2.2.7. Методи і засоби контролю гту
Під технічним контролем розуміється перевірка відповідності об’єкта встановленим технічним вимогам. Отже, контроль ТС являє собою контроль ГТУ, усіх її систем для одержання інформації про фактичне значення параметрів, що характеризують ТС ГТУ, зіставлення її з заздалегідь установленими вимогами НТД, ТУ.
Перехід виробу з одного стану в інший може здійснюватися стрибкоподібно внаслідок ушкодження і відмовлення чи поступово внаслідок зносу, старіння, тобто поступового чи параметричного відмовлення.
Раптова відмова, обумовлена ушкодженням чи втомлюванісним руйнуванням елемента, звичайно легко виявляється при візуальному контролі. Значно складніше буває виявити параметричні відмови. У цьому випадку, якщо відсутні індикатори відмов, доводиться здійснювати перевірку працездатності системи, в процесі якої виявляється передвідмовний стан чи сама відмова. Правильно і вчасно організований контроль виключає функціональні відмови систем у процесі роботи.
Кожний із зазначених вище видів відмов вимагає своїх методів і засобів контролю.
З урахуванням цього складовими елементами контролю можуть бути:
– аналіз отриманої інформації для розпізнання виду ТС і наслідків зносу, корозії і старіння;
– вимірювання контрольованих параметрів об’єкта і порівняння з допустимими;
– дослідження фізичного стану і наслідків зносу, старіння, корозії і втомлюваних процесів;
– оцінка ступеня втрати працездатності.
Для цієї мети при експлуатації ГТУ використовують різні засоби контролю (рис. 13).
Розрізняють фізичні і параметричні методи ТС агрегатів. Так, фізичні методи засновані на дослідженні фізичного стану. Параметричні методи базуються на контролі основних вихідних і вхідних параметрів, а також внутрішніх параметрів, що характеризують правильне чи неправильне функціонування об’єкта.
Серед методів неруйнівного контролю відомі візуальний, магнітний, струменевий, радіохвильовий, тепловий, оптичний, радіаційний, капілярний.
Візуальний метод є найбільш простим і доступним. Він дозволяє виявити несправності, що можуть бути виявлені неозброєним оком (тріщини, дефекти елементів, порушення контровки чи ослаблення кріплення агрегатів, вузлів).
Метод візуального огляду є оперативним видом контролю ТС корпусів двигуна, герметичності паливної і масляної систем силової установки, вхідних направляючих апаратів і лопаток перших ступенів компресора й останніх ступенів турбіни. Однак найбільш навантаженими в двигуні є перші ступені турбіни, камери згоряння, останні ступені компресора, опори трансмісії двигуна й інші елементи, що найчастіше недоступні для візуального контролю.
Рис. 13. Засоби контролю ТС ГТУ
Тому в останні роки широке застосування знаходять різні оптичні пристрої, що дозволяють контролювати конструктивні елементи проточної частини двигуна, лопатки всіх ступенів компресора і турбіни, камери згоряння. Як оптичні прилади контролю використовують бароскопи і ендоскопи, що дозволяють оглядати конструктивні елементи в самих важкодоступних місцях. Для полегшення контролю великої кількості лопаток використовують телевізійні приставки. Для доступу до елементів проточної частини в конструкції двигуна передбачаються оглядові вікна.
Метод проникаючих фарб для виявлення тріщин заснований на проникаючій здатності деяких барвників у дрібні тріщини, раковини й інші поверхневі дефекти. Метод пристосований для контролю деталей, виготовлених з будь-яких матеріалів.
Перед контролем методом фарб деталь знежирюють бензином Б-70. після чого на контрольовану ділянку наносять повторно пензликом кольорову проникаючу фарбу.
Надлишки проникаючої фарби видаляють тампоном, змоченим гасовою сумішшю. Потім деталь протирають начисто сухим ганчір’ям і відразу ж наносять м’яким пензликом чи пульверизатором тонкий шар білої проявлюючої фарби. Через 5-6 хв. із тріщини на білу фарбу проникає барвник, що вказує на наявність тріщини.
Метод магнітної дефектоскопії заснований на властивості магнітних силових ліній деформуватися при проходженні в місцях зміни магнітної проникності металу.
У монолітних ділянках металу магнітні силові лінії проходять без деформації. У місцях дефектів (тріщин, раковин) магнітна проникність знижена, що приводить до деформації магнітних силових ліній. Частина з їх виходить за межі деталі, утворюючи над дефектом неоднорідне поле. Цією неоднорідністю поля і фіксується дефект. Магнітне поле розсіювання виявляється за допомогою феромагнітного порошку у виді суспензії.
Метод магнітної дефектоскопії застосовують для контролю деталей тільки з феросплавів. За допомогою цього методу виявляють поверхневі дефекти тріщин шириною більше 0,001 мм, а також дефекти поверхні на глибині до 1 мм. Для виявлення дефекту деталь намагнічують і покривають магнітною суспензією.
Широке застосування знайшли магнітні суспензії, що представляють собою суміш трансформаторного масла і гасу в співвідношенні 1:1, чи чистого гасу з магнітним порошком у концентрації 20...30 г/л для темного і 10...20 г/л для світлого магнітного порошку.
Деталі оглядають при досить контрастному освітленні. Ймовірні місця дефектів оглядають за допомогою лупи 10-кратного збільшення. У місцях дефектів чітко виділені лінії осілого порошку. Щоб виключити шкідливий вплив намагніченості на роботу приладів, деталь після закінчення контролю підлягає розмагнічуванню.
Метод вихрових струмів застосовується для виявлення в механічних деталях тріщин, раковин і інших дефектів. Схематично процес контролю відбувається в такий спосіб. На контрольовану деталь накладають електромагнітну котушку, що живиться струмом високої частоти. У результаті під котушкою у визначеному об’ємі металу збуджуються вихрові струми. Алі між активним і реактивним опором обмотки котушки, а також між струмами, що збуджуються, існує визначена залежність, що фіксується приладом.
Для вихороструменевого контролю застосовують дефектоскоп ВДЦ-1М і ВД-1 зі спеціальними пошуковими голівками для контролю лопаток турбін і компресорів ГТУ. Дефект виявляється при виникненні сигналу значної сили.
Ультразвуковий метод заснований на властивості ультразвукових коливань поширюватися у виді спрямованих пучків (променів) і майже цілком відбиватися від границі розділу двох середовищ, що різко відрізняються одне від іншого величиною акустичного опору. Для створення акустичного контакту наносять масло на контактну площу пошукової голівки і повільно її переміщають. При цьому стежать на екрані дефектоскопа УДМ-1М за імпульсом відбивача. З появою на екрані імпульсів, характерних для дефектів, визначають місце розташування дефекту.
Імпедансний акустичний метод застосовується для контролю клейових і зварних з’єднань. Він заснований на принципі визначення сили реакції клейового з’єднання на контактуючий з ним коливний стрижень від наявності зчеплення окремих елементів конструкції. Якщо здійснюючий подовжні коливання стрижень стикається з ділянкою виробу, де немає дефекту, те вся конструкція коливається як єдиний цілий і механічний опір (чи механічний імпедат) визначається твердістю всієї конструкції.
Якщо ж стрижень знаходиться над дефектом з’єднання, то ділянка поверхні коливається від внутрішнього листа, при цьому сила реакції різко зменшується, тому що твердість клейозварного з’єднання менше твердості всієї конструкції.
Клейозварні з’єднання перевіряються дефектоскопом АИД-2.
Для контролю робочих лопаток ГТУ можуть бути застосовані методи, засновані на безконтактному зніманні інформації. До них відносяться дискретно-фазовий і стробоголографічний методи. Перший метод визначає параметри коливань лопатки за допомогою одного чи декількох датчиків. Для контролю вібрацій робочих лопаток у даний час застосовується прилад “Астра-18”. Принцип його роботи заснований на перетворенні сигналів, що надходять від ємнісних датчиків, розташованих рівномірно по колу корпусу турбіни. Прилад дозволяє вибірково визначити амплітуду коливань будь-якої лопатки в обертовому диску, а також автоматично переходити на вимір частоти наступних лопаток з передачею результатів на пишучий пристрій.
При виникненні тріщини в лопатці змінюється рівень вібрації і датчик видає відповідний сигнал на пульт керування. Час, протягом якого втомлювальна тріщина досягає розмірів, що призводять до руйнування лопатки, дозволяє прийняти рішення про зупинку ГТУ.
Другий стробоголографічний метод використовує різні лазерні пристрої. Одержані інтерферограми дозволяють, наприклад, виявити тріщини лопаток.
Рентгенівський метод дозволяє виявляти тріщини, раковини, неметалічні і шлакові включення та ін.. Для індикації їхнього місцезнаходження, форм і розмірів внутрішніх дефектів у матеріалі і виробах, використовують рентгенівське випро-мінювання, що просвічує об’єкт. При контролі об’єкт просвічується вузьким пучком випромінювання, що послідовно переміщується по контрольованій ділянці. До найбільш розповсюджених варто віднести апарат РАП 150/300, що є стаціонарним, пересувні РИ-10Ф, РЦП-100-10, польовий рентгенівський флюорограф РИ-10ФП. При застосуванні цього типу апаратури необхідно строго дотримуватись правил техніки безпеки. Вони містять у собі захист від струму високої напруги, що іонізує випромінювання.
Метод гамма-дефектоскопії заснований на ефекті ослаблення випромінювання, що проходить бездефектні ділянки просвічуваного об’єкта і ділянки, що мають дефекти (тріщини, пори, раковини). Випромінювання, що проходить через такі ділянки, дає тіньове зображення прихованої структури. У гамма-дефектоскопії як засоби контролю використовують випромінювання радіоактивних ізотопів. Джерело випро-мінювання вибирається в залежності від матеріалу об’єкта контролю і його товщини. Так для сталі при товщині 1...15 мм це може бути тулій-170, а при товщині 40-80 мм - цезій-137, для алюмінієвих сплавів – тулій-170 і іридій-92.
З метою безпеки в дефектоскопах застосовують закрите джерело випромінювання, де поміщений застосовуваний радіоактивний ізотоп. Радіаційна голівка укладена в герметичну металеву оболонку, що виключає безпосередній контакт радіоактивної речовини з зовнішнім середовищем.
Принцип методу базується на дистанційному введенні радіоактивного ізотопу "тулій-170" у порожнинний вал двигуна, а зовні двигуна розміщують рентгенівську плівку для одержання зображення контрольованих деталей. Метод може бути ефективний для оцінки ТС камер згоряння, лопаток соплових апаратів і інших елементів газоповітряного тракту.