автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Основы теплового импульсного контроля элементов СЭУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КОРЕШЕВ Георгий Павлович

УДК 536.12:53.06

ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО ИМПУЛЬСНОГО КОНТРОЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЭУ

Специальность 05.08.05 Суповые энергетические установки и их

элементы ( главные и вспомогательные )

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петевбург 1996 "

Работа выполнена на кафедре судовой автоматики и измерений Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Темное Вячеслав Николаевич

доктор технических наук, профессор Денисенко Николай Иванович

доктор технических наук, профессор Кузнецов Андрей Леонидович

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский институт им. А.Н. Крылова.

Защита диссертации состоится \22_-. 1996 г.

в -4Ц часов в аудитории ^М.7 Ъ<Ц на заседании диссертационного совета Д 053.23.02 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГМТУ.

Автореферат разослан " -Мс\ " О Ь^й-лЯ 1996 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, в одном экземпляре просим направлять в диссертационный совет по адресу: 190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. 3

Ученый секретарь диссертационного совета Д 053.23.02 доктор технических наук, профессор_Дядик А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Развитие судовых энергетических установок ( СЭУ ) идет путем увеличения их мощности, энергонасыщенности и сложности при одновременном ужесточении требований к уровню их технической эксплуатации. Для еш повышения среди множества других должна быть решена проблема получения достоверной информации о текущем техническом состоянии (качестве) элементов СЭУ непосредственно в их рабочих условиях экспрессными бездемонтажными методами, с тем чтобы решения по эксплуатации, обслужив алию и/или ремонту элементов СЭУ принимались бы на основе объективных данных.

Эта проблема может быть решена и решается методами неразру-шающего контроля, однако ряд диагностических задач, специфичных для элементов СЭУ, еще не имеет удовлетворительного решения в силу их сложности, например, бездемонтажньга контроль точности электрических термометров ( ЭТ), щадящий контроль состояния изоляции обмоток электрических двигателей, дистанционный контроль качества наклеивания тензорезисторов ( ТР) на объекты тензомет-рирования, безразборный контроль наличия отложений на внутренних поверхностях замкнутых полостей и труб и т.п. Поэтому разработка методов, позволяющих решать диагностические задачи, специфичные для элементов СЭУ, является, несомненно, важной и актуальной задачей.

Это подтверждается тем, что такая деятельность находится непосредственно в русле недавно принятого решения о том, что теперь в технические проекты кораблей должен закладываться как их составная часть про1раммно-аппаратный комплекс технического диагностирования, первой задачей которого, соответственно целям технического диагностирования, и является неразрушающий контроль текущего технического состояния элементов и систем корабля, в том числе и элементов СЭУ.

Цель работы. Целью диссертационной работы является решение научной проблемы разработки теоретических основ новой разновидности тестового теплового контроля - тестового теплового импульсного контроля качества изделий ( 'ГИК), позволяющего повысить эффективность технической эксплуатации ряда элементов СЭУ за

счет экспрессного бездемонтажного получения достоверной ;шформации об их текущем техническом состоянии.

Новизна работы. Научную новизну диссертационной работы составляют:

1. Новая разновидность тестового теплового контроля - ТИК.

2. Теория ТИК.

3. Теория поверки технических ЭТ.

4. Методы экспрессной бездемонтажной поверки технических ЭТ и устройства для их реализации.

5. Метод экспрессного дистанционного контроля качества наклеивания ТР на объекты тензометрирования и устройство для его реализации.

6. Экспериментальная оценка скорости распространения тепловой волны в металлах.

7. Экспериментальная оценка зависимости тестового нагрева вещества от длительности тестового импульса энергии.

8. Метод теплового импульсного неразрушающего контроля качества сварки твердых веществ любого состава.

9. " Адиабатический " метод сварки плавлением, обеспечивающий достижение предельно возможной скорости сварки в сочетании с минимизацией количества необходимой тепловой энергии.

10. Теоретическая оценка предельно возможной скорости сварки плавлением и связь ее с продольным размером источника тепловой энергии.

11. Метод экспрессного контроля качества выполнения технологической операции уплотнения теплопроводящей засыпки термометра сопротивления ( ТС ) непосредственно в процессе ее выполнения.

12. Методика практического применения идей ТИК.

Новизна теоретических положений и выводов диссертационной работы и полученных на их основе технических решений подтверждена авторскими свидетельствами на изобретения.

тик.

Рекомендации по использованию научных выводов. .Разработаны:

1. Область применения. ТИК и круг решаемых задач,

2. Примеры применения идей ТИК для решения задач контроля текущего технического состояния некоторых элементен СЭУ, завершенные обобщением приемов их решения и авторскими свидетельствами на соответствующие изобретения.

3. Подробная инженерная методика практического применения ТИК.

4. Начальный перечень воможных применений идей ТИК.

Апробация работы. Диссертационная работа и отдельные ее части докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах и конференциях: на Всесоюзной НТК " Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления ", Пенза, 1986 г.; иа Всесоюзной НТК " Электрические методы и средства измерения температуры ", Луцк, 1988 г.; на Всесоюзной НТК "Методы и средства тензометрии и их применение в народном хозяйстве", Кишинев, 1986 г. и Свердловск, 1989 г.; на научно-техническом семинаре ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, Ленинград, 1990 г.; на Всесоюзной НТК " Научно- технический прогресс в судоремонте в новых условиях хозяйствования ", Ленинград, 1991 г.; на Российских НТК "Диагностика, информатика и метрология ", Санкт-Петербург, 1994 и 1995 г.г.; на кафедрах Санкт-Петербургского государственного морского технического университета: сварки, 1990г., технологии конструкционных материалов, 1991г., судовой автоматики и измерений, 1995 г.; на научно-техническом семинаре секции технической диагностики ЦП НТО им. А.Н. Крылова, 1995г.

Публикации. Основные научные результаты, полученные в процессе работы, отражены в б авторских свидетельствах СССР и 1 патенте России, в 5 отчетах по НИР, в 4 Трудах ЛКИ, в 9 тезисах докладов Всесюзных и Российских научно-технических конференций и одной зарубежной ( Китай ) ( перечень работ прилагается в списке литературы но автореферату с указанием доли участия автора ).

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, три главы, перечень публикаций по теме диссертации и их краткие

аннотации, заключение и список литературы из 80 наименований. Общий объем составляет 217 страниц в том числе 10 рисунков и б таблиц. Основное содержание диссертации представлено на 178 страницах машинописного текста.

Участие, автора в получении научных результатов, изложенных в диссертационной работе. Все теоретические разработки, в том числе теория ТИК и теория поверки технических ЭТ, выполнены автором лично в период с 1981 года по 1989 год. Экспериментальные , исследования, необходимые для подтверждения теоретических положений, выполнены автором лично на кафедре судовой автоматики и измерений ЛКИ. Автор был также инициатором разработок всех заявок на изобретения по внедрению идей ТИК в практику.

Достоверность полученных результатов. Она подтверждается .получением ряда авторских свидетельств по заявкам на изобретения, основанных на разработанных теоретических положениях, и созданием работающего макета прибора для экспрессного дистанционного контроля качества наклеивания ТР на объекты тензометрирования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ состоит из четырех частей.

В первой части указаны цель работы и предмет защиты.

Вторая часть называется " Постановка задачи и история работы". Работа началась в 1978 г., когда организация "АВРОРА" предложила кафедре судовой автоматики и измерений Ленинградского кораблестроительного института хоздоговорную НИР, в которой, в частности, ставился вопрос о разработке бездемонтажных методов поверки непосредственно в судовых условиях существующих ЭТ, контролирующих температуры в различных элементах и системах СЭУ.

