авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Повышение достоверности результатов диагностирования газотурбинных двигателей сцинтилляционным методом с целью снижения рисков возникновения чрезвычайных ситу

-- [ Страница 3 ] --

- фонового сигнала, характеризующегося малыми шумовыми амплитудами, медленным и плавным изменением фонового значения со временем, который может нести информацию о растворенном в пробе металле или (и) о металле, находящемся в субмикронных частицах;

- импульсного сигнала отдельные неперекрывающиеся импульсы с большой амплитудой (больше амплитуды фонового сигнала, несущие информацию о достаточно крупных частицах металла).

Для одновременной регистрации фонового и импульсного сигналов разработана система с использованием динамической дискриминационной фильтрации (рис.3).

 Функциональная схема-74

Рис. 3. Функциональная схема одновременной регистрации фонового и импульсного сигналов с использованием динамической дискриминационной фильтрации: средняя за экспозицию амплитуда фонового сигнала

В систему введен фильтр сверхвысоких частот для подавления шумовой составляющей сцинтилляционного сигнала (ФСВЧ). Это обеспечило более устойчивую работу системы динамической дискриминации и выделения одиночных импульсов из импульсного сигнала.

Уровень дискриминации D и уровень регистрации Ur настраиваются таким образом, чтобы от пробы, не содержащей дискретной примеси, не регистрировалось ни одного импульса. В качестве пробы, не содержащей дискретную примесь, могут использоваться образцы, где элемент введен в пробу, (например, масло) в виде растворенного металлорганического комплекса (стандартный образец, типа Conostan).

Исключить влияние дискретной компоненты примеси на фоновый сигнал в общем случае нельзя, т.к. если частицы имеют субмикронный размер и их содержание велико, то для них нарушается принцип сцинтилляции (перекрываются облака атомного пара), что также приводит к увеличению фоновой составляющей.

В результате исследований установлено:

- динамическая дискриминационная фильтрация позволяет более корректно, по сравнению с традиционными методиками, разделять сцинтилляционный сигнал на фоновую и импульсную составляющие;

- одновременная регистрация фоновой и импульсной составляющих сцинтилляционного сигнала позволяет производить анализ проб, в которых примесь находится как в растворенном, так и дискретном виде;

- разделение выходного сигнала на две составляющие приводит к необходимости производить градуирование сцинтилляционного способа для получения правильных результатов измерения содержания по двум типам стандартных образцов (СО): СО, где примесь находится в растворенной или (и) субмикронной форме, и СО, содержащему примесь только в виде отдельных дискретных частиц, сигнал от которых превышает фоновое значение.

Такой подход разделения выходного сигнала позволяет получать раздельную информацию о содержании металлической примеси, находящейся в виде присадки, либо субмикронных частиц и, соответственно, в виде частиц повреждаемых деталей.

Исследования влияния передаточной функции источника возбуждения спектров на распределение сцинтилляционных сигналов производились с использованием метода Монте-Карло. В качестве функции распределения частиц по диаметрам принималось логнормальное распределение.

Результаты моделирования показали, что форма гистограммы распределения сигналов сложным образом зависит от формы функции распределения частиц по размерам. В зависимости от типа передаточной функции гистограммы сигналов ведут себя по-разному при изменении распределения частиц по размерам. В большинстве случаев при увеличении размеров частиц гистограмма сигналов уширяется, а максимум распределения остается в младших классах (рис.4).

а) б)

Рис. 4. Вид сигналов в зависимости от размеров частиц при передаточной функции, имеющей положительную асимметрию: а входной; б выходной

Исследования показали, что по величине единичного сцинтилляционного импульса невозможно оценить испарившуюся массу частицы (соответственно и ее размер). Возможно отследить лишь изменение среднего размера частиц от пробы к пробе, например, по уширению гистограммы сцинтилляционных сигналов.

В четвертой главе приведены разработанные новые технические решения при создании сцинтилляционного спектрометра, его аналитические и метрологические возможности, а также особенности разработки сцинтилляционного анализатора масла САМ-ДТ-01.

В основу технических решений сцинтилляционного спектрометра положено следующее (рис.5).

Проба масла с помощью ультразвукового распылителя (1) превращается в мелкодисперсный золь и подается в СВЧ-плазменную горелку (2) циклонного типа с температурой ~ 5200 К. Капли масла в воздушной плазме выгорают, а последовательно поступающие в плазму металлические частицы испаряются и атомный пар возбуждается, т.е. происходит вспышка (сцинтилляция) частицы.

Излучение атомного пара с помощью конденсора (3) поступает в полихроматор (4). Разложенное в спектр излучение регистрируется фотоумножителями (5-7).

В случае одновременного присутствия в пробе растворенного металла и металла в виде износных частиц на выходе ФЭУ присутствует непрерывный фоновый сигнал, соответствующий растворенному металлу и импульсный соответствующий частицам повреждаемых деталей.

По специальным градуировочным характеристикам импульсный сигнал пересчитывается в элементное содержание частиц повреждаемых деталей, непрерывный в содержание растворенного элемента. Число вспышек (зарегистрированных импульсов) равно числу частиц повреждаемых деталей.

При попадании в плазму частиц, состоящих, например, только из железа, последовательность импульсов излучения регистрируется на канале (5) (см. рис.5а). На каналах 6, 7 наблюдается непрерывное, слабое фоновое излучение плазмы.

Рис. 5. Блок-схема сцинтилляционного спектрометра на три канала:

а) последовательность импульсов излучения при присутствии в пробе только одного элемента; б) последовательность импульсов излучения при одновременном присутствии трех элементов

Если в пробе присутствуют частицы, состоящие из нескольких элементов, ПЭВМ сортирует импульсы излучения по одновременности их появления. Совпадение по времени двух и более импульсов излучения указывает на наличие сложной частицы, характеризующей ее элементный состав.

Для проведения измерений параметров частиц повреждаемых деталей используется объем разовой аналитической навески 1 мл. За время экспозиции 10 мин определяются следующие параметры одновременно для восьми элементов (Al, Cr, Ni, Mg, Fe, Cu, Ag, V):

- содержание элемента, находящегося в пробе в виде частиц поврежденной детали (размер частиц более 2 мкм);

- содержание элемента, растворенного в пробе и (либо) содержащегося в виде субмикронных частиц (размер частиц менее 2 мкм);

- общее число частиц поврежденной детали;

- число «простых» частиц, состоящих только из одного элемента;

- число «сложных» частиц, состоящих из двух и более элементов;

- средний размер частиц данного элемента;

- элементный состав каждой частицы изнашивания.

Ранее существенным ограничением сцинтилляционного способа являлось измерение только импульсной составляющей сигнала, растворенный металл и частицы размером менее 2 мкм не учитывались в общем балансе содержания. Чтобы устранить ограничение, автором разработан способ измерения содержания растворенной металлической примеси, разработана и запатентована специальная методика градуирования сцинтилляционного спектрометра.

Для градуирования сцинтилляционного анализатора масла используется два типа образцов сравнения:

- образец сравнения, в котором элемент содержится в виде металлоорганической примеси распределенной равномерно, например, стандартный образец фирмы Conostan;

- образец сравнения, в котором металлическая примесь распределена дискретно в виде отдельных частиц.

В качестве стандартного образца предприятия (СОП) с дискретно распределенной примесью был разработан и аттестован образец (аббревиатура СОЧПИ) на основе натуральных частиц поврежденной детали, выделенных из большего объема отработанного масла.

Оценка погрешности измерения содержания проводилась для двух форм нахождения металлической примеси в пробах масел в форме раствора и частиц поврежденной детали, в соответствии с ГОСТ Р8.563-96ГСИ.

Погрешность на нижней границе измерения содержания для растворенных форм металлов ( 0,2г/т) определялась превышением шумов плазмы и аппаратуры над полученным сигналом и составила . В диапазоне изменения содержаний 1,0-5,0 г/т в зависимости от определяемого элемента погрешность не превышала 20-25%.

Погрешность на нижней границе измерения содержания примесей, находящихся в форме частиц (г/т), определялась только вероятностью попадания частиц в отдельные аналитические навески, т.е. погрешностью пробоотбора. В этом случае погрешность могла доходить до %. Снижение величины погрешности на низких содержаниях получали стандартным путем увеличением аналитической навески или увеличением числа параллельных измерений. В этом случае, погрешность при измерении примеси, находящейся в форме частиц для диапазона содержаний 2,0-5,0 г/т составляла не более 25%.

Пределы допускаемой относительной погрешности при измерении концентрации (количества частиц в аналитической навеске) оказались не хуже 40% в диапазоне измерений от 200 до 4000 см3.

Выше отмечалось, что одновременность появления сцинтилляционных сигналов на двух и более каналах являлась критерием «сложной» частицы.

При среднем размере частиц 5 мкм и содержании 10 г/т количество ложно идентифицируемых частиц не превышало 6,4% от их общего числа. При содержаниях до 2 г/т погрешность идентификации снижалась до 1,2%.

На сцинтилляционный анализатор масла САМ-ДТ-01 получен сертификат Госстандарта РФ об утверждении типа средств измерений №13832, который зарегистрирован в Госреестре №2409502.

Методика выполнения измерений содержания внесена в Федеральный реестр. Регистрационный код МВИ по Федеральному реестру ФР.1.31.2001.00475.

На методику измерений концентрации и размеров частиц Восточно-Сибирским филиалом ФГУП «ВНИИФТРИ» выдано свидетельство об аттестации №01-2002.

В пятой главе приводятся результаты исследований по влиянию неоднородности структуры сплава на формирование диагноза и элементного состава частиц повреждаемых деталей, а также результаты по измерению параметров частиц износа микрорентгеноспектральным способом в диапазоне размеров от единиц до 100 мкм. Микрорентгеноспектральные измерения проводились на Camebax-SX-50.

Предметом исследования являлись снятые с эксплуатации поврежденные подшипники, изготовленные из стали ЭИ-347Ш. Основа сплава Fe, W 9,5%, Cr 4,6%, V 1,7%, Ni 0,35%.

Обобщение результатов микрорентгеноспектральных исследований позволило уточнить закономерности повреждений подшипников в процессе эксплуатации, особенности структуры поверхностных повреждений колец подшипников и установить следующее.

1. Характер распределения частиц вольфрама во многом определяет повреждение рабочих поверхностей подшипников: чем более равномерно (в мелкой и крупной фазе) распределен вольфрам в матрице сплава, тем менее подвержен сплав повреждению.

2. В структуре металла колец подшипников встречаются участки «чистого» Fe, а также локальные включения других, практически «чистых» элементов: Ti, Al, Cr, V. В этих локальных, аномальных включениях просматриваются мелкие частицы W.

3. В результате повреждения регистрируются как отдельные мелкие и протяженные трещины, так и целые разветвленные системы трещин. Трещины уходят как в глубину тела кольца подшипника, так и располагаются под поверхностью беговой дорожки. Отслоившиеся частицы металла оставляют на поверхности беговой дорожки видимые раковины, каверны различных размеров.

4. Образовавшиеся раковины и каверны иногда оказываются заполненными частицами других металлов (Zn, Cu, Cr), принесенными маслом, иногда твердыми минеральными частицами (SiO2 кремний).

5. Трещины на поверхностях качения подшипников и роликах подшипника возникают и развиваются между вольфрамовых зерен в местах, где металл обеднен легирующими компонентами и по составу не соответствует марке стали.

6. Сравнение результатов микрорентгено-спектрального анализа по локальным точкам показало значительную неоднородность распределения элементов. Так, например, при обработке ролика смесью соляной и азотной кислот был выявлен выступ в виде зуба (рис. 6), где содержание V и W от точки к точке могло изменяться в 5-6 раз, а Ni в пяти точках выступа вообще не обнаружен.

7. В масле системы смазки двигателя (табл. 1) находится ~ 30% собственно металлических частиц повреждаемой детали, остальное приходится на соединения кремния, кальция и алюминия. В исправном двигателе состав частиц может не соответствовать составу материала, от которого они отделились (рис.7).

Таблица 1

Элементный состав частиц, наиболее часто встречающихся в маслосистеме исправного авиационного двигателя

№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Элементный состав частиц Fe Cu Fe-Cu Fe-Zn Fe-Cu-Zn Fe-Cr-Ni Fe-Cr Ti Al
Частота встречаемости частиц в масле, % 19 5 1 2 0.4 0.1 1 0.3 0.3
Частота встречаемости частиц на фильтре, % 16 1 1 2 6 - 1 1 1

Продолжение таблицы 1

10 11 12 13 14 15 16 17 18
W Ca Si Si-Al Si-Al-Fe Si-Al-K Si-Al-Ca Si-K Si-Ca
- 60 4 3 1 0.7 0.5 - -
0.5 7 19 10 5 2 3 2 2

Продолжение таблицы 1

19 20 21 22 23 24 25
Si-Al-Fe Si-Al-K-Fe Si-Al-Ca-Fe Si-Ca-Fe Si- Fe Ca-Fe Si-Mg-Ca
0.3 0.9 - - - - 0.3
- - 4 9 4 2 -


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.