Устройство для обнаружения трещин в рабочих лопатках турбомашины

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРЕЩИН В РАБОЧИХ ЛОПАТКАХ ТУРБОМАИМНЫ , содержащее датчики перемещения концов лопатки,.подключенные к усилителям импульсов, и блок индикации , отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем более раннего обнаружения трещин, оно дополнительно содержит последовательно соединенные с усилителями импульсов запоминающие блоки и усилители-ограничители, логический элемент совпадения, входы которого подключены к выходам усилителей-ограничителей , блоки вычисления разности сигналов и сброса запоминающих блоков, входы которых подключены к выходу элемента, совпадения , причем выход блока вычисления § разности сигналов подключен к входу блока индикации, а выход блока сброО ) са запоминанхцих блоков к управляющим входам последних. О 05

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) 3(50 С 01 М 15/00 (21) 3563520/25-06 (22) 08.02.83 (46) 07.07.84. Бюл. №25 (72) В.Г.Дубинский, М.С.Калинин, С.К.Хикиртычев, 10.С.Чарный и А.Н.Штро (53) 621. 438-55 (088. 8) (56) 1. Патент ФРГ № 2624209, кл. G 07 С 3/00, 1975.

2. Патент США № 4049644, кл. 250/233, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2090090/25-06, кл. С 07 С 3/00, 1974. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРЕЩИН В РАБОЧИХ ЛОПАТКАХ ТУРБОИАШИНЫ, содержащее датчики перемещения концов лопатки,,подключенные

:к усилителям импульсов, и блок инди- кации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем более раннего обнаружения трещин, оно дополнительно содержит последовательно соединенные с усилителями импульсов запоминающие блоки и усилители-ограничители, логический элемент совпадения, входы которого подключены к выходам усилителей-ограничителей, блоки вычисления разности сигналов и сброса запоминающих блоков, входы которых подключены к выходу элемента, совпадения, причем выход блока вычисления разности сигналов подключен к входу блока индикации, а выход блока сброса запоминающих блоков к управляющим входам последних.

1101706

2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е -с я тем, что блок вычисления разности сигналов содержит последовательно соединенные коммутатор, блок разности и пороговый элемент, причем входы коммутатора

Изобретение относится к турбостроению, в частности к газотурбинным установкам для газоперекачивающих агрегатов магистральных газопро.водов. 5

Рабочая лопатка с зародившейся на выходной кромке трещиной проходит четыре стадии до разрушения: первая стадия — волосяная трещина; вторая стадия — раскрытие трещины под действием центробежной силы до момента касания торца пера лопатки о статор; третья стадия — дальнейшее раскрытие трещины при истирании части торцовой поверхности пера со стороны 15 выходной кромки; четвертая стадия— статический излом и отрыв пера лопатки.

В большинстве случаев начальныи очаг трещины возникает на выходной 20 кромке пера лопатки непосредственно над галтелью в месте перехода пера к хвостовику.

Трещина распространяется параллельно хвостовику лопатки, причем ее 25 длина составляет до 15-20 мм, после чего происходит ее постепенный поворот в сторону торцовой части пера.

Общая длина усталостного участка равна 30-33 мм при длине хорды лопат- 30 ки 60 мм.

Под действием центробежной силы на последних стадиях развития трещины происходит пластическая деформация металла в зоне вершины трещины 5 и разворот пера лопатки в сторону входной кромки. При этом происходит раскрытие трещины на величину 1,01,5 мм, что соизмеримо с величиной радиального зазора между торцами 40 лопаток и статором.

На второй стадии развития трещины происходит прогрессирующее истирание торцов лопаток со стороны выходной кромки о статор. соединены с выходами запоминающих блоков.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что блок индикации содержит последовательно соединенные счетчик, триггер и индикатор.

Известно измерительное устройство, позволяющее определить техническое состояние турбомашины, которое содержит средства генерации сигнала, характеристики которого связаны с переменной нагрузкой машины, датчики, по каждому из которых определяют уровень характеристики сигнала, и измерительное устройство, которое включает систему регистрации того, какая часть срока службы турбомашины уже использована в зависимости от изменения- его нагрузки (1).

Недостатком такого устройства является то, что система регистрации позволяет оценить текущее значение ресурса турбомашины, исходя ns условий только снижения его .эффективности, изменение которого и характеризует переменная нагрузка, но не определяет наличие дефекта, например трещины, в рабочей лопатке турбомашины в явном виде.

Известно также устройство, позволяющее производить измерение отклонения периферийного сечения рабочей лопатки турбомашины от начального положения, которое содержит источники света, фоточувствительные элементы, регистрирующие частоту вращения ротора, генератор сигналов и счетные блоки, определяющие момент прохождения лопатки через измерительное сечение, выполненное в виде отражательной метки, нанесенной на роторе, и регистрирующее отклонение периферийного сечения лопатки j2) .

Недостатком такого устройства является то, что система регистрации позволяет измерить изгибные перемещения периферийного сечения рабочей лопатки только в тангенциальном направлении, характеризующиеся действием газодинамических и центробежных сил, а также ударных нагрузок, 3 11017 но не определяет перемещение периферийного сечения рабочей лопатки турбомашины в радиальном направлении, что не дает возможности фиксировать наличие трещины в периферийном сечении рабочей лопатки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для обнаружения трещин в рабочих лопатках турбомашины, t0 содержащее датчики перемещения концов лопатки, подключенные к усилителям импульсов, и блок индикации $3) .

Недостатком такого устройства является то, что система регистра- 15 ции позволяет фиксировать только наличие задеваний рабочих лопаток турбомашины о статор, но не фиксирует величину перемещения пера лопатки в радиальном направлении, соответствующую моменту раскрытия усталостной трещины в периферийном сечении рабочей лопатки.

Целью изобретения является повышение надежности путем более раннего обнаружения трещин в рабочих лопатках турбомашины.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для обнаружения трещин в рабочих лопатках турбомаши- ЗО ны, содержащее датчики перемещения концов лопатки, подключенные к усилителям импульсов, и блок индикации, дополнительно содержит послецовательно соединенные с усилителями импульсов запоминающие блоки и усилителиограничители, логический элемент совпадения, входы которого подключе ны к выходам усилителей-ограничителей, блоки вычисления. разности сигналов и сброса запоминающих блоков, входы которых подключены к выходу элемента совпадения, причем .выход . блока вычисления разности сигналов подключен к входу блока индикации, а выход блока сброса запоминающих блоков к управляющим входам последних.

Блок вычисления разности сигналов содержит последовательно соединенные 50 коммутатор, блок разности и пороговый элемент, причем входы коммутатора соединены с выходами запоминающих блоков.

Блок индикации содержит последовательно соединенные счетчик, триггер и индикатор.

06 4

На фиг. f представлена схема устройства для обнаружения трещин в рабочих лопатках турбомашины; на фиг. 2 — схема задевания торца лопатки о статор турбомашины; на фиг. 3 — вид импульсов с выходов двух датчиков перемещений концов лопатки в случае, когда нет трещины; на фиг. 4 — то же, когда трещина появилась.

Устройство содержит датчики 1 и 2 перемещения концов лопатки, усилители 3 и 4 импульсов, блок 5 индикации, последовательно соединенные с усилителями 3 и 4 и датчиками 1 и 2, запоминающие блоки 6 и 7, усилители-ограничители 8 и 9 и логический элемент 10 совпадения, входы которого подключены к выходам усилителей-ограничителей 8 и 9, блоки вычисления разности сигналов и сброса запоминающих блоков 11 и 12 соответственно, входы которых подключены к выходу элемента 10. Выход блока 11 вычисления разности сигнала подключен к блоку 5 индикации, а выход блока 12 сброса запоминающих блоков 6 и 7 — к управляющим входам последних.

Блок 11 вычисления разности сигналов содержит последовательно соединенные коммутатор 13, блок 14 разности и пороговый элемент 15.

Блок индикации содержит последовательно соединенные счетчик -16> триггер 17 и индикатор 18.

Устройство работает следующим образом.

При работе турбомашины от датчиков 1 и 2 через усилители 3 и 4 на блоки 6 и 7 поступают. импульсы, пропорциональные расстоянию от внутренней поверхности статора до торца рабочей лопатки турбомашины и характеризующие перемещение концов рабочей лопатки в радиальном направI ленин при раскрытии в периферийном сечении усталостной трещины. Суть введения в схему устройства запоминающих блоков 6 и 7 заключается в том, что края торца (концы) лопатки могут иметь неодновременное прохождение мимо датчиков 1 и 2. Поэтому сигналы поступают на сравнение в блок 14 разности через коммутатор 13, который открывается только в тот момент, когда уже оба края торца лопатки прошли мимо датчиков, 1101706

Фиг. д

Фив, 2

Составитель А,Зосимов

Редактор С.Патрушева Техред М.Гергель КорректорЛ.Пйлипенко

Заказ 4755/27 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Ф \ и сигналы об этом хранятся в памятиблоков 6 и 7. Только при наличии обоих этих сигналов появится сигнал на выходе логического элемента 10 совпадения, который и открывает коммутатор 13, пропускающий исследуемые сигналы от блоков 6 и 7 на блок 14 разности. Пороговый элемент 15 представляет собой компаратор, срабатывающий в том случае, когда величина разности напряжений превышает определенную установку опорного напряжения.

Счетчик 16 блока: 5 индикации предназначен для накопления определенного числа (в данном случае десяти) срабатываний элемента 15 во избежание ложной сигнализации от случайных процессов и помех, то есть счетчик 16 служит количественным буфером между элементом 15 и триггером 17. Таким образом, после десяти срабатываний порогового элемента 15 срабатывает триггер 17 и включится индикатор 18, информирующий о наличии трещины в лопатке.

Сброс блоков 6 и 7 производится блоком 12 сброса, который работает

6 по принцйпу временной задержки (одно вибратор). Время задержки рассчитано соответственно геометрическим и скоростным параметрами ротора и лопаток и устанавливается вручную (в зависимости от числа оборотов ротора в данный момент) в заданных пределах, например в диапазоне 42004800 об/мин для турбоагрегата

ТК-10-НЗЛ. Запуск блока 12 сброса производится сигналом логического элемента 10 совпадения одновременно с включением коммутатора 13, Блок 5 индикации сбрасывается кнопкой вруч15 ную.

Таким образом, введение в устройство запоминающих. блоков, усилителей-ограничителей, элемента совпаде20 ния и блоков вычисления разности сигналов и сброса запоминающих блоков позволяет обнаруживать трещины на ранних стадиях их развития (до момента задевания лопаток о статор

25 турбомашины), что повышает надеж ность в эксплуатации турбомашины и предотвращает аварийные ситуации.