Способ теплового контроля герметичности крупногабаритного сосуда

Изобретение относится к способам теплового контроля герметичности и может быть использовано для контроля герметичности крупногабаритных сосудов, например котлов железнодорожных цистерн. Сущность: непрерывно подают в сосуд водяной пар (рабочее тело), поддерживая постоянство уровней внутреннего давления и температуры рабочего тела. Сканируют поверхность сосуда с регистрацией температурного контраста теплочувствительным устройством. Причем ось визирования теплочувствительного устройства устанавливают наклонно к контролируемой поверхности. Рассчитывают изменение температуры в зависимости от установленного допустимого размера течи. Сравнивают значения изменений измеренной температуры контролируемой поверхности с расчетным значением изменения температуры. При превышении расчетного значения температуры над измеренным значением судят о наличии дефекта и его местоположении на поверхности. Технический результат: повышение достоверности обнаружения течи. 2 ил.

 

Способ теплового контроля герметичности крупногабаритных сосудов может быть использован при поиске дефектов типа сквозных трещин сосудов, например котлов железнодорожных цистерн.

Контроль герметичности котлов железнодорожных цистерн является неотъемлемой операцией деповского ремонта. По нормативным документам данный вид контроля проводится применением пузырькового, манометрического и ультразвукового методов неразрушающего контроля. В силу своих особенностей эти методы не прижились на производстве, и контроль герметичности фактически происходит посредством визуально-оптического метода, обладающего малой чувствительностью и достоверностью.

Известен тепловой способ диагностики технического состояния сосудов, работающих под избыточным внутренним давлением, патент № RU 2243519 С2 (от 27.03.2004 г.) МПК: G01M 3/00, G01N 25/72. Он заключается в нагружении сосуда внутренним давлением посредством подачи в него рабочего тела. Перед подачей рабочего тела в контролируемый сосуд измеряют температуру поверхности сосуда, рабочее тело нагревают (охлаждают) до температуры выше (ниже) температуры поверхности сосуда на величину не менее температурной разрешающей способности тепловизионной аппаратуры. После нагружения сосуда осуществляют регистрацию температурного поля его поверхности с помощью тепловизионной аппаратуры и проводят его анализ. При наличии контраста температурного поля делают вывод о дефектности и необходимости ремонта сосуда, а при отсутствии - заключение об удовлетворительном техническом состоянии.

Однако нагретое (охлажденное) рабочее тело, помещенное в контролируемый сосуд охлаждается (нагревается) за счет естественного теплообмена с окружающей сосуд средой. Рабочее тело при истечении через сквозной дефект сохраняет температурный контраст на поверхности сосуда, который можно еще регистрировать только до тех пор, пока оно не нагреет (охладит) стенки сосуда. Следовательно, накладывается требование к оперативности контроля. Кроме того, согласно эффекту Джоуля-Томсона при истечении рабочего тела температура на выходе течи уменьшается.

При нагружении сосуда нагретым рабочим телом вследствие эффекта Джоуля-Томсона струя на выходе течи будет охлаждаться, и температурный контраст может быть ослаблен настолько, что сквозной дефект может быть не обнаружен или потребуется средство контроля повышенной чувствительности.

При нагружении сосуда охлажденным пробным телом эффект Джоуля-Томсона создает условия более надежного выявления дефекта. Но на получения охлажденного рабочего тела требуется значительно большие ресурсы и более дорогостоящее оборудование (требуется жидкий газ, холодильное оборудование).

Известен способ неразрушающего контроля на герметичность частично открытых и составных объектов в серийном производстве, патент № US 2011310923 A1 (от 22.12.2011 г.) МПК G01M 3/00, G01N 25/72. Способ предусматривает подачу рабочего тела под давлением в испытуемый полый объект, точечное охлаждение при истечении рабочего тела под давлением через течь в теле полого объекта фиксируют с помощью тепловизора, к выходу которого подключен компьютер. Точное местоположение и размер каждой утечки определяется автоматически посредством построения графика, содержащего распределение температуры на поверхности объекта. Данный способ прост и нагляден, принят за прототип.

Однако он не учитывает влияние теплообмена рабочего тела с окружающей сосуд средой и поскольку данный процесс не является адиабатическим, температурный контраст, возникающий в местах утечек, будет ослаблен, что приведет к потере чувствительности контроля при заданных параметрах тепловизионной аппаратуры. Кроме того, при сканировании поверхности сосуда тепловизором может произойти «ослепление» последнего за счет попадания потока рабочего тела, истекающего сквозь течь под давлением, на чувствительный элемент, что также уменьшает чувствительность контроля вплоть до пропуска дефекта. Приведенные факторы уменьшают достоверность способа-прототипа.

Таким образом, возникает задача повышения достоверности обнаружения течи в котлах железнодорожных цистерн.

Технический результат достигается за счет того, что контроль дополняют непрерывной подачей в сосуд водяного пара (рабочего тела), поддерживают постоянство уровней внутреннего давления и температуры данного рабочего тела, сканируют поверхность сосуда с регистрацией температурного контраста теплочувствительным устройством, причем ось визирования последнего устанавливают наклонно к контролируемой поверхности и сравнивают значения изменений измеряемой температуры контролируемой поверхности ΔТи с расчетным по ниже приведенной формуле значением изменения температуры в зависимости от установленного допустимого размера течи Sтp,

Δ Т р = Т р . т . Т н . п . = [ ( Р 2 Р 1 ) S т р ϕ 4 π η l ] 2 μ р . т . 2 С р ,

где ΔТр - расчетное значение разности температур рабочего тела и сосуда;

Тн.п. - температура на поверхности сосуда, К;

Тр.т. - температура рабочего тела внутри сосуда, К;

Р1, Р2 - давление окружающей среды и рабочего тела в сосуде соответственно, МПа;

Sтр - площадь течи, м2;

η - вязкость рабочего тела, Па·с;

l - толщина стенки сосуда, м;

φ - коэффициент скорости истечения рабочего тела;

µр.т. - молярная масса рабочего тела, к г м о л ь ;

Ср - молярная теплоемкость рабочего тела при постоянном давлении, Д ж м о л ь К ,

и при превышении расчетного значения температуры измеренным судят о наличии сквозного дефекта и его местоположения на поверхности котла.

Эффект Джоуля-Томсона заключается в изменении температуры рабочего тела в результате медленного протекания его под действием перепада давления через дроссель - сквозную трещину, расположенную в теле сосуда. Предполагается при этом, что истечение рабочего тела - процесс адиабатический, т.е. без теплообмена с окружающей средой, в частности со стенками сквозной трещины. В реальных условиях данный процесс политропный, связанный не только с охлаждением потоков газа, проходящего сквозь течь за счет медленного дросселирования последнего через малое отверстие (течь) из котла цистерны в окружающую среду, но и с отводом тепла в стенки сквозной трещины, например, за счет трения струи рабочего тела. В процессе такого истечения рабочее тело совершает работу, затрачивая внутреннюю энергию. При этом изменение внутренней энергии рабочего тела будет прямо пропорционально изменению температуры:

Е k = Δ Т С р ,                                               ( 1 )

где Ek - кинетическая энергия струи истекающего рабочего тела.

Отсюда

Δ Т р = Т р . т . Т н . п . = [ ( Р 2 Р 1 ) S т р ϕ 4 π η l ] 2 μ р . т . 2 С р ,                                  ( 2 )

По этому выражению суть способа сводится к следующей последовательности операций: измерение температуры рабочего тела внутри сосуда, измерение температуры на поверхности сосуда, расчет разности температур рабочего тела и сосуда в зависимости от установленного допустимого размера течи, которая используется для сравнения с измеренными данными, полученными при сканировании поверхности сосуда.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема системы контроля по заявленному способу; на фиг.2 изображено сечение котла со сквозной трещиной, через которую происходит утечка рабочего тела при перепаде давления.

На фиг.1, 2 представлены: 1 - котел цистерны; 2 - сквозная трещина; 3 - паропровод; 4 - парообразователь; 5 - соединительные провода для сбора информации с элементов системы; 6 - пульт управления; 7 - устройство стабилизации давления и температуры; 8 - манометр; 9 - термометр; 10 - теплочувствительное устройство; 11 - пороговое устройство; 12 - вычислительное устройство; 13 - блок вывода информации.

Кроме того, на фиг.2 показаны: P1, Т1 - давление и температура окружающей среды соответственно; Р2, Т2 - давление и температура рабочего тела внутри котла соответственно; Тп - температура потока рабочего тела, вырывающегося через течь в теле котла.

Предлагаемый способ заключается в следующем. Контроль железнодорожных цистерн целесообразно проводить на пропарочных станциях, где выполняют очистку котлов паром от остатков перевозимого груза. Водяной пар (рабочее тело), нагретый до температуры Т2=+200°С, отличной от температуры окружающей среды Т1, под давлением Р2=0,2 МПа, превышающее давление окружающей среды Р1, подают в котел цистерны 1 (фиг.1, 2) по паропроводу 3 из парообразователя 4 при включенной кнопке «Пуск» на пульте управления 6. Устройство стабилизации 7 обеспечивает постоянство температуры Т2 и давления Р2, фиксируемое термометром 9 и манометром 8. Сканирование осуществляется посредством перемещения теплочувствительного устройства 10 с пороговым устройством 11. При наличии сквозного дефекта типа трещины 2 возникает утечка рабочего тела с температурой Тп. За счет перепада давления между внутренней и внешней стенками котла цистерны (фиг.2) согласно эффекту Джоуля-Томсона в зоне дефекта образуется локальное изменение температуры ΔТи. Обнаружение участка локального изменения температуры на фоне помех и шумов производят путем сравнения расчетной разности температур ΔТр рабочего тела и сосуда в зависимости от установленного допустимого размера течи Sтр со значениями температуры ΔТи, полученными на поверхности сосуда при сканировании его поверхности. И при превышении расчетного значения температуры измеренным фиксируют факт наличия сквозного дефекта и его местоположения на поверхности контроля. После обработки в вычислительном устройстве 12 результаты контроля представляют в виде отчета с указанием факта обнаружения сквозной течи и ее местоположения в блоке вывода информации 13.

Преимущества заявленного способа перед аналогом и прототипом заключаются в следующем: повышение достоверности контроля за счет учета теплообмена объекта контроля с окружающей средой и его влияние на возникающий эффект Джоуля-Томсона; уменьшение экономических затрат за счет проведения контроля одновременно с технологическими операциями по пропарке котла цистерны с использованием штатного оборудования пропарочной станции.

Способ теплового контроля герметичности крупногабаритных сосудов, например котла железнодорожной цистерны, включающий нагружение сосуда внутренним давлением рабочего тела, регистрацию и анализ температурного поля сосуда, отличающийся тем, что контроль дополняют непрерывной подачей в сосуд водяного пара (рабочего тела), поддерживают постоянство уровней внутреннего давления и температуры данного рабочего тела, сканируют поверхность сосуда с регистрацией температурного контраста теплочувствительным устройством, причем ось визирования последнего устанавливают наклонно к контролируемой поверхности и сравнивают значения изменений измеряемой температуры контролируемой поверхности ΔТи с расчетным значением изменения температуры в зависимости от установленного допустимого размера течи Sтр по формуле: ,
где ΔТр - расчетное значение разности температур рабочего тела и сосуда;
Тн.п. - температура на поверхности сосуда, К;
Тр.т. - температура рабочего тела внутри сосуда, К;
Р1, Р2 - давление окружающей среды и рабочего тела в сосуде соответственно, МПа;
Sтр - площадь течи, м2;
η - вязкость рабочего тела, Па·с;
l - толщина стенки сосуда, м;
φ - коэффициент скорости истечения рабочего тела;
µр.т. - молярная масса рабочего тела, ;
Ср - молярная теплоемкость рабочего тела при постоянном давлении, ,
и при превышении расчетного значения температуры измеренного судят о наличии сквозного дефекта и его местоположения на поверхности контроля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при диагностике неразъемных соединений, в частности для контроля качества паяных соединений камер сгорания и сопел жидкостных ракетных двигателей.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций. Устройство для определения сопротивления теплопередачи многослойной конструкции включает датчики температуры и теплового потока и тепловизионное устройство.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для контроля скрытых дефектов. Согласно заявленному способу активного одностороннего теплового контроля скрытых дефектов в твердых телах нагревают одну из поверхностей объекта контроля в течение фиксированного времени оптическим излучением источника нагрева и регистрируют нестационарное температурное поле этой поверхности в виде последовательности термограмм.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежностей конструкций из полимерных композиционных материалов. Способ включает силовое воздействие на поверхность конструкции и регистрацию обусловленных им изменений.

Использование: для неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла. Сущность: заключается в том, что используют две группы одинаково нагретых электродов из одного материала, устанавливают одну группу нагреваемых электродов на контролируемое изделие, а другую па эталонный образец, измеряют разностную термоЭДС, возникающую при контакте первой группы нагреваемых электродов с контролируемым изделием и второй группы нагреваемых электродов с эталоном, о качестве поверхностного слоя судят по ее величине, при этом сначала измеряют температуру контролируемого изделия, используя которую изменяют температуру групп нагреваемых электродов таким образом, чтобы используемая при измерении термоЭДС разностная температура между первой группой нагреваемых электродов и контролируемым изделием, а также между второй группой нагреваемых электродов и эталоном оставалась одинаковой при любых колебаниях температуры контролируемого изделия и эталона, после чего измеряют разностную термоЭДС.

Изобретение относится к области управления промышленной безопасностью и технической диагностики, в частности к контролю напряженно-деформированного состояния таких объектов, как сосуды, аппараты, печи, строительные конструкции, трубопроводы, находящихся под действием механических и/или термомеханических нагрузок, с использованием анализа распределения температурных полей на поверхности объекта и связанного с ними распределения механических напряжений.
Изобретение относится к области исследования качества деталей с гальваническими покрытиями, в частности к оценке степени газосодержания поверхностей деталей с защитными гальваническими покрытиями.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций, например зданий и сооружений, по сопротивлению теплопередаче.

Изобретение относится к области тестирования на герметичность и может быть использовано для тестирования на герметичность фильтрованного устройства (2) для сепарации аэрозолей и пылей из объемного потока газа.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к испытательной технике, и позволяет выполнять полный комплекс испытания изделий на герметичность. Изобретение расширяет технологические возможности испытания за счет использования различных контрольных газовых и жидких сред, а также повысить чувствительность и надежность контроля изделий с особо высокими требованиями по герметичности.

Изобретение относится к области диагностической техники и может быть использовано для систематического дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ, а именно для раннего обнаружения нарушений герметичности, повреждений и утечки в газопроводе, и направлено на обеспечение улучшение условий выполнения мониторинга, повышение оперативности и достоверности измерения параметров состояния газовых трубопроводов, обеспечение возможности для мягкой посадки дистанционно-пилотируемого летательного аппарата путем автономного определения его модуля вектора скорости и угла сноса, что обеспечивается за счет того, что согласно изобретению дистанционно-пилотируемый летательный аппарат снабжен корреляционным измерителем скорости, подключенным к радиостанции радиотелеметрической системы, связанным с блоком управления бортовыми системами и выполненным в виде передатчика с передающей антенной и трех приемников с приемными антеннами, причем к выходу первого приемника последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого через первый блок регулируемой задержки соединен с выходом второго приемника, первый фильтр нижних частот и первый экстремальный регулятор, выход которого соединен с вторым входом первого блока регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен первый индикатор скорости, к выходу первого приемника послендовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого через второй блок регулируемой задержки соединен с выходом третьего приемника, второй фильтр нижних частот, и второй экстремальный регулятор, выход которого соединен с вторым входом второго блока регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен второй индикатор скорости, передающая и приемные антенны выполнены рупорными, диаграмма направленности передающей рупорной антенны направлена вертикально вниз, диаграммы направленности приемных рупорных антенн несколько смещены, для того, чтобы все антенны освещали один и тот же участок на земной поверхности, вдоль продольной базы на борту размещены на расстоянии d0/2 первая приемная антенна и передающая антенна, где d0 - длина продольной базы, первой и второй приемными антеннами образована первая приемная база, первой и третьей приемными антеннами образована вторая приемная база, приемные базы развернуты на угол 2α, где α - угол между продольной базой и приемной базой, вторая и третья приемные антенны размещены на расстоянии b, где b - поперечная база.

Изобретение относится к области контроля герметичности изделий и направлено на повышение стабильности калибровки газоаналитических течеискателей за счет использования частотных методов управления молекулярным расходом, что обеспечивается за счет того, что измерительный объем заполняют пробным газом под испытательным давлением и соединяют с камерой сброса давления.

Изобретение относится к области применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано для систематического дистанционного контроля состояния нефте- и газопроводов, хранилищ, высоковольтных ЛЭП и других протяженных объектов.

Изобретение относится к области испытаний ракетно-космической техники, может быть использовано для контроля герметичности корпуса космического аппарата и поиска места течи из отсеков космического аппарата в условиях орбитального полета или в процессе вакуумных испытаний и направлено на упрощение диагностики негерметичности корпуса космического аппарата, повышение ее точности и сокращение времени поиска места течи, что обеспечивается за счет того, что создают давление воздуха внутри корпуса космического аппарата и вывод о наличии локальной негерметичности делают с использованием чувствительной среды, в качестве чувствительной среды применяют индикаторные дискретные частицы, запускаемые с заданным шагом вдоль поверхности его корпуса и меняющие свои траектории под воздействием газового потока из течи, производят измерение отклонения положения мест ударов этих частиц о чувствительный экран-мишень, устанавливаемый под заданным углом для отражения их в ловушку, и регулируют чувствительность измерений изменением начальных скоростей индикаторных дискретных частиц и расстояния между источником, запускающим индикаторные дискретные частицы, и экраном-мишенью.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано в наземных испытаниях изделий на прочность и герметичность, а также в качестве контрольной операции подтверждения качества изготовления крупногабаритных криогенных емкостных конструкций, преимущественно топливных баков ракет-носителей, спроектированных с учетом криогенного упрочнения и нагруженных внутренним давлением в условиях криогенного захолаживания.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях полостей устройств авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники.

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на создание простого и безопасного для операторов, работающих в герметично изолированных от внешних сред обитаемых помещениях, оперативного способа определения местонахождения негерметичного участка гидравлической магистрали системы терморегулирования объекта после установления факта негерметичности, что обеспечивается за счет того, что при осуществлении способа определения местоположения негерметичного участка замкнутой гидравлической магистрали, снабженной побудителем расхода и гидропневматическим компенсатором температурного изменения объема рабочего тела, снижают давление среды в газовой полости гидропневматического компенсатора до уровня стабилизации этого давления в пределах погрешности измерения.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

Изобретение относится к газодобывающей промышленности. Техническим результатом является упрощение контроля герметичности, что приводит к повышению надежности и безопасности эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ). В предлагаемом способе осуществляют циклическое воздействие на пласт, при котором каждый цикл включает закачку газа в пласт с последующим отбором газа. Воздействие на пласт осуществляют, по меньшей мере, в течение 10 циклов. В каждом цикле периодически одновременно измеряют текущее пластовое давление ( P t ф ) и объем отбора (или закачки) газа. С учетом измеренных параметров определяют расчетное давление в ПХГ ( P t Р ) для режима эксплуатации хранилища без утечек газа и для режима эксплуатации хранилища с утечками газа. Затем определяют функцию (F) как среднеарифметическое значение отклонений ( P t Р ) от ( P t ф ) , полученных при каждом i-м измерении, для режима эксплуатации хранилища без утечек газа и функцию (Fy) для режима эксплуатации хранилища с утечками газа и при выполнении неравенства Fy<F делают вывод о наличии утечек газа в хранилище. 1 табл.

Изобретение относится к способам теплового контроля герметичности и может быть использовано для контроля герметичности крупногабаритных сосудов, например котлов железнодорожных цистерн. Сущность: непрерывно подают в сосуд водяной пар, поддерживая постоянство уровней внутреннего давления и температуры рабочего тела. Сканируют поверхность сосуда с регистрацией температурного контраста теплочувствительным устройством. Причем ось визирования теплочувствительного устройства устанавливают наклонно к контролируемой поверхности. Рассчитывают изменение температуры в зависимости от установленного допустимого размера течи. Сравнивают значения изменений измеренной температуры контролируемой поверхности с расчетным значением изменения температуры. При превышении расчетного значения температуры над измеренным значением судят о наличии дефекта и его местоположении на поверхности. Технический результат: повышение достоверности обнаружения течи. 2 ил.

Наверх