РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

Автор: Игорь Александрович Трефилов

Соавторы: Юрина А.Д., Сафарян К.А., Мельников Р.М.

Организация: Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь

Для увеличения межремонтного периода и сведения к минимуму вероятности отказа фланцевого соединения во время эксплуатации требуется отслеживать и анализировать их текущее состояние, а также прогнозировать возникновение утечки герметизируемой среды. Одним из подходов к решению этой задачи является использование внешних систем диагностики.

Примером такой системы является интеллектуальное уплотнение [1, 2]. В основе технического решения используется уплотнение из упруговязкого материала – терморасширеннного гафита – и оптоволоконных датчиков на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР), необходимых для измерения деформаций изделия в ходе проведения монтажа и эксплуатации.

Для сокращения издержек на отработку эффективной формы уплотнения и упрощения интерпретации оптических сигналов проводилось численное моделирование осевого сжатия уплотнения.

На Рисунке 1в приведен спектр смоделированного сигнала ВБР, отображающий реакцию на удлинение оптоволокна. При увеличении длины оптоволокна резонансная длина волны пропорционально увеличивается. Полученные результаты численного эксперимента проходили процесс валидации данными натурных испытаний.

Модель используется для исследования зависимости изменения параметров оптоволокна с ВБР, интегрированного в конструкцию интеллектуального уплотнения, от величины внешней нагрузки. Выполнено моделирование поведения уплотнения при осевом сжатии. Полученные результаты позволяют построить математическую модель уплотнения, на основании которой возможно разработать способ оценки неравномерности степени обтяжки в процессе установки во фланцевое соединение.

Показана принципиальная возможность оценки степени деформации на основании показаний ВБР. Смоделированы электромагнитные поля в оптоволоконе. Дальнейшие исследования лягут в основу проектирования измерительной системы оценки состояния фланцевых соединений во время эксплуатации.

1. Исаев О. Ю. и др. Интеллектуальное уплотнение для контроля состояния разъемных соединений. – 2019. Номер патента: RU 2702456 C1. Заявл. 12.09.2018; Опубл. 08.10.2019;

2. Исаев О. Ю. и др. Контроль состояния уплотнения из терморасширенного графита на базе оптоволоконных технологий //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20. – №. 4. – С. 34-42.