Дистанционное исследование металла внутренних поверхностей полых элементов оборудования с осевой симметрией

Металл элементов оборудования электрических станций в результате длительного воздействия высоких температур и давлений, а также других эксплуатационных факторов испытывает большие напряжения, приводящие к изменению его свойств и нарушениям сплошности. Так, например, проведенные специалистами ЮжВТИ и других организаций исследования технологического оборудования, отработавшего 130...
170 тыс. ч, показали, что на таких его элементах, как трубопроводы, коллекторы впрыскивающих пароохладителей, осевые каналы роторов и др. в результате циклических воздействий градиентных температурных полей, возникающих при переходных режимах, происходят изменения свойств и структуры металла, а также образуются трещины на внутренних поверхностях при удовлетворительном состоянии наружных.
Отсутствие эффективных неразрушающих методов дистанционного контроля внутренних поверхностей оборудования и актуальность проблемы стимулировали проведение в Южном филиале ВТИ исследования в этом направлении. Результатом работы явилось создание систем подготовки поверхности и передачи изображения на пульт оператора (или к фоторегистрирующей аппаратуре) на расстояние, регламентированное геометрическими размерами контролируемых объектов.
Передача изображения осуществляется с помощью видеотракта, представляющего собой волоконно-оптическую систему, состоящую из нескольких последовательно расположенных оптических элементов. Главным требованием, предъявляемым к видеотракту, является создание на выходном конце достаточной для регистрирующей аппаратуры энергетической освещенности при заданном коэффициенте увеличения.
В общем случае энергетическая освещенность Е определяется силой подсветки, отражательной способностью поверхности объекта, характеристиками объектива и окуляра, а также светопропусканием волоконных элементов системы. При расчете схем волоконно-оптических устройств специального назначения применялось следующее выражение, связывающее параметры видеотракта: где 5д — площадь объектива; — площадь светового пятна; рх— коэффициент общего отражения исследуемой поверхности; (р — угол подсветки; I — расстояние от источника света до исследуемой поверхности; э— сила подсветки; % — коэффициент светопропускания волоконно-оптической системы, состоящей из нескольких последовательно расположенных по ходу луча оптических элементов.
Коэффициент светопропускания определяется по следующей формуле:
где т?— коэффициент светопропускания ( оптического элемента системы; т — коэффициент светопропускания 1-го волоконного элемента.
Как показали исследования, наибольшие потери наблюдаются в волоконном жгуте волоконно-оптической системы. При этом торцевые потери не зависят от длины жгута и обусловлены френелевскими коэффициентами заполнения входного торца.
Анализ расчетных зависимостей показывает, что величина освещенности исследуемой поверхности зависит, прежде всего, от качества состыкованных волоконных жгутов, их числа и суммарной длины.
Линейные потери и разрешающая способность волоконных жгутов с учетом изгиба и мозаичности структуры проверялись экспериментальным путем. Так например, потери на шести состыкованных волоконных жгутах типа ГРЖ-В составили 60...65 %, а при увеличении длины состыкованных жгутов до 15 м они возросли до 80...85 %. При проведении исследований для обеспечения максимальной плотности и оптической прозрачности производилась тщательная стыковка волоконных жгутов, на торцах которых потери наиболее значительны. Значения световых потерь оптических деталей взяты из таблиц. Выявлено, что при выборе источника освещенности исследуемой поверхности прежде всего необходимо учитывать все потери, обусловленные спецификой исследования, и идти по пути увеличения светосилы источника освещения. Хорошие результаты были получены при исследовании малогабаритных галогенных ламп большой мощности.
На рис. 1, 2 представлены графики зависимости величины светопропускания от длины состыкованных волоконных жгутов и спектрального светопропускания световодов типа ГРЖ-В в видимом диапазоне. Как видно из рис. 2, область максимального светопропускания лежит в желто-зеленой части спектра видимого диапазона.
Важной характеристикой волоконно-оптического тракта является допустимый коэффициент увеличения. Изменение коэффициента увеличения можно производить путем смены объективов и окуляров. Расчет и экспериментальная проверка показали, что коэффициент увеличения исследуемой поверхности может достигать значения 250х.
По результатам проведенных исследований в Южном филиале ВТИ разработана специальная установка ДКМ-2-ЮжВТИ (рис. 3). Установка представляет собой механизм, в центральной части которого по оси располагается направляющая штанга 1 с волоконно-оптическими элементами 2.
Центрирование установки осуществляется телескопическим поворотным устройством 3, состоящим из четырех направляющих цилиндров, на концах которых закреплены ролики для перемещения. На выходном торце направляющей штанги имеется кронштейн, на одном конце которого размещено устройство 4 для приготовления макро- и микрошлифов, выполненное в виде камеры с набором абразивных кассет, на другом конце кронштейна расположен объектив 5, входной торец волоконного жгута и система подсветки 6 исследуемой поверхности.