характера взаимодействия контролируемого объекта и тепловой энергии различают активный (рисунок 1.5) и пассивный методы тепловых МНК.



Рисунок 1.5. - Активный метод ТНК (1-источник теплового нагружения; 2,3-передняя и задняя поверхности; 4-дефект; 5-устройство контроля температуры объекта; 6-объект).

Активный метод заключается в следующем: контролируемый объект с помощью внешнего источника охлаждают или нагревают, а затем с помощью устройства контроля измеряют тепловой поток температуру на его поверхности. Участкам повышенного или пониженного нагрева соответствуют дефекты.

При использовании пассивного метода (его называют методом собственного излучения) тепловые источники не используют. Вместо этого регистрируют тепловые потоки работающих объектов, ставя в соответствие местам повышенного нагрева неисправности и дефекты.

Тепловые методы широко используются не только при контроле технологических процессов и качества изделий; также их применяют в медицине, астрономии, при мониторинге (лесных пожаров, например).

Оптические МНК (Рисунок 1.6) основаны на регистрации и анализе параметров, присущих взаимодействующему с объектом оптическому излучению (к нему относятся электромагнитные волны длиной от 10-5 до 10-3 мкм).

С помощью оптических МНК обнаруживают пустоты, поры, расслоения, трещины, инородные включения, геометрические отклонения и внутренние напряжения в объектах контроля. Информационными параметрами методов являются интегральные и спектральные фотометрические характеристики излучения.

Наружный оптический контроль может применяться относительно объектов из любых материалов. Обнаружение внутренних дефектов (неоднородностей, напряжений) возможно только применительно к прозрачным объектам. Для контроля диаметров и толщины используют оптические методы, основанные на явлении дифракции, для контроля шероховатости и сферичности - на явлении интерференции.

Оптический контроль может выполняться методами собственного (а), отраженного (б) и прошедшего (в) излучения.

Рисунок 1.6 - Схемы испытаний оптическими МНК (1-источник излучения; 2-объект контроля; 3-приёмное устройство).

Приёмное устройство может регистрировать следующие информативные параметры - амплитуду, степень поляризации и фазу волны, время её прохождения через объект, частоту или частотный спектр излучения.

Радиационные МНК (Рисунок 1.7) основаны на регистрации взаимодействующего с объектом проникающего ионизирующего излучения и его последующем анализе. В зависимости от вида ионизирующего излучения, слово «радиационные» в наименовании методов может заменяться на «рентгеновские», «нейтронные» и другие.

Чаще всего для контроля используется гамма и рентгеновское излучение, позволяющее выявить едва ли не любой дефект (как внутренний, так и поверхностный).

Источник излучает поток, проходящий сквозь контролируемый объект. Излучение улавливается приёмником и с помощью преобразователя преобразуется в конечный результат.

Рисунок 1.7 - Схема применения радиационного контроля ((метод прохождения) 1-источник излучения; 2-объект контроля; детектор (приемник) излучения; 4-средство расшифровки результатов и их оценки).

В зависимости от того, какой приёмник излучения используется (сцинтилляционный счетчик фотонов и частиц, рентгеновская плёнка или флюоресцирующий экран), различают радиометрический, радиографический и радиоскопический методы.

Первичным информативным параметром выступает плотность потока излучения, возрастающая в местах дефектов.

Акустические МНК (Рисунок 1.8) основаны на регистрации и анализе параметров упругих волн, которые возбуждаются и/или возникают в объекте контроля. При использовании волн ультразвукового диапазона допустима замена названия группы методов на «ультразвуковые».

Упругие волны, вернее, их параметры, тесно связаны с некоторыми свойствами материалов (анизотропией, плотностью, упругостью и др.), а если принять во внимание тот факт, что акустические свойства твёрдых объектов и воздуха значительно разнятся, становится понятным, почему с помощью акустических МНК возможно выявить наличие малейших дефектов (их ширина может не превышать 10-6 мм), определить качество шлифовки и толщину поверхности.

Рисунок 1.8 - Результат применения активного акустического МНК (отражения)

Сфера использования акустических методов достаточно широка, например ультразвуковые дефектоскопы. Они могут применяться ко всем проводящим акустические волны материалам.

В зависимости от характера взаимодействия с контролируемым объектом, различают пассивные и активные методы контроля. В первом случае регистрируются волны, возникающие в самом объекте (по шумам работающего устройства вполне можно судить о его исправности, неисправности и даже её характере). К активным же относятся методы, основанные на измерении интенсивности пропускаемого или отражаемого объектом акустического сигнала.

МНК проникающими веществами (Рисунок 1.9) основаны на проникновении в полость дефекта контролируемого объекта специальных веществ. Когда речь идёт о выявлении слабозаметных или незаметных трещин на поверхности, МНК проникающие вещества можно назвать капиллярными, в случае поиска сквозных - течеискания.

При применении МНК проникающими веществами дефекты окрашиваются индикаторной жидкостью (пенетрантом) и выявляются либо визуально, либо с помощью преобразователей.

Рисунок 1.9 - Поэтапное описание способа применения капиллярного МНК проникающими веществами (1-поверхность; 2-дефект; 3-пенетрант; 4-проявитель; 5-следы индикации (признак дефекта).

На этапе а поверхность контролируемого объекта очищается механическим и/или химическим методом, затем на неё наносится индикаторная жидкость. Она заполняет полости дефектов. Излишки пенетранта удаляются. На поверхность наносится проявитель, выявляющий признаки дефектов.

Все рассмотренные выше методы контроля не требуют ни разрушения готовых изделий, ни вырезки образцов. Их применение позволяет избежать существенных временных и материальных затрат и частично автоматизировать операции контроля, повысив при этом надёжность и качество изделий.

1.2 Специфика тепловых методов неразрушающего контроля

Первый опыт применения сотрудниками Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС) инфракрасной техники для контроля технического состояния секций охлаждения воды и масла дизелей ПД1М тепловозов ТЭМ2 локомотивного депо Омск показал высокую эффективность обнаружения “больных” секций. Контроль работоспособности элементов системы охлаждения можно проводить регулярно при проведении реостатных испытаний тепловоза. Для этой цели необходимо определиться со стационарностью процесса охлаждения (постоянство нагрузки при испытаниях, продолжительность работы на холостом ходу).

Рисунок 1.10 - Термограмма водяных секций холодильника дизеля тепловоза ТЭМ2 - 5217

При контроле технического состояния секций холодильника (рисунок 1.10) термограммы удобно обрабатывать в режиме термопрофиля, поскольку выявляются места с аномалиями теплового поля по линии среза по одним и тем же местам на каждой секции. Кроме того, можно проводить анализ технического состояния группы секций (рисунок 1.11), что значительно повышает оперативность процесса контроля. Программа обработки тепловых изображений позволяет определить температуру, как в точке, так и в интересующей нас выделенной области объекта.



Рисунок 1.11- Термограмма масляных секций холодильника дизеля тепловоза ТЭМ2 - 5614

Данный опыт в применении тепловизионного метода контроля, можно применить и к тяговым электродвигателям. Рациональность этого метода в диагностировании тяговых электродвигателей, достигается тем что, нет необходимости в разборке и точных расчетов. С помощью термографа на компьютер подается информация о нагреве поверхности.

При тепловизионном контроле технического состояния боковой стенки пассажирского вагона (рисунок 1.12) термограммы удобно обрабатывать в режиме термопрофиля (рисунок 1.13).



Рисунок 1.12- Термограмма боковой стены пассажирского вагона

Рисунок 1.13 - Термопрофиль боковой стены пассажирского вагона

Тепловой контроль (ТК) тепловизионным методом узлов локомотивов, выполняется при проведении ТО и ТР локомотивов, причем контроль ходовой части на ТО-2, ТО-3, проводиться перед постановкой локомотива в ремонтное депо в момент непосредственно после прибытия поезда на станцию до отцепки локомотива.

Тепловой контроль узлов локомотивов выполняется с целью обнаружения и идентификации участков перегрузки (нагрева) и для достоверной оценки и технического состояния.

Тепловой контроль включает в себя:

качественный анализ: для оперативного контроля и оценки состояния объекта контроля по его температурным полям и выявления температурных аномалий, по местоположению и амплитуде обнаруженной аномалии принимают решение о том, соответствует ли обнаруженная аномалия скрытому дефекту, конструктивному элементу или мешающему фактору.

количественный анализ: для определения численных значений характеристик температурных полей в точках поверхности контролируемого объекта и обнаруженных дефектов. Количественный анализ может быть абсолютным и относительным. При абсолютном количественном анализе определяют абсолютные значения характеристик. При относительном количественном анализе определяют отношение температур или вычисленных значений характеристик в исследуемых областях к соответствующим значениям в реперных зонах.

определение дополнительных характеристик состояния поверхности и окружающей среды;

расчет на базе произведенных измерений теплотехнических параметров объектов контроля и сопоставление их с нормативными значениями;

определение параметров дефектов.

Тепловой контроль рекомендуется проводить для наружных поверхностей, не подвергающихся воздействию солнечной радиации в течение предшествующих 12 часов, днем - в облачную погоду, но наиболее целесообразно - ночью или в предутренние часы, когда тепловое влияние окружающей среды минимально.

Тепловой контроль узлов локомотивов находящихся на открытом воздухе, не рекомендуется проводить в дождь, туман, снегопад и при наличии снега, инея и влаги на поверхности. При ТК на открытом воздухе скорость ветра не должна превышать 7 м/с, а температура воздуха - в пределах рабочего диапазона температур эксплуатации тепловизора.

Не рекомендуется проводить ТК поверхностей с коэффициентом излучения ниже 0,7. При необходимости проведения ТК объектов с коэффициентом излучения ниже 0,7 поверхности объекта обрабатывают специальными средствами (окрашивание, чернение, окисление и т.д.).

Температура окружающего воздуха на рабочем месте должна быть в диапазоне от плюс 5°С до плюс 30°С. При проведении ТК в зимний период, устройства транспортируют и хранят под верхней одеждой или в специальном кейсе-термосе с подогревом.

Время работы тепловизора не должно превышать значения, установленного в РЭ (паспорте) прибора, так как при низкой температуре происходит запотевание оптики, быстрый разряд аккумулятора, образование конденсата внутри термооптического устройства, что негативно сказывается на работе и может привести к поломке.

При работе с тепловизором должно обращаться внимание на правильность выбора коэффициента излучательной способности контролируемого объекта.

Тепловой контроль проводят как в стационарных, так и нестационарных условиях воздействия окружающей среды (или источника тепловой стимуляции). При этом для последующего проведения расчетов фактических характеристик контролируемого объекта и обнаруженных дефектов следует применять расчетные модели с учетом особенностей стационарных и нестационарных процессов теплопередачи.

Тепловой контроль электрооборудования при испытании осуществляется на участке испытания в присутствии специалиста осуществляющего данные работы; ТК узлов локомотивов при проведении реостатных испытаний локомотива осуществляется на пункте реостатных испытаний в присутствии специалиста осуществляющего данные работы; ТК узлов при приемке локомотива в ремонтное депо, осуществляется непосредственно на локомотиве в сопровождении старшего мастера или бригадира осуществляющего опись неисправностей по результатам ТК; При испытании электрооборудования, проведении реостатных испытаний и приёмке локомотива, для проведения ТК должно быть обеспечено удобство подхода персонала к объекту и создание условий безопасного производства Теплового контроля.

Время проведения тепловизионной съемки контролируемых узлов локомотива определяется после проведения хронометража операции контроля в зависимости от сложности узла и подготовительных операции. Данные по хронометражу должны быть внесены в технологические карты и форму отчетности ТНУ-5.

Тепловой контроль узлов локомотивов проводят с применением тепловизоров, внесенных в Реестр средств измерений, применяемых в ОАО «РЖД» и допущенных для применения в локомотивном хозяйстве.

Тепловизоры должны соответствовать основным параметрам:

спектральный диапазон - 2,5-14,0 мкм;

диапазон измеряемых температур - от минус 50 °С и ниже до 1000 °С;

фиксация точки наибольшего нагрева;

абсолютная погрешность измерения температуры - не более плюс/минус 2°С;

формат изображения - не менее 128x240 элементов;

частота кадров тепловизоров - не менее 0,5 Гц;

пространственное разрешение элементов разложения в строке сканеров не менее 100;

рабочий температурный диапазон эксплуатации - от минус 20. °С до плюс 50°С и более;

обеспечивать передачу первичных данных, а именно полноразрядной термограммы, сопровождаемой параметрами условий измерения.

Быть укомплектованы:

руководством по эксплуатации (с описанием формата первичных данных);

средствами для обработки первичных данных;

методикой поверки;

встроенной или съемной АБ для автономного питания повышенной емкости;

второй комплект АБ;

источником питания для подзаряда встроенной АБ или обеспечения электропитания от сети переменного тока 220В, 50Гц;

специализированным кабелем для подключения тепловизора к ПЭВМ;

специализированной программой (на компакт диске или ином носителе информации) для сохранения в памяти ПЭВМ результатов контроля;

цифровым фотоаппаратом;

специализированным кабелем для подключения цифрового фотоаппарата к ПЭВМ;

специализированная рамка крепления тепловизора и цифрового фотоаппарата (рисунок 1.20);

специализированный кейс для хранения оборудования;

кейс-термос.

Рисунок 1.14 - специализированная рамка крепления тепловизора и цифрового фотоаппарата



Рисунок 1.15 - тепловизор IRIS 4010 готовый к работе.

Тепловизоры (рисунок 1.21) должны подвергаться поверке в установленном порядке по методике, содержащейся в эксплуатационной документации, в соответствии с утвержденным в ремонтном локомотивном депо графиком поверки.

Также для ТК применяются вспомогательные средства контроля - приборы для определения параметров окружающей среды (цифровые термометры, измерители влажности и т.п.) которые должны сопровождаться технической документацией (паспорт, РЭ) и соответствовать им.

ТК узлов локомотивов, должны выполнятся по технологическим картам контроля, разработанным на основании инструкций и требованиям РЭ (паспорта) на прибор.

Пример заполнения технологической карты на ТК приведен в Приложении 1.

Технологические карты разрабатывает инженерно-технический работник, ответственный за ТД в ремонтном локомотивном депо и утверждает главный инженер (заместитель начальника по качеству) ремонтного локомотивного депо.

Организацию работ (настройка, поверка работоспособности прибора) по ТК узлов локомотивов осуществляет инженерно-технический работник, ответственный за ТД в ремонтном локомотивном депо. К выполнению ТК узлов локомотивов допускаются инженерно - технический работник, ответственный за ТД в ремонтном локомотивном депо, электрослесарь не ниже 7-го разряда в соответствии с ЕТКС, сертифицированный по тепловому контролю на I-II уровень квалификации по ГОСТ 30489.

Оценку состояния контролируемых узлов локомотива по результатам ТК проводит персонал, допущенный к проведению ТК с привлечением, при необходимости, специалиста ответственного за проведение ТД в ремонтном локомотивном депо.

Ответственность за выполнение ТК, оформление результатов ТК в соответствии с настоящей инструкцией возлагается на персонал, допущенный к ТК.

Перед проведением ТК необходимо произвести осмотр контролируемых поверхностей. При выявлении недопустимых дефектов узел (деталь) бракуют. В случае выявления дефектов, подлежащих устранению, ТК проводят после ремонта узла (детали).

Проведение ТК узлов локомотивов в условиях локомотивного депо включает в себя:

ознакомление с местоположением объекта контроля;

определение наличия мешающих факторов, влияющих на результаты контроля;

оценку метеорологических параметров в районе объекта контроля;

изучение технологических параметров внутри объекта контроля;

оценку окружающей обстановки, анализ окружающих объект контроля сооружений, которые могут влиять на тепловое изображение контролируемой поверхности;

проведение визуального контроля состояния поверхности контролируемого объекта и выявление зон, имеющих различные коэффициенты излучения;

выбор оптимальных условий для термографии;

обеспечение удобства подхода персонала к объекту и создание условий безопасного контроля.

Подготовку вспомогательного оборудования производится в соответствии с сопроводительной документацией (паспорт, РЭ).

Перед проведением контроля для повышения точности измерений выполняют ручную настройку тепловизора в соответствии с требованиями технологических карт по ТК и эксплуатационных документов на средства контроля.

Подготовка тепловизора к контролю включает следующие основные операции:

сборка термо - оптического устройства;

проверка напряжения автономных источников питания;

очистка твердотельных носителей (флэш-памяти прибора) цифровой информации;

стыковку узлов аппаратуры;

синхронизация даты и времени;

измерение и вычисление температуры окружающего фона;

установка коэффициента излучения и температуры окружающего фона;

установка нижней границы диапазона температур.

После сборки электрической схемы тяги или рекуперации, проводится диагностика силовой цепи и электрических аппаратов двух секций электровоза в течении 3-5 минут. После силовой схемы проводиться ТК низковольтной цепи и электрических аппаратов в течении 3-5 минут, двух смежных секций. В первую очередь необходимо уделять внимание типовым агрегатам электровоза приведенным, в таблице по допустимы температурам. Для локализации места перегрева при высоких температурах следует увеличить верхнюю границу диапазона температур при помощи кнопок управления “вверх”, “вниз” или переключиться в автоматический режим определения диапазона температур. После выявления места и границ распределения перегрева нужно вернуться в ручной режим определения диапазона температур на тепловизоре и выставить исходную нижнюю границу диапазона температур.

При съемке сложно различимых агрегатов, нужно сначала одной рукой сфокусировать фотоаппарат, нажав на кнопку затвора до половины, после этого одновременно нажать кнопку спуска затвора до конца и второй рукой кнопку сохранения термограмм на тепловизоре. Нажатие на кнопки производить по возможности плавно и одновременно, чтобы на снимках и термограммах не было искажений и смещения центра кадра.

После завершения ТК локомотива для объективов компонентов составляющих термо - оптического устройства следует: для фотоаппарата задвинуть объектив, выключив его; для тепловизора надеть крышку на объектив. При проведении ТК в зимний период при температуре от -10C для термо - оптического устройства нужно сшить утепленный чехол, транспортировать и хранить под верхней одеждой, проводить диагностирование за минимальное время. Так как при низкой температуре происходит запотевание оптики, быстрый разряд аккумулятора, образование конденсата внутри термо - оптического устройства, что негативно сказывается на работе и может привести к поломке.

Термо - оптическое устройство следует выключить и поместить в чехол для транспортирования, если следующий ТК будет производиться более чем через 15 минут.

Далее по завершению ТК необходимо извлечь SD карты из тепловизора и фотоаппарата, включить ноутбук, поочередно вставить карты памяти в слот для чтения карт и сохранить на жестком диске снимки и термограммы в отдельной папке с номером локомотива.

Обработка данные на ноутбуке выполняется с использованием программы “TermoFot 1.0”. По завершению обработки данные заполняют в протокол ТК локомотива (приложение 2).

1.3 Диагностика электрических машин тепловым методом неразрушающего контроля

Тепловидение можно назвать универсальным способом получения различной информации об окружающем нас мире. При изготовлении или эксплуатации множества ответственных технических устройств и изделий протекают процессы выделения, поглощения или передачи тепловой энергии. Это делает возможным применение технической диагностики на основе теплового (рисунок 1.16) (тепловизионного) метода.

Неразрушающий контроль -- контроль надежности основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов/узлов, не требующий выведения объекта из работы либо его демонтажа.

Сейчас тепловизоры широко применяются в самых различных областях - от научных исследований и медицины до промышленных предприятий и атомной энергетики. Тепловизор, как универсальный прибор, может быть использован для решения актуальных задач диагностики, мониторинга, неразрушающего контроля и энергетических обследований.

Рисунок 1.16 - Нагрев контакта

Инфракрасный контроль электрооборудования во всем мире применение тепловизоров в электроэнергетике является одним из эффективных компонентов системы технической диагностики. Тепловизионное обследование обеспечивает возможность контроля состояния низковольтного и высоковольтного электрооборудования без вывода из работы, под рабочим напряжением. С помощью тепловизора выявляют дефекты на ранней стадии развития, прогнозируют сроки и объем ремонтных работ, сокращают затраты на техническое обслуживание, повышают надежность и безопасность эксплуатации электрооборудования.

Проведённые исследования показали, что тепловизор может эффективно применяться на пунктах технического обслуживания локомотивов (ПТО) и при контроле качества ремонтов в депо. На тепловозах можно выявлять такие повреждения, как межвитковые замыкания, нарушение и пробой изоляции, ослабления соединений, задевание подвижных элементов о кожухи, дефекты радиаторов и щёточно - коллекторных узлов, чрезмерный нагрев и дефекты подшипников тяговых электродвигателей, дефекты тяговых трансформаторов, сглаживающих реакторов, выпрямительных установок, цепей управления, аккумуляторных батарей, букс и т. д. С использованием отечественного термографа ИРТИС в 2003 - 2004 гг. был выполнен большой объём экспериментальных исследований по тепловизионному контролю оборудования тепловозов на ПТО, по результатам которых выявлен ряд серьёзных дефектов.

На рисунках 1.17, 1.18, 1.19, 1.120, 1.21, 1.22 представлены термограммы якоря электрической машины постоянного тока, полученные при различной степени нагрева.

На термограммах (рисунки 1.18, 1.19, 1.20) видно область локального перегрева петушков коллектора, что свидетельствует о достаточно большом переходном электрическом сопротивлении «обмотка-петушок». Это связано с плохим качеством пайки концов обмотки якоря к петушкам коллектора и с уменьшением расчетного сечения меди в зоне контакта.

Критерием брака якоря по качеству пайки является превышение температуры локальных зон перегрева по сравнению с допустимыми значениями (согласно технологической карте).

Рисунок 1.17 - Термограмма якоря после 5 мин прогрева

(равномерное распределение температуры по элементам якоря)

Рисунок 1.18 - Термограмма якоря после 15 мин прогрева

(область локального перегрева - 2 петушка с повышенной температурой нагрева)

Рисунок 1.19 - Термограмма якоря после 15 мин прогрева

(область локального перегрева - 2 петушка коллектора с повышенной температурой нагрева)

Рисунок 1.20 - Термограмма якоря после 15 мин прогрева

(группа петушков коллектора и выводов якорной обмотки с повышенной температурой нагрева)

Рисунок 1.21 - Термограмма якоря после 15 мин прогрева

(область равномерного распределения температуры по коллектору и выводам якорной обмотки)

Рисунок 1.22 - Термограмма якоря после 15 мин прогрева

(область равномерного распределения температуры по коллектору и выводам якорной обмотки)

Так же, поскольку стоимость диагностических систем весьма велика, применять их целесообразно лишь для диагностирования крупных электрических машин (синхронных генераторов, компенсаторов и двигателей переменного тока), простой или отказ которых может привести к большому экономическому ущербу.

Поэтому рассмотрим наиболее часто встречающиеся дефекты и их проявления, характерные для основных элементов конструкции крупных машин.

Сердечник статора:

- повреждение межлистовой изоляции, вызывающее местные перегревы;

В ослабление прессовки, вызывающее вибрацию пластин стали с повреждением межлистовой изоляции; распушение крайних пакетов, вызывающее излом листов;

- изменение формы статора гидрогенераторов из-за ослабления стыковки секторов статора, что может привести к касанию ротора и статора.

Обмотка статора:

- ослабление крепления стержней в пазу, вызывающее истирание изоляции стержня;

- повреждение полупроводящего покрытия стержня, вызывающее появление частичных разрядов (ЧР); расслоение изоляции, вызывающее ее ускоренное старение;

- нарушение изоляции элементарных проводников, вызывающее увеличение циркуляционных токов и местный перегрев обмотки;

- ослабление крепления лобовых частей, вызывающее истирание изоляции, смещение проводников и повышенную вибрацию лобовых частей;

- загрязнение, замасливание и увлажнение изоляции, вызывающее снижение электрической прочности изоляции;

- трещины в изоляции, приводящие к снижению ее электрической прочности.

2. Оценка оптимальных режимов методов теплового неразрушающего контроля

2.1 Физико-математическая модель теплового неразрушающего контроля

Тепловизоры и пирометры - приборы для дистанционного определения температуры поверхности объектов путем регистрации и обработки инфракрасного излучения. При решении вопросов внедрения тепловизионной диагностики как метода технической диагностики будем основываться на требованиях действующих в настоящее время стандартов:

ГОСТ 23483 - 79. Методы теплового вида. Общие требования. Контроль неразрушающий;

ГОСТ 15467 - 79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения;

ГОСТ 25314 - 82. Контроль неразрушающий тепловой. Термины и определения;

ГОСТ 26629 - 85. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций;

ГОСТ 20911 - 89. Техническая диагностика. Термины и определения;

ГОСТ 27002 - 89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения;

ГОСТ 8024 - 90. Аппараты и электротехнические устройства переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Нормы нагрева при продолжительном режиме работы и методы испытаний.

Тепловизионный контроль представляет собой метод теплового неразрушающего контроля, основанный на использовании электронных средств тепловидения, анализе теплового изображения с помощью термограмм. По результатам тепловизионных измерений принимают экспертное решение о состоянии оборудования.

Технические возможности современных тепловизионных приборов и задачи, решаемые на практике с их помощью, многообразны.

Наиболее известны в мировой практике тепловизионные системы фирмы FCI, США (бывшая AGEMA Infrared Systems, Швеция), Фуджицу Лимитед, NEC San - ei Instruments, Ltd, Япония, Inframetrix & Hugues, США и Бариес Инжениринг компани, США.

К преимуществам инфракрасной техники относятся: высокотемпературная разрешающая способность приборов; дистанционность измерения; возможность интерпретации внутренних глубинных дефектов по измерениям возмущения поля температуры на поверхности тела; высокопространственная разрешающая способность приборов и др.

Наряду с преимуществами имеются и недостатки: существенное влияние на результат измерений могут оказывать теплорадиационные свойства объекта и окружающей среды и величина лучистого теплообмена между ними; интенсивность излучения в большей степени зависит от соотношения концентрации различных газов, паров воды и т. д.

Распределение температуры на поверхности диагностируемого аппарата несет информацию не только об общем его тепловом состоянии, но и о наличии теплопроводных неоднородностей (трещин, инородных включений и т. д.). Распределение температуры фиксируется инфракрасными приборами на термограмме, которая представляет собой цветное плоское тепловое изображение поверхности объекта, где каждому цвету соответствует определенная температура поверхности.

При работе практически всех электроаппаратов и электрических машин наблюдается выделение тепла с контактирующих поверхностей, разъемных соединений, поверхностей катушек, резисторов и проводов. Посредством термографии возможно обнаружение аномальных тепловых полей, свидетельствующих о возникновении определенных видов неисправностей при работе электроаппаратуры и электрических машин.

Тепловизионная съемка и анализ термограмм выполняются с учетом рекомендаций, где приведены данные по объему и нормам испытания электрооборудования.

Оценка теплового состояния токоведущих частей в зависимости от условий их работы и конструкции может осуществляться по нормированной температуре нагрева (превышению температуры), избыточной температуре, коэффициенту дефектности, динамике изменения температуры во времени, с изменением нагрузки, путем сравнения измеренного значения температуры дефектного участка со значением температуры заведомо исправного участка.

Предельные значения температуры нагрева и ее превышения приведены в 1 таблице

Для контактов и болтовых контактных соединений (КС) нормативами таблице 1 следует пользоваться при токах нагрузки (0,6 - 1,0) Iном после соответствующего пересчета. Пересчет превышения измеренного значения температуры к нормированному осуществляется исходя из соотношения:

,

Тном - превышение температуры при Iном;

Тном - превышение температуры при Iраб.

Для контактов и болтовых КС при токах нагрузки (0,3 - 0,6) Iном оценка их состояния проводится по значению избыточной температуры. В качестве норматива используется значение температуры, пересчитанное на 0,5 Iном. При оценке состояния контактов и болтовых КС по значению избыточной температуры и тока нагрузки 0,5 Iном различают следующие области по степени неисправности:

избыточная температура 5 - 10 С - начальная степень неисправности, которую следует держать под контролем и принимать меры по ее устранению во время проведения планового ремонта;

избыточная температура 5 - 10 С - начальная степень неисправности, которую следует держать под контролем и принимать меры по ее устранению во время проведения планового ремонта;

избыточная температура 10 - 30 С - развившийся дефект, следует принять меры по устранению неисправности при ближайшем выводе электрооборудования из работы;

избыточная температура более 30 С - аварийный дефект. Требует немедленного устранения.

Для сварных и выполненных обжатием КС оценку их технического состояния следует производить по значению избыточной температуры или коэффициента дефектности. Исходя из приведенных значений коэффициента дефектности различают следующие степени неисправности:

не более 1,2 - начальная степень неисправности, которую следует держать под контролем;

1,2 - 1,5 - развившийся дефект. Принимаются меры по устранению неисправности при ближайшем выводе электрооборудования из работы;

более 1,5 - аварийный дефект. Требует немедленного устранения.

Таблица 1 - Допустимая температура нагрева электроаппаратуры и электрических машин

Контролируемые узлы	Наибольшее допустимое значение
	температура нагрева, С	превышение температуры, С
Токоведущие (за исключением контактов и контактных соединений) и нетоковедущие металлические части:
неизолированные и не соприкасающиеся с изоляционными материалами изолированные или соприкасающиеся с изоляционными материалами классов нагревостойкости по ГОСТ 8865 - 93:	120	80
Y A E B F H Контакты из меди и медных сплавов без покрытия и с покрытием серебром или никелем Аппаратные выводы из меди, предназначенные для соединения с внешними проводниками электрических цепей без покрытия и с покрытием серебром или никелем	90 100 120 130 155 180 75/105 90/105	50 60 80 90 115 140 35/65 50/65
Болтовые контактные соединения из меди без покрытия и с покрытием серебром или никелем	90/115	50/75
Токоведущие жилы силовых кабелей в режиме длительном и аварийном при наличии изоляции:
из поливинилхлоридного пластика и полиэтилена	70/80	-
из вулканизирующегося полиэтилена	90/130	-
из резины	65/-	-
Коллекторы и контактные кольца, незащищенные и защищенные при изоляции классов нагревостойкости: А/Е/В	-	60/70/80
F/H	-	90/100
Подшипники скольжения и качения	80/100	-

Термограммы электроаппаратуры локомотивов с обнаруженными в них дефектами по перегреву контактов и контактных соединений приведены на рисунках 2.22 и 2.23. Хотя превышения нормативного значения температуры не наблюдается, отмечается перегрев контактных соединений клемм 1 - 3 (рисунок 2.20) и подвижных контактов контакторов ПК - 41 (рисунок 2.21). Причина перегрева контакта и контактных соединений - ослабление их крепления.



Рисунок 2.22 - Термограмма клемм контактных соединений

Рисунок 2.23 - Термограмма контактов контактора ПК - 41

Расшифровка термограмм, полученных в процессе выполнения термографирования соединительных проводов и кабелей на локомотивах, а также силовых кабелей ТЭД на испытательной станции электрических машин, показала, что до 60 % проводов и кабелей имеют локальные тепловые поля с температурой, отличной от средней по поверхности объекта контроля. Такие аномалии могут быть вызваны либо разрушением слоя изоляционного материала, либо изломом медных жил проводов и кабелей. При обнаружении трещин, изломов, при уменьшении сечения более чем на 10 % от номинального шины (перемычки) заменяются, у проводов с повреждением жил более 10 % сечения перепаиваются наконечники. Не допускается эксплуатация выводных кабелей ТЭД при обрыве жил, превышающих 15 % номинального сечения. Обнаружение процента разрушения сечения провода или кабеля порой бывает затруднительным (разрушение визуально не определяется). Определять процент излома жил проводов и кабелей предлагается по температуре на их поверхности. Тепловое поле может быть легко определено с помощью тепловизора, и по полученному значению температуры рассчитывается процент излома.

Для оценки дефектности контактных соединений приняты ряд критериев представленных в таблице 2.

Термодиагностика дефектов локомотивов, как показала практика, имеет свои особенности. На тепловозах во время их работы производят термоконтроль большинства оборудования, находящегося в высоковольтной камере. Поэтому обследования проводятся только после обесточивания высоковольтной камеры. В период, предшествующий техосмотру на ПТОЛ, тепловоз может работать с разной нагрузкой и в различных режимах. Поэтому при термодиагностики приходится в основном ориентироваться на статистические данные - изменение температуры по отношению к однотипным деталям или по отношению к данным предшествующих измерений. тепловой неразрушающий контроль электрический

Таблица 2. - Критерии оценки дефектности контактных соединений

Рекомендации	Степень неисправности	Категория ремонта	?Трасч.,С
Контакт находится в нормальном состоянии	0	не требуется	< ?Тдоп. /6
Начальная степень неисправности, которую следует держать под контролем и принимать меры по её устранению во время проведения ремонта, запланированного по графику.	1	капитальный	? ?Тдоп. /6 и < ?Тдоп. /3
Развившийся дефект. Принять меры по устранению неисправности при ближайшем выводе электрооборудования из работы.	2	текущий	? ?Тдоп. /3 и < ?Тдоп.
Аварийный дефект. Требует немедленного устранения.	3	внеплановый	? ?Тдоп.

2.2 Оценка без эталонного определения порогового значения сигнала обнаруженных дефектов

Обрабатывают данные на ПЭВМ с использование специализированной программы, поставляемой в комплекте с тепловизором, расшифровки полученных термограмм и повести анализ результатов контроля, который включает качественный анализ результатов контроля.

Обработка результатов контроля при проведении качественного анализа заключается в обработке и расшифровке термограмм. Записанные на носитель цифровой информации термограммы анализируют, идентифицируют зоны температурных аномалий и принимают решение о соответствии аномалии скрытому дефекту или конструктивным особенностям контролируемого объекта.

Для наглядности представления результатов рекомендуется компьютерное совмещение видимого (рисунок 2.24) и теплового (рисунок 2.25) изображения одного и того же участка конструкции после их обнаружения на термограммах.



Рисунок 2.24 - Выделение деталей при базовом изображении

Рисунок 2.25 - Температурные характеристики деталей при термоизображении

Оценку тепловых аномалий следует проводить как по величине температурного перепада в зоне аномалии, так и методом сравнения с реперной зоной. Тепловые аномалии отображаются на термограммах в виде областей повышенной или пониженной температуры, которые соответствуют:

конструктивным особенностям объекта контроля;

неоднородностям коэффициента излучения поверхности объекта;

неоднородностям теплообмена с окружающей средой (например, в связи с неоднородностью и неравномерной толщиной слоя тепловой изоляции);

дефектам.

Количественный анализ результатов контроля заключается в определении численных значений характеристик контролируемого объекта и обнаруженных дефектов. Количественный анализ тепловых аномалий проводят в целях оценки степени их опасности для стабильного функционирования узла. Степень опасности обнаруженных аномалий оценивают по:

дополнительным потерям тепла через дефект;

несоответствию фактических значений характеристик контролируемого объекта требованиям нормативной технической документации;

возможным последствиям вследствие эксплуатации контролируемого объекта с дефектами (снижение прочностных характеристик, коррозия материала конструкции, снижение качества тепловой защиты, эксплуатация объекта при неоптимальных нагрузках и т.п.).

температуре окружающей среды. Она нагревает контролируемый объект, а также при наличии участков (узлов) с хорошей отражательной способностью создает впечатление наличия высоких температур в местах измерения. В случае необходимости измерения в электроустановках при превышении температуры окружающей среды более 25єС рекомендуется производить для каждого объекта поочередно из нескольких диаметрально противоположных точек. ТК рекомендуется проводить для наружных поверхностей, не подвергающихся воздействию солнечной радиации в течение предшествующих 12 часов. Если прямое и/или рассеянное солнечное излучение нагревает экспонируемые части контролируемых объектов и создает области аномальных температур, то их специальными приемами отличают от температурных полей, обусловленных наличием дефектов в контролируемом объекте.

коэффициенту излучения материала, который зависит не только от физических свойств тела, но и от состояния поверхности (влажная, масляная) и от ее шероховатости. Коэффициент излучения зависит также от угла наблюдения. Для металлов коэффициенты излучения постоянны в интервале углов наблюдения (0-40) градусов, для диэлектриков - в интервале углов (0-60) градусов. За пределами этих значений коэффициент излучения быстро уменьшается до нуля при направлении наблюдения по касательной. Так, при длине волны излучения 10 мкм при наблюдении по нормали, вода близка к АЧТ (ГОСТ Р 8.566), а при наблюдении по касательной становится зеркалом е=0.

...