ЛЕКЦИЯ № 10.
Тема : Диагностирование газотурбинных двигателей по изменению параметров вибрации.
План лекции :10. 1. Вибродиагностические признаки.
10.2. Статистически возможные и статистически допустимые уровни вибрации.
10.1.Вибродиагностические признаки.
Роторная вибрация авиационных ГТД является интегральной ха-рактеристикой их состояния, изменение которой в эксплуатации происходит под воздействием ряда факторов, связанных с развивающими¬ся неисправностями, внешними условиями полета, способом и местом установки двигателей на самолете и т.д.
Контролируемые параметры ГТД представляет собой обобщенные характеристики виброскорости, значения которых определяются полосой пропускания фильтра виброаппаратуры и зависят от уровней вибрации самого ротора и от уровня помех. На многовальных двигателях в полосе пропускания фильтра могут одновременно находиться частоты вращения двух и более роторов. Соотношения между составлявшими обобщенного параметре вибрации для каждого конкретного экземпляра двигателя могут быть различными.
У исправных ГГД возможен период вибрационной приработки, корда происходит некоторое изменение характерных вибраций с последующей их стабилизацией. Кроме того, возможны кратковременные изменения параметра вибрации в виде случайных выбросов или тренда, вызываемые случайно действующими факторами и не свидетельствующими о неисправностях.
При развитии неисправности процесс изменения вибрация становится нестационарным. При диагностировании двигателей измеряется один из
параметров вибрации (вибросмещение , виброскорость , виброускорение)
на установившемся режиме работы. Процесс диагностирования осуществляется на основе сопоставления текучих значений параметра вибрации, статистических характеристик случайного процесса изменения вибрации данного экземпляра ГТД статистических характеристик совокупности случайных процессов изменения вибрации исправных двигателей. Для каждого конкретного авиационного ГЦ определяется диапазон статистически возможных уровней вибрации и назначается свой диапазон статистически допустимых уровней вибрации.
Диапазон статистически возможных уровней вибрация с определенной доверительной вероятностью характеризует прогнозируемую область разброса значений регистрируемых параметров вибрации данного двигателя относительно среднего значения этого параметра в зависимости от наработки в эксплуатации.
Диапазон статистически допустимых уровней вибрации характеризует область допустимого разброса значений параметра данного объекта относительно среднего значения и назначается на основании информации о разбросе уровней вибрации исправных двигателей. Как правило, для упрощения расчетов законы распределения уровней вибрации принимают нормальными.
Вибродиагностическими признаками возникшего дефекта может служить выход измеренного параметра вибрации за предельно допустимое значение, установленное для парка ГТД одного типа (рис. 13а).
О наличии дефекта свидетельствует я выход измеренного параметра вибрации за диапазон статистически допустимых для данного объекта уровней, которые устанавливаются на основе статистической обработки данных по разбору значений параметра вибрации исправных двигателей относительно средних значений (рис.13б).
В то же время существует ряд признаков, указывавших на возможное возникновение дефекта при дальнейшей эксплуатации ГТД. Так выход диапазона статистически возможных для данного двигателя значений параметра вибрации за диапазон статистических допустимых уровней или за предельно допустимый уровень свидетельствует о начавшемся отклонении в работе деталей двигателя, что может привести к дефекту (рис. 13 в).
Выход измеренного параметра вибрации за диапазон статистически возможных для данного двигателя вибрации, если он меньше
10.2.Статистически возможные и статистически допустимые
уровни вибрации.
Диапазон статистически допустимых уровней вибрации каждого i-20 двигателя зависит от его наработки (количества измерений вибрации), накопленных данных о вибрации исправных ГТД. Верхнюю границу диапазона для ni-20 измерения определяют по формуле
нижнюю границу:
где Xi,ni - среднее значение регистрируемого параметра вибрация данного двигателя, полученное по ni измерениям ; Квп , Кнп
-толерантные коэффициенты, формирующие соответственно
верхнюю Xвi,ni и нижнюю Xнi,ni границы согласно заданным вероятностям выхода вибрации ОД за пределы этих границ при условии, что разброс вибрации определяется дисперсией Dm;Dn - средне взвешенная дисперсия регистрируемых параметров вибрация двигателей, являющихся талонами исправных.
Среднее значение регистрируемых параметров вибрации
где
Xi,z - уровень вибрации i-го двигателя при Z-м измерении. Средневзвешенная дисперсия
Dm=
где m - количество исправных двиателей;
lj - количество измерений вибрации j-20 исправного двигателя ; Djlj - дисперсия уровней вибрации j-20 эталонного двигателя за lj намерений:
Толерантные коэффициенты Квп , Кнп определяют на
основании интервальных оценок среднего значения вибрации
диагностируемого двигателя и дисперсии вибрации исправного двигателя Dm в зависимости от количества измерений, заданных вероятностей выхода вибрации за пределы границ (уровней значимости):
где Upx;U1-pB:U1-ph квантили нормального распределения, отвечающие соответственно вероятностям Px;1-PB,1-PH;x2(P2,f)квантиль x2-распред-еления, отвечающий вероятности Pq при числе степеней свободы f :
Px - заданная доверительная вероятность оценки среднего; PB - заданная вероятность выхода вибрации за предел верхней границы Xi,ni (уровень значимости);
PH - заданная вероятность выхода вибрации за предел нижней границы Xi,ni (уровень значимости);
Pq - заданная доверительная вероятность оценки средневзвешенной дисперсии.
