Введение к работе
1.1. Актуальность.
Линейно-протяженные металлические объекты ответственного назначения могут иметь сложную структуру, состоящую из различного числа элементов, в виде цилиндрических объектов с одинаковыми или различными электрофизическими свойствами и сечением Они могут быть электрически изолированы друг от друга, контактировать друг с другом, размещаться в электропроводящей среде К подобным объектам относятся электрические кабели и металлические канаты различного вида Электрические кабели могут состоять как из изолированных, так и соприкасающихся друг с другом проволок В воздушных линиях электропередачи (ЛЭП) от электрического кабеля требуется не только высокая электрическая проводимость, но и механическая прочность С этой целью применяют кабели, состоящие из стальных проволок, обеспечивающих требуемую механическую прочность, и алюминиевых проволок, создающих необходимую электрическую проводимость кабеля Металлические канаты могут состоять как из ферромагнитных, так и немагнитных проволок, обычно, соприкасающихся друг с другом При этом, электрическое сопротивление между отдельными элементами каната может изменяться в широких пределах и зависит от многих факторов К ним, в частности, относятся способ сплетения каната из отдельных проволок и приложенная к канату механическая нагрузка Основной интерес представляет контроль технического состояния электрических кабелей и металлических канатов в процессе эксплуатации При этом, прежде всего, интересует целостность входящих в канат проволок
1.2. Состояние проблемы.
Для неразрушающего контроля канатов любой конструкции, изготовленных из стальной ферромагнитной проволоки, в процессе их производства или эксплуатации применяются магнитные дефектоскопы Они позволяют выявлять наружные и внутренние локальные дефекты, например, обрывы проволок и прядей, пятна коррозии, места сварки проволок, а также регистрировать относительную потерю сечения В процессе магнитного контроля канат намагничивается до состояния близкого к магнитному насыщению Изменение площади поперечного сечения или появление локального дефекта каната вызывает перераспределение магнитного потока вокруг каната. Это перераспределение регистрируется магнито - чувствительными датчиками - преобразователями Холла Для обнаружения локальных дефектов применяются также индуктивные катушки, реагирующие на изменение магнитного потока при перемещении дефектного участка каната Ведущие позиции в разработке средств магнитной дефектоскопии занимает фирма ИНТРОН+ (г Москва) Разработанные в ИНТРОН+ магнитные дефектоскопы серии ИНТРОС позволяют контролировать канаты диаметром от 6 до 150 мм и успешно применяются для контроля канатов шахтных подъемных установок и канатных дорог, вантовых канатов строительных сооружений, комбинированных проводов воздушных линий электропередачи, грозозащитных тросов и оттяжек Дефектоскопы ИНТРОС имеют порог чувствительности к обрыву проволок на внешней поверхности каната порядка 0,5-1% от площади его сечения Вместе с тем средства магнитного контроля не позволяют контролировать линейно-протяженные объекты сложной структуры из немагнитного металла Следует также отметить, что габариты и вес магнитных головок магнитного дефектоскопа резко возрастают с увеличением диаметра контролируемого объекта Проходные ВТП применяются для дефектоскопии труб, прутков и проволок, втулок и других объектов Наибольший вклад в развитие теории вихретоковой дефектоскопии с проходными ВТП внесли Ф Ферстер, В Г Герасимов, В В Сухоруков, А Д Покровский, В К Жуков, Ю К Федосенко В качестве измерительной системы используются дифференциально включенные катушки индуктивности, расположенные друг относительно друга с осевым смещением Для повышения отношения сигнал/шум применяются многокатушечные измерительные системы и электропроводящие экраны В разработку и исследование подобных систем наибольший вклад внесли Ф Ферстер, С М Петушков, Ю К Федосенко Однако проходные ВТП для контроля линейн%
протяженных объектов сложной структуры практически не применяются Это, в определенной степени, связано с недостаточной научной проработкой особенностей вихретокового контроля подобных объектов, в частности, взаимного влияния входящих в него проводников
1.3. Цель работы и задачи исследования.
Цель диссертационной работы заключается в исследовании возможностей вихрето-ковой дефектоскопии линейно протяженных объектов сложной структуры и создания соответствующих средств контроля
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи
исследовать влияние электрического контакта между проводниками линейно-протяженного объекта сложной структуры на распределение электромагнитного поля в сечении объекта,
исследовать изменение сигналов в проходных ВТП при воздействии локальных дефектов в проводниках, расположенных на различном расстоянии от поверхности объекта сложной структуры,
на основе теоретических и экспериментальных исследований выбрать параметры ВТП и режимы контроля близкие к оптимальным для контроля линейно протяженных объектов сложной структуры с различным сочетанием немагнитных и ферромагнитных проводников в нем
1.4. Методы исследования:
Теоретические исследования выполнены на основе строгих численных методов расчета Результаты теоретического анализа подтверждены и дополнены данными экспериментальных исследований, проведенных на аттестованной контрольно-измерительной аппаратуре
1.5. Научная новизна работы заключается в следующем:
получены функции распределения электромагнитного поля в проводниках линейно-протяженных объектов сложной структуры, при воздействии на них продольного переменного электромагнитного поля,
получены оценки сигналов проходных ВТП под воздействием локальных дефектов в линейно-протяженных объектах сложной структуры с различным сочетанием немагнитных и ферромагнитных проволок контактирующих друг с другом,
получены оценки влияния мешающих факторов при вихретоковой дефектоскопии линейно протяженных объектов сложной структуры, типа канатов и кабелей,
проведено исследование взаимодействия линейно-протяженных объектов сложной структуры и ВТП с вложенными друг в друга дифференциально включенными измерительными катушками
1.6. Практическая ценность работы заключается в том, что:
разработана и реализована с помощью программного пакета ANSYS математическая модель взаимодействия проходного ВТП с линейно протяженными объектами сложной структуры, содержащими локальные дефекты,
получены оценки порога чувствительности к локальным дефектам в различных частях сечения линейно протяженных объектов сложной структуры при вихретоковой дефектоскопии,
даны рекомендации по выбору параметров и режимов контроля линейно протяженных объектов сложной структуры, типа канатов и кабелей, проходным ВТП с вложенными друг в друга измерительными катушками,
предложен и реализован способ раздельного контроля несущей стальной ферромагнитной жилы и алюминиевых проводников в комбинированных кабелях
1.7. Реализация и внедрение результатов работы:
Результаты работы использовались ОАО «ЦНИИТМАШ» при создании средств вихретокового контроля линейно-протяженных объектов сложной структуры типа канатов и кабелей
1.8. Апробация работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на XI Международной научно-
практической конференциям «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (г Сочи, 2007 г), на 6-ой Международной выставке и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 2007 г), на XVI международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» (г Алушта, 2007 г), на Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, технике и образовании» (г Хургада, Египет, 2006 г), на Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в науке, технике и образовании» (г Кемер, Турция, 2007 г)
1.9. Публикации.
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них одна в журнале, признанном ВАК научным изданием Список опубликованных печатных работ приведен в автореферате
1.10. Структура и объем диссертации.