В ходе работы автору пришлось разработать несуществовавшую ранее теорию поверки технических ЭТ. Анализ ее имел следующие результаты: 1) стала ясна суть совокупности операций поверки и что узаконенная ГОСТом демонтажная поверка технических ЭТ осуществляется методами тестовой тепловой диагностики, в которой диагностируемое качество, в данном случае - точность ЭТ, определяется через изменение выходного электрического параметра ЭТ (сопротив-

лепке или термоэде) при воздействии на него нормированного скачка температуры; 2) выявились причины невозможности решения поставленной задачи традиционными способами поверки ЭТ; 3) стал ясен путь решения поставленной задачи - бездемонтажная поверка технических ЭТ в суцовых рабочих условиях возможна при условии введения тестовой теплоты непосредственно внутрь термочувствительного элемента ЭТ, придания импульсу тестовой теплоты характера & - функции и нормирования его длительности для нормирования степени приближена тестового теплового процесса к идеальному адиабатическому.

Последний тезис был проверен экспериментально в 1981 году и впоследствии был признан изобретением [ 1 ]. На его основе было разработано несколько способов бездемонтажной поверки технических ЭТ и устройств для их реализации, которые также были признаны изобретениями [ 4, 5, б ].

Положительный результат решения исходной проблемы данной работы путем импульсного практически адиабатического введения тестовой теплоты непосредственно внутрь диагностируемого объекта стимулировал автора попытаться таким же методом решить другую весьма сложную и важную для разработки и эксплуатации элементов СЭУ проблему дистанционного неразрушающекг экспрессного контроля качества наклеивания ТР на объекты тепзометрирования. Попытка оказалась удачной, разработанный способ и устройство для его реализации были признаны изобретениями [ 2, 7 ].

Кроме того, одновременно и попутно была еще решена проблема экспрессного контроля качества выполнения одной из важных технологических операций изготовлепия ТС (операции виброуплотнения теплопроводящей засыпки) непосредственно в процессе ее выполнения, а найденное решение было признано изобретением [ 3 ].

Успешное решение указанных выше казалось бы таких разнородных задач привело автора к мысли о том, что найден некий универсальный способ решения задач, которые обобщенно можно назвать задачами экспрессного контроля качества изделий и экспрессного контроля качества выполнения технологических операций изготовления изделий методами тестовой тепловой диагностики. Поэтому автор поставил перед собой задачу возможно более полно выяснить область применения и круг решаемых задач этого универсального способа, посредством которого эхспресспо решается первая уз а ко -

ненная задача технической диагностики - контроль текущего технического состояния ( качества ) изделий, в первую очередь применительно к элементам СЭУ.

Итогом этой деятельности является разработка теории новой разновидности тестового теплового контроля - тестового теплового импульсного контроля (ТИК), позвояяяцего повысить зффективость технической эксплуатации элементов СЭУ за счет принятия более обоснованных решений по приемам управления СЭУ и обслуживанию и/или ремонту их элементов на основе экспрессного бездемонтажного получения достоверной информации о текущем техническом состоянии (качестве) ряда элементов СЭУ непосредственно в их рабочих ус> ловиях, а также повысить эффективность НИР по совершенствованию элементов СЭУ и поиску оптимальных режимов их работы за счет повышения достоверности измерительной информации.

Третья часть ВВЕДЕНИЯ называется " Термины и комментарии к ним ". В диссертации принято следующее толкование ряда терминов, базирующееся, по возможости, на соответствующих ГОСТах. •

ИЗДЕЛИЕ - любое материальное воплощение результата работы, состоящее из одного или нескольких материалов, которым придана соответствующая конфигурация и которые своими поверхностями соприкасаются друг с другом и/или с окружающей средой.

В этом широком определении ИЗДЕЛИЯ его функциональное назначение не является, с точки зрения ТИК, классификационным признаком, поэтому в пределах области своего применения ТИК может быть использован для экспрессного контроля качества ИЗДЕЛИЙ любого функционального назначения. Примерами ИЗДЕЛИЙ, в частности, являются элементы СЭУ и их составные части.

ТЕКУЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ( КАЧЕСТВО ) ИЗДЕЛИЯ - степень соответствия установленным требованиям в данный момент времени параметра изделия или совокупности параметров изделия, обусловливающая пригодность изделия к употреблению по своему назначению.

КОНТРОЛЬ ТЕКУЩЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ( КАЧЕСТВА ) ИЗДЕЛИЯ - совокупность операций по определению соответствия контролируемого параметра изделия установленным требованиям и выработке заключения "изделие годно (исправно)" (иначе: качество изделия удовлетворительное) или "изделие негодно" (неисправно)" (иначе: качество изделия неудовлетворительное).

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ ( ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ) - совокупность операций по определению соответствия контролируемого параметра изделия установленным требованиям и выработке заключения "изделие годно ( исправно ) "или" изделие негодно ( неисправно )", по иоиску места к причин отказа или неисправности ir по протезированию технического состояния изделия.

По определению ГОСТ 27518 - 87 ДИАГНОСТИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ решает три задачи, первая из которых является задачей КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ. Поскольку в диссертации решается, в основном, первая задача диагностирования, то в пределах этого круга вопросов термины КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА, КОНТРОЛЬ ТЕКУЩЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ и ДИАГНОСТИРОВАНИЕ употребляются в диссертации как синонимы.

КАЧЕСТВО ВЫПОЛНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ - степень соответствия предписанным значениям реальных значений параметров технологических процессов изготовления изделий.

ТЕСТОВЫЙ ТЕПЛОВОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ КОНТРОЛЬ ТЕКУЩЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ( КАЧЕСТВА ) ИЗДЕЛИЙ ( ТИК ) - разновидность тестового теплового контроля, в котором экспрессное диагностирование текущего технического состояния (качества) изделий и качества выполнения технологических операций изготовления изделий осуществляется путем тестового импульсного нормированного нагрева изделий и измерения вызванной им тестовой реакции в момент непосредственно перед окончанием тестового импульса энергии или сразу после него.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ( ТД ) - область знании, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов диагностирования ( изделий и/или их составных частей ).

ТЕСТОВАЯ ТЕПЛОВАЯ ДИАГНОСТИКА - разновидность ТД, в которой ее первая узаконенная задача решается путем использования метода тестового теплового контроля текущего технического состояния объекта диагностирования.

ТЕСТОВАЯ ТЕПЛОВАЯ ИМПУЛЬСНАЯ ДИАГНОСТИКА (ТИД)-разновидность тестовой тепловой диагностики, в которой тестовому тепловому воздействию на объект диагностирования иридан импульсный характер, вследствие чего процесс диагностирования текущего

технического-состояния (качества) приобретает свойство экспрессности. ' ТЕСТИРОВАНИЕ - совокупность операций тестового воздействия на изделие и измерения тестовой реакции.

ТЕСТИРОВАНИЕ есть часть операций ТЕСТОВОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ (ТЕСТОВОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ).

КОНТРОЛИРУЕМОЕ (ДИАГНОСТИРУЕМОЕ) ИЗДЕЛИЕ -изделие, какое-либо качество (текущее техническое состояние) которого контролируется ( диагностируется ).

ОБРАЗЦОВОЕ ИЗДЕЛИЕ - изделие, идентичное контролируемому, все качества которого и качество выполнения всех технологических операций его изготовления признаны удовлетворяющими установленным требованиям.

ТЕОРИЯ - система постулатов, в совокупности дающая воможность:

а) объяснить некоторый круг явлении;

б) выявить условия, необходимые и достаточные для существования этих явлений;

в) предсказать результат будущего события при известных исходных условиях.

ТЕРМОРЕЗИСТОР - любое изделие из любого электропроводящего материала, активное электрическое сопротивление которого зависит от температуры.

В диссертации различаются терморезисторы 1-го рода, в которых электрическая энергия превращается в тепловую посредством только эффекта Джоуля (например, гребной вал, трос, обмотка трансформатора и т.п.), и терморезисторы 2-го рода, которые имеют один или несколько р-п - переходов, вследствие чего электрическая энергия превращается в них в тепловую посредством двух эффектов одновременно - эффектов Джоуля и Пелыъе ( например, термопара, полупроводниковый диод, транзисторы ).

СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТЕПЛОТЫ - скорость перемещения изотермы начальной (перед введением в материал тестового импульса энергии) температуры материала , вызванного введением в него тестовой теплоты, т.е. пугь, пройденный изотермой 1°н от места введения теплоты в направлении вектора теплового потока за единицу времени.

В четвертой части ВВЕДЕНИЯ приводится перечень принятых сокращений; в автореферате они вводятся по мере надобности.

Пермишаждиссертации "ТЕОРИЯ ТЕСТОВОГО ТЕПЛОВОГО

ИМПУЛЬСНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ" посвящена полному систематизированному изложению теории ТИК и содержит 13 разделов.

В разделах 1.1. и 1.2. приведена совокупность базовых постулатов и первые комментарии к ним; всего постулатов 12.

Постулат № 1. При введении теплоты (1(2 в любой элементарный объем твердого вещества ¿V одновременно с прогревом вещества объема (IV начинается процесс утечки части введенной теплоты в окружающую этот объем среду.

Постулат № 2. Внутри твердых веществ утечка теплоты от точки ее введения осуществляется только путем теплопроводности.

Постулаты № 1 и N2 2 в комментариях не нуждаются.

Постулат № 3. Скорость рспространения теплоты в веществе путем теплопроводности ( W ) конечна.

Постулат № 3 обоснован в главе 2 диссертации.

Постулат № 4. Повышение температуры обеъма (IV в результате введения в него теплоты (!(} зависит от скорости распространения теплоты в веществе среды, окружающей этот объем, и от длительности утечки с!т.

Постулат № 5. При любой реальной скорости распространения теплоты в среде, окружающей нагреваемый объем, можно подобрать такую малую длительность подвода энергии к нагреваемому объему ти, при которой процесс тестового импульсного нагрева будет сколь угодно близок к адиабатическому.

В диссертации рассматривается элементарный объем ¿У для простоты шаровой формы и настолько малого радиуса, что при введении в вещество тестовой теплоты сК^ все элементы вещества этого объема нагреваются одновременно и в одинаковой степени.

В идеальном случае, при адиабатическом характере тестового нагрева, тестовое повьпдепие температуры объема (IV будет (11° = <10/(С *т ),

а 4 во во '1

где СЕО - удельная массовая теплоемкость вещества объема сГУ, ш8о = рво * ёУ - масса вещества объема (IV, рво - плотность вещества объема (IV.

В реальных случаях за время введения тестовой теплоты ёх часть ее (с!<Зу) успеет утечь из объема (IV и реальное тестовое повышение температуры будет

й=СсК2- с!0у) / ( С о * гпо) = < * ( 1 - 5 ) < .

ще 5 - пснреяшость приближения реального теплового процесса к идеальному -адиабата ческому.

Коща объем с!У условно выделен внутри гомогенного изотропного вещества, т.е. не отделен от него физической границей и потому имеет идеальный ( для данного вещества ) тепловой контакт с окружающей его средой, то количество теплоты, угекшей из объема сГУ, прямо пропорционально, а тестовое повышение еш температуры ск0р1 обратно пропорционально значениям параметров вещества Сж, и рво , скорости распространения теплоты в веществе \Ут и длительности утечки теплоты с1т.

Когда объем сГУ отделен от вещества окружающей среды не условной, а реальной грашщей раздела, характеризуемой в тепловом отношении контактным термическим сопротивлением , то в диссертации показано, что тоща реальное тестовое повышение температуры ск°р2 объема с!У дополнительно и также обратно пропорционально зависит еще от значений физических (рте ) и тепло-физических ( Сос) характеристик окружающей среды и прямо пропорционально от значения термического сопротивления границы раздела двух сред, поскольку с увеличением меньшее коли-

чество теплоты утечет за время ёт, поэтому сИ°р2 > ск°р1 . ( Употребленные выше выражения "прямо пропорционально" и "обратно пропорционально" характеризуют только качественную сторону соответствующих зависимостей ).

В обоих случаях количество утекшей теплоты зависит от длительности ее утечки сЬ , причем при (к —> 0 сКЗу —> О,

ск°р -----> сИ0а , 5 —> 0. Сокращая длительность тестового нагрева

с!т , а значит и длительность учитываемого времени утечки тестовой теплоты, можно реальный процесс импульсного нагрева за время с1т приблизить сколь угодно близко к идеальному адиабатическому.

Постулат N2 6. При адиабатическом характере процесса тестового нагрева величина тестового повышения температуры нагреваемого объема вещества зависит от совокупности физических и тепло-физических качеств только этого объема вещества и не зависит от свойств окружающей среды и непостоянства се параметров.

Постулат № 6 справедлив по определешпо адиабатического теплового процесса.

Из постулатов №5 и №6 следует:

а) ТИК принципиально имеет экспрессный характер;

б) для реализации ТИК в общем случае ие требуется каким-либо образом нормировать преддиагностическое тепловое состояние объекта диагностирования и параметры окружающей среды или прекращать функционирование объекта диагностирования по своему прямому назначению, поэтому ТИК может быть реализован в любых рабочих' условиях объекта диагнос тирования.

Постулат № 7. У всех веществ многие физические параметры зависят от температуры, т.е. имеют место различные виды термо-чувствителыюсти.

Постулат № 7 следует из курса общей физики.

Постулат № 8. Для всех веществ или изделий из них может быть установлена теоретическим или экспериментальным путем количественная связь между некоторыми диагностируемыми качествами и каким-либо видом термочувствительное™.

Постулат № 9. При адиабатическом характере тестового нагрева и нормировании параметров тестового импульса ( количества сообщаемой энергии и длительности ) поддаются точному расчету ожидаемые тестовые изменения температуры и/или соответствующего диагностируемому качеству термочувствительного параметра нагрева емого доброкачественного вещества или изделия в момент непосредственно перед окончанием тестового импульса или сразу после него.

Постулаты №8 и №9 в комментариях не нуждаются.

Постулат № 10. Сообщив испытуемому веществу или изделию нормированный импульс теплоты, можно измерить тестовое изменение температуры или соответствующего диагностируемому качеству термочувствительного параметра в момент непосредственно перед окончанием тестового импульса или сразу после него.

Комментариями к постулату № 10 являются разделы диссертации 1.3, 1.5-1.8, в которых рассматриваются требования к способам введения тестовой теплоты в диагностируемое вещество или изделие, перечень принципиально возможных способов тестового импульсного нагрева и их свойства и области применения, виды тестовых реакций и требования к способам их измерений.

Постулат № 11. Сравнив ожидаемое расчетное и реальное тестовые изменения температуры и/или термочувствительного параметра, соответствующего диагностируемому качеству, можно вынести заключение о качестве испытуемого вещества или изделия.

Комментарием к постулату N2 11 является раздел диссертации 1.9,

б котором рассматриваются способы сравнения ожидаемой и реальной тестовых реакций, их свойства и области применения. Кроме того, автор диссертации считает, что хотя конечной целью диагностирования качества изделий является определение соответствия значения контролируемого параметра установленным' требованиям и формирование суждения " годен " или " не годен " , это не исключает возможности определения числового значения контролируемого параметра и на этой основе осуществление мониторинга качества с целью решения третьей задачи технического диагностирования -прогнозирования технического состояния изделия.

Постулат № 12 .Предусмотрев утечку части тестовой теплоты из объема ее введения и нормируя расстояние ее распространения за время длительности тестового теплового импульса, можно расширить область диагностируемых качеств веществ, изделий и окружающих их сред.

Комментариями к постулату № 12 являются раздел 1.4, в котором очерчивается область принципиально диагностируемых качеств при каждой характерной длительности тестового теплового импульса, и глава 3, в которой рассматриваются некоторые частные применения ТИК.

Раздел 1.3. "Виды тестовых нагревов и тестовых реакций" посвящен классификации соответствующих понятий и их толкованиям.

Различается два вида тестовых нагревов изделий - поверхностный и объемный. В первом из них тестовая теплота выделяется на поверхности, во второе - в заданном объеме вещества или изделия.

Под тестовой реакцией понимается изменение какого-либо свойства или состояния вещества, материала изделия, части изделия или изделия в целом, обусловленное тем, что веществу или изделию сообщено некоторое количество тестовой теплоты.

Различаются первичная и вторичная тестовые реакции. Под первичной тестовой реакцией понимается тестовое изменение температуры вещества или изделия, иод вторичной - вызванные тестовым изменением температуры изменения других свойств, являющихся проявлением различных термочувствительностей.

Все вторичные тестовые реакции условно разбиваются на два типа-аналошвые и релейные. Аналоговые - это такие, когда закон связи термочувствительного параметра с температурой является плавной функцией без резких скачков, например, зависимость термоэде от температуры, релейные - когда закон связи термочувствительного параметра

с температурой имеет резкий схачок при некоторой температуре ("точка Кюри"), например, скачкообразное изменение коэффициента линейного расширения некоторых никелевых сплавов при их нагревании или скачкообразный переход в немагнитное состояние цементита, являющегося структурной составляющей многих сортов стали, при повышении температуры выше +215 °С.

Первичная и вторичная тестовые реакции могут быть локальными и интегральными. Под локальной поггимается тестовая реакция, локализованная в малой части объема вещества или изделия или на малой площади их поверхности (в пределе - в точке). Под интегральной понимается тестовая реакция, усредненная по объему или площади изделия.

Для ТИК весьма привлекательными являются бесконтактные способы измерения тестовых реакций как наиболее технологичные. В разделе 1.3. приведен перечень тестовых реакций, которые могут быть измерены бесконтактыми способами, а в разделе 1.8. - специфичные требования к способам измерения тестовых реакгдай.

В разделе 1.4. " Область диагностируемых качеств " показано, что она определяется четырьмя факторами - местом введения тестовой теплоты в диагностируемое вещество или изделие, длительностью тестового импульса энергии, свойствами среды распространения тестовой теплоты и видом используемой тестовой реакции.

Выделены" 9 " типовых " характерных вариантов сочетаний указанных факторов и для каждого из них составлен перечень принципиально диагностируемых качеств при измерении локальной и интегральной тестовых реакций. В каждом из них функциональная связь тестового повышения температуры с количеством теплоты является многофакторной, но отсутствуют принципиальные препятствия для селективного выбора диагностируемого качества путем общепринятого стандартного инженерного приема априорного нормирования значений всех факторов ( параметров ), кроме диагностируемого.

Любой другой вариант сочетаний указанных определяющих факторов может бьгть представлен в виде определенной комбинации "типовых" вариантов , а соответствующая ему область диагностируемых качеств может быть указана в виде композиции диагностируемых качеств, присущих "типовым" вариантам.

Удлинение ( н соответствующих пределах) тестового импульса энергии приводят к увеличению количества потенциально диагностируемых качеств. Это дает возможность злтравлять степенью многофак-

торности диагностирования и облегчить селективность выбора диагностируемого качества.

Длительность тестовых импульсов энергии, которые могут быть использованы для целей ТИК, сильно зависит от допустимой погрешности приближения реального тестового теплового процесса к идеальному адиабатическому и от вида контактного термического сопротивления на границе раздела двух сред. Например, когда среда, в которую вводится тестовая тецлота, представляет собой металл (платина ), который окружен хорошо уплотненной порошкообразной средой с высокой теплопроводностью (окись алюминия), тестовое повышение температуры металла приближается к адиабатическому с погрешностью менее 5% при длительности тестового импульса \< 3 мс; при длительности тестовых импульсов более 100 мс почти вся тестовая теплота успевает утечь от места ее введения и рассеяться в окружающей среде еще в течение тестового импульса без какой-либо пользы для целей ТИК. Когда контакт двух твердых веществ более плотен ( например, диффузное соединение двух металлов пайкой или сваркой ), можно ожидать, что указанные выше длительности могут быть на 1...2 порядка меньше.

В разделе 1.5. " Требования к тестовым нагревам и тестовым импульсам энергии " сформулирована система из семи специфичных требований, которым они должны удовлетворять, и обоснована требуемая форма графика закона изменения во времени интенсивности подводимой тестовой энергии.

Коща интенсивность утечки тестовой теплоты от места ее введения остается постоянной или уменьшается в течение тестового импульса, график тестового импульса должен представлять прямоугольный импульс с плоской вершиной; когда интенсивность утечки тестовой теплоты увеличивается во времени в пределах тестового импульса, график тестового импульса должен иметь вершину с положительным наклоном, причем скорость возрастания интенсивности подводимой энергии должна быть не менее скорости увеличения интенсивности утечки теплоты. Закон изменения интенсивности тестовой энергии во времени для каждого случая диагностирования должен дополнительно также согласовываться (в пределах длительности тестового импульса) со спецификой реагирования объекта диагностирования на импульсное воздействие.

В разделе 1.6. "Требования к способам осуществления тестовых нагревов" сформулирована система из четырнадцати специфичных

требований, которым они должны удовлетворять. Отмечепо, что удовлетворение одного из них - выбор того или иного закона распределения тестовой теплоты по иоверхнсти или в объеме диагностируемого изделия - в значительной степени определяет достоверность результата диагностирования.

В разделе 1.7. " Способы осуществления тестовых нагревов и их свойства " указаны все принципиально возможные способы нагревов: натрев электрическим током, нагрев электромагнитным полем (ин-дукциошшй нагрев), нагрев потоком лучистой эперши, нагрев путем теплопроводности, естественный нагрев изделия при его механической обработке, комбинированный нагрев взрывом, нагрев пучком электронов или иоиов, нагрев потоком ионизирующего излучения, нагрев энергией упругого удара и вибрации.

В диссертации подробно рассмотрены шесть первых способов тестового нагрева, как имеющих наибольшее практическое значение. Методика рассмотрения всех способов одинакова, по возможности выдерживалась и последовательность рассмотрения свойств каждого способа в соответствии с последовательностью специфичных требований к ним, указанным в разделе 1.6. Рассмотрение каждого специфического требования раздела 1.6. доведено до разработки конкретной рекомендации для его практического удовлетворения.

В процессе эксплуатации элементов СЭУ, непосредственно в рабочих условиях, могут быть использованы для экспрессного диагностирования текущего техническою состояния: первые три способа -для любых элементов СЭУ, четвертый способ - для зубчатых и цепных передач, ряда профильных элементов клапанных механизмов и периодически соприкасающхгхся деталей в элементах СЭУ, шестой способ - для элементов, образующих и/или входящггх в камеру сгорания двигателей внутреннего сгорания.

На стадии изготовления и/или ремонта элементов СЭУ для контроля их текущего технического состояния или качества выполнения соответствующих технологических операций изготовления или ремонта могут быть использованы все шесть рассмотренных способов осуществления тестового нагрева.

В разделе 1.8. " Специфичные требования к средствам измерений тестовых реакций " рассмотрела совокупность предъявляемых к ним пяти специфичных требований, которые обобщенно могут быть сформулированы как способность измерять с необходимой точнос-

тью импульсные короткие однократные сигналы в момент времени непосредственно перед окончанием тестового импульса или сразу после него и запоминать результат измерения на необходимое время.

Отмечено, что в общем случае приоритет имеют электрические средства измерений, но в частных случаях возможно успешное применение и других средств измерений.

В разделе 1.9. "Способы оценки качества и их свойства" рассмотрены специфичные для ТИК два способа оценки текущего технического состояния диагностируемых изделий - способ непосредственной оценки диагностируемого качества и способ сопоставления тестовых реакций, имеющий две разновидности - способ вычитания измеренных тестовых реакций и способ измерения разности тестовых реакций.

В способе непосредствешюй оценки диагностируемого качества сперва получают математическую модель диагностируемого изделия и по ней определяют числовое значение диагностируемого параметра идеального изделия. Затем осуществляют соответствующий тестовый нагрев реального диагностируемого изделия, измеряют в нужный момент времени значение тестовой реакции и по лей, пользуясь математической моделью изделия, рассчитывают реальное значение диагностируемого параметра. После сравнения идеального и реального значений диагностируемого параметра выносится заключение о текущем техническом состоянии изделия.

