Система акустического контроля опор контактной сети (САКОКС)

Назначение и область применения

Преимущества

Состав системы

Краткое описание

Оценка состояния

Правовая защищенность

Назначение и область применения   

Система САКОКС предназначена для приборной оценки несущей способности центрифугированных железобетонных опорных конструкций контактной сети ОАО «РЖД», основанной на теории развития повреждений в железобетонных материалах и общепринятом методе акустической эмиссии.

Область применения САКОКС – диагностика несущей способности центрифугированных железобетонных опор контактной сети, закопанных в грунт (без использования фундамента).

Состояние вопроса и концепция решения

На сегодняшний день согласно Указаниям по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети № К-146-2008 диагностика как надземной, так и подземной части (фундаментов) опорных конструкций проводится ультразвуковым методом с использованием прибора “Ультразвуковой тестер УК-1401М (УК-1401)”.

К недостаткам применения данного метода относятся:

1. Невысокая точность метода, связанная с высокой степенью поглощения ультразвуковых волн в бетоне и особенностями распространения УЗ волн в железобетонной конструкции.
2. Высокая трудоемкость метода, связанная с необходимостью проведения многократных измерений в каждой зоне повреждения опоры для достижения устойчивых показаний.
3. Невозможность диагностики подземной части (фундаментов) опоры без откопки.

Подход в решении проблемы повышения достоверности диагностики, качества технического обслуживания и ремонта опор контактной сети в процессе их эксплуатации заключается в использовании метода акустической эмиссии, который широко применяется для контроля и диагностики различных промышленных объектов: магистральные и технологические трубопроводы, реакторное и грузоподъемное оборудование. Именно на этом методе и основана работа системы САКОКС.

Преимущества САКОКС

• возможность определения степени износа стойки опоры на ранней стадии и исключение их преждевременной их замены;
• повышение безопасности эксплуатации опор;
• проведение диагностики не требует дополнительных монтажных работ или наличие другого оборудования, которые не включены в технологическую инструкцию к данной методике;
• неразрушающий контроль объектов: не требуется прерывать штатную работу опор и демонтировать их во время диагностики;
• высокая производительность: скорость контроля не зависит от габаритов объекта контроля, контроль всех частей стойки опоры (наземной и подземной);
• прогнозирование результатов: возможность определения стадии развития дефектов и оценки остаточного ресурса;
• сокращение трудовых затрат по сравнению с трудозатратами на диагностику согласно Указаниям № К-146-2008.

Состав системы САКОКС

• генератор переменного тока;
• преобразователь частоты переменного тока;
• электровибратор;
• крепление электровибратора;
• АЭ система (системный блок регистрации и обработки сигналов, ПУ, датчики, ПК/ноутбук со специализированным программным обеспечением).

Краткое описание

Схема расположения комплектующих САКОКС на опоре представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема расположения САКОКС на опоре

Возникновение и развитие дефектов в материале опоры происходит под воздействием статических нагрузок самой опоры и различных климатических факторов. Степень опасности дефектов в итоге определяет несущую способность и остаточный ресурс опоры.

Оценка несущей способности опоры и определение стадии развития дефектов железобетонной конструкции возможно за счёт проведения диагностики с помощью системы САКОКС. Функциональная схема диагностики несущей способности опоры с помощью САКОКС представлена на рисунке 1. Стойка опоры (2) установлена в грунте (9) без использования фундамента (10 – подземная часть опоры). На стойку крепится с помощью крепления (5) электровибратор (3) на высоте L=1,4-1,6 м. Частота и сила воздействия электровибратора управляется с помощью преобразователя частоты переменного тока (4). Преобразователь питается переменным напряжением от генератора переменного тока. Данные в виде электрических сигналов, полученные с пьезоэлектрических датчиков (7) в количестве 4-х штук, усиливаются предварительными усилителями (ПУ) и передаются в системный блок регистрации и обработки сигналов (8). Совокупность оборудования: блок регистрации и обработки, ПУ, датчики, ПК/ноутбук (6) представляет собой акустико-эмиссионнуюсистему, которая также питается от генератора переменного тока (1). Пост-анализ полученной информации производится на ПК/ноутбуке.

Принцип действия САКОКС основан на регистрации акустических сигналов резонансными датчиками при нормированном воздействии электровибратора на контролируемую опору. Внешний вид, размещение и крепление оборудования на реальном объекте контроля представлено на рисунках 2а и 2б. 

Система позволяет оценить степень поврежденности материала и остаточный ресурс опоры по параметрам акустических импульсов, возникающих в объеме опоры за время воздействия на нее электровибратора. 

Рисунок 2а. Размещение и крепление оборудования на реальном объекте: 1 – арматура крепления вибратора, 2 – опора контактной сети, 3 – электровибратор, 4 – преобразователь частоты переменного тока, 5 – генератор переменного тока.

Рис. 2б. Внешний вид АЭ системы в процессе работы

В процессе измерения электровибратор, укрепленный на опоре, постепенно разгоняют при помощи преобразователя частоты тока. С увеличением частоты увеличивается сила воздействия электровибратора на материал опоры. В определенные промежутки времени, которые соответствуют определенным частотам колебаний электровибратора, происходит активация дефектной структуры, которую приобрела контролируемая опора в процессе эксплуатации. Микротрещины, трение отдельных фрагментов бетонной связки и другие причины приводят к возникновению акустических импульсов, которые регистрирует и обрабатывает акустико-эмиссионная система.

Дефектоскопист, выполняющий диагностику опоры, анализирует параметры акустической эмиссии опоры и по результатам анализа делает вывод о её текущей несущей способности и остаточном ресурсе.

Оценка состояния

Оценка несущей способности эксплуатируемых опор с помощью системы САКОКС производится по трём основным показателям:

По показателю Э1, представляющему собой энергетическое распределение импульсов АЭ, накопленных за время калибровочного силового воздействия на стойку опоры. Показатель Э1 дает возможность в целом оценить картину дефектности структуры материала опоры и получить значения максимальной зарегистрированной энергии импульсов в дБ.

2. По показателю Э2, представляющему собой накопленную энергию импульсов (мВ2·с) АЭ за время калибровочного силового воздействия на стойку опоры по каналу с максимальным показателем этого параметра. Физически показатель Э2 характеризует склонность материала опоры к развитию повреждений при калиброванном силовом воздействии. 

3. По показателю Э3, представляющему собой число событий N (шт.), связанных с активацией дефектной структуры материала опоры за время калибровочного силового воздействия на стойку опоры. Физически показатель Э3 характеризует степень фрагментации бетонной связки материала опоры. 

На основании величин параметров акустической эмиссии (суммарное число импульсов, суммарная энергия импульсов), а также по распределению импульсов в энергетическом диапазоне дефектоскопист дает заключение о фактической несущей способности опоры и прогнозирует возможное развитие дефектов, имеющихся в опоре.

Данные по основным параметрам акустической эмиссии диагностируемой опоры сохраняются в памяти компьютера в файле с номером опоры. Значения показателей для диагностируемой опоры из соответствующего файла заносят в карту измерений. Экспертные оценки принимаются согласно акустическому паспорту опоры, который формируется в виде компьютерных файлов.

Правовая защищенность

Система защищена двумя патентами РФ