CC BY
15
Рисунок 3. Графики зависимости величины потерь от радиуса изгиба
Полученные результаты подтверждают теоретические предположения об обратно пропорциональной зависимости величины приращения потерь от радиуса изгиба и прямо пропорциональной зависимости от количества витков.
Результаты этих и других экспериментов, направленных на изучение влияния внешних факторов на оптическое волокно, важны как для проектировщиков и монтажников систем и линий связи, так и для разработчиков и производителей оптического волокна. Исследования такого рода помогут грамотно спроектировать и смонтировать линию связи в имеющихся климатических, ландшафтных условиях.
Список литературы
1. Коханенко А. П., Волоконно-оптические линии связи. Физические основы работы оптических волокон: учебно-методическое пособие. Томск, 2013. - 64 с.
2. Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАРарт, 2003. - 288 с.
3. Фриман Р. Л. Волоконно-оптические системы связи. М.: Техносфера, 2003. - 514 с.
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГОБЛОКОВ И КОНСТРУКЦИЙ АЭС НА ОСНОВЕ РАЗРУШАЮЩЕГО И НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
Рассматриваются вопросы разрушающего и нераз-рушающего контроля НДС оборудования энергоблоков и конструкций АЭС для более точного получения картины НДС. При исследовании используется критерий экстремальных значений НДС, ранее введенный проф. В.А.Пух-лий.
Введение
В работе [1] были рассмотрены вопросы неразру-шающего контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов энергоблоков и конструкций
Сычев Е. Н., Пухлий В. А.
Севастопольский государственный университет
АЭС. В последующих работах [2, 3] исследовались вопросы вибронадежности оборудования энергоблоков и конструкций АЭС.
В работе [1] отмечались недостатки магнитоэлектрических и акустических методов. Для неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) предложено использовать метод тензометрирова-ния, позволяющий осуществлять диагностику вращающихся машин и механизмов.
Следует заметить, что методы неразрушающего контроля и технической диагностики приобрели широкое распространение в современной технике.
Ежегодно проводятся Международные научно-технические конференции [1], систематически выходит ежеквартальный научно-технический и производственный журнал «Техническая диагностика и неразрушающий контроль» [4].
Значительно меньшее внимание уделяется разрушающему контролю, поскольку при этом, как правило, осуществляется разрушение машины, либо механизма. Тем не менее, в ря-де случаев использование разрушающего контроля позволяет получать необходимые сведения о напряженно-деформированном состоянии машины либо механизма. Так, например, центральная заводская лаборатория «Насосэнергомаша» состоит из лабораторий разрушаю-щего и неразрушающего контроля и насчитывает 47 чел. [10].
Здесь мы рассмотрим совместное использование разрушающего и неразрушающего контроля на примере исследования НДС рабочих лопаток центробежных насосов ядерной энергетики.
Постановка цели и задач научного исследования Целью данной работы является разработка комплексного подхода для исследования напряженно-деформированного состояния оборудования энергоблоков и
конструкций АЭС с использованием разрушающего и не-разрушающего контроля НДС.
Напряженно-деформированное состояние рабочих колес центробежных насосов ядерной энергетики
Рассмотрим картину напряженно-деформированного состояния рабочих лопаток центробежных насосов (рис.1).
Основной диск рабочего колеса представляет собой коническую оболочку, либо кольце-вую пластину в общем случае переменной толщины, покрывающий диск-коническую обо-лочку переменной толщины, соединенными между собой нерадиально расположенными ребрами-лопатками. Основной нагрузкой, вызывающей в деталях рабочего колеса статические напряжения являются центробежные силы инерции собственной массы лопаток, гидродинамическое давление потока, а также температурные деформации для центробежных насосов, работающих в условиях высокотемпературного нагрева. Кроме основной нагрузки на каждую деталь рабочего колеса действуют сложные системы сил, возникающие от взаимного стеснения свободных перемещений деталей, т.е. задача о напряженно-деформированном состоянии колеса является в целом статически неопределимой.
Рис.1. Усилия и моменты, действующие на элементы рабочего колеса: 1 - покрывающий диск; 2 - основной диск; 3 - рабочие лопатки.
В общем случае точное решение задачи не представляется возможным. Используются, как правило, приближенные подходы для расчета дисков, рабочих лопаток, других элементов центробежных и осевых насосов, компрессоров, нагнетателей.
Рассмотрим взаимодействие элементов рабочего колеса центробежных насосов между собой (рис.1). При вращении колеса в основном и покрывающем дисках появляются изгиб-ные деформации, которые обуславливают
осевые смещения покрывающего диска, что в свою очередь приводит к появлению осевых усилий ^. Кроме того, различие в радиальных перемещениях покрывающего и основного дисков приводит к дополнительному смещению края лопатки, прилегающего к покрывающему диску на величину Д и повороту покрыва-ющего диска на угол р. В связи с этим в опорных сечениях лопатки возникают опорные реак-ции ^ д и изгибающие моменты М А.
От действия центробежных сил в местах сопряжения лото
патки с дисками появляются контактные усилия п и изгибающие моменты М1 (рис.1). При расчетах дисков совокупность этих усилий и моментов учитывается как "боковая нагрузка".
Таким образом из проведенного анализа следует, что точное решение задачи о напряженно-деформированном состоянии дисков и лопаток рабочих колес центробежных насосов связано со значительными трудностями.
Следует также отметить, что геометрия рабочих лопаток (трапециевидная панель), а также сложная картина взаимодействия элементов рабочего колеса между собой практически исключают постановку граничных условий в точной математической формулировке, принятой в теории оболочек, а также вызывают значительные трудности при определении нагрузок, действующих на элементы рабочих колес.
Рис.2. Разгонный стенд для исследования НДС рабочих колес турбомашин.
Рис.3. Деформированное рабочее колесо радиального нагнетателя после испытаний на разгонном стенде.
Разрушающий контроль
Для определения несущей способности рабочих колес турбомашин (насосов, нагнетателей, компрессоров и т.п.) проводятся разгонные испытания.
Качественный анализ и экспериментальные данные по тензометрированию рабочих колес радиальных турбо-машин, а также результаты испытаний рабочих колес на разгонных стендах (при которых изделие не доводится до разрушения, а лишь до определенного уровня остаточных деформаций), позволили сделать вывод, что основным напряженным состоянием рабочих лопаток является продольно -поперечный изгиб (рис.3), при этом было установлено, что изгибные напряжения на порядок выше напряжений, обусловленных растяжением лопатки. Конструктивные особенности крепления лопаток к дискам посредством сварки позволяют рассматривать лопатки как жестко защемленные по краям оболочки. С достаточной для практики точностью крепления лопаток к дискам при
помощи заклепок можно считать соответствующими условиям шарнирного опирания.
Полное разрушение рабочих колес показывает, что разрушение колес происходит в зонах, прилегающих к сварочным швам, вследствие остаточных напряжений, возникающих при сварке деталей колеса. Для увеличения прочности рабочего колеса рекомендуется отжиг после сварки в среде аргона или в вакууме для снятия остаточных напряжений.
Неразрушающий контроль напряженно-деформированного состояния
Неразрушающий контроль (НК) напряженно-деформированного состояния (НК НДС) является весьма важным для диагностики текущего состояния элементов оборудования и конструкций [5]. Большое внимание к данному направлению определяется влиянием напряжений на остаточный ресурс элементов оборудования и кон-
струкций с учетом деградации материала и условиями эксплуатации. При этом имеются в виду напряжения I рода (упругие напряжения).
Отметим, что несмотря на то, что сами по себе упругие напряжения редко вызывают разрушение в пластичных конструкционных материалах, тем не менее они создают среду, в которой под воздействием эксплуатационных условий и приложенных нагрузок происходит деградация материала в результате усталости, ползучести, деформационного старения, эволюции дислокационной структуры и межкристаллитной коррозии.
Подчеркнем, что широко используемые в технике методы НК НДС не позволяют точно, быстро и надежно получить картину НДС в элементах оборудования и конструкциях. В связи с этим зачастую используются расчетные методы, использующие в качестве исходной информации результаты НК таких параметров как толщина (в процессах корро-зионно-эрозионного износа [6]), твердость металла, наличие макроскопических дефектов сплошности и др. Однако, в зонах концентрации напряжений (ЗКН) напряжения могут быть весьма далеки от действительности, хотя напряжения в ЗНК собственно и определяют предельное состояние элементов оборудования и конструкций, а также остаточный ресурс.
Вполне очевидно, что НК НДС должен регламентироваться стандартами. Тем не ме-нее, вследствие принципиальных метрологических трудностей измерения методами НК на-пряжений, имеющих тензорную природу, стандартизация этой области еще недостаточна и в настоящее время не способствует широкому применению физических методов диагностики НДС.
Следует отметить, что в 2005 г появился ГОСТ РФ «Контроль НДС объектов промышленности и транспорта. Общие требования» [7]. В этом ГОСТе понятие НК напряжений сведено только к НК ЗКН.
Рассмотрим магнитные методы НК напряжений. Отметим, что несмотря на высокую чувствительность магнитных параметров к изменению напряжений, имеются тем не менее причины возникновения неопределенности оценки напряжений по изменению магнитных параметров. В частности, это относится к макроскопическим магнитным параметрам: коэрцитивной силе, остаточной индукции и магнитной проницаемости.
Получение достоверной информации о величине и форме контролируемых дефектов различных металлических изделий возможно только при условии значительного снижения влияющего воздействия помех на процесс измерения. Анализируя уровень помехоустойчи-вости электромагнитных дефектоскопов, находящихся в эксплуатации, можно сделать вывод о существовании проблем, связанных с указанным показателем, нерешенным и на се-год-няшний день.
Явление изменения намагниченности ферромагнитных изделий (сталь, чугун, сплавы) под действием тем-пературно-силовых нагрузок широко используется в технике измерений и контроля. Однако при неразрушающей поточном контроле магнитоупругий эффект и механо-стрикция вносят помехи в сигнал преобразователя дефектоскопа. По амплитуде и длительности сигнал помехи при ударных нагрузках и упруго-пластических деформациях, контролируемого изделия может быть сопоставим и даже превосходить полезный сигнал от дефекта. В результате регистрация преобразователем дефектоскопа сигнала помехи приводит к перебраковке годных изделий.
Одна из причин - влияние явления магнитоупру-гого гистерезиса и зависимости измеряемых магнитных параметров от микроструктуры остаточной пластической деформации, скрывающих влияние напряжений.
Это дает основание считать, что магнитные методы могут быть на практике использо-ваны для НК одноосного НДС при соблюдении определенных технологических процедур калибровки и отстройки от мешающих факторов.
Отметим, что неопределенность контроля напряжений сильно возрастает при двухосном НДС.
На основании всего вышеизложенного можно сделать вывод, что количественная оценка НДС современными неразрушающими методами, в основном магнито-акустичес-кими, относятся к задачам с большой неопределенностью из-за зависимости измеряемых магнитных параметров от микроструктуры, остаточный пластической деформации и т.д. Таким образом данные методы не позволяют быстро, надежно и точно отображать картину распределения напряжений в элементах оборудования и конструкциях.
Достоверность количественной оценки НДС можно существенно повысить, применяя метод тензометрирова-ния.
Неразрушающий контроль НДС методом тензомет-рирования
Неразрушающий контроль является по своей сути оценкой надежности и определения ресурсных характеристик оборудования неразрушающими методами или проверкой без разрушения изделия. Неразрушающий контроль (НК) особенно важен при создании и эксплуатации жизненно важных изделий, машин и конструкций.
Многие виды неразрушающего контроля имеют широкое распространение в мире. Среди них можно отметить следующие: радиографический; ультразвуковой; ра-диоскопический; магнитный (магнитопорошковый, магнитографический, магнитоферрозондовый, индукционный, магнитодинамический); вихретоковый; стилоскопи-рование; измерение твердости; конт-роль напряженно-деформированного состояния конструкций, изделий и сварных соедине-ний.
В настоящей работе будет рассмотрен последний вид неразрушающего контроля, в частности НК на основе метода тензометрирования. Метод тензометрирования широко используется в современной технике. В бывшем СССР он начал свое применение с определения напряженно-деформированного состояния винтов самолетов, а позже широко использовался в автомобилестроении.
Особенно важное значение приобретает неразру-шающий контроль в ядерной энергетике. Так, в ряде случаев центробежные насосы ядерной энергетики, работают в специфических условиях. Так, например, главный циркуляционный насос типа ГЦН-195М обеспечивающий циркуляцию теплоносителя через реактор ВВЭР-1000 и передачу тепла в парогенератор, работает при температуре теплоносителя Т = 3500С, то есть в условиях высоко-температур-ного нагрева. В этих условиях необходимо учитывать изменение физико-механических характеристик материала элементов рабочих колес от температуры: Е(Т) = Е(х, у, z); а(Т) = а(х, у, z).
Вполне очевидно, что неразрушающий контроль главных циркуляционных насосов типа ГЦН-195М должен осуществляться непрерывно.
Важной особенностью методики является использование специальных вращающихся токосъемников, передающих деформации и напряжения с вращающихся элементов машин и механизмов.
Методика и результаты неразрущающего контроля напряженно-деформированного состояния рабочих колес (лопаток и дисков) радиальных и осевых турбомашин: нагне-тателей, компрессоров, насосов, вентиляторов приводится в [8].
В данной методике одним из основных элементов является токосъемник. Отметим, что связь между датчиками, установленными на вращающемся колесе, и аппаратурой осу-ществляется посредством контактных или индукционных токосъемников. В исследованиях применялись ртутно-амальгамированный токосъемник торцевого
BL-M1 / a -j it rs
/ /
«4 Ы
йг о* as ав ю у'У/Ь,
Рис.4. Распределение напряжений в основных сечениях лопатки.
типа и индукционный токосъемник НАМИ. Следует отметить, что индукционный токосъемник, работа которого основана на принципе индуктивной связи, более стабилен и точен в показаниях.
Экспериментальные исследования и критерий экстремальных значений НДС
Исследуем напряженно-деформированное состояние рабочих лопаток радиального
нагнетателя при следующих его параметрах. Для рабочего колеса: Rl = 290 мм; R2 = 400 мм; -1
п = 1500 мм ; z = 12 - число лопаток. Для лопатки: 1 =
Ь1 = 200 мм; h = 3 мм; R = 500 мм; ^ 1 = 0,314 рад; ^ 2 = 0. Материал лопатки Ст-20.
На рис.4 приводятся безразмерные изгибные напря-
2 2 _ а/(1 -V2)
Eh2
в ос-
жения, рассчитанные по формуле: новных сечениях лопатки.
Как следует из графика максимальные величины напряжений наблюдаются в местах крепления лопаток к основному диску и в средней части лопатки. Сравнение результатов тензометрирования с расчетными данными показывает достаточно хорошее их совпадение.
Важное значение при исследованиях имеют критерий экстремальных значений НДС [9]. Ранее был введен следующий критерий экстремальных значений [8]:
ст
max min
ij
Фт ]
где
стт _,
предел текучести материала лопатки.
Следует отметить, что в методе тензометрирования измеренные величины напряже-ний не превосходит предел текучести материала [ст].
Следует подчеркнуть, что к методу тензометриро-вания примыкает и метод термометри-рования вращающихся деталей, когда через термопары осуществляется измерение темпера-турных полей.
Выводы
1. Для более точного получения картины напряженно-деформированного состояния вращающихся машин и механизмов используются разрушающий и неразрушающий контроль.
2. Предлагается для НК НДС использовать метод тен-зометрирования
3. При исследованиях важное значение имеет критерий экстремальных значений НДС. В качестве такого критерия предлагаются использовать критерий НДС, введенный в работе [8].
PROBE OF THE IS INTENSE-DEFORMED CONDITION OF THE EQUIPMENT OF POWER UNITS AND CONSTRUCTIONS OF THE ATOMIC POWER STATION ON THE BASIS OF DESTROYING AND THE NONDESTRUCTIVE EXAMINATION E.N.Sychov, V.A.Puhly
Questions of the destroying and not destroying control of the stressed-strained state of the equipment of power units and designs of the atomic power station for more exact reception of a picture of the VAT are considered. At research the criterion of extreme values of the stressed-strained state, before entered by professor V.A.Puhly is used.
CTn =
Список использованных источников
1. Пухлий В.А., Смирнов С.Б., Наземцев А.П. Методы неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния оборудования энергоблоков и конструкций АЭС. - Тезисы доклада на 17-й международной научно-технической конференции «Электромагнитные и акустические методы нераз-рушающего контроля материалов и изделий. - Лео-тест-2012» - Славское, 2012, с.122-127.
2. Смирнов С.Б., Пухлий В.А., Чарыков С.Н. Вибронадежность оборудования энергоблоков АЭС при воздействии вибрационных и ударных нагрузок. -В сб.: Научные труды СНУЯЭиП, вып.1(41), 2012, с.52-61.
3. Смирнов С.Б., Пухлий В.А., Чарыков С.Н. Вибронадежность оборудования энергоблоков и конструкций АЭС при переходных режимах и полигармонических процессах. - В сб.: Научные труды СНУЯЭиП, вып.2(42), 2012, с.62-70.
4. Пухлий В.А., Маловик К.Н. Ресурс оборудования реакторов АЭС при воздействии высокотемпературных и радиационных полей. - Техническая диагностика и неразрушающий контроль, №4. Киев, 2011, с. 33-38.
5. Неразрушающий контроль. Справочник в 7-ми томах. Под общ. Ред. В.В.Клюева: - М.: Машиностроение, 2003.
6. Пухлий В.А., Маловик К.Н. Ресурс эксплуатации оборудования реакторов АЭС. - Тезисы Доклада на 16-й международной научно-технической конференции «Электромагнитные и акустические методы неразрушающего контроля материалов и изделий. Леотест, 2011» - Славское, 2011, с.156-160.
7. ГОСТ РФ 52330-2005. Контроль НДС объектов промышленности и транспорта. Общие требования. - 32 с.
8. Пухлий В.А. Научные труды в 4-х томах. Том III. Динамика и прочность радиальных и осевых турбо-машин. - Севастополь: Изд-во «Черкасский ЦНТЭИ», 2002, 500 с.
9. Гумбель Э. Статистика экстремальных значений. -М.: Мир, 1965. - 450 с.
10. Заец А.Н. Актуальные вопросы неразрушающего контроля на ОАО «Насосэнергомаш». - материалы 16-й международной научно-технической конференции «Электромагнитные и акустические методы неразрушающего контроля материалов и изделий Леотест-2011». - Славское, 2011, с.213.
ЭМОЦИОНАЛЬНАЯ СФЕРА ЧЕЛОВЕКА: ПРЕОБЛАДАНИЕ НЕГАТИВНЫХ ЭМОЦИЙ
Тетиор Александр Никанорович
Докт. техн. наук, профессор кафедры инженерных конструкций, г. Москва
В течение истории человек стремился к удовлетворению потребностей, сопровождающемуся положительными эмоциями; из них на первом месте - радость. Эволюция эмоций шла от простейших форм реагирования, связанных с адаптацией к окружающей среде, к развитию эмоциональной сферы человека за счет таких эмоций, как чувства (высшая форма эмоций), страсти (сильное, стойкое чувство, с сильным влечением к объекту страсти), настроения и т.п. Эмоция (от лат. emoveo - потрясаю, волную) - процесс переживания, отражающий субъективную оценку значимости для человека предметов и явлений. Эмоции позволяют человеку ориентироваться в окружающем мире. Уровень личного доверия к эмоциям высок. Среди первичных (витальных) эмоций практически всеми исследователями предлагается неравное число позитивных и негативных [2]: так, П. Экман выделяет шесть первичных эмоций (гнев, страх, отвращение, удивление, печаль и радость), из них только две - позитивные (третья часть). Дж. Грей рассматривает три первичные эмоции -ярость - ужас, тревогу и радость, то есть треть - позитивна. У Р. Вудвортса десять первичных эмоций - любовь, счастье, веселье, удивление, страх, страдание, гнев, решимость, отвращение, презрение, то есть три с небольшим эмоции можно считать позитивными. Число эмоций растет, их уже более 150, но всегда соотношение положительных и отрицательных эмоций ~1:2. Групповое семантическое пространство эмоций включает в себя гораздо больше негативных (ужас, тоска, страх, отчаяние, горе, печаль, тревога, растерянность, гнев, отвращение) и значительно меньше позитивных эмоций (радость, восторг, уверенность, спокойствие) [2]. Почему так произошло?
Нужно ли с этим бороться? Нужны ли человеку негативные эмоции?
С одной стороны, человечество постоянно борется с ними, противопоставляя им позитивные замены, смех и юмор, советы непрерывно улыбаться, предлагая множество естественных и искусственных воздействий, которые могли бы привести к положительному эмоциональному состоянию. Например, в учении известных деятелей культуры Рерихов определяющая роль отводится эмоции радости - «особой мудрости и непобедимой силе». Если бы «весь мир возрадовался хотя бы на одну минуту, то все Иерихонские силы тьмы пали бы немедленно». «Радуйся! Радуйся! Радуйся!» (из поэмы Н.К. Рериха). Но радость -лишь одна из многих эмоций, а другая, например, печаль, - не менее важная для человека и, возможно, более глубокая эмоция.
С другой стороны, часть человечества, пресытившаяся положительными эмоциями, стремится к их замене, уходу от привычных положительных эмоций к экстремальным, зачастую негативным. Часть людей в соответствии с особенностями строения их мозга (доминирования лимбики и потому повышенной склонности к эмоциональному поведению) испытывает особую тягу к страстям, азарту. Азарт ценится этими людьми как спутник деятельности - спорта, науки, искусства, драки, войны, сражений, работы, труда, игры в карты, в казино. Сюда входят бои без правил, восхождение на горы, погружение в глубины океана, полеты в космос, полеты на реактивных самолетах, гонки на мотоциклах и автомобилях, на парусниках, на катерах, судах, опасные путешествия через океаны на лодке, на плоту, и т.д. Человек постоянно придумывает
