VKR_YavleninAA (1)

1.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
(СПбГЭТУ «ЛЭТИ»)
Факультет информационно-измерительных и биотехнических систем
Кафедра «Электроакустики и ультразвуковой техники»
Направление подготовки 12.04.01 Приборостроение
Профиль Приборы и методы контроля качества и диагностики
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
МАГИСТРА
Тема «Определение степени эрозии трубы акустическими методами»
Группа 0582
Обучающийся Явленин А.А.
Руководитель к.т.н., доцент Петров Г.А.
2026

2. Актуальность ВКР

АКТУАЛЬНОСТЬ ВКР
• Трубопроводы относятся к опасным производственным объектам, а
эрозия – одна из основных причин аварий. Неразрушающий
контроль должен производиться оперативно и без остановки
производства.
• Результаты данного исследования экспериментально подтверждают
возможность неинвазивного мониторинга эрозийного состояния
трубопроводных систем.
2

3. Цели и задачи

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
• Цель ВКР: экспериментальное обоснование и разработка методики
определения степени эрозии поверхности труб с использованием
акустического контроля (на примере аналога системы мониторинга
«ClampOn»):
Поставленную цель я решаю с помощью следующих задач:
1. Анализ классических и современных методов неразрушающего
контроля труб
2. Изучение волноводного контроля и волн Лэмба
3. Практическая проверка эффективности с помощью системы
мониторинга
3

4. Сравнение методов неразрушающего контроля

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО
КОНТРОЛЯ
4

5. Принцип волноводного контроля акустическими волнами (волны лэмба)

ПРИНЦИП ВОЛНОВОДНОГО КОНТРОЛЯ
АКУСТИЧЕСКИМИ ВОЛНАМИ (ВОЛНЫ ЛЭМБА)
• Волноводный контроль с использованием волн Лэмба: волны Лэмба
распространяются вдоль трубы (показана стрелкой, рис. 2) и не
требуют сканирования всей поверхности. Стенки трубы являются
направляющими для потока энергии.
• Рис. 1а: традиционный УЗК – точечное сканирование поверхности,
требуется доступ ко всем участкам трубы
• Рис. 1б: волноводный контроль - волна распространяется вдоль
трубы, достаточно излучателя и приемника
Рисунок 1:
а – традиционный УЗК, б – волноводный контроль
Рисунок 2
5

6. Система мониторинга трубопроводов Clampon: общие сведения

СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ТРУБОПРОВОДОВ CLAMPON:
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Состав системы мониторинга:
• Кольца с 8–16 датчиками (EMAT);
• Контроллер CEM;
• ПО для анализа данных.
6

7. Экспериментальная установка

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Аналог системы ClampOn развёрнут на
виброизолированной оптической
скамье. Сигнал генерируется,
распространяется по трубе,
регистрируется и обрабатывается
ПЛИС.
Состав экспериментальной установки:
• 1 – виброустойчивая стойка
• 2 – Излучатели
• 3 – Приемники
• 4 – Труба (образец)
• 5 – ПЛИС-система DE1-SoC
• 6 – ПО для настройки параметров
эксперимента
• 7 – монитор для визуализации 7
сигнала

8. Принцип работы системы мониторинга

ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ
МОНИТОРИНГА
8

9. Создание контролируемого дефекта: утоньшение стенки трубы

СОЗДАНИЕ КОНТРОЛИРУЕМОГО ДЕФЕКТА:
УТОНЬШЕНИЕ СТЕНКИ ТРУБЫ
Имитация эрозии выполнена искусственным утоньшением стенки трубы
(болгаркой, участок 10×4 см, глубина 1 мм). Это изменяет геометрию и
акустические свойства стенки, что позволяет смоделировать реальный
дефект без длительного естественного износа.
Рис. 1 – образец до имитации эрозии
Рис. 2 – образец после утоньшения (имитации эрозии)
Рисунок 1
Рисунок 2
9

10. Промежуточные данные эксперимента

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ДАННЫЕ
ЭКСПЕРИМЕНТА
10

11. Подготовка результатов эксперимента

ПОДГОТОВКА РЕЗУЛЬТАТОВ
ЭКСПЕРИМЕНТА
В результате проведения 2х измерений было
получено 50 выборок из 10 элементов, где каждый
элемент – пара значений.
Обработка результатов заключалась в выполнении
следующих шагов:
• Проверка выборок на выбросы: было выявлено
10 выбросов из 500 элементов. Выбросы были
удалены.
• Подсчёт среднего арифметического для каждой
выборки.
11

12. Визуализация результатов эксперимента

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ЭКСПЕРИМЕНТА
12

13. ВЫВОДЫ

В результате выполнения ВКР:
• Систематизированы методы акустического контроля труб
• Изучены принципы волноводного контроля с использованием волн Лэмба
• Проведён эксперимент на cистеме мониторинга эрозийного износа труб
Практическая значимость:
• Экспериментально подтверждена возможность выявления эрозии по
изменению времени распространения акустических волн
• Предложенная методика может использоваться для мониторинга
трубопроводов без остановки производства
Научная новизна:
• Впервые реализована и экспериментально проверена методика определения
эрозии труб с помощью лабораторной системы мониторинга на основе
измерения времени распространения волн Лэмба
13