RU2315983C1 - Способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля - Google Patents
Способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2315983C1 RU2315983C1 RU2006114424/28A RU2006114424A RU2315983C1 RU 2315983 C1 RU2315983 C1 RU 2315983C1 RU 2006114424/28 A RU2006114424/28 A RU 2006114424/28A RU 2006114424 A RU2006114424 A RU 2006114424A RU 2315983 C1 RU2315983 C1 RU 2315983C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- cooling
- surface area
- working medium
- blade
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к контрольно-диагностическим технологиям. Способ включает нагрев изделия, его последующее охлаждение, измерение температуры изделия и определение темпа охлаждения для каждой элементарной площадки поверхности изделия. Охлаждение осуществляют рабочей средой, в качестве которой используют смесь газа и жидкости, измеряют расход жидкости, а наличие дефекта выявляют по отклонению от единицы отношения ΔV, определяемого для каждой элементарной площадки поверхности изделия. Технический результат - изобретение позволяет повысить точность определения дефектов в изделии и расширить функциональные возможности. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-диагностическим технологиям, в частности к способам определения дефектов в изделии методом активного теплового неразрушающего контроля, и может найти применение в машиностроении, авиадвигателестроении и других областях техники при проверке характеристик и параметров изделия.
Известен способ определения внутренних дефектов в изделии методом активного теплового неразрушающего контроля, включающий нагрев изделия, его охлаждение, пропускание через его каналы рабочей среды с переменным расходом и с температурой, неравной средней температуре нагрева изделия, измерение поля температур во время пропускания рабочей среды через каналы, определение производной от темпа изменения температуры по расходу рабочей среды и сравнение полученных данных с эталонными данными, при этом по результатам сравнения делают вывод о пригодности изделия (см. патент RU №2219531, Кл. G 01 N 25/00, опубл. 20.12.2003).
Недостаток известного способа - низкая достоверность определения дефектов в изделии в связи с тем, что рассчитываемая по результатам эксперимента производная от темпа изменения температуры по расходу рабочей среды в значительной степени зависит от параметров потока, протекающего через внутренние каналы изделия и в меньшей степени от теплофизических параметров изделия. Кроме этого, способ имеет ограниченное применение, так как пригоден только для изделий со сквозными каналами, и кроме этого, не позволяет количественно оценить наличие дефектов и определить их координату в изделии.
Технический результат заявленного способа - повышение точности определения дефектов в изделии и расширение функциональных возможностей.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля, включающем нагрев изделия, его последующее охлаждение, измерение температуры изделия и определение темпа охлаждения для каждой элементарной площадки поверхности изделия, согласно изобретению охлаждение осуществляют рабочей средой, в качестве которой используют смесь газа и жидкости, измеряют расход жидкости, а наличие дефекта выявляют по отклонению от единицы отношения ΔV, рассчитываемого для каждой элементарной площадки поверхности изделия по формуле:
где:
Gi=GvС;
Gv - расход жидкости для исследуемого изделия;
С - удельная теплота фазового перехода жидкости в газ;
х и y - текущие координаты элементарной площадки поверхности изделия, для которой производят расчет;
mi(x, y) - темп охлаждения, рассчитанный для каждой элементарной площадки поверхности изделия с координатами (х, y) для исследуемого изделия;
Gе=GтС;
Gт - расход жидкости для эталонного изделия;
me(x, y) - темп охлаждения, рассчитанный для каждой элементарной площадки поверхности изделия с координатами (х, y) для эталонного изделия.
Рабочую среду можно закручивать и охлаждение осуществлять закрученной рабочей средой, что позволяет равномерно распределить капли жидкости в газе и интенсифицировать отбор тепла от изделия на фазовый переход капель жидкости в газ.
Для упрощения операции закрутки рабочую среду можно закручивать шнеком.
Для повышения достоверности результатов измерение температуры изделия можно осуществлять неконтактным методом.
На фиг.1 схематично изображена установка для реализации способа;
на фиг.2 - распределение параметра ΔV по проекциям лопатки турбины со стороны спинки и со стороны корыта.
Реализация способа рассмотрена на примере выявления дефектов внутренних охлаждаемых каналов лопатки газотурбинного двигателя.