Способ вычитания измеренных тестовых реакций заключается в тестировании в одинаковых условиях двух идентичных изделий -образцового и контролируемого, в экспрессном измерении их тестовых реакций, в сопоставлении полученных значений и в сравнении их разности с допуском на эту разность. В данном способе оперируют результатами измерений двух тестовых реакций, поэтому оба тестирования могут быть разнесены в пространстве и во времени, но требуются средства измерений высокой точности.

Способ измерения разности тестовых реакций заключается в одновременном одинаковом тестировании образцового и контролируемого изделия с получением таких тестовых реакций, которые могут непосредственно вычитаться друг из друга, в экспрессном измерении разности тестовых реакций в момент окончания тестового воздействия и в сравнении этой разности с допуском на нее. Требуется только одно средство измерении, причем невысокой точности.

В диссертации подробно рассмотрены свойства и рациональные

области применения каждого способа оценки текущего технического состояния изделий.

Для диагностирования элементов СЭУ в лабораторных условиях пригодны все три способа, а непосредственно в рабочих условиях элементов СЭУ в общем случае проще реализация способа вычитания измеренных тестовых реакций, хотя здесь и требуется аппаратура высокой точности, поскольку нет необходимости иметь на борту образцовые изделия, идентичные контролируемым. Способ измерения разности тестовых реакций целесообразно применять на борту судна в тех случаях, когда нет затруднений с образцовыми изделиями, например, при проверке качества наклеивания ТР на объекты тензометрирова-пия или при бездемонтажной поверке ЭТ.

В разделе 1.10. "Оценка необходимого количества тестовой энергии и вопросы масштабирования тестовых воздействий и тестовых реакций" рассмотрены факторы, определяющие необходимое количество тесто 15011 теплоты. Первым из них являются физические и теп-лофизические характеристики материала диагностируемого изделия, вторым - требуемая величина тестового перегрева. Первый фактор априорно задан, второй же определяется либо разрешающей способностью и точностью средств измерений первичной или вторичной тестовых реакций, либо целью применения ТИК (например, при поверке ТСП тестовый скачок температуры, согласно действующей НТД, должен быть 100 К ).

При современном уровне развития средств измерений в судовых ( цеховых) условиях достаточно точно могут быть измерены скачки температуры не менее ( 20....30 )К, (если только тестовая реакция не является релейной с расположением "точки Кюри" внутри температурного диапазона тестовой реакции, но такие случаи редки ).

Количество энергии, необходимое для адиабатического нагрева металлов на ЗОК, порядка (40... 160) Дж/см3 при объемном нагреве и (0,04...0,16)Дж/см2 при поверхностном нагреве ( на глубину до Юмкм); при коротких тестовых импульсах, порядка 5мс, источник тестовой энергии дожжен иметь импульсную мощность в первом случае (8...32) кВт/см3 и во втором случае, с учетом потерь на лучеиспускание, (100...400) Вт/см2. Такие требования вполне приемлемы в современных условиях.

Необходимые значения импульсной мощности источника тестовой энергии довольно велики, уменьшены же они могут быть тояь-

ко либо уменьшением массы нагреваемою объема материала диагностируемого изделия, либо уменьшением площади тестового нагрева.

При тестовых нагревах порядка 30 К вторичные тестовые реакции обычно не велики и необходимости их масштабирования в сторону уменьшения обычно нет, кроме случая тестового нагрева диагностируемого изделия электрическим током от генератора тока. Если при этом тестовый ток одновременно является и измерительным, а диагностируемое качество оценивается способом непосредственной оценки или способом вычитания измеренных тестовых реакций, то к средству измерения в течение тестового импульса обычно подводится большое импульсное напряжение, порядка нескольких десятков вольт. В таком электрическом импульсе информация о диагностируемом качестве обычно заключена только в его вершинной части, поэтому пьедестал целесообазно отрезать и к средствам измерения подводить только отрезанную вершинную часть импульса.

В разделе 1.11 . " Область применения ТИК и круг решаемых задач" сформулировано, что к области применения ТИК относится экспрессное неразрушающее диагностирование текущего технического состояния (качества) изделий в процессе их изготовления и эксплуатации при одновременном выполнении совокупности трех условий, заключающихся в существовании однозначной функциональной связи диагностируемого качества с тестовым повышением температуры изделия и в существовании возможностей осуществления нормированного тестового нагрева изделия и измерения его тестовой реакции в соответствующий момент времени.

К кругу задач, решаемых посредством ТИК, относятся любые задачи, в которых диагностируемые качества могут быть однозначно выражены либо через физические, геометрические и теплофизические параметры твердых сред, в которых распространяется тестовая теплота, либо через контактные термические сопротивления, на границах разделов веществ и сред, либо через различные виды термочувствительности.

В разделе 1.12. "Общая методика применения ТИК" изложена подробно разработанная методика применения ТИК, состоящая из 16 пунктов, ориентированная на специалистов с высшим образованием.

В ее основу положена идея сведения конкретной решаемой задачи к одному "из типовых" вариантов раздела 1.4 диссертации с последующим применением типовых технических приемов решения частных вопросов задачи.

В разделе 1.13. "Выводы по первой главе" отмечено, что в ней впервые сформулирована и систематизирование изложена теория ТИК, указаны область диагностируемых качеств, область применения ТИК и круг решаемых задач, разработана методика практического применения ТИК и даны рекомендации по решению всех практических вопросов, связанных с применением ТИК.

Вторая глава диссертации "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ИДЕЙ ТИК" содержит 4 раздела и в целом является обоснованием справедливости постулатов №3, №4 и №5 теории ТИК.

В разделе 2.1. "Первые эксперименты" описаны методика и результаты экспериментов с ТСП градуировки 21, заключавшихся в импульсном нагреве термочувствительного элемента (ТЧЭ) ТСП короткими одиночными импульсами электрического тока. Установлена практическая возможность получения его заметного тестового нагрева и измерения тестовой реакции в момент окончания тестового импульса, а также сделана оценка длительности тестового импульса, при которой тестовый нагрев ТСП приобретает характер, близкий к адиабатическому - не более ( 10... 15 ) мс.

В разделе 2.2. "Экспериментальное исследование зависимости тестового импульсного нагрева ТСП от длительности тестового импульса тока" описаны методика и результаты тщательно выполненных экспериментов сТСП такой же градуировки, что и в первых экспериментах, но с более совершенной конструкцией ТЧЭ. В их основу положена следующая идея: если в ТЧЭ вводить одно и тоже количество энергии при разных длительностях импульсов, то по мере их укорочения тестовый перегрев должен увеличиваться вплоть до значения, соответствующего адиабатическому режиму ншрева.

Идея получила экспериментальное подтверждение. Установлено: а) практически адиабатический (с погрешностью не более ± 4%) характер нагрева ТЧЭ, представляющего собой тонкую платиновую нить диаметром 50 мкм, окруженную тщательно уплотненной порошкообразной засыпкой окиси алюминия, имеет место при ти < 3 мс;

б) тестовый перегрев изделия прямо пропорционален величине контактного термического сопротивления границы раздела вещество -соприкасающаяся среда.

В совокупности полученные результаты являются прямым экспериментальным подтверждением справедливости постулатов №4 и №5 теории ТИК и косвенным подтверждением справедливости постулата №3.

П 1

В разделе 2.3. "Экспериментальная оценка скорости распространения теплоты путем теплопроводности в твердых веществах" описаны методика и результаты экспериментов по определению значений Wt в двух самых лучших технических теплопроводящих металлах - меди ( марки М 3 ) и алюминия ( марки АМг - 2 ).

Из этих металлов бьиш выполнены одинаковые стержни круглого сечения и одинакового диаметра ( 10 мм ). На каждый из них были намотаны на расстояниях 33, 66, 100, 200 и 300 мм от торца терморезисторы шириной 1 мм из одинакового количества витков медной изолированной проволоки диаметром 0,06 мм, пропитанных после намотки клеем БФ-2 для улучшения теплового контакта со стержнем. Стержни на всей длине были покрыты высококачественной многослойной теплоизоляцией. Сопротивления терморезисторов измерялись многоканальной тензостанцней и регистрировались многоканальным свеголучевым осциллографом; порог чувствительности измерительного комплекса составлял = 0,05 К.

Эксперименты заключались в тепловом воздействии на торец стержня в виде единичной ступенчатой функции (путем соприкосновения торца стержня комнатной температуры с поверхностью кипящей воды ) и в определении по осциллограммам моментов подхода тестовой тепловой волны к терморезисторам, находящим на стержне.

Обработка результатов экспериментов показала, что графики WT (X), где X - глубина проникновения теплоты в стержень, построенные в полулогарифмическом масштабе, практически прямолинейны, что позволило аппроксимировать их, в первом приближении, падающими экспонентами:

W £ W * е"а*х •

т то

где WT- скорость распространения теплоты, мм/с, усредненная по пройденному пути X, мм ( "кажущаяся" скорость );

Wio - начальная скорость распространения теплоты в материале на границе раздела ( X = 0 ), через которую вводится теплота, мм/с;

е - основание натуральных логарифмов;

а - коэффициент, характеризующий крутизну экспоненты, мм 'К

Для меди а = 0,019 мм Wro =115 мм/с, а для алюминия а = 0,015 мм 1 , W = 60 мм/с.

' ' то

Полученные результаты хотя и имеют, по ряду причин, оценочный характер, но свидетельствуют о невысокой скорости распространения теплоты путем теплопроводности в твердых веществах, и о прямом

экспериментальном подтверждении постулата № 3 теории ТИК.

Знание параметров \Уто и а для конкретного вещества позволяет определить необходимую длительность тестового импульса:

т = X * саЧ V/ ,

и то'

где X - требуемая: глубина проникновения тестовой теплоты в вещество за время ти , а также определить глубину проникновения теплоты в вещество за известную длительность тестового импульса, путем решения уравнения

X * е «= ЧУ *т •

ТО н

В разделе 2.4. " Выводы по второй главе " отмечено, что постулаты №№ 3, 4 и 5 теории ТИК получили экспериментальное подтвержение, подтверждена практическая реализуемость идей ТИК, а также предложено делать более корректными математические модели теплообменных аппаратов, работающих в динамических режимах, путем введения в их структурные схемы последовательного звена транспортного запаздывания с передаточной функцией

) = к* е-р'т*

где т. - длительность распространения теплоты в стенке теплообмешюго аппарата известной толщины.

Третья глава диссертации "ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИДЕЙ ТИК" содержит 6 разделов.

Раздел 3.1. "Бездемонтажная поверка термометров сопротивлений и технических термоэлектрических термометров" состоит из двух подразделов.

В подразделе 3.1.1. "Основы теории поверки ТС и ТЭТ" изложена теория их поверки, впервые разработанная автором на основе анализа стандартов по методам демонтажной поверки ТС и ТЭТ с точки зретшя метрологии и теории автоматического управления. Она состоит из следующей системы постулатов.

№ 1 > Поверка есть практическая проверка стабильности термочувствительных. свойств ТЧЭ ЭТ путем получения и анализа переходной функции.

№ 2. При поверке все элементы объема ТЧЭ должны иметь одинаковые температуры перед началом тестового переходного процесса и в его конце.

№ 3. Должны быть известны с необходимой точностью следующие параметры: а) начальная температура ТЧЭ (); б)значение функционально связанного с температурой параметра ТЧЭ при начальный тем-

пературе; в) величина тестового скачка температуры ( А Птеа ).

№ 4. Должпы быть нормированы: а) значение тестовой реакции исправного ТЧЭ ( А П тсст пом); б) допуск ( Д ) на значение тестовой реакции исправного ТЧЭ.

№ 5. Значение тестовой реакции ТЧЭ должно быть с необходимой точностью сравнено с нормированным значением тестовой реакции [ А П1сст - А П1естлюм = С ]; и по результату сравнения выносится заключение о сохранении или несохранении метрологических свойств ТЧЭ на заданном уровне ц о пригодности ЭТ к дальнейшей эксплуатации: при | С | с [ Д | - " годен ", при | С | > Д | - "не годен".

№ б. Заключение пункта № 5 распространяется на всю градуиро-вочную характеристику ЭТ в целом.

№ 7. Все остальные факторы процесса поверки являются второстепенными и выбираются только из условия удобства практической реализации, в том числе значения величин Гн и Д1°теС1, способ тестового повышения температуры ТЧЭ, длительность существования известной температуры перед и в донце тестового переходного процесса, способ измерения тестовой реакции.

Разработанная теория поверю! позволила полностью объяснить все особенности узаконенных ГОСТами демонтажных методов поверки и их принципиальную непригодность для бездемонтажной поверки.

В подразлеле 3.1.2. " Существо и свойства бездемонтажных способов поверки ТС и ТЭТ" предложено, на основе разработанной теории поверки, осуществлять нормированное тестовое повышение температуры ТЧЭ, необходимое для его поверки, в виде единичной импульсной функции ( дельта - функции ) и для этого вводить тестовую энергию в виде короткого импульса электрического тока непосредственно внутрь ТЧЭ, а длительность тестового импульса выбирать настолько малой, чтобы тестовый нагрев ТЧЭ носил бы практически адиабатический характер. При этих условиях можно точно рассчитать ожидаемое тестовое повышение температуры ТЧЭ, что принципиально необходимо для поверки, и исключить влияние непостоянства внешних условий работы ЭТ на результат поверки, а сама поверка приобретает экспрессный характер и может быть осуществлена бездемонтажным способом. Это предложение признано изобретением [ 1 ].

В диссертации разработаны и подробно изложены способы бездемонтажных поверок ТС и ТЭТ, использующие " типовые " варианты тестовых нагревов № 2 и № 6 раздела 1.4. диссертации и - соответ-

ствептю - способ непосредственной оценки диагностируемого качества и способ сопоставления тестовых реакций, рассмотренные в разделе 1.9; эти разработки признаны изобретениями [ 4, 5, 6 ].

Бездемоптажной поверке ЭТ СЭУ благоприятствует то обстоятельство, что все судовые ЭТ имеют защитный чехол на* ТЧЭ, вследствие чего скачок температуры среды, в которую погружен ЭТ, доходит до ТЧЭ только через некоторое время. Экспериментально установлено, что для ТСП современной конструкции это время транспортного запаздывания составляет = 0,3с (в то время как длительность тестового импульса энергии при его поверке должна быть не более 3 мс, т.е. в 100 раз меньше).

В разделе 3.2. " Способ изготовления термометров сопротивления " иллюстрируется практическое применение " типового " варианта тестового нагрева № 3 раздела диссертации 1.4. для экспрессного диагностирования качества выполнения технологической операции виброуплотнения порошкообразной засыпки ТЧЭ современного ТСП непосредственно в процессе ее выполнения.

Качество виброушюпгения засыпки влияет на величину контактного термического сопротивления на границе раздела металл - засыпка, причем чем лучше уплотнение, тем меньше тестовый перегрев ТЧЭ. Длительность тестового импульса энергии в виде импульса электрического тока назначается из условия, что за время его существования часть тестовой теплоты, порядка ( 10...20)%, успеет внедриться в засыпку на некоторую Шубину; из результатов экспериментов, описанных в разделе 2.2. диссертации, следует, что оптимальная длительность тестовых импульсов находится в пределах (6...12) мс.

За время выполнения технологической операции виброуплотнения засыпки (несколько десятков секунд) тестовый импульсный контроль качества уплотнения должен проводиться неоднократно; оценку качества уплотнения целесообразно производить способом измерения разности тестовых реакций контролируемого и образцового изделий (раздел 1.9.диссертации ).

Данная разработка признана изобретением [ 3 ]. Оно может быть использовано также для контроля качества или степени уплотнения любых сыпучих материалов, например, уплотнения засыпки спиралей электрических нагревательных элементов ( " тэнов " ).

В разделе 3.3 " Контроль качества наклеивания тензорезисторов " иллюстрируется практическое применение " типового " варианта тестового нагрева № 4 раздела диссертации 1.4. для решения этой весьма

важной и сложной проблемы, возникшей в 1938 году одновременно с появлением наклеиваемых. ТР.

Было известно несколько решений; наиболее совершенное из них заключалось в одновременном одинаковом тестовом нагреве двух ТР (контролируемого и образцовой наклейки) импульсом электрического тока и в сравнении их тестовых перегревов; при плохом качестве наклейки контролируемого ТР его тестовый перегрев будет больше вследствие большего значения термического сопротивления сложной системы ТР - слой клея - зоны контактов с двух сторон слоя клея, что может быть экспреесно н дистацционпо установлено способом измерения разности тестовых реакций.

Автору удалось уетратшть основной недостаток известных ранее решений ( зависимость результата контроля от тенлофизических свойств материала объекта тензометрирования и от условий теплообмена ТР с окружающей средой ) путем придания тестовому импульсу тока такой длительности, при которой тестовый на1рев указанной выше сложной системы приобретает практически адиабатический характер. Предложенное решение было признано изобретением [2].

На его основе был разработан прибор для дистанционного экспрессного контроля качества наклеиваия ТР (условное название -"ИДК") и построен его действующий макет, функциональная схема и алгоритм работы которого приведены в диссертации. Усовершенствованный вариант этого устройства был признан изобретением [ 7 ].

Данная разработка может быть использована во всех случаях, когда тестовый нагрев какого-либо терморезистора может быть осуществлен импульсом электрического тока,а диагностируемое качество терморезистора или соприкасающейся с ним среды может быть выражено через его интегральное тестовое изменение сопротивления, например, для контроля состояния изоляции обмоток важных элементов СЭУ-электродвигателей и так называемых " сухих " трансформаторов.

В разделе 3.4. " ТИК и сварка плавлением ", состоящим из трех подразделов, показана возможность применения идей ТИК для решения некоторых проблем сварки.

В разделе 3.4.1. предлагается новый ( "адиабатический") режим сварки, реализующий " типовой " вариант № 7 раздела 1.4. диссертации и заключающийся в том, что к поверхностям свариваемых материалов подводится поток энергии такой интенсивности, что материалы плавятся сразу па передних фронтах тепловых волн, распространяющихся в

материалах. Такой режим сварки обеспечивает сочетание минимума потерь тепловой энергии и максимальной скорости сварки; возможность его реализации подтверждена атомной бомбардировкой г.Хиросимы в 1945 г. Сделана оценка требуемой мощности сварочной аппаратуры (-635 Вт/мм3 для меди и ~ 155 Вт/мм3для алюминия ), которая оказалось приемлемой для производства.

В подразделе 3.4.2. сделана теоретическая оценка предельно возможного значения скорости " адиабатической " сварки: ЧУ =Ч¥ *Ь/(1г*еа*ь),

сшпах то 4 ''

где Ь - продольный ( вдоль сварного шва ) размер источника тепловой энергии; Ъ - глубина проплавления материала в направлении движения фронта тепловой волны. При 11 = 1 мм и Ь = 1 мм (диаметр электродуга) \У 2 406 м/час для меди и \У = 212 м/час для алюминия. Показано

ситах ептах

также, что при заданном значении скорости сварки источник тестовой теплоты должен иметь определенный продольный размер: Ь = * Ь * е'" / - такое согласование есть путь повышения

егттпах. ТО ^

ироизводительости сварочных автоматов.

В подразделе 3.4.3. предложен новый способ контроля качества сварки, нримешшого для любых материалов - металлов, пластмасс, композитов и т.п. В небольшую площадку ( в пределе - точечного размера ) около сварного шва импульсно вводится нормированное количество тестовой теплоты по "типовому" варианту тестового нагрева № 8, а в двух точках поверхности, равно удаленных от места введения тестовой теплоты, одна из которых находится за сварным швом, определяются моменты прихода к ним фронта тестовой тепловой волны.

При условии, что параметры окружающей среды над контрольными точками одинаковы, моменты подхода к ним обоих фронтов будут различными, поскольку материал сварного шва всегда имеет несколько нарушенную структуру (а часто и состав), вследствие чего скорость распространения теплоты в нем будет другой, чем в несварениом материале. Измеряя разность времен прихода фронтов тепловых волн в точку наблюдения и нормируя ее, можно получить информацию о качестве сварного пгва.

Введение тестовой теплоты и индикация момента подхода фронтов тепловых волн к точкам наблюдения мо1уг быть выполнены бесконтактными способами, вследствие чего предложенный способ контроля качества сварки легко вписывается в автоматизированные производства. Реализация этого способа наиболее проста в случае тонколистовых материалов.

В разделе 3.5, "Обобщение примеров применения идей ТИК" отмечено, что во всех рассмотренных примерах используется единообразная методика решения задач, изложенная в разделе 1.12. диссертации: сначала рассматривается существо задачи в терминах той области понятий," к которой она относится, затем задача сводится к реализации од-нош из "типовых" вариантов раздела 1.4., после чего частные вопросы задачи решаются известными методами.

В разделе 3.6. " Начальный перечень возможных применений идей ТИК " указано свыше четырех десятков задач контроля текущего технического состояния элементов СЭУ и других изделий и качества выполнения некоторых технологических операций, которые могут быть решены методами ТИК, причем этот перечет может быть расширен.

В разделе "ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ И ИХ КРАТКИЕ АННОТАЦИИ" сделаны краткие аннотации 20 печатных работ автора, в совокупности достаточно полно отражающих содержание диссертации, а также перечислены 5 отчетов по НИР, развитием которой является данная работа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная работа, направленная на решение научной проблемы разработки теоретических основ тестового теплового импульсного контроля текущего технического состояния ( качества ) изделий,

позволяющего повысить эффективность технической эксплуатации ряда элементов СЭУ за счет принятия более обоснованных решений по приемам управления СЭУ и обслуживанию и/или ремонту их элементов на основе экспрессного бездемотажного получения достоверной информации о текущем техническом состоянии элементов СЭУ непосредственно в их рабочих условиях, а также повысить эффективность НИР по совершенствованию элементов СЭУ и поиску оптимальных режимов их работы за счет повышения достоверности измерительной информации,

завершенная подробно разработанной методикой практического применения теории "ЩК,

позволяет утверждать, что сформулированная проблема может считаться решенной, диссертационная работа является законченным научным исследованием, а полученные результаты могут быть использованы в народном хозяйстве.

- предложена новая разновидность тестового теплового контроля -тестовый тепловой импульсный контроль текущего технического состояния ( качества ) элементов СЭУ и широкого круга других изделий (ТИК), позволяющая решать первую задачу технической диагностики экспрессным бездемонтажным способом непосредственно в рабочих условиях диагностируемых изделий;

- разработана и систематизирование изложена теория ТИК;

- впервые разработана теория поверки технических термометров;

- предложен новый "адиабатический" режим сварки плавлением, обеспечивающий достижение предельно возможной скорости сварки в сочетании с минимизацией расхода энергии;

- впервые сделана теоретическая оценка предельно возможной скорости сварки плавлением и показана ее связь с продольным размером источника энергии;

предложена методика практического применения идей ТИК, разработанная в такой степени, что решения конкретных задач диагностирования получаются как очевидные частные примеры реализации положений теории ТИК сразу же с момента перевода условия поставленной задачи на язык терминов, принятых в ТИК.

- получена экспериментальная оценка скорости распространения теплоты в некоторых металлах;

- экспериментально подтвержден постулат теории ТИК о возможности практической реализации режима тестового импульсного нагрева определенного объема вещества, сколь угодно близкого к идеальному адиабатическому;

- предложено несколько способов экспрессной бездемонтажой поверки технических электрических термометров и устройств для их реализации, признанные изобретениями;

- разработаны способ дистанционного экспрессного контроля качества наклеивания тензорезисторов на объекты тензометрирования и устройство для его реализации, признанные изобретениями;

- разработан способ экспрессного контроля качества выполнения технологической операции уплотнения теплопровода щей засыпки термочувствительного элемента термометра сопротивления непосредственно

в процессе ее выполнения, признанный изобретением;

- предложен новый способ контроля качества сварки твердых веществ любого состава;

- сделана экспериментальная оценка времени транспортного запаздывания теплоты внутри электрического термометра;

- разработал начальный перечень возможных применений идей ТИК для экспрессного неразрушаюгцего контроля текущего технического состояния ( качества ) ряда элементов СЭУ и широкого круга других изделий, а также качества выполнения некоторых технологических операций изготовления, обслуживания и ремонта изделий.

3. Использование результатов диссертационной работы позволяет:

- повысить эффективность технической эксплуатации, обслуживания и/или ремонта ряда элеменов СЭУ путем внедрешгя в практику как уже разработанных способов и устройств контроля их текущего техшг-ческош состояния,' так и путем разработки на основе идей ТИК других способов и устройств контроля;

- повысить эффективность НИР по совершенствованию элеметов СЭУ и поиску оптимальных режимов их работы;

- решить ряд диагностических задач в других областях народного хозяйства, относящихся к кругу решаемых задач ТИК;

- повысить качество подготовки специалистов в высншх учебных заведениях, занимающихся подготовкой инженеров для проектирова-ггия и эксплуатации элементов и систем СЭУ, а также в институтах повышения квалификации инженерно-технических работников предприятий и организаций соответствующих отраслей народною хозяйства.

Основные положения диссертации отражены в работах:

1. A.c. СССР № 1150497, кл. G01 К 15/00, опуб. 15.04.85, Бюл..№ 14. Способ поверки терморезисторов, Г.П. Коренгев ( 50% авт. ), P.A. Нелепин, Ю,П. Сафонов,Б.В. Суаарев, А.Н. Усков, Д.А. Хабазов.

2. A.c. СССР № 1293475, кл. G 01 В 7/18, опуб. 28.02.87.Бюл.№ 8. Способ контроля качества наклеивания тензорезисторов. Г.П. Коренгев ( 50% ), Б.В. Сударев, А.И. Микеничев.

3. A.c. СССР № 1448220, кл-G 01 К 7/16, опуб. 30.12.88. Бюл. № 48. Способ изготовления термометров сопротивления. Г.П. Корешев (50%), Б.В. Сударев, Л.И. Костюк.

4. A.c. СССР № 1451560, кл. G 01 К 15/00, опуб. 15.01.89. Бюл. № 2. Способ поверки термопреобразователя сопротивления и устройство

для его реализации. Г.П.Корешев (50%), Б.В. Сударев, А.Н. Усков, Л.И Костюк, Г .Я. Продоус.

5. A.c. СССР № 1471089,кл. G 01 К 15/00, опуб. 07.04.89. Бюл. № 13. Способ бездемонтажной поверки технического термоэлектрического преобразователя и устройство для его осуществления. Г.П. Коре-шев ( 60% ), Б.В. Сударев, А.Н. Усков, В.П. Бабин.

6. A.c. СССР № 1583761, кл. G 01 К 15/00, опуб. 07.08.90.Бюл. № 29. Устройство для бездемонтажной поверки термоэлектрических пре-образователей.Г.П. Корешев (90%), А.Н. Ус ков.

7. Патент России № 2045001,кл. G01B 7/18, опуб. 23.07.95. Бюл. №27. Тензометрическое устройство. Г.П. Корешев(80%), С.Г. Корешева.

8. Отчет по НИР ( разд. 6 ), № 78004639. Разработка способов диагностирования каналов измерения температуры и давления. ЛКИ, 1978, 40 с. ( рук. )

9. Отчет по НИР (разд. 5), инв.№ 1524. Разработка методов метрологического обеспечения КСУ ТС. ЛКИ. 1980, 32 с. ( рук. ).

10. Отчет по НИР ( раздел 4 ), инв. № 1565. Разработка методов метрологического обеспечения КСУ ТС. ЛКИ. 1981, 96 с. ( рук.).

11. Отчет по НИР ( раздел 4 ), инв. N2 1589. Разработка методов метрологического обеспечения КСУ ТС. ЛКИ, 1982, 54 с. (рук.).

12. Отчет по НИР ( раздел 3 ), инв. N2 1611. Разработка методов метрологического обеспечения КСУ ТС. ЛКИ, 1983, 34 с. (рук.).

13 Корешев Г.П. ( 50% ), Сударев Б.В , Цурикова Т.Б. Тепловой режим проволочного термометра сопротивления при импульсной поверке. Труды ЛКИ " Автоматизация судовых технических средств", Л., 1984 , с. 16...20.

14. Корешев Г.П. Использование тестового адиабатического нагрева термометров сопротивления для их поверки. Труды ЛКИ " Судовая автоматика и электроэнергетика ". Л. 1986, с. 29...31.

15. Корешев Г.П. ( 90% ), Сударев Б.В. Поверка средств измерении с терморезисторами непосредственно в рабочих условиях. Тезисы докладов к Всесоюзной НТК " Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления ". Пенза., 1986. с. 19...20.

16. Корешев Г.П. ( 80% ), Сударев Б.В. Микеничев А.И. Контроль качества наклейки теизорезисторов в эксплуатационных условиях ". Тезисы докладов к Всесоюзной НТК "Тензометрия -86" Кишинев, 1986. стр. 365...366.

17. Корешев Г.П. ( 60% ), Сударев Б.В."Контроль качества термометров сопротивления при их изготовлении". Тезисы докладов к Все-

союзной НТК "Электротермометрия - 88", Луцк,1988, часть II, с. 217.

18. Корешев Г.П. ( 60% ), Сударев Б.В. Усков А.Н. Бездемонтажная поверка термометров сопротивления. Тезисы докладов к Всесоюзной НТК "Электротермометрия - 88", Луцк, 1988, часть II,

с. 218.

19. Корешев Г.П. Перспективы экспрессной тестовой диагностики качества изготовления продукции машиностроения. Труды ЛКИ "Автоматизация судовых технических средств и электроэнергетическое оборудование ".Л., 1988, с. 66...69.

20. Корешев Г.П. Зависимость сопротивления неприклеенных тензо-резисторов от измерительного тока. Тезисы докладов к Всесоюзной НТК " Тензометрия - 89 ", Свердловск, 1989, с. 33.

21. Корешев Г.П. ( 80% ), Усков А.Н. Экспериментальное изучение скорости распределения теплоты в конструкционных материалах. Труды ЛКИ " Судовая энергетика ", Л. 1990, с. 156.:. 158.

22. Корешев Г.П. Тестовый тепловой импульсный контроль качества сварки. Тезисы докладов к Всесоюзной НТК "Научно -технический прогресс в судоремонте в новых условиях хозяйствования". Л., Судостроение, 1991, с. 106...107.

23. Корешев Г.П. Теория тестовой тепловой импульсной диагностики качества изделий. Тезисы докладов к международной НТК "Диагностика, информатика и метрология - 94 ". СПб.: 1994, C.373...374.

24. Корешев Г.П. ( 80% ), Сударев Б.В. Корешева С..Г..Методы определения текущего технического состояния (качества) изделия в тестовой тепловой импульсной диагностике (ТИД ). Тезисы докладов к Российской НТК " Диагностика, информатика и метрология - 95 ". СПб.: 1995, с.43.,.44.

25. Sudarev A.V., Koreshev G.P. (60 %), Sudarev B.V."Non-Dis mantling Inspection of Thermo - Pickups of Heat Engines and Heat - Exchanges Apparatus ".Proceedings of the International Conference on Fluid Dynamic Measurement and its Applications.. Beijing. China. October. 1989, p. 275...277.

Зак. 663. Тир. 100. Уч.-изд. л. 2.0 Изд. центр СПбГМТУ, Лоцманская, 10