Экспресс-методика оценки акустико-эмиссионной активности цапф сушильных цилиндров картоноделательных машин
Методика разработана совместно с ООО «ЛАЭС» и Филиалом АО «Группа «ИЛИМ» в г. Коряжма и предназначена для ранжировая сушильных цилиндров по степени усталостной поврежденности материала их опорных цапф с целью планирования порядка проведения и объема капитального ремонта крупнотоннажных бумаго- и картоноделательных машин (Б-иКДМ).
Авторы: Растегаев Игорь Анатольевич, Хрусталев Александр Константинович, Данюк Алексей Валериевич, Афанасьев Максим Анатольевич, Мерсон Дмитрий Львович, Севастьянов Дмитрий Васильевич, Мелентьев Сергей Витальевич, Плюснин Александр Дмитриевич.
Краткое описание:
Основанием для применения в методике метода акустической (АЭ) является его преимущество обнаруживать активные (развивающиеся) дефекты, к которым относятся трещины всех видов и направлений, а также возможность их классификации по степени опасности для конструкции. Кроме этого статистика по 12 авариям показала, что с применением вибрационного и температурного контроля не возможно заранее определить критическое состояние цапф.
В основу АЭ экспресс-методики положены результаты комплексного исследования нового и поврежденного материала цапф проведенного в лабораториях НИО-2 ТГУ и производственных условиях на филиале АО «Группа «ИЛИМ». Анализ всех результатов исследований показал, что в реальных промышленных условиях АЭ измерений даже при установке преобразователя АЭ вблизи зоны развития трещины вероятность ее обнаружения с помощью метода АЭ маловероятна. Однако работа цапфы с трещинами в режиме изгиба с вращением обязательно сопряжена с поворотом берегов относительно вершины трещины, причем дважды за каждый рабочий цикл (полный оборот) при сменах знака напряжений от растяжения к сжатию и наоборот. Соответственно, следует ожидать АЭ от трения берегов трещины при каждой разгрузке после сжатия или растяжения волокон, что повышает вероятность обнаружения данного источника АЭ. На основание вышеприведенных фактов предложено: в основу оценки усталостной поврежденности (обнаружения наличия трещины) цапф положить выявление признаков АЭ трения берегов трещины, а за способ активации источника АЭ (способ нагружения) — вращение сушильного цилиндра непосредственно на Б-иКДМ. В результате испытаний выявлено, что наиболее чувствительными к стадиям роста трещины и мало зависящими от уровня порога дискриминации (наиболее стабильными) являются параметры АЭ: амплитуда и MARSE (Measured Area under Rectified Signal Envelope).
При промышленной апробации методики выявлено, что лабораторно установленные закономерности и АЭ-признаки позволяют выявить дефектные цапфы, но с учетом следующей корректировки. На «бездефектных» цапфах регистрируемая АЭ по амплитуде и MARSE не превышала 60 дБ и 3,3·107 у.е. соответственно, поэтому при данных АЭ-признаках принимается низкая поврежденность цапф. При любой амплитуде АЭ при MARSE более 6,7·107 у.е. устанавливается высокая степень поврежденности, т.к. данный АЭ-признак наблюдался на дефектных цапфах. Однако нижняя граница зоны высокой поврежденности цапф по сравнению с лабораторными исследованиями снижена до 60 дБ, что имеет цель компенсировать затухание сигнала и погрешность установки преобразователя АЭ. Поскольку при этом MARSE уменьшается медленнее, то учет возможного смещения «полезных» сигналов в данную область компенсируется только по амплитуде. При значениях амплитуды и MARSE соответственно 60-70 дБ и (3,3-6,7)·107 у.е. присваивается средняя степень поврежденности цапфы, как наблюдаемая в лабораторных исследованиях на стадии зарождения трещины и занимающая промежуточное значение между данными АЭ полученными на «дефектных» и «бездефектных» цапфах при промышленных исследованиях. Продление зоны средней дефектности вниз до 38 дБ (уровня цехового шума) также имело цель компенсировать затухание сигнала и погрешность установки преобразователя АЭ, что приводит к смещению «полезных» сигналов в данную область. Поскольку при промышленной апробации были выявлены производственные помехи и шумы различной природы, то для повышения достоверности методики были введены еще два АЭ признака дефектности цапф сушильных цилиндров.
Преимущество и отличительные особенности:
Предложена и апробирована оригинальная трехуровневая методика сбора и анализа АЭ диагностических данных о дефектности цапф сушильных цилиндров во время проведения капитального ремонта Б-иКДМ позволяющая повысить производительность оценки их технического состояния по сравнению с ультразвуковым способом минимум в два раза при сокращении объема применения других методов неразрушающего контроля (контроль только забракованных методом АЭ цапф). Предложено классификационное поле параметров «амплитуда - MARSE», которое разделено на уровни по вероятности поврежденности цапф сушильных цилиндров на: низкое, среднее и высокое. Экспериментальная оценка достоверности, предложенной методики АЭ относительно ультразвукового метода показала вероятность обнаружения усталостной трещины на уровне 71 %, при вероятности их пропуска и перебраковки изделия 12 и 17 % соответственно.
Подробнее смотри:
- Применение метода акустической эмиссии для ранжирования цапф сушильных цилиндров картоно- и бумагоделательных машин по усталостной поврежденности их материала / Растегаев И.А., Хрусталев А.К., Данюк А.В., Афанасьев М.А., Мерсон Д.Л., Севастьянов Д.В., Мелентьев С.В., Плюснин А.Д. // Дефектоскопия. 2023. № 9. С. 3-17.
- Application of the Acoustic Emission Method to Ranking Fatigue Damage in the Material of the Trunnions of Drying Cylinders in Cardboard- and Paper-Making Machines / I. A. Rastegaev, A. K. Khrustalev, A. V. Danyuk, M. A. Afanas’yev, D. L. Merson, D. V. Sevast’yanov, S. V. Melent’ev, A. D. Plyusnin // Russian Journal of Nondestructive Testing, 2023, Vol. 59, No. 9, pp. 923–936.
- Методы и средства обнаружения шумоподобных сигналов источников акустической эмиссии трибологической и гидродинамической природы на основе иерархического беспорогового спектрально-временного анализа / Растегаев И.А. // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, 2023.