Установка содержит ресивер 1, соединенный трубопроводом с компрессором 2. Ресивер 1 по выходу соединен трубопроводом 3 с исследуемым изделием охлаждаемой лопаткой 4 турбины газотурбинного двигателя. В трубопроводе 3 расположены электромагнитный клапан 5, эжекторное устройство 6 для осуществления впрыска и распыления жидкости, например воды или дистиллированной воды, содержащее мерный бачок для жидкости, устройство 7 с мерным бачком для жидкости для закручивания двухфазного потока рабочей среды - смеси воды и газа, например воздуха, содержащее шнек, заключенный в корпус. На платформе 8 закреплена лопатка 4. Напротив лопатки 4 установлен тепловизор 9, с помощью которого осуществляют измерение температуры лопатки 4 неконтактным методом. Над лопаткой 4 расположено устройство для ее нагрева, например, содержащее промышленный фен 10 и защитную насадку 11, служащую для равномерного распределения подогретого воздуха и имеющую возможность перемещения (отвода) относительно лопатки 4 (на фиг.1 изображена защитная накладка в отведенном от лопатки 4 положении, т.е. после проведения нагрева лопатки 4). Устройство для нагрева лопатки через трубопровод 12 соединено с компрессором 13. Для управления работой установки и обработки получаемых данных используют компьютер 14. Датчик давления 15 используют для оценки текущего давления. Для измерения температуры газа в ресивере 1 используют датчики температуры (на чертеже не показаны).
Способ реализуется следующим образом.
Ресивер 1 объемом 50 литров заполняют воздухом температурой t0, равной в данном случае температуре окружающей среды, до давления 8 атмосфер. Определяют координаты каждой элементарной площадки с помощью компьютерной программы по расположению лопатки в поле зрения тепловизора 9. Лопатку 4 накрывают защитной насадкой 11 и нагревают воздухом, подаваемым от компрессора 13 через промышленный фен 10. Время нагрева устанавливается экспериментально и составляет для данного примера 110 секунд для нагрева лопатки 4 до средней по поверхности температуры 300°С. После проведения нагрева защитную насадку 11 отводят от лопатки 4, после чего включают тепловизор 9 для измерения температуры лопатки 4. В процессе остывания результаты измерений, проводимых с помощью тепловизора 9, передаются на компьютер 14, который в соответствии с программой производит вычисление температуры лопатки 4 в каждой элементарной площадке поверхности (пикселе). По достижению средней температуры 270-280°С открывают клапан 5, и происходит истечение воздуха из ресивера 1. В процессе истечения воздуха из мерного бачка объемом 0,1 л эжекторного устройства 6, заполненного дистиллированной водой на 1/3, осуществляется поступление воды в поток воздуха. Двухфазная смесь потока проходит через устройство 7, в котором поток закручивается, и попадает во внутренние каналы лопатки 4. Под воздействием центробежных сил капли воды попадают на стенки, а воздух и образовавшийся после испарения воды пар перемещаются к выходному сечению лопатки 4. При этом происходит интенсификация охлаждения изделия в связи с тем, что на фазовый переход воды в пар тратится значительное количество энергии. Расход воздуха и необходимый расход впрыснутой в поток воздуха воды рассчитывают, исходя из условия затрат энергии на фазовый переход капель воды в пар, не менее чем в 10 раз больших по сравнению с затратами энергии на охлаждение воздухом, протекающим у стенки лопатки. Расход жидкости определяют по количеству залитой в мерный бачок жидкости и времени испытания (эксперимента). Расход воздуха определяют по известной величине объема ресивера 1 и показаниям датчика давления 15. Для представленного примера, расход воздуха составляет 30 грамм в секунду, а расход воды, впрыснутой через эжекторное устройство 6 за время испытания 10 сек, составляет 3 грамма в секунду. В процессе охлаждения лопатки 4 определяют температуры ti0 и ti для каждой элементарной площадки тепловизором 9. Для данной установки используют тепловизор Российского производства «Иртис-200М». Фиксируют время τ0 охлаждения в начальный момент охлаждения и время τi в конце охлаждения с помощью компьютерной программы. После проведения указанных выше операций поворачивают лопатку 4 на 180°С и повторяют все операции для второй поверхности лопатки 4, например спинки лопатки, если в первом этапе исследования проводили для корыта лопатки 4.
По окончании испытаний выполняют обработку результатов: определяют по известной формуле для каждой элементарной площадки поверхности изделия темп изменения охлаждения
где:
ti - текущее значение температуры в i-той точке;
ti0 - начальная температура в i-той точке;
t0 - температура газа в ресивере;
τi-τ0 - интервал времени охлаждения между начальной температурой ti и температурой ti0;
m - темп охлаждения 1/сек.
Темп охлаждения m определяют логарифмированием уравнения (1)
И рассчитывают распределение функции Vi(х, y) для исследуемой детали по формуле:
где mi(x, y) - темп охлаждения, рассчитанный для каждой элементарной площадки поверхности изделия с координатами (х, y) для исследуемого изделия;
Gi=GvС;
Gv - расход жидкости для исследуемого изделия (кг/сек);
С - удельная теплота фазового перехода жидкости в газ (C=const для конкретной жидкости - табличная величина) (Ккал/кг);
х и y - текущие координаты, элементарной площадки поверхности изделия, для которой производят расчет.
Испытание эталонных лопаток делают предварительно. По результатам рассчитывают распределение функции Ve(x, y) для эталонной лопатки по формуле:
Ve(x, y)=me(x, y)/Ge
где:
Ge=GтC;
Gт - расход жидкости для эталонной лопатки;
С - удельная теплота фазового перехода жидкости в газ;
me(x, y) - темп охлаждения, рассчитанный для каждой элементарной площадки поверхности изделия с координатами (х, y) для эталонного изделия;
х и y - текущие координаты элементарной площадки поверхности лопатки, для которой производят расчет.
Текущие координаты х и y для исследуемой лопатки и эталонной лопатки, а также условия экспериментов для эталона и исследуемого изделия идентичные.
Наличие дефекта определяется сравнением функций Vi(х, y) и Ve(х, y), а именно сравнением величины отношения ΔV с единицей.
Вычисляют величину ΔV=Vi/Ve, т.е.
Результаты обработки представляются в виде цифровых файлов распределений по поверхности детали отношения ΔV, а также в графическом виде. С целью наглядного представления на изображении (см. фиг.2) представлены распределения указанного числа ΔV в тонах черного и светло серого-цветов. На фиг.2 представлена теплограмма лопатки 4 (распределения по поверхности лопатки числа ΔV с обеих сторон - спинки и корыта). Зоны, имеющие черную и светло-серую окраску считаются дефектными. В указанных дефектных зонах распределение числа ΔV значимо (<0,25 черный цвет; от 0,25 до 0,75 светло-серый цвет)отличается от единицы в меньшую сторону. Указанный результат объясняется тем обстоятельством, что в данных зонах имеется различие в теплофизических параметрах по сравнению с эталоном, определяемых темпом охлаждения.
Реализация способа рассмотрена на примере определения дефектов у лопатки турбины, имеющей сквозные каналы для ее охлаждения, т.е. на примере выявления дефектов у детали, имеющей сложную форму. В связи с этим установка содержит устройство 7 для закручивания потока рабочей среды. В случае если деталь имеет несложную форму без внутренних каналов и полостей, например пластина, операции способа аналогичны вышеприведенным, за исключением того, что охлаждение осуществляют не путем подачи рабочей среды во внутреннюю полость или каналы, а путем обдувки наружных поверхностей детали. Для деталей неложной формы, например пластин, устройство 7 в составе установки не используется, т.е. охлаждение осуществляют незакрученным потоком. При выборе в качестве рабочего тела иного, чем воздух, газа (например, кислород) и иной, чем вода, жидкости (например, спирт) операции способа также аналогичны.
Claims (4)
1. Способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля, включающий нагрев изделия, его последующее охлаждение, измерение температуры изделия и определение темпа охлаждения для каждой элементарной площадки поверхности изделия, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют рабочей средой, в качестве которой используют смесь газа и жидкости, измеряют расход жидкости, а наличие дефекта выявляют по отклонению от единицы отношения ΔV, рассчитываемого для каждой элементарной площадки поверхности изделия, по формуле
где Gi=GvC,
Gv - расход жидкости для исследуемого изделия;
С - удельная теплота фазового перехода жидкости в газ;
х и y - текущие координаты элементарной площадки поверхности изделия, для которой производят расчет;
mi(х, y) - темп охлаждения, рассчитанный для каждой элементарной площадки поверхности изделия с координатами (х, y) для исследуемого изделия;
Ge=GTC,
GT - расход жидкости для эталонного изделия;
me(х, y) - темп охлаждения, рассчитанный для каждой элементарной площадки поверхности изделия с координатами (х, y) для эталонного изделия.
2. Способ определения по п.1, отличающийся тем, что рабочую среду закручивают и охлаждение осуществляют закрученной рабочей средой.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что рабочую среду закручивают шнеком.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что измерение температуры изделия осуществляют неконтактным методом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006114424/28A RU2315983C1 (ru) | 2006-04-28 | 2006-04-28 | Способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006114424/28A RU2315983C1 (ru) | 2006-04-28 | 2006-04-28 | Способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2315983C1 true RU2315983C1 (ru) | 2008-01-27 |
Family
ID=39110094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006114424/28A RU2315983C1 (ru) | 2006-04-28 | 2006-04-28 | Способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2315983C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2624784C1 (ru) * | 2016-06-29 | 2017-07-06 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Способ измерения фактической минимальной площади проходного сечения межлопаточных каналов |
-
2006
- 2006-04-28 RU RU2006114424/28A patent/RU2315983C1/ru active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2624784C1 (ru) * | 2016-06-29 | 2017-07-06 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Способ измерения фактической минимальной площади проходного сечения межлопаточных каналов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ling et al. | Measurement of heat transfer coefficient distributions and flow field in a model of a turbine blade cooling passage with tangential injection | |
| RU2426106C1 (ru) | Способ определения коэффициента теплопроводности тонкостенных теплозащитных покрытий и устройство для его осуществления | |
| Broatch et al. | Impact of swirl on in-cylinder heat transfer in a light-duty diesel engine | |
| KR101191975B1 (ko) | 유체계측 장치 및 유체계측 방법 | |
| Marelli et al. | Heat transfer effects on performance map of a turbocharger compressor for automotive application | |
| Torregrosa et al. | Experimental assessment for instantaneous temperature and heat flux measurements under diesel motored engine conditions | |
| Buttsworth et al. | A fast-response total temperature probe for unsteady compressible flows | |
| Terzis et al. | Improved accuracy in jet impingement heat transfer experiments considering the layer thicknesses of a triple thermochromic liquid crystal coating | |
| RU2315983C1 (ru) | Способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля | |
| CA2163044A1 (en) | Cylinder combustion gas leakage testing | |
| Wang et al. | Determination of flow-rate characteristics for pneumatic components using a quasi-isothermal tank with temperature compensation | |
| Puzdrowska | Signal filtering method of the fast-varying diesel exhaust gas temperature | |
| RU90908U1 (ru) | Устройство для исследования жидкого ракетного топлива | |
| Li et al. | Film cooling performance of a row of dual-fanned holes at various injection angles | |
| Buttsworth et al. | A fast-response high spatial resolution total temperature probe using a pulsed heating technique | |
| RU138026U1 (ru) | Установка для теплового неразрушающего контроля изделий | |
| Mavropoulos | Unsteady heat conduction phenomena in internal combustion engine chamber and exhaust manifold surfaces | |
| KR101584186B1 (ko) | 고체추진기관용 내열고무 측정장치 | |
| Son et al. | Heat transfer and flow characteristics of an engine representative impingement cooling system | |
| Guofeng et al. | Numerical analysis of influencing factors and capability for thermal wave NDT in liquid propellant tank corrosion damage detection | |
| RU2817801C2 (ru) | Способ определения теплопроводности лакокрасочных покрытий | |
| Brauckmann et al. | Infrared thermography with in-situ calibration using thermochromic liquid crystals applied to film cooling | |
| JP5041235B2 (ja) | ピストンの内部欠陥検査方法 | |
| Broekaert et al. | Local heat flux measurement technique for internal combustion engines | |
| Chen et al. | Determination of Transient Heat Transfer Rates for a Film Cooled Metal Plate in a Blowdown Facility Using Infrared Thermography |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20151012 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190424 |