Устройство для дефектоскопии роторов турбин с тепловыми и уплотнительными канавками по окружности

 

Изобретение относится к области контроля металла неразрушающим методом Цель изобретения - повышение точности нахождения дефектов и надежности Цель достигается за счет того, что устройство содержит корпус захваты с опорными роликами , контролирующие датчики, устанавливаемые на выступы ротора турбины, механизмы подъема датчиков, направляющие ролики Устройство содержит в качестве контролирующих датчиков 9, 10 вихретоковые преобразователи, обеспечивающие контроль выступов и тепловой канавки ротора одновременно , двухконтактный термоэлектрический преобразователь 22, контролирующий температуру датчиков, второй механизм 51 подъема , взаимодействующий с датчиками при нагреве, механизм подъема и фиксации устройства на рототе 2 ил сл С о 4 О О W 4 U 12

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 29/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

25

° аеаеЗ (21) 4697889/28 (22) 31.05.89 (46) 07.04.91, Бюл. ¹ 13 (71) Уральский филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского института им. Ф.Э. Дзержинского (72) И.А. Пермитин, В.А. Агафонов и В.П. Шуховцев (53) 620.179,16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 785724, кл. G 01 N 27/82, G 01 N 29/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1368770, кл. G 01 N 29/04, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕФЕКТОСКОПИИ

РОТОРОВ ТУРБИН С ТЕПЛОВЫМИ И УПЛОТНИТЕЛ6НЫМИ КАНАВКАМИ ПО ОКРУЖНОСТИ

„„ЯЦ „„1640634 А1 (57) Изобретение относится к области контроля металла неразрушающим методом.

Цель изобретения — повышение точности нахождения дефектов и надежности. Цель достигается за счет того. что устройство содержит корпус, захваты с опорными роликами, контролирующие датчики, устанавливаемые на выступы ротора турбины, механизмы подъема датчиков, направляющие ролики. Устройство содержит в качестве контролирующих датчиков 9, 10 вихретоковые преобразователи, обеспечивающие контроль выступов и тепловой канавки ротора одновременно, двухконтактный термоэлектрический преобразователь 22, контролирующий температуру датчиков, второй механизм 51 подьема, взаимодействующий с датчиками при нагреве, механизм подъема и фиксации устил.

1640634

55

Изобретение относится к контролю металла неразрушающим методом, а именно к устройствам для дефектоскопии роторов турбин с тепловыми и уплотнительными канавками по окружности, и может быть использовано в теплоэнергетике и в энергетическом машиностроении.

Цель изобретения — повышение точности нахождения дефектов и надежности измерений.

На фиг. 1 схематично изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — головка датчика и двухконтактный термоэлектрический преобразователь.

Устройство содержит корпус 1, установленные на нем опорные ролики 2, захваты 3 и 4, выполненные в виде встречно направленных стержневых звеньев, снабженных гильзами 5 и установленных на пальцах 6 корпуса 1, пружины 7 захватов 3 и 4, установленные в корпусе 1, опорные ролики 8 .на захватах 3 и 4, первый и второй контролирующие датчики 9 и 10, устанавливаемые на выступы 11 ротора 12 турбины, третий контролирующий датчик 13, устанавливаемый в тепловой канавке 14 ротора 12 турбиПервый и второй контролирующие датчики 9 и 10 установлены на штоках 15 с пружинами 16, поджимающими контролирующие датчики 9 и 10 к контролируемой поверхности ротора 12, третий датчик 13 установлен на штоке 17 и поджат к контролируемой поверхности канавки 14 пружиной 18. Пружины 16 и 18 датчиков 9, 10, 13 размещены в корпусе 1. Контролирующие датчики 9, 10, 13 выполнены в виде вихретоковых преобразователей с ферромагнитным сердечником, имеющих повышенную чувствительность в ограниченной зоне контроля за счет локализации магнитного потока, с измерительной головкой в форме шарика i9, На штоках 15 датчиков 9, 10 закреплены упоры 20, на штоке 17 датчика

13 — траверса 21 и двухконтактный термоэлектрический преобразователь 22 с первой

23 и второй 24 контактными головками, соприкасающимися со штоком 17. Преобразователь 22 установлен на штоке 17 над измерительной головкой датчика 13 на расстоянии, превышающем размер высбты тепловой канавки 14, направляющие ролики 25 и 26, входящие в процессе контроля в тепловые канавки 14 ротора 12 и установленные с возможностью вращательного движения во втулках 27 корпуса 1, имеют размер диаметра, превышающий размер измерительной головки третьего вихретокового преобразователя 13, первый механизм подъема датчиков, выполненный в виде

45 электромагнита, включающего катушку 28, стопор 29 и якорь 30, укрепленный на штоке

17 третьего вихретокового преобразователя

13. Якорь 30 связан с гидравлическим амортизатором, выполненным в виде гидроцилиндра 31 и поршня 32, имеющего сквозное дроссельное отверстие 33, полости 34 и 35 над поршнем и под поршнем. Якорь 30 имеет продольный паз 36, в который входит направляющий штифт 37, закрепленный на корпусе 1 и препятствующий повороту якоря 30 вокруг оси. Дисковая насадка 38 установлена на штоке 17, соединенном с телескопическим индикатором 39, установленным на корпусе 1. Панель 40 на которой расположены светодиодные указатели: первый 41, второй 42, третий 43, стержневые наконечники 44 ферромагнитных сердечни- ков, на которых плотно посажены измерительные головки 19 датчиков 9, 10, 13, отсек

45 в корпусе 1: для размещения токоприводов к датчикам 9, 10, 13 и к двухконтактному термоэлектрическому преобразователю 22, изолирующую уплотнител ьную накладку 46, отделяющую гидравлический амортизатор от электромагнита, рукоятку 47, кронштейн

48 на корпусе 1, связанный, например, винтами 49 с траверсой 50 второго механизма

51 подъема, включающего двигатель 52, зубчатую пару, состоящую из зубчатых колес

53, 54, при этом число зубьев на колесе 53 больше числа зубьев на колесе 54, гайку 55, встроенную в колесо 54 и соединенную с винтом 56, имеющим кольцевой касадок 57, входящий в стакан 58 на траверсе 50, обойму 59, направляющие втулки 60 и 61, в которых размещены траверса 50 и винт 56, обойму 59, установленную на шариковых опорах 62, расположенных, например, на раме 63 балансировочного станка, диски 64 на роторе 12.

Устройство работает следующим образом.

С помощью рукоятки 47 устройство устанавливают на.ротор 12 турбины, при этом захваты 3 и 4 пружинами 7 прижаты к корпусу 1, а опорные ролики 8, расположенные на захватах с возможностью установки на ротор ниже его горизонтальной оси а, приближены к вертикальной оси б, Нажатием сверху вниз на рукоятку 47 разводят в стороны ролики 8. Под действием усилия на рукоятке 47 захваты 3 и 4 отодвигаются от корпуса 1, своими гильзами 5 перемещаются по пальцам 6 корпуса 1, и пружины 7 сжимаются. В положении наибольшего поджатия пружин 7, когда расстояние между опорными роликами 8 соответствует диаметру выступов 11 ротора 12, устройство опускается на ротор турбины. При опуска1640634.нии устройства и после перехода роликами

8 плоскости, проходящей по оси а, ролики сближаются, расстояние между ними уменьшается, пружины 7 незначительно раСтягиваются, и сила пружины уменьшается. После того, как опорные ролики 2 на корпусе 1 коснутся поверхности выступов

11, а ролики 8 займут рабочее положение на отметках ротора ниже оси а, пружины 7 будут обеспечивать поджим роликов 2 и 8 к выступам 11 ротора 12 с расчетным усилием. После установки устройства на ротор 12 корпус винтами 49 на кронштейне 48 соединяют с траверсой 50 механизма 51 подьема, благодаря чему обеспечивается фиксированное положение устрйоства на роторе 12, соответствующее положению оси датчика 13 в плоскости оси б ротора 12, При установке устройства на ротор 12 в тепловую канавку 14 входят направляющие ролики 25 и 26, препятствующие повороту устройства на роторе, Одновременно на выступы 11 ротора 12 устанавливаются первый 9 и второй 10 датчики, которые под действием пружин 16 на штоках 15 прижимаются своими измерительными головками к выступам 11, и в канавку 14 устанавливается третий датчик 13, который под действием пружины 18 на штоке 17 прижимается своей измерительной головкой к контролируемой поверхности. Так как.датчиком 13 производятся наиболее ответственные измерения в глубине канавки, в которой, как правило, появляются микроповреждения и трещины, наличие контакта датчика 13 с поверхностью канавки 14 контролируется визуально по шкале телескопического индикатора 39, соединенного с дисковым насадком 38 на штоке 17.

После установки устройства в рабочее положение ротор 12 получает вращательное движение. При вращении ротора устройство, соединенное траверсой 50 с механизмом 51 подъема, в том числе датчики 9, 10, 13, находятся в неподвижном состоянии, а ролики 2 на корпусе 1 и ролики 8 на захватах

3 и 4, прижатые к поверхности ротора, получают вращательное движение.

При вращательном движении ротора вихретоковые преобразователи 9, 10, 13, прижатые к контролируемым поверхностям пружинами 16 и 18 и имеющие высокую степень чувствительности в зоне контроля, сканируют по окружности поверхность выступов 11 и канавку 14, Так кэк каждым датчиком осуществляется локальный контроль, поверхности, на которой.он установлен, датчик 9 контролирует наличие дефектов на выступе с одной стороны канавки 14, датчик 10 — на выступе с другой

10

20 щихся поверхностей. В результате действия сил сухого трения между деталями происхо30

35 лу с контактной головки 24 включается электромагнит, при этом подается напряже55 .ние на катушку 28, и якорь 30 перемещается

50 стороны и датчик 13 контролирует наличие дефектов на дне канавки 14, где в результате концентрации напряжений образуются трещины.

Наличие в устройстве группы яихретоковых преобразователей повышает чувствительность устройства, при этом каждый преобразователь в отдельности в результате сужения эоны контроля обеспечивает точное нахождение дефектов, расположенных кэк на том или другом выступе, так и в канавке ротора турбины.

При вращении ротора между измерительными головками датчиков 9, 10, 13, не имеющими возможности вращательного движения, и контролируемой поверхностью возникают силы трения скольжения, обусловлен н ые шероховатостью соп рикасаюдит выделение тепла и нагрев измерительных головок датчиков 9, 10, 13, вызывающие изменение импульса измерительного преобразователя, что влечет за собой ложное срабатывание дефектоскопа на дефект. Тепло от измерительных головок передается штокам 15 и 17, которые также нагреваются.

Температура нагрева контролируется двухконтактным термоэлектрическим преобраэователем 22, установленным на штоке

17 датчика 13, при этом допустимому значению температуры, регистрируемому первой контактной головкой 23, соответствует свечение зеленого цвета на первом светодиодном указателе 41, Уменьшению степени нагрева измерительной головки датчика 13 способствуют направляющие ролики 25 и

26, входящие в канавку 14 и имеющие диаметр, превышающий размер измерительной головки датчика. При возможных осевых смещениях устройства на роторе с боковыми стенками канавки 14 соприкасаются направляющие ролики 25 и 26, предохраняя от соприкосновения со стенкой канавки датчик 13.

Так как на роторе производят многократные измерения канавок, степень нагрева датчика 13 возрастает.

При значении температуры датчика 13 выше допустимого и редела, регистрируемого второй контактной головкой 24, по сигнавверх до упора в стопор 29.

Вместе с якорем 30 перемещается в осевом направлении связанный с ним шток 17 и установленные на нем датчик 13, двухконтактный термоэлектрический преобразователь 22, траверса 21, поршень 32 в

1640634

35

55 гидроцилиндре 31 и дисковой насадок 38.

При движении поршня 32 жидкость из полости 34 перетекает в полость 35 под поршнем через дроссельное отверстие 33 поршня 32, Осевое перемещение штока 17 без поворота вокруг оси обеспечивает направляющий штифт.37, скользящий по продольному пазу

36 якоря 30.

В результате перемещения штока 17 измерительная головка датчика 13 отрывается от контролируемой поверхности в канавке

14, а пружина 18 на штоке 17 сжимается, При движении штока 17 вверх траверса 21 подходит к упорам 20 на штоках 15, воздействует на них и перемещается вместе со штоками 15 вверх, при этом датчики 9 и 10 также отрываются от выступов 11 ротора 12, а пружины 16 сжимаются. При отводе от контролируемых поверхностей датчики 9, 10, 13 отключаются от дефектоскопов, В результате действия механизма подъема датчиков их измерительные головки выводятся из соприкосновения с контролируемыми поверхностями ротора 12 и охлаждаются в воздушной среде, При повышении температуры выше допустимых значений погасает первый светодиодный указатель 41 зеленого цвета и по сигналу со второй контактной головки 24 преобразователя 22 включается второй светодиодный указатель 42 красного цвета, а при включении электромагнита по сигналу с контактной головки 24 одновременно включается светодиодный указатель желтого цвета. Степень отвода датчиков от поверхности ротора контролируется также визуально по шкале телескопического индикатора 39, который при перемещении штока 17 и закрепленного на нем насадка

38 изменяет свое положение.

В результате подъема датчики 9, 10, 13, измерительные головки которых отведены от ротора 12, охлаждаются в потоке воздуха, создаваемом вращающимся ротором. Происходит интенсивный отвод тепла от измерительных головок и от штоков 15 и 17 одновременно, Температура датчиков снижается, и при выходе в интервал допустимых значений, контролируемых контактной головкой 23 термоэлектрического преобразователя 22, процесс охлаждения датчиков заканчивается, Наличие в устройстве узлов, контролирующих температуру датчиков и механизма подъема, отводящего при нагреве датчики от поверхности, обеспечивает работу датчиков в оптимальном тепловом режиме с высокой чувствительностью, предохраняет датчики от перегрева и выхода из строя, обеспечивает повышение долговечности измерительных узлов и надежности измерений. Необходимость введения в устройство узла контроля температуры датчиков, взаимодействующего с механизмом отвода датчиков от поверхности ротора, приобретает существенное значение при проведении контроля роторов с канавками неодинