Почему акустический метод?
В своей статье «Деревянные опоры в зоне внимания», опубликованной в журнале «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» (июльавгуст 2010 г.), автор — Владимир Поздникин, генеральный директор ООО «Первый деревопропиточный завод», усомнился в правильности метода, выбранного при создании прибора неразрушающего контроля опор — ЛИС-У. Однако его публикация показала, что и представители заводов заинтересованы в контроле производимых ими опор.
Авторы благодарны В. Поздникину за подробный обзор специфики и технологического процесса производства опор. И, поскольку ЛИС-У применим и для контроля опор на складе, при разработке следующей модификации прибора разработчики с удовольствием учтут все указанные в статье нюансы и постараются сделать его максимально удобным для эксплуатации в рамках производственного цикла деревопропиточных заводов.
Чтобы развеять возникшие сомнения относительно возможностей ЛИС-У, в этой статье будут даны некоторые разъяснения.
Неразрушающим контролем называют область техники и технологии, занимающуюся разработкой и использованием устройств и методов для обнаружения и оценки дефектов в различных изделиях. К дефектам относятся нарушения однородности структуры, разрывы в сплошном покрытии, зоны коррозионного поражения, отклонения химического состава и размеров и др. Применение подобных технологий позволяет решать целый комплекс задач:
- обеспечение безопасности сотрудников, использующих различного рода изделия во время своей работы;
- гарантия безопасности дальнейшего использования изделий для потребителей;
- уменьшение процента регулярнозаменяемых изделий за счет точной оценки их использованного ресурса;
- предоставление объективных результатов исследований, что обеспечивает юридическую поддержку в судебных разбирательствах и инспекторских проверках. Как известно, по ряду параметров деревянные опоры превосходят железобетонные, но с точки зрения контроля их состояния древесина — гораздо более сложный материал и требует особого подхода. Поэтому приоритетной задачей для ООО «Электротехнические Системы» стала разработка способа контроля именно деревянных опор. При выборе метода мы руководствовались следующими критериями:
- он должен быть неразрушающим, эффективным, простым и максимально точным;
- малозатратным по времени и трудоемкости;
- давать комплексную оценку всей опоры, а не конкретного сечения;
- измеренный параметр должен учитывать любые факторы, влияющие на прочность опоры: трещины, загнивание, степень заделки, внешние нагрузки и т.п.;
- методика измерения должна максимально исключать ошибки, вызванные человеческим фактором: визуальная оценка трещин или других дефектов.
Проведенный патентный поиск в течение 20 лет показал, что ученые многих стран мира работали и работают над решением этой задачи.
Сегодня разработаны и описаны различные методы как разрушающего, так и неразрушающего контроля деревянных опор.
Проведенный патентный поиск в течение 20 лет показал, что ученые многих стран мира работали и работают над решением этой задачи. Сегодня разработаны и описаны различные методы как разрушающего, так и неразрушающего контроля деревянных опор. Все эти исследования давали достаточно точный результат контроля состояния древесины, но были очень трудоемкими и длительными. А самое главное, не полностью отражали истинное состояние опоры.
Было создано много разнообразных приборов, реализующих эти методы, начиная от простого молотка и градуированного шила и заканчивая сложными, громоздкими установками. В большинстве методов вывод о состоянии опоры делался на основании исследования в одном сечении.
Даже если производилось обкапывание опоры на глубину 50 см, а затем измерения по методике инженера В.В. Шелехова, это не давало возможности судить о степени загнивания всей опоры. Дефект мог быть и ниже, и выше мест проколов. Эквивалентный диаметр опоры определялся только в конкретном сечении. Применение ультразвуковых приборов для «прозвучивания» опоры также не решало этой задачи, поскольку либо требовало ее обкапывания, либо подъема передатчика на высоту. В первом случае исследовалось одно сечение, во втором — поверхностная часть опоры между передатчиком и приемником, что не позволяло определить наличие внутреннего загнивания древесины Установки, реализующие методы испытания опор механическими способами и выполняющие прямое измерение модуля упругости, дают более полную информацию, но они сложны, громоздки, тяжелы, а поэтому в большинстве случаев бесполезны, т.к. ВЛ электропередачи не везде смонтированы в легкодоступных местах — рядом с подъездными путями.
К тому же они тоже могут определить состояние прочности опоры только в промежутке, ограниченном сечениями приложения момента силы, а не по всему ее телу.
Необходимо отметить, что все реализованные на данный момент методы неразрушающего контроля деревянных опор основаны на принципе косвенного измерения критического изгибающего момента силы опоры. Другими словами, измеряется некий параметр опоры и на его основе рассчитывается критический момент силы. Все методики применяются на практике для того, чтобы сравнить критический момент конкретной опоры с минимально необходимым (расчетным) моментом силы для данной ВЛ. Если он выше необходимого — опора годная, если ниже — нет.
Метод прямого измерения критического изгибающего момента силы заключается в том, что к опоре нужно прикладывать возрастающий момент силы и зафиксировать его величину в период потери устойчивости опоры. Понятно, что данный метод не годится для контроля опор, т.к. все измеренные опоры будут разрушены. Наиболее близким к методу контроля прибором ЛИС-У является метод проверки годности опоры в рамках данной ВЛ. Поскольку важно не само значение критического момента для данной опоры, а превышает ли он расчетный для линии, то к опорам можно прилагать расчетный момент. Если опора не потеряла устойчивость — она годна, в противном случае — нет.
Использование данного метода разрушит часть исследуемых опор. Учитывая все вышеперечисленные недостатки, как один из путей решения задачи быстрого и нетрудозатратного определения прочностных характеристик опоры была исследована возможность разработки прибора, реализующего акустический низкочастотный метод контроля, на основе измерения частот собственных колебаний (ЧСК) опоры. Приборы, работа которых основана на так называемом методе простукивания, просты и удобны в эксплуатации. Они нашли широкое применение в промыш ленности для контроля физико-механических свойств (прочности, твердости, пористости) самых разнообразных изделий: шлифовальных кругов, изделий из углеродных материалов, керамики, чугуна, огнеупоров и т.п. По изделию наносят механический удар, осуществляют прием и анализ возникающих колебаний и выделяют сигнал, соответствующий собственной частоте изделия. Именно этот метод среди всех существующих сегодня способов неразрушающего контроля отвечал вышеизложенным требованиям.
Частота собственных колебаний тесно связана с прочностными характеристиками опоры (модуль упругости, плотность и т.п.). Если говорить языком формул, то скорость звука в опоре можно выразить следующим образом: