Nematomos bangos padeda išvengti katastrofų

1998 metų birželį netoli Ešedo gyvenvietės Vokietijoje įvyko didžiausia šalies istorijoje greitojo traukinio katastrofa. Keletas 200 km/val greičiu skriejančio traukinio vagonų nuvažiavo nuo bėgių ir trenkėsi į tiltą. Žuvo 101 žmogus. Po keleris metus trūkusių tyrimų paaiškėjo pagrindinė nelaimės priežastis.

KTU Kazimiero Baršausko Ultragarso instituto vadovas, prof. Rymantas Kažys sako: trūko vienas ratas, kuriame buvo defektai, kurių niekas nepatikrino. Ratas buvo nuriedėjęs net 1,6 mln. km. Net ir Vokietijoje nutinka tokios nelaimės.

Mes gyvename pavojų kupiname pasaulyje. Žmonių sukurti unikalūs objektai, tokie kaip vis greitesni traukiniai ir vis didesni lėktuvai, raketos ir vėjo jėgainės kelia didžiulę grėsmę. Dėl sudėtingos struktūros, laikui bėgant juose atsiranda defektai, galintys kainuoti šimtus milijonų eurų ar net žmonių gyvybes.

R. K.: prisimenu istoriją, įvykusią 2006 m. „Mažeikių naftoje“, kai dėl degaus produkto gudrono savaiminio ištekėjimo iš talpų prasidėjo gaisras. Jo nuostoliai siekė kelis šimtus mln. litų. O ištekėjo gudronas dėl to, kad talpose buvo korozijos paveiktos zonos. Jos nebuvo laiku patikrintos. Kitas pavyzdys – Kauno Kleboniškio tiltas, jungiantis magistralę tarp Vilniaus ir Klaipėdos. Jo sekcijos dalis nukrito todėl, kad trūko palaikanti metalinė konstrukcija. Eismas dėl to buvo sutrikęs porai mėnesių. Bendri nuostoliai irgi siekė kelis mln. litų.

Norint išvengti tokių nelaimių, kuriamos ir naudojamos technologijos, leidžiančios efektyviai ir kartais labai sudėtingomis sąlygomis nustatyti, ar konstrukcija yra patikima, ar ne. Daugeliu atveju tam itin tinka ultragarso bangos – elastinės bangos, verčiamos elektriniais signalais. Tokius metodus jau ne vieną dešimtmetį kuria šių metų Lietuvos mokslo premijos laureatai – profesoriai Rymantas Kažys ir Liudas Mažeika iš KTU Kazimiero Baršausko Ultragarso instituto.

Prof. Liudas Mažeika sako: labai svarbu reguliariai apžiūrėti objektus ir ieškoma defektų. Tai vadinama stebėsena. Ultragarso keitikliai nuolat stebi objekto būklę ir, atsiradus pakitimams, informuoja, kad reikia patikrinti detaliau. Be to, svarbūs ir technologiniai matavimai. Pavyzdžiui, karšto plastiko savybių matavimas.

Iš visų neardomųjų bandymų technologijų ultragarsas užima šiuo metu daugiau kaip 50% rinkos. Tai didžiulė rinka. Mokslininkų darbas, pateiktas premijai gauti, buvo orientuotas į tokių technologijų sukūrimą ekstremaliomis sąlygomis. Kai normalūs diagnostikos ir matavimo metodai nelabai tinkami. Ekstremalios sąlygos reiškia aukštą temperatūrą, didelius slėgius, radiaciją ir pan. Mokslininkai yra sukūrę ultragarsines stebėsenos sistemas branduoliniams reaktoriams, veikusiems Ignalinos atominėje elektrinėje, Belgijos atominių tyrimų centrui. Tačiau atsiranda ir naujų iššūkių.

R. K.: dabar ypatinga nauja medžiagų klasė – kompozitinės medžiagos, kuriose atsiranda visai kitokie defektai, negu metalinėse konstrukcijose. Tokios medžiagos plačiai naudojamos aviacijoje, transporto priemonėse. Visus šiuos darbus vykdėme pagal laimėtus su Europos komisija projektus.

Iki šiol instituto mokslininkai yra laimėję ir įvykdę 24 projektus. Jie yra Europos Sąjungos rekordininkai, skaičiuojant pagal projektų kiekį, tekusį vienai mokslinių tyrimų grupei. Kai kuriais atvejais tokias technologijas je kūrė apskritai pirmą kartą pasaulyje. Pavyzdžiui, Ignalinos atominės jėgainės branduolinio kuro kanalo patikros sistemą, kur buvo naudojama IAE iki pat jos uždarymo 14 metų.

Technologijos sparčiai tobulėja, tampa vis labiau sudėtingos. Siekiant išvengti nuostolių ar tragedijų, ultragarso specialistams tenka ieškoti atsakymų į naujus klausimus. Pavyzdžiui, kaip sukurti UG keitiklius, galinčius veikti itin aukštose temperatūrose. Mat dėl vadinamosios Kiuri temperatūros dingsta jų pjezo savybės ir aparatūra nustoja funkcionuoti.

R. K.: mes vieni iš pirmųjų sukūrėme aukštų temperatūrų technologijas. Įskaitant keitiklius, kurie gali išgyventi iki 500^C be jokio aušinimo. Belgams sukūrėme technologijas, kurios leidžia su ultragarso pagalba gauti vidinį reaktoriaus vaizdą skysto metalo aplinkoje.

Kita labai paklausi kryptis yra bekontaktės technologijos. Paprastai ultragarsinės stebėsenos sistemos veikia kontakte su tiriamu objektu. Pavyzdžiui, žmogaus kūnu, kuris sutepamas tepalu. Prispaudus prie pilvo keitiklį, per jį gaunamas kūno vidaus organų vaizdas. Pastaruoju metu atsiranda nekontaktinės technologijos. UG spinduliuojamas per oro tarpą ir taip gaunama informacija apie tos kompozitinės konstrukcijos būklę. Trečioji kryptis, kurioje irgi darbuojasi Lietuvos mokslininkai, vadinasi didelio nuotolio ultragarsiniai matavimai (angl. Long Range Ultrasonics). Tiriamas objektas paveikiamas neaukšto dažnio bangomis. Jos sklinda net kelis šimtus metrų. Tokiu būdu galima efektyviai diagnozuoti tokias požemines konstrukcijas kaip vamzdynai, jų neatkasant.

Medžiagas, iš kurių pagaminti lėktuvai, vėjo jėgainės, automobiliai ar nuodingų medžiagų rezervuarai, nuolat veikia drėgmė, saulės spinduliai, šaltis ar vėjas. Konstrukcijos rūdija, sensta. Reikia matuoti, kaip tos savybės kinta. Be to, naujų kompozitinių medžiagų savybės nėra gerai žinomos. Todėl jas reikia tikrinti nuolat. Tokia progreso kaina, kuria sumažinti mėgina ultragarso žinovai. Dažnai tikrinti brangu. Geriau instaliuoti sistemas, kurios stebėtų pavojingų objektų darbą ir jų parametrus. Taigi, pasaulyje instaliuojama vis daugiau veikiančių stebėsenos sistemų. Antra vertus, siekiama, kad sprendimą priimtų pati sistema.

Rolandas Maskoliūnas