Вероятности рекомендуется принимать Px = 0,996 PB = 0,006 Pq = 0,95
Соответствующие квантили
Контрольные вопросы :
1. Перечислите основные вибродиагностические признаки ГТД ?
2. Сущность вибродиагностики ГТД ?
3. Как определяются статистически возможные уровни вибрации ?
Литература :
[1,стр. 27-31]
ЛЕКЦИЯ № 11.
Тема : Диагностирование газотурбинных двигателей по результатам спектрального анализа масла.
План лекции :11.1 Сущность спектрального анализа масла.
11.2. Принцип работы спектрофотометров.
11.1. Сущность спектрального анализа масла.
В масло в процессе работы двигателей попадают металлические частицы, являющиеся продуктами изнашивания деталей и узлов ГТД. При значительном износе двигателей концентрация таких частиц увеличивается. В связи с этим одним из методов диагностирования двигателей заключается в эмиссионном спектральном анализе продуктов изнашивания, содержащихся в масле.
Основу большинства деталей двигателей составляет железо. Отдельные узлы для увеличения их механических свойств содержат легирующие элементы, такие, как никель, молибден, вольфрам, хром, серебро и т.д. Некоторые детали выполнены из сплавов меди, алюминия, магния и других цветных металлов.
Результаты спектрального анализа масла показывают, что более информативными элементами, изменение концентрации которых характеризует наличие развивающихся дефектов, является железо, медь, кремний, алюминий, магний, серебро, хром и никель. Редко увеличивается концентрация в масле углерода, молибдена, свинца, титана, вольфрама, олова.
Из-за увеличения концентрации в масле железа Fe в эксплуатационных предприятиях досрочным снятием двигателей Д-ЗОКУ, НК-8-2У;
- Д-30 предупреждают возможные отказы ВС, что значительно показывает уровень безопасности полетов.
На рис14 показано изменение концентрации Fe с наработкой двигателя Д-ЗОКУ, снятого досрочно.
При разборке этого двигателя обнаружен износ подшипника. Продолжительное время концентрация Fe в масле колебалась, но резкого ее увеличения не наблюдалось. Когда процесс изнашивания подшипника значительно ускорился, концентрация железа начала резко
возрастать.
Рис.14.Изменение концентрации Fe двигателя Д-ЗОКУ.
У двигателей, имеющих омедненные и посеребренные детали, например изменения концентрации элементов сложнее (рис. 15). При изнашивании таких деталей вначале наблюдается повышение концент¬рации меди, затем через некоторый промежуток времени происходят повышение концентрации серебра и только на последней стадии интенсивно растет концентрация железа. Увеличение концентрации железа свидетельствует о том, что защитное медно-серебряное покрытие ухе отсутствует и трению подвергается стальная основа детали. Такой двигатель должен быть снят с эксплуатации.
Рис15 Изменение концентрации Си(1), Ag (2) и Fe(3) в ГТД
·медь; *- серебро; о - железо.
Хромирование поверхностей деталей двигателей применяют для повышения их износостойкости. В процессе трения таких деталей по-верхностный слой подвергается изнашиванию. Небольшая толщина уп-рочненного слоя приводит вначале к возрастанию концентрации а масле хрома, затем к ее снижению (поверхностный слой износился) и повышению концентрации железа (рис. 16).
11.2.Принцип работы спектрофотометров
Продукты износа вместе с маслом, помещенным в штатив 8, на вращающемся дисковом электроде попадают в зону разряда 7, в которой происходит сгорание масла, возбуждение и излучение атомами элементов, присутствующими в пробе масла, соответствующих им квантов света.
Излучение направляется растровым конденсором 6 на входную щель 5 полихроматора 3. Растровый конденсор обеспечивает равномерное освещение входной вели, что повышает точность результатов анализа.
Выпуклая дифракционная решетка 4 полихроматора разлагает излучения атомов в спектр. Каждому элементу соответствует своя совокупность спектральных линий, интенсивность которых зависит от концентрации элемента в данной пробе. Спектральные линии различных елементов выделяются из спектра пробы с помощью выходных щелей, установленных в фокальной поверхности 2 полихроматора. Поток выде¬ленного выходной щелью монохроматического излучения направляется через сферические зеркала I на фотокатод фотоприемника 9. Фотопри¬емником является фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Излучение, попадая на фотокатод ФЭУ, вызывает эмиссию электронов, в результате чего в анодной цепи умножителя протекает ток, передающийся в электронно-регистрнрутацее устройство (ЭРУ). В ЭРУ происходит накопление зарядов на конденсаторах. Напряжения, до которых заряжаются конденсаторы, пропорциональны усредненным за время накопления, анодным токам фотоэлектронных умножителей. Кроме усреднения конденсаторы после окончания накопления выполняют функции запоминающих устройств, способных хранить информацию достаточно длительное время. По окончании накопления с помощью усилителя постоянного токе производится последовательное подключение конденсаторов к регистрирующим приборам (микроамперметр или цифровой вольтметр).
Кроме этого, ЭРУ обеспечивает автоматическое включение кон¬денсаторов в анодные цепи ФЭУ, включение и выключение источника возбуждения спектра в заданные моменты времени, а также необходимые коммутации при предварительном обжиге электродов.
Для анализа содержания в масле продуктов изнашивания с целью диагностирования двигателей используют методику спектрального анализа с вращающимся дисковым электродом и методику спектрального анализа с предварительным обогащением пробы.
Методика спектрального анализа масел с вращающимся дисковым электродом является более универсальной, так как позволяет анали¬зировать широкий ассортимент применяемых смазочных масел (АМГ-Ю,
МК-8, МК-8П, КС-20). По методике с предварительным обогащением
пробы можно анализировать только легкие масла МК-8, так как дам легкую смесь из 75% масла МК-8 и 25% масла МС-20, применяемую на самолетах с турбовинтовыми двигателями (ТВД), невозможно анализи¬ровать путем предварительного обогащения пробы в связи с тем, что тяжелый компонент смеси, масло МС-20, при нагреве почти не испаряется.
Для анализа проб работавших масел, отбираемых из турбореактивных двигателей, можно использовать любую из указанных методик, а для анализа проб работавших масел, отбираемых из турбовинтовых и поршневых двигателей, - только методику с вращающимся дисковым электродом.
Концентрация продуктов изнашивания в маслах определяется в граммах на тонну масла. В то же время оценку концентрации химических элементов на установках МФС производят по значение тока рая-ряда накопительных конденсаторов, т.е. в микроамперах. Для перевода показаний контрольного прибора в необходимую единицу физической величины используют градуировочные графики.
Зависимость между током Y и концентрацией элементов К уста¬навливают опытным путем с помощью эталонов, т.е. суспензий с известными концентрациями элементов в них. Измеряя ток разряда кон¬денсатора при анализе эталонов, получают для ряда значений кон¬центрации соответствующие им значения концентрации. Откладывая по одной оси значения K , а по другой - найденные значения Y , строят градуировочные графики. Координаты выбирают так, чтобы график был по возможности прямолинеен.
ЛЕКЦИЯ № 12
Тема: Диагностирование газотурбинных двигателей по результатам спектрального анализа масла (продолжение).
План лекции: 12.1.Эталоны для градуировки установок МФС.
12.2.Дифференциально-магнитный метод
диагностирования.
12.1.Эталоны для градуировки установок МФС.
Основу эталонов составляют масла, применяемые в соответствующих типах двигателей (МК-8, МК-8М, МС-8П). Различают головные рабочие эталоны. Головные эталоны представляют собой суспензии с заведомо большой концентрацией анализируемого элемента. Для каждого элемента готовится свой головной эталон. Рабочие эталоны получают разбавлением головного эталона чистым маслом. При этом в рабочих эталонах концентрация элементов понижается до заданных значений. Концентрация элементов в рабочих эталонах должна охватывать весь возможный диапазон концентрации этих элементов в маслах двигателей.
Головные эталоны изготавливают добавлением в чистое масло нерастворимых окислов элементов либо растворимых солей этих эле-ментов. В табл.2.приведены окисли элементов, используемые для приготовления головных эталонов.
Окислы металлов, необходимые для приготовления
головных и рабочих эталонов Таблица 2
ХИМИ-
ческая формула окисла
Название
окисла Анализируемый элемент Массо¬вая до¬ля элеме-нтов в оки-сле Чистота окисла МРТУ окисла
1 2 3 4 5 6
Fe2O3 Железо трехокмсь Fe 0,6994
ОСЧ МРТУ-6-09-2388-65
PbO Свинец окись Рb 0,9283 ХЧ МРТУ 6-09-994-64
Alz03 Алюминий окись безводная AL 0,5292 ХЧ МРТУ 6-09-687-63
SiO2 Кремний дву-окись Si 0,4675
ОСЧ МРТУ 6-09и. 3267-66
СuО Медь окись. По-рошок для спект-рального анализа Сu 0,7968
ЧДА
МРТУ 6-09-923-63
Niz03 Никель трехокись Ni 0,6843
ОСЧ МРТУ 6-09-3958-6
Сr203 Хром окись Сr 0,6665
ЧДА
МРТУ 6-09-6250-69
Рабочие эталоны (табл. 3) содержат несколько химических
элементовтов, концентрация которых изменяется.
Таблица 3
Состав рабочих эталонов
Номер
рабо-чего эта-лона Концентрация элементов В эталонах, г/т
Fe
Si
РЬ
Сu
Ni
Ai
Gr
1 16 1 4,5 0,25 0,25 0,5 1
2 0,5 7,5 1 0,5 4 8 2
3 г 2 7 4 0,5 I 8
4 б б 0,25 1 8 4 0,25
б 1 15 2 2 1 2 0,5
6 8 0,75 0,5 8 2 0,25 4
Массу данного окисла, необходимую для приготовления одного рабочего эталона рассчитывают по формуле
где К - заданная концентрация анализируемого элемента в рабочем эталоне;
m -масса чистого масла, г;
C - массовая доля анализируемого элемента в окисле (табл.2 ).
Масса данного окисла в комплекте рабочих эталонов Мк определяется как сумма масс окислов, содержащихся в каждом рабочем эталоне.
Массу М каждого из окислов, необходимую для приготовления комплектов рабочих эталонов, рассчитывает по формуле
М = 1,2 Mk n
где 1,2 - коэффициент, учитывающий неиспользуемый запас головного эталона;
n - требуемое количество компонентов рабочих эталонов, если n<5 , то при расчетах принимает n=5.
В некоторых случаях эталоны приготавливают путем растворения солей азотной кислоты в дистиллированной воде. В качестве химических реактивов при этом используют кремнекислый натрий гидрат, азотнокислое железо окисное гидрат, азотнокислый никель гидрат, азотнокислый хром гидрат, азотнокислый алюминий гидрат, азотнокислая медь окисная гидрат, азотнокислый свинец.
При приготовлении головного эталона отдельно готовят растворы кремнекислого натрия и остальных солей, затем растворы смешивает в равных частях.
Содержание элементов в солях определяют путем нахождения от-носительной молекулярной массы солей и вычисления отношения атом¬ного веса данного элемента к относительной молекулярной массе соли.
Так, например, относительная молекулярная масса азотнокислого железа
Массовое содержание железа в соли:
Mассу соли ? , необходимую для приготовления головного эталона с заданной концентрацией элемента, определяют по формуле
где
q - содержание элемента в эталоне, г/т
V - объем эталона , мл;
С - содержание элемента в соли,
Рабочие эталоны получают растворением головного эталона дистиллированной водой.
Состав головного и рабочих эталонов приведены в табл. 4
Таблица. 4.
Концентрация анализируемых элементов в головном и рабочих эталонах
Номер эталона Концентрация элементов, г/т
Fe Pb Cu Ni Al Cr Si
1 2 3 4 5 6 7 8
Головной эталон 100 50 100 25 100 25 100
1 0,5 0,25 0,5 0,13 0,5 0,13 0,5
2 1,0 0,5 1,0 0,25 1,0 0,25 1,0
3 2,0 1,0 2,0 0,5 2,0 0,5 2,0
4 4,0 2,0 4,0 1,0 4,0 1,0 4,0
5 8,0 4,0 8,0 2,0 8,0 2,0 8,0
6 16,0 8,0 16,0 4,0 16,0 4,0 16,0
Концентрация элементов в рабочих эталонах изменяется в широком диапазоне, что позволяет строить тарировочные графики достаточно точно.
12.2.Дифференциально-магнитный метод диагностирования
Дифференциально-магнитный метод является комплексным, позво¬ляющим оценить характер изнашивания деталей двигателей по соотно¬шению размеров частиц железа в масле и изменению концентрации ме¬талла с наработкой.
Сущность метода заключается в дифференциальной фильтрации масла двигателей, содержащего продукты изнашивания в виде железной стружки, через пористый материал (фильтровальную бумагу, сложенную в три слоя) с помощью прибора ПОЗ-Т (ГОСТ 19820-74). Величина пор материала соизмерима с размерами частиц железа.
В местах протекания масла через материал происходит отложение железных частиц. В результате этого магнитная восприимчивость Материала значительно возрастает. Степень восприимчивости находится в прямой зависимости от количества отложившихся частиц и их дисперсности. Количественно масса частиц железа, задержанных мате риалом, может быть определена прибором оценки железа в масле ПОЖ-М.
Работа прибора основана на взаимодействии отложившегося железа с постоянным магнитом, укрепленным на крутильных весах. Чувствительная часть прибора (крутильные весы с постоянным магнитом) включена в пыле влагонепроницаемый корпус, а анализируемый отпечаток располагается снаружи корпуса. Магнитная связь с отпечатком осуществляется через немагнитную стенку прибора, выполненную в виде предметного столика, на котором с помощью прижимной планки за¬крепляется отпечаток. Оператор, закручивая пружину весов, создает силу, отрывавшую постоянный магнит от отпечатки. С пружиной весов связана стрелка механического указателя, шкала которого отградуирована в граммах железа на тонну масла. По мере закрутки пружины стрелка перемещается по шкале, показывая величие концентрации железа в масле. В момент отрыва магнита от отпечатка загорается сигнальная лампочка, свидетельствующая об окончании процесса измерения концентрации железа на данном отпечатке.
Так как применяемые в двигателях масла достаточно вязкие и фильтрация затруднена, испытываемую пробу масла разбавляют бензином Б-70 в пропорции 1:1. В этом случае вязкость масел не превышает 5 Ст. После фильтрации масла фильтрующий материал подвергается препарировании: отделению каждого из трех слоев, судке отпечатков на каждом слое, обклеиванию отпечатка прозрачной липкой лентой марки КЛТ для предотвращения потерь частиц железа. Для удобства работы информационная часть отпечатков может быть вырезана.
Измерение концентрации железа производятся на каждом отпечатке отдельно. Отношение величины концентрации железа на первом слое (наиболее крупные частицы размером 15 мкм и более) к величине концентрации на третьем слое (мелкие частицы размером 5 мкм и меньше)
F1/F3=K
определяет характер изнашивания деталей двигателя.
Нормальное изнашивание деталей двигателей сопровождается об-разованием мелких частиц железа. При переходе нормального изнаши¬вания в аварийное возрастают размеры частиц, их общая масса увеличивается, и они оседают на первом слое фильтрующего материала.
При К<5 процесс изнашивания деталей протекает медленно, при 15>К>5 наблюдается повышенное изнашивание, а при К> 15 -аварийное разрушение детали двигателя.
Суммарную концентрацию железа определяют по уравнению
F=F1+F2+F3
где F1, F2, F3 - концентрация железа на первом, втором, третьем слое соответственно.
Другим диагностическим показателем является скорость изменения концентрации железа:
Где F - содержание железа в анализируемой пробе ; F' -содержание железа в предыдущей пробе;
? - наработка двигателя между отборами проб.
Если в промежутке между двумя анализируемыми пробами проводится доливка масла в бак двигателя или его замена, то содержание F не может быть определено, так как теряет свой смысл. Поэтому главным критерием оценки состояния двигателя служит показатель дисперсности железа К.
Отбор проб масла производится из соответствующих кранов слива, расположенных на двигателях, после останова двигателя. Масло
сливается в стеклянную посуду вместимостью 150...200млл, плотно закрываемую крышкой.
Контрольные вопросы :
1. Сущность диагностирования ГТД по результатам спектрального
анализа масла ?
2. На каких установках производят спектральный анализ масла ?
3. Какие эталоны применяются для группировки установок МФС ?
4. В чем сущность дифференциально - магнитного метода
диагностирования ?
Ключевые слова и выражения : характеристика спектрофотометра ; спектральный анализ масла ; установка МФС ; эталоны для градуировки установок МФС ; дифференциально- магнитный метод диагностирования.
Литература :
[1,стр.31-41]
ЛЕКЦИЯ № 13.
Тема : Оптические средства контроля состояния авиационной техники.
План лекции : 13.1. Классификация оптических приборов по
назначению.
13.2. Классификация эндоскопов по конструктивному исполнению.
Классификация оптических приборов по назначению
В процессе ТО ВС при реализации операций контроля значительное внимание уделяют смотровым работам, которые позволяют получить достоверную в оперативную информацию о состоянии ответственных узлов и агрегатов ВС. Регламентом ТО предусмотрен внешний осмотр большинства элементов конструкции самолета, целью которого является выявление повреждений вследствие коррозии, усталостных явлений, внешних механических воздействий. Однако далеко не все дефекты могут быть выявлены при обычном внешнем осмотре, часть повреждений имеет размеры, не позволяющие обнаружить их невооруженным глазом. Кроме того, осмотр некоторых элементов затруднен или вообще невозможен из-за расположения в труднодоступных местах или замкнутых полостях (элементы проточной части ГТД баки-кессоны, внутренние полости агрегатов). С целью расширения возможностей визуального контроля применяют оптические приборы для обнаружения на поверхности деталей повреждений, имеющих малые размеры, дня обнаружения повреждений удаленных от места контроля деталей, для осмотра внутренних полостей и труднодоступных мест конструкций (рис 18).
При визуальном контроле близко расположенных объектов используют лупы 2-10- кратным увеличением. Для осмотра резьб, поиска трещин в обшивке вокруг заклепок, забоин, царапин на малых участках применяют простые однолинзовые складные лупы типа ЛАЗ о увеличением в 2,5; 4 и 7 раз. Для поиска таких же повреждений, определения вида и характера дефектов, предварительно обнаруженных цветным, магнитным, ультразвуковым или вихретоковым методами, используют складные лупы, склеенные из трех линз типа ЛАЗ о увеличением в 6 и 10 раз, которые дают изображение более высокого качества. При осмотре детали через оптические приборы одним глазом рассматривается плоское изображение, не дающее полного представления о дефекте. Этот недостаток может быть устранен использованием бинокулярных приборов. Бинокулярное зрение предпочтительнее при оптическом контроле, чем монокулярное, особенно при контроле деталей и изделий сложной формы. Оно обеспечивает более правильное восприятие пространства, объема и формы рассматриваемых объектов, позволяет точно оценивать их размеры и взаимное расположение. Бинокулярные налобные лупы БЛ-1 и БЛ-2 имеют увеличение в 1.5-2 раза и образуют стереоскопическое изображение объекта. В стационарных условиях могут быть использованы бинокулярные микроскопы БМ-51 -2 (увеличение 8,75). МБС-2 (увеличение от 3,8 до 88), МБС-3 (увеличение до 100) и другие.
Для общего обзора и поиска крупных дефектов на демонтированных деталях и в конструкциях ВС применяют обзорные лупы, имеющие малое увеличение и большое поле зрения. Обзорная складная лупа ЛГЖ-474 позволяет производить осмотр двумя глазами при расстояния между глазами и лупой до 500-600 мм и между лупой и деталью до 140-150 мм. Такая лупа удобна в работе и практически не утомляет зрение.
Для осмотра удаленных объектов используют бинокли и теле-скопические лупы, образованные сочетанием бинокля (или одной его оптической трубки) с насадкой. Телескопическая лупа является мно-гоцелевым прибором. Комплект насадок позволяет значительно расширить диапазон применения таких луп. В эксплуатации наиболее широкое распространение получили телескопические лупы ЛП1И-474 и ТЛА.
Телескопические лупы и бинокли могут быть использованы также для осмотра увеличенного изображения деталей и узлов AT, доступных непосредственному осмотру, но расположенных от глаза наблюдателя на расстоянии более 0,8м. Например, на авиационном двигателе о помощью этих приборов могут быть осмотрены форсажные коллекторы, стабилизаторы пламени, поверхность гофра, устройства шумоглушения,
внутренние конусы реактивного сопла и т.д.
Контроль скрытых объектов обеспечить значительно сложнее, так как замкнутые полости имеют ограниченный доступ как по количеству лючков для осмотра (или других технологических отверстий), так в по их диаметру. Кроме того, осматриваемую полость необходимо осветить, так как источники наружной подсветки здесь использовать невозможно. Для осмотра скрытых объектов и внутренних полостей авиационных конструкций используют специальные оптические приборы-эндоскопы. В зависимости от условий применения, необходимого качества изображения, освещенности объекта используют эндоскопы различных конструкций и схем (рис.19)
Рис.19. Классификация эндоскопов по конструктивному исполнению.
Конструктивные особенности эндоскопов в значительной степени зависят от задач, для выполнения которых они предназначены. Длина прибора, диаметр его рабочей части, возможность изгиба, разрешающая способность оптики должны соответствовать особенностям конструкций, подлежащих контролю.
Большое влияние на характеристики приборов оказывает применя-емая в них оптика. До недавнего времени практически вое оптические приборы оснащались оптикой, состоящей из линз, призм, зеркал, изго-товленных из специальных сортов стекла. Такие приборы используются во многих отраслях науки и техники, их конструкция а технические данные доведены до совершенства. Однако приборы, оснащенные
линзовой оптикой, имеют ряд недостатков. Изображение от объектива к окуляру передается в приборе с помощью системы оборачивающих линз (рис.20) Поскольку свет распространяется прямолинейно, то деформация корпуса приводит к нарушению оптической связи между линзами и отказу прибора. Кроме того, линзы оборачивающей системы не могут быть изготовлены достаточно малых размеров (это влияет на оптические свойства всего прибора) для изготовления эндоскопов диаметром менее 0,006 м.
В современных эндоскопах применяется волоконная оптика. Основными деталями этих приборов являются элементы, состоящие из световедушей жилы с высоким коэффициентом преломления. Все лучи, падающие под определенным углом на ее входной торец, за счет полного внутреннего отражения на границе раздела жилы-оболочки передаются к выходному торцу (рис.21).
Рис 2 0.. Схема передачи изображения в линзовом эндоскопе:
1 - корпус привода; 2 - окуляр; 3 - линзы оборачивающей и системы;
4 - объектив
Такой оптический элемент называется световодом. Световод может быть изготовлен из различных прозрачных материалов, может быть полым, заполненным газом или жидкостью. В авиационных эндоскопах используют световоды, изготовленные из отекла. Для обеспечения полного отражения световых лучей необходимо, чтобы коэффициенты преломления сердцевины и оболочки значительно отличались. Одним из основных свойств световода является то, что в изогнутом состоянии световод без искажений передает световой поток от входного торца к выходному. Траектория движения светового луча в прогнутом световоде показана на рис
Рис.21.Схема распространения лучей в ветоводе: I - оболочка световода; 2 - сердцевина световода
Это свойство широко используется в разных объектах оптики. Световедущие элементы могут включать одно волокно или большое количество волокон, составляющих жгут. Жгуты обладают различными свойствами, так как они могут быть жесткими, изогнутыми при изготовле¬нии до необходимой конфигурации и гибкими».
Гибкий жгут для передачи света или изображения состоит из тонких оптических волокон. Такой жгут можно сгибать, скручивать, деформировать без ущерба для оптических и механических свойств во¬локон. Для обеспечения гибкости диаметр одного волокна должен быть не более 40-60 мкм. Закрепление волокон в жгуте должно производиться только на концах. Защищает жгут от повреждения гибкая или полужесткая металлическая оболочка, которая одновременно служит для ограничения радиуса изгиба. Диаметральные размеры жгута в сечении могут достигать нескольких сантиметров, а длина отдельного волокна в них - до нескольких метров.
Длина волокон в значительной степени зависит от качества ма¬териала, из которого они изготовлены. Так как в световодах свет распространяется сквозь толщу стекла, необходимо использовать
специальные сорта стекол, обладающих высокой прозрачностью. На¬пример, световод, изготовленный из обычного оптического стекла, используемого при производстве линз и призм, уже при длине в I м поглощает до 63% энергии светового потока. Применение особо чистых стекол и специальных технологических приемов изготовления световодов позволяет значительно уменьшить показатель ослабления светового потока и передавать сигналы на десятки,сотни в более метров. Волоконная оптика по сравнению с линзовыми устройствами обладает следующими достоинствами:
- позволяет значительно уменьшить размеры оптических устройств;
- имеет более высокую эффективность передачи в световой энергии;
- обеспечивает минимальные оптические искажения и обладает более
высокой разрешающей способностью;
- обеспечивает передачу света или изображения по криволинейной,
изменяющейся траектории.
Особенностью волоконных устройств является то. что они пере¬
носят изображения, но сами не формируют его, как это делают лин-зово-
зеркальные системы. Поэтому для подачи изображения на вход и снятия
его с выхода требуются специальные устройства - объективы и окуляры
(рис. 22 ). По своему назначению волоконно-оптические элементы делятся на элементы для передачи подсвечивающего света и элементы,
передающие изображение. Необходимой деталью конструкции любого
эндоскопа является система освещения места осмотра. Наиболее простая
система включает лампочку, установленную на конце приборами кабель
электропитания. Однако лампы накапливания не ,всегда могут обеспечить
необходимую для осмотра освещенность. В настоящее время в эндоскопах
используют малогабаритные галогенные лампы типа КГМ и КГСМ
дающие значительный световой поток. Напряжение питания ламп
колеблется в пределах 6-27 В, а мощность -15-150 Вт. Основным
недостатком системы освещения галогенной лампой является температура
стекла такой лампы, достигающая 200 и более градусов. Это не позволяет
использовать ее для осмотра полостей, где возможно наличие остатков
легковоспламеняющихся веществ (топлива, масла и других горюче¬
смазочных материалов).Кроме того, галогенные лампы в эксплуатации
часто отказывают, что может привести к попаданию осколков стекла в
осматриваемые полости двигателей и конструктивных элементов ВС.
Перечисленные недостатки могут быть устранены при использования для
подсветки волоконного жгута, проложенного в корпусе эндоскопа и блока
освещения, который соединяется с прибором гибким жгутом.
Конструкция и основные элементы волоконного эндоскопа покаваны на
рис. 22
Рис.22. Схема гибкого волоконного эндоскопа;
I - блок освещения; 2 - объектив; 3 - жгут освещения;
4 - жгут для передачи изображения; 5 - окуляр; 6 - корпус прибора
Конструкция как универсальных, так и специальных эндоскопов зависит от условий их использования, необходимого качества изображения и освещения объекта осмотра. Многообразие существующих конструкций позволяет подобрать необходимый прибор. В табл.5 приведены основные параметры (диаметр и длина) жестких эндоскопов пяти фирм, специализирующихся на выпуске таких приборов, а в табл.6 -технические данные волоконных эндоскопов. Большинство эндоскопов имеют торцевое и боковое зрение, а эндоскопы больших диаметров могут снабжаться комплектом сменных объектов, поэтому осмотр любой внутренней полости конструкции ВС возможен через отверстия или точки практически любого диаметра.
В табл.7-9 представлены эндоскопы производства стран СНГ.
Таблица 5 Основные параметры жестких эндоскопов
Диаметр
Эндоскопа,
ММ Длина эндоскопа зарубежных фирм, мм
"bodson" "Union optical" "Sass-wolf '' "Hensoldt" "Optec reactors"
3 3,5 100 — — — —
5 450 —
— —
6 750 — — — —
7 — 300
— —
8 800 — — — —
9 _— — 3000 — 200
10 1000 — — 2800
11 — — — — 750
12 1000 2000 4500 — —
13 1600 — — 4500
14 1600 — — — —
15 1200 — — — —
16 3000 — — — —
18 — — 8000 8000 —
19 5000 — — — —
21 — 4000 — 8000 —
Таблица 6 Технические данные волоконных эндоскопов
Тип Страна Диаметр Длина 71л ина Угол уп- Радиус Угловое
прибора изгото- прибора рабочей головки равляе- изгиба, поле зре-
витель мм части, прибора, мого из- мм ния,
м мм гиба, град
град
BFCF, BFF США 6,8-14,4 0,4-3,4 — - - 32; 52
ES США 6,3-33 0,6-3,8 60; 75 0 19 60-64
Ftexiscope США 12 0,6 36 0 44 -
Fort Франция 9 0,9-1,5 64 0 145 45
HGF Япония 8-16 0,9 — - 40-50 -
Uniscope Япония 953-10, 5 0,2-0,82 30;45 0 60 55
JFS Япония 6-15 Q85-1,85 i 25-40 60 60 26-33
JF Япония 5-11 0,8 10-36 13-35 13-35 -
Таблица 7
Технические характеристики линзовых эндоскопов производства стран СНГ.
Тип прибора Увелечение объёма Угол поля зрения, град Глубина наблюдения, м Длина, м Диаметр, мм Масса, кг Напряжение, В Мощность, Вт
РВП-452 4,5-5,7 30 1,5-7,5 7,5 30 6 26 13
РВП-457 2,2-4,5 50 0,7-2,1 2,5 1,5 1,8 26 5
РВП-467 3,5-6,0 72 4,2 4,5 23 1,35 28 38
РВП-469 3,6-9,0 74 4,2 4,5 30 1,7 8 5
РВП-470 0,7-2,2 24 7,0 7,2 32 6,5 10 82
Таблица 8.
Серийные жесткие волоконно-оптические эндоскопы
Тип прибора
Диаметр, мм
Длина рабочей части, см
Угол поля зрения, град
Расстояние объектива до детали, мм
Разрешающая способность, мм
Способ наблюдения
ТС-16
16,0
74;36;120
40
10-110
25
Боковой, прямой
ТС-8,5
8,5
55;18;27;110
72
16-100
5
Боковой, прямой
ТС-5
5,0
50;25
50
15-50
13
Боковой
ТС-6,5
6,5
50;25
45
15-50
5
Боковой
ТС-10
10,0
70;35
45
10-100
10
Боковой
Таблица 9
Серийные гибкие и полужесткие эндоскопы
Тип прибора Диаметр, мм Длина рабочей части. м Угол поля зрения, град Расстояние объектива до детали, мм Способ наблюдения Разрешающая способность, мм-1 Угол управляемого изгиба
ОД20Э
14,0
1,35
24
15
Прямой, боковой
+ 90
5
ЭВП12
12,0
1,35
30
15
Прямой, боковой
+ 100
12
ЭВП10
10,0
0,75
1,35
40
15-100
Прямой, боковой
+ 90
5
ЭВГ10
10,8
0,75
0,25
60
10-60
50-200
Прямой, боковой
+ 100
4,2
ЭВГ8
8,0
0,75
40
80-60
Боковой
+ 90
4,2
ЭВГ6
6,0
0,75
10-80
Прямой, боковой
+ 90
3,7
Примечание. Э-эндоскоп, В - волоконный, Г - гибкий, П -полужесткий.
¦ Для обеспечения возможности визуального контроля конкретного
изделия из всего многообразия приборов отбирают те, которые по своим техническим характеристикам подходят для поставленной зада¬чи. В ряде случаев для осободоступных мест разрабатывают специаль¬ные эндоскопы, согласуя их с геометрией лючков и осматриваемой полости. Для любого изделия может быть подобран комплект приборов, обеспечивающий осмотр большинства его элементов. Так, для осмотра авиационного ГТД НК-8-29 используют следующие эндоскопы;
¦ H-I70 (жесткий, линзовый);
¦ Н-200И (жесткий, линзовый с уголковым окуляром);
¦ ОД20Э (гибкий, волоконный);
¦ H-I90 (полужесткий, звончатый, линзовый)} . »» Н280, H2SOA
(жесткие, волоконные);
¦ Н280,Н280А (жесткий, линзовый);
¦ ЭВПО, ЭВГ8, ЭВГ6 (гибкие, волоконные).
Такой комплект позволяет осмотреть весь газовоздушный тракт двигателя; рабочие лопатки компрессора, жаровые трубы камеры сгорания, топливные форсунки, сопловые лопатки I ступени турбины, рабочие лопатки и диски турбины.
При визуальном контроле внутренних емкостей с помощью эндоскопов часто требуется зарегистрировать результаты наблюдений. Для этой цели
используют фотоэндоскопы - приборы, к которым возможно подключение
стандартной или специально разработанной фотокамеры. Фотокамеру устанавливают на эндоскоп, имеющий соответствующее устройство подключения, оператор вручную наводит ее на объест и фотографирует. Для получения качественных фотоснимков внутренней полости необходимо обеспечить хорошее освещение.
у Аналогично к эндоскопу может быть подключена с помощью пере¬ходного устройства передающая телевизионная камера, обеспечивающая трансляцию изображения на экран телевизора. Такую систему называют телеэндоскопом (рис..22).
Рис. Схема телевизионного эндоскопа
I - объект контроля, 2 - оптический прибор; 3 - переходное устройство, 4
- телекамера; 5 - блок управления и питания; б - телевизор; 7 -
видеомагнитофон
Применяемые телевизионные системы по сравнению с обычными эндоскопами имеют следующие достоинства:
- изображение может рассматриваться коллективом специалистов «
определенным комфортом;
- возможность изменения контрастности позволяет повысить раз¬
решающую способность контроля;
- весь процесс контроля может быть записан на видеомагнитофон;
- электронное изображение позволяет осуществлять автоматическую
дефектоскопию.
Для фотоэндоскопов так же, как и для телевизионных систем большое значение имеет качество освещения осматриваемой полости. Возможности эндоскопии значительно расширяются при использовании топографического метода регистрации оптических сигналов. Данный метод позволяет получить топографическое (объемное) изображение объекта контроля на фотоматериале (фотопленке или фотопластинке) Схема получения голографического изображения показана на рис.Рис. Схема получения голограммы скрытого объекта контроля с помощью
волоконных световодов:
I - зеркало, 2 - фотоматериал: 3 - объект контроля;
4 - волоконные жгуты; 5 - светоделительное зеркало;
б - лазер
Голографическое изображение контролируемой детали позволяет получить более полное представление о состоянии ее поверхности, наличии и расположении дефектов, их размеров и степени влияния на прочностные характеристики изделия. Существующие в настоящее время голографические установки позволяют осуществлять контроль только в стационарных условиях.
Контрольные вопросы :
1. Какие оптические приборы контроля состояния AT знаете ?
2. Как осуществляется контроль скрытых объектов ?
3. Классификация эндоскопов по конструктивному исполнению.
4. Объясните схему распространения лучей в световоде ?
Ключевые слова и выражения : лупы ; телескопические лупы ; телевизионные системы ; классификация оптических приборов ; жесткие эндоскопы.
Литература: