Оценка толщины отложений на внутренней поверхности теплообмена по затуханию собственных колебаний

Зарастание теплообменных поверхностей отложениями является важной проблемой в сфере теплоэнергетики. Так как коэффициент теплопроводности отложений имеет низкие значения, то даже незначительный их слой создает большое термическое сопротивление. Отложения на поверхностях теплообменного оборудования снижают коэффициент теплопередачи, эффективность теплообмена и приводят к существенным потерям энергии. Для восстановления расчетного режима работы требуется вывод таких теплообменников из эксплуатации и чистка загрязненных поверхностей. Снизить энергетические потери можно, если своевременно выявлять отложения на поверхностях теплообмена. В работе обсуждается метод контроля толщины отложений на теплообменных поверхностях. Метод основан на анализе параметров затухания свободных колебаний контролируемого изделия. Исследования проводились на моделях поверхности теплообменного оборудования - стальных пластинах 400х160х2 мм, с разной толщиной отложений 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 мм. При исследовании акустических характеристик с каждым типом пластины проводилось десятикратное определение частот собственных колебаний. Обработка сигналов происходит в программе, которая позволяет получать и записывать данные от звукового устройства, вычислять амплитудный спектр сигнала во временной области и возвращать его в виде величины и фазы (получение спектра частот). Для определения динамики изменения спектров использовалась ранговая сумма Уилкоксона. Проведенные исследования показали, что метод свободных колебаний позволяет определять не только наличие отложений на теплообменных поверхностях, но и их толщину.

1. Saifullin E.R, Vankov Y.V., Izmaylova E.V., et al. Method of assessing the thermal state of the heat transfer surfaces. Journal of Physics: Conference Series, Low-temperature Plasma during the Deposition of Functional Coatings. Сер. "Scientific Technical Conference on Low Temperature Plasma during the Deposition of Functional Coatings, LTP Coatings 2017" 2018. С. 012058.

2. Алешин Н.П. Методы акустического контроля металлов. М.: Машиностроение, 1989.

3. Ермолов И.Н., Алешин Н.П., Потапов А.И. Неразрушающий контроль. Книга 2. Акустические методы контроля. М.: Высшая школа. 1991.

4. Vankov Yu.V., Ziganshin Sh.G., Izmailova E.V., et al. The effect of the size and position of transverse cracks in the natural frequencies of the rods. В сборнике: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Сер. "International Scientific and Technical Conference "Innovative Mechanical Engineering Technologies, Equipment and Materials-2014", ISC IMETEM 2014" 2015. С. 012036.

5. Zagretdinov, A.R, Vankov, Y.V., Ivshin, I.V. The Analysis of Frequencies of Own Insulators Fluctuations for the Solution of a Problem of their Control. Procedia Engineering. 2016. V. 150. PP. 2334- 2339. 2nd International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2016, Chelyabinsk; Russian Federation; 19-20 May 2016.

6. Vankov Yu.V., Ziganshin Sh.G., Izmailova E.V, et al. Determination of the oscillation frequencies of corrosion defects finite element methods in order to develop methods of acoustic monitoring of pipelines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2015.

7. Гарнышова Е.В., Измайлова Е.В. Контроль толщины отложений на теплообменном оборудовании // Сборник трудов Международной научно-технической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». М: МЭИ, 2019.

8. Зиганшин Ш.Г., Ваньков Ю.В., Измайлова Е.В. Контроль технического состояния трубопроводов акустическими методами. Казань: Издательство Казанского университета. 2015.

9. Ваньков Ю.В. Низкочастотные методы контроля. Метод свободных колебаний. Казань. Издательство КГЭУ, 2003.

10. Ваньков Ю.В., Яковлева Э.Р. Об одном подходе к оценке затухания колебаний. Техническая акустика. 2005. Т.5. С.251-265.

11. Lawrence S. Digital spectral analysis with applications. Marple, Jr. 2007.

12. Newland D.E. An Introduction to Random Vibrations, Spectral & Wavelet Analysis: Third Edition. 2005.

13. Измайлова Е.В., Ваньков Ю.В., Гарнышова Е.В., и др. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019615470 «2RSoundSA». Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 26 апреля 2019.

14. Mann H.B., Whitney D.R. On a test of whether one of two random variables is stochastically larger than the other. // Annals of Mathematical Statistics. 1947. № 18. pp. 50-60.

15. Wilcoxon F. Individual Comparisons by Ranking Methods // Biometrics Bulletin 1. 1945. pp. 80-83.