Проведение технического диагностирования ультразвуковым методом неразрушающего контроля

ВВЕДЕНИЕ:

     За  последние два-три десятилетия  бурный прогресс наблюдается во всех областях техники. С помощью устройств  и систем, которые применяются  в современной технике, решаются все более и более трудные  задачи, что приводит к существенному  усложнению самих систем. В соответствии с этим в процессе производства, ремонта и эксплуатации этих систем существенное значение приобретает  задача определения действительного  состояния системы. Понятно поэтому, что и проблема технической диагностики  приобретает в настоящее время  все большее значение.

     Под технической диагностикой понимается последовательность операций, связанная  с определением и индикацией текущего состояния технического объекта.

     В связи с увеличением сложности  систем возрастает трудность обнаружения  дефектного элемента в случае возникновения  повреждения. Часто поиск дефекта  отнимает гораздо больше времени, чем  его устранение. Из сказанного следует, что интуитивные методы и ручные способы диагностирования оказываются  малоэффективными. Определение действительного  состояния системы за относительно короткое время возможно с помощью  автоматизации процесса диагностирования.

     Сложные системы находят все более широкое применение в различных областях народного хозяйства и обычно предназначены для длительного срока эксплуатации (десятки лет). Вентильным преобразователем является совокупность информационных (систем управления и регулирования) и энергетических узлов (силовая часть). Определение состояния вентильного преобразователя представляет собой комплексную задачу, так как он состоит из большого числа элементов, которые отличаются друг от друга своими характеристиками и типами отказов.

     Техническая диагностика предполагает проведение разных проверок над объектом диагностирования, такие как:

     - проверка исправности - она позволяет  узнать, существуют ли дефекты  в объекте или он исправен. Эта проверка проводится на  этапе производства объекта, при  ремонте и хранении;

     - проверка работоспособности - она  устанавливает, выполняет ли объект  все функции. При этом могут  оставаться необнаруженными дефекты,  которые не препятствуют выполнению  объектом своих функций. Эта  проверка может проводиться в  процессе эксплуатации и при  профилактике объекта. Такая проверка  менее полна, чем проверка исправности; 

     - проверка правильности функционирования - она в процессе эксплуатации  объекта дает возможность узнать, существуют ли дефекты, которые  нарушают нормальную работу объекта  в данный момент времени; эта  проверка менеешолна, чем предыдущие;

     - поиск дефекта - она основана  на указании места и, возможно, причины возникновения дефекта.  Этот поиск проводится на этапе  производства, хранения, эксплуатации  и ремонта. 

     Поиск дефекта представляет собой одну из главных задач определения  состояния объекта.

     Все состояния S , в которых может находиться объект, делятся на два подмножества: исправные Sи , где преобразователь выполняет свою функцию, и неисправные Sh , в которых преобразователь теряет работоспособность.

     Достижение  максимальной глубины диагностирования в преобразовательных установках и, в основном, при диагностировании силовой части, приобретает особое значение, так как в большинстве  случаев требуется определение  дефектного элемента, как то ; диод, тиристор, конденсатор, резистор и т.д.

     В процессе эксплуатации в преобразовательной установке действует множество  различных факторов, влияющих на ее надежность. Среди этих факторов определенную роль играют климатические.

     Температура окружающей среды в большой мере влияет на температуру внутри установки  и температуру отдельных элементов. Также влажность представляет собой  один из наиболее сильно1 действующих факторов. Дяя многих тропических районов характерна повышенная влажность (90-98%), сопровождаемая высокими температурами (35-40°С). Кроме того, высокая влажность атмосферы и насыщенность ее солями существенно убыстряют процесс появления дефектов. Эти факторы усиливаются благодаря биологическим, таким как грибковые образования, которые могут значительно снизить надежность элементов, они возникают во влажной атмосфере на деталях из органических материалов, питаясь продуктами их разложения. При наличии пыли грибковые образования развиваются значительно интенсивнее и могут развиваться на любом материале. Наиболее благоприятными для их развития считаются повышенная влажность и температура 25-35°С.

     Таким образом, важно отметить, что климатические  факторы снижают надежность энергетического  оборудования.

     Кроме того, при эксплуатации оборудования оперативный персонал на станциях может  не иметь достаточной квалификации в вопросах преобразовательной техники, что оказывает отрицательное  влияние на надежность энергетического  оборудования.

     В процессе диагностирования для определения  реального состояния объекта  диагностирования, во-первых, надо анализировать  объект, во-вторых, выбирать метод и алгоритм диагностирования, и, в-третьих, необходима разработка устройства дош реализации процедуры диагностирования.

     В связи с этими задачами, которыми занимается техническая диагностика, в настоящее время широко известны работы П.П. Пархоменко, А.В. Мозгалевского и др., в которых разработан теоретический фундамент технической диагностики, методы и алгоритмы диагностирования цифровых устройств.

     В работах Берковица, Векселблата, Кратона, Либерсона и др. заложены теоретические основы диагностирования электрических цепей, предложены некоторые алгоритмы определения параметров элементов, а следовательно, выявления дефектных элементов. Разработанные этими авторами методы и алгоритмы предполагают, что вариация искомого параметра от его номинального значения допускается в достаточно малой области.

     Заслуживает внимания использование теоретико-вероятностных  методов, здесь учитываются не все  состояния системы, а лишь те, которые  встречаются наиболее часто.

Н.В. Киншт и др. рассматривают вопросы диагностики электрических цепей, т.е. определения значений параметров электрических цепей, считая топологию известной и допуская возможным лишь изменение параметров электрических цепей; при решении задачи описывается электрическая цепь в стационарном и переходном режимах.

     Другие  зарубежные авторы обращают внимание на применение словаря дефектов, в  основном при диагностировании катастрофических дефектов. Кроме того, в получил развитие анализ цепей при допущении о возможности многократных дефектов.

     Не  все рассмотренные методы подходят для диагностирования преобразовательных установок, поскольку при этом требуется  обеспечить большую глубину диагностирования цри большой вероятности кратных дефектов, включая типы катастрофических.

     Таким образом, сложилось положение, когда  при наличии большого числа развитых методов диагностирования электрических  цепей носит характер экспериментальных  исследований. Отсутствие развитых инженерных методик препятствует появлению  универсальной автоматизированной аппаратуры, основанной на унификации алгоритмов, широком применении программных  методов и их реализации на интегральных микросхемах с повышенной степенью интеграции.  

ПРИМЕНЕНИЕ  ВЕРОЯТНОСТНЫХ МЕТОДОВ  В ДИАГНОСТИКЕ  ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

     Для предотвращения аварийных ситуаций на предприятиях химической промышленности необходима разработка эффективных  методов диагностики. Основное назначение диагностики - своевременное прогнозирование  ухудшения качества функционирования технологического объекта (ТО). Изменение  состояния ТО связано с деградационными процессами. Деградационные процессы отражают накопление  изменений, происходящих в объекте, их постепенную интеграцию и ухудшение свойств объекта. Эта сторона деградационных процессов объясняет появление тенденции в их изменении, т.е. в существовании детерминированной составляющей процесса. Влияние же множества факторов является причиной то ускорения, то замедления процессов во времени, что накладывает на характер деградации случайную составляющую. Поэтому объекты диагностирования рассматриваются как реализация многомерной случайной величины, распределенной по какому-либо закону и для их диагностики применяются методы, основанные на статистических решениях заимствованы из классической теории вероятностей.

     Вероятностный метод диагностики сводится к решению задачи обнаружения изменения статистических свойств случайного процесса, так называемой задаче о «разладке». Базовая «разладка» определяется на основе предельного уровня увеличения систематической и случайной составляющих погрешностей измеряемых параметров.

     В настоящее время существует большое  количество различных методов, позволяющих  обнаруживать «разладку», но все их можно разделить на две основные группы: апостериорные и последовательные. В апостериорном случае гипотеза проверяется по всей полученной информации об объекте диагноза, поэтому данные алгоритмы используются в целях точнейшего нахождения момента изменения свойств случайного процесса и не подходят для задач диагностирования в реальном времени. Оперативно обнаружить дефекты функционирования способны последовательные методы, так как статистические решения принимаются на каждом шаге поступления наблюдений.

     Среди множества последовательных методов  вероятностной диагностики выделяют основные: алгоритм кумулятивных сумм; алгоритм сигнальных отношений; алгоритм невязок наблюдений. Каждый из этих алгоритмов имеет свои преимущества и недостатки.

     Самым распространенным и не требующим  априорной информации о моменте  проявления «разладки» является алгоритм кумулятивных сумм, который для последовательных независимых наблюдений позволяет обнаружить отклонение среднего значения от математического ожидания. По сравнению с алгоритмом кумулятивных сумм метод сигнальных отношений обладает лучшими характеристиками по простоте и быстроте обнаружения «разладки». Метод основан на рекурсивных зависимостях, учитывающих предысторию измерений. Причем в отличие от многих других методов не требует знания статистики шумов объекта. Однако метод обладает узким рабочим диапазоном в смысле значений коэффициентов авторегресии. Алгоритм сигнального отношения, позволяет зафиксировать факт наличия дефекта, направленность его развития, а также вид дефекта. В то время как метод невязок не позволяет обнаружить даже знак «разладки». На практике для расширения возможностей систем диагностирования используют различные модификации основных алгоритмов, а также их комбинации.

     Преимущество  статистических методов состоит  в возможности их применения в  условиях минимальной априорной  информации о структуре и поведении  технологического объекта. Статистические методы позволяют учитывать одновременно признаки различной физической природы, так как они характеризуются  безразмерными величинами - вероятностями  их появления при различных состояниях ТО, а также наиболее естественным образом учитывают неопределенности априорной и текущей информации о состоянии ТО.

     Применение  методов вероятностной диагностики  имеет также и ряд недостатков:

1. для всех последовательных методов характерно определенное запаздывание в обнаружение «разладки», среднее время которого характеризует качество алгоритма;
2. многие из последовательных методов требуют задания априорной информации о характере распределения моментов возникновения «разладки», что на практике не всегда возможно;
3. большинство последовательных методов не способны достоверно обнаружить плавное изменение вероятностных характеристик наблюдений.

     Следствием  указанных недостатков является существенное ограничение применения вероятностных методов в диагностике  технических систем.  

     ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ  КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 
             Метод тепловизионного контроля основан на дистанционном измерении и регистрации тепловизором температурных полей наружных поверхностей элементов электрооборудования, аппаратов и устройств, которые находятся в эксплуатации под рабочим напряжением. Метод позволяет путем пересчета измеренных перепадов температур оценить состояние обследуемого объекта, выявить возникшие в нем дефекты и определить степень их развития. Тепловизионному контролю подвергают доступные для наблюдения наружные поверхности подлежащих обследованию элементов, аппаратов и устройств электрооборудования. Метод тепловизионного контроля позволяет выявлять дефекты на ранней стадии их развития, отказаться от ряда традиционных методов испытаний с отключением оборудования, а также дает дополнительные диагностирующие критерии. Кроме того, этот метод позволяет выявлять дефекты, которые невозможно выявить никакими другими методами испытаний. Тепловизионный контроль электрооборудования проводится в соответствии с требованиями "Объем и нормы испытаний электрооборудования" (РД 34.45-51.300-97).