Rezg´ esvizsg´ alatok ´ es termohidraulikai vizsg´ alatok

A rezg´esvizsg´alatokat nem szok´as felt´etlen¨ul a roncsol´as-mentes anyagvizsg´alatok k¨oz´e sorolni, b´ar napjainkban igen sz´eles ter¨uleten v´egzik ezeket a vizsg´alatokat, ´es nem csu-p´an a forg´og´epek m˝uk¨od´es´enek min˝os´ıt´es´ere, a csap´agyak, fogaskerekek, ´es m´as cs´usz´o fel¨uletek k¨ozbeni rendellenes zajok alapj´an k¨ovetkeztetnek az egyes elemek ´es az eg´esz be-rendez´es ´elettartam´ara, hanem a saj´atfrekvenci´ak vizsg´alat´aval anyagi ´alland´okat, azok v´altoz´asait is nyomon lehet k¨ovetni, amely m´ar igazi anyagvizsg´alat.

Az alapok j´ol ismertek. ´Altal´aban gyorsul´asm´er˝ot haszn´alunk ´erz´ekel˝onek. M´ıg az akusztikus emisszi´on´al a rezonancia er˝os´ıt´est haszn´aljuk ki, addig a rezg´esvizsg´alatokn´al a gyorsul´as´erz´ekel˝o ´atviteli f¨uggv´eny´enek ´alland´o er˝os´ıt´es˝u frekvencia s´avj´aban m´er¨unk

´

es elektronikus sz˝ur˝okkel, vagy az ´erz´ekel˝o csillap´ıt´as´anak n¨ovel´es´evel szabadulunk meg a magasabb frekvenci´as rezonanci´at´ol.

A m´ert id˝ojelet a Fourier transzform´aci´oval szok´as ´atalak´ıtani, ´attranszform´alni a frekvencia t´erbe.

E r¨ovid ¨osszefoglal´oban nem k´ıv´anjuk levezetni a sz´eles k¨orben haszn´alt f¨uggv´enyeket.

A legfontosabb f¨uggv´eny a Teljes´ıtm´eny s˝ur˝us´eg f¨uggv´eny (l´anykori nev´en az autospekt-rum), amely megmutatja, hogy a m´ert rezg´esek teljes´ıtm´enye hogyan oszlik meg a k¨ u-l¨onb¨oz˝o frekvenci´ak k¨oz¨ott. Ezt sajnos az irodalom k´etf´elek´eppen is defini´alja: ´ugy mint a fenti Fourier transzform´aci´o abszol´ut ´ert´ek´et (tipikusan a m´ern¨oki irodalomban), vagy mint annak n´egyzet´et (tipikusan a fizikusok). A k´et defin´ıci´o k¨oz¨otti elvi k¨ul¨onbs´egr˝ol k¨onyv´arnyi irodalom sz¨uletett. A mi sz´amunkra nem l´enyeges a k¨ul¨onbs´eg. A kapott spektrumban cs´ucsok, ´eles cs´ucsok, sz´eles emelkedett tartom´anyok v´altj´ak egym´ast (l´asd a 5.47 ´abr´at).

A mi feladatunk, hogy min´el t¨obb r´eszletnek tal´aljuk meg az ok´at, a forr´as´at, ´es az ´atvitel´et a mi ´erz´ekel˝onkh¨oz. Ha megismert¨uk a spektrum r´eszleteit, akkor annak V´altoz´asait ´ertelmezni tudjuk.

A keskeny cs´ucsok, tipikusan determinisztikus ¨osszetev˝ok, amelyeket vagy a forg´og´ e-pek egyenletesen forg´o alkatr´eszei v´altanak ki, vagy a szil´ard testek rezonanci´ai.

A forg´asi frekvenci´ak t´arh´aza igen sz´eles, de mindig valamilyen viszonyban van a be-rendez´es alapvet˝o forg´asi frekvenci´aj´aval. Milyen sz´ep is lenne, ha azt ´ırhatn´ank, hogy annak eg´esz sz´am´u t¨obbsz¨or¨ose! De ez nem igaz! A cs´usz´o-csap´agy jellegzetes

frekvenci-´

aja a forg´asi frekvencia 0,45-sz¨or¨os´en´el van! De nem akarunk ezek r´eszletes elemz´es´ebe belemenni, tess´ek tanulm´anyozni a vonatkoz´o irodalmat! A forg´asi frekvenci´ak megta-l´al´as´an´al seg´ıts´eget adhat, ha forg´asjel t´avad´ot szerel¨unk a f˝otengelyre, ´es nem spektru-mokat ´atlagolunk, hanem a fog´asjel t´avad´ot triggerk´ent haszn´alva az id˝ojelet ´atlagoljuk.

Azonnal cs¨okkentj¨uk a nem forg´asjel eredet˝u ¨osszetev˝oket, ´es kiemelj¨uk azokat, amely a

5.47. ´abra. Gyorsul´asm´er˝ovel m´ert rezg´esspektrum egy VVER-1000 t´ıpus´u atomer˝om˝u cs˝ovezet´ek´en (angol nyelv˝u szoftver ´altal k´esz´ıtett gyorsul´as (m/s²) - frekvencia (Hz) diagram) [Rajz: Por G.]

forg´ast´ol vannak. A Paksi turbin´ak ´es f˝okeringtet˝o szivatty´uk fel is vannak szerelve ilyen forg´asjel t´avad´oval (l´asd a 5.48 ´abr´at).

5.48. ´abra. Gyorsul´asm´er˝ovel m´ert rezg´esspektrum egy VVER-1000 t´ıpus´u atomer˝om˝u cs˝ovezet´ek´en, amikor a csap´agy t¨onkrement (angol nyelv˝u szoftver ´altal k´esz´ıtett gyor-sul´as (m/s²) - frekvencia (Hz) diagram) [Rajz: Por G.]

A saj´atfrekvenci´ak kezel´es´ehez el´eg, ha visszaeml´ekez¨unk a h´ur rezg´es´ere! A rugal-mass´ag ´es a t¨omeg valamit a h´ur hossza determin´alja a megjelen˝o saj´atfrekvenci´at, amely bizony igen ´eles szokott lenni a spektrumban. Ennek felharmonikusai a hang torzul´ a-s´ar´ol ´arulkodnak. Ak´ar mert az amplit´ud´oja t´ul nagy, ak´ar mert valami torz´ıtja. Ez ut´obbi leggyakrabban a szabad rezg´est akad´alyoz´o ´erint´es, vagy szil´ard testekn´el p´eld´ a-ul a reped´es is, amely hirtelen beleavatkozik a kisz´am´ıtott

”h´urhosszba”, megr¨ovid´ıti a h´ur hossz´us´ag´at. a reped´esr˝ol visszaver˝od˝o hull´amok megakad´alyozz´ak az eredeti,

”sz´ep”

harmonikusok kialakul´as´at, ´es cseng˝o-bong´o hang helyett, false hangot hallunk az ¨ uveg-poh´arn´al, ´es ´evsz´azada m´ar a vas´uti kerekek kocogtat´as´an´al. Ezt a tud´asunkat vissz¨uk magunkkal az atomer˝om˝uvi berendez´esek reped´esvizsg´alat´ahoz is.

A spektrum nem cs´ucsos, hanem sz´eles-s´av´u r´eszeir˝ol illik tudni, hogy az id˝oben v´ alto-z´o, sztochasztikus ¨osszetev˝okt˝ol sz´armazik. Persze egy matematikus kifog´asoln´a, hogyan lehet id˝oben v´altoz´o jelekre alkalmazni a Fourier technik´at (de lehet). Igaz, ma m´ar sok-kal korszer˝ubb (de sokkal nehezebben interpret´alhat´o) a ”wavelet” transzform´aci´oval val´o dolgoz´as. Nem akarunk teljes kurzust ide cit´alni. akit ezek a t´em´ak ´erdekelnek, azok ve-gy´ek fel aM˝uszaki diagnosztikai vagy azAtomreaktorok m˝uszerezetts´ege ´es szab´alyoz´asa (I and C) kurzust.

Egy bekezd´esnyi megjegyz´esk´ent itt megeml´ıtj¨uk, hogy a zajok az igaz´an sz´eless´ a-v´uak. Ezek jellegzetess´ege, hogy 1/f szab´alyt k¨ovetnek, azaz a frekvenci´aval cs¨okken amplit´ud´ojuk a spektrumban. A d¨orzs¨ol˝od´esek (´es kid¨orzs¨ol˝od´esek) megjelen´ese is tipi-kusan sz´eless´av´u zaj.

Termohidraulika: Hogyan ker¨ult ebbe a fejezetbe termohidraulika? Egyszer˝uen ´ugy, hogy a rezg´esekn´el megismerteket kiterjesztett´ek a nyom´as ´es h˝om´ers´eklet´er˝ol m´ert id˝ o-jelekre. Igen k¨onny˝u bel´atni, hogy ha egy hossz´u cs¨ov¨on (impulzuscs˝o) m´er¨unk nyom´ as-es´est, (´es mindig ´ıgy m´er¨unk atomer˝om˝uben), akkor annak egyik v´ege nyitott a m´asik z´art, tipikus egyik v´eg´en r¨ogz´ıtett h´ur egyenlet´et k¨ovet˝o ´atvitellel van dolgunk. Ami itt fontos sz´amunkra, az ´ıgy m´erhet˝o spektrumok szint´en az anyag, ebben az esetben a h˝ut˝ok¨ozeg ´allapot´at k´epesek jellemezni (l´asd p´eld´aul a 5.49´abr´at). Ha p´eld´aul a v´ız tele van bubor´ekokkal, akkor a csillap´ıt´asa a nyom´asm´er´esben megn˝o, a hangot sz´orja, nem tov´abb´ıtja stb. A termoelemekkel a h˝ohordoz´o ´allapot´at ´es terjed´esi sebess´eg´et is m´erik az atomer˝om˝uben (a Paksi Atomer˝om˝uben is!).

5.11. A fejezethez tartoz´ o anim´ aci´ ok

A fejezethez tartoz´o anim´aci´ok a k¨ovetkez˝oek:

• Az anyagvizsg´alatok k´et csoportj´at szeml´elteti p´eld´ak megad´as´aval az ”Anyagvizs-g´alatok feloszt´asa” c´ım˝u interakt´ıv anim´aci´o.

5.49. ´abra. Tipikus nyom´asfluktu´aci´o spektrum (angol nyelv˝u szoftver ´altal k´esz´ıtett gyor-sul´as (m/s²) - frekvencia (Hz) diagram) [Rajz: Por G.]

• Az ebben a fejezetben bemutatott anyagvizsg´alatok k¨oz¨ul n´egynek az elv´evel is-mertet meg a ”Interakt´ıv anim´aci´o n´eh´any roncsol´asmentes anyagvizsg´alat elv´er˝ol”

c´ım˝u interakt´ıv anim´aci´o.

• A folyad´ekbehatol´asos vagy penetr´al´o folyad´ekos m´odszer elv´et mutatja be a ”Pe-netr´aci´os vizsg´alat” c´ım˝u anim´aci´o.

• A m´agneses penetr´aci´os vagy m´agnesporos tesztel´es elv´et mutatja be a ”M´agneses vizsg´alat” c´ım˝u anim´aci´o.

• Az ¨orv´eny´aramos vizsg´alat elv´et mutatja be az ”¨Orv´eny´aramos vizsg´alat” c´ım˝u anim´aci´o.

• Az ultrahangos vizsg´alat elv´et mutatja be az ”Ultrahangos vizsg´alat” c´ım˝u anim´ a-ci´o.

• A longitudion´alis hull´amot szeml´elteti a ”Longitudion´alis hull´am” c´ım˝u anim´aci´o, amely a hull´ammal egy¨utt mozg´o k´epzeletbeli r´eszecsk´ek mozg´as´an kereszt¨ul ´erz´ e-kelteti a hull´am terjed´es´enek jelleg´et.

• A transzverz´alis hull´amot szeml´elteti a ”Transzverz´alis hull´am” c´ım˝u anim´aci´o, amely a hull´ammal egy¨utt mozg´o k´epzeletbeli r´eszecsk´ek mozg´as´an kereszt¨ul ´ er-z´ekelteti a hull´am terjed´es´enek jelleg´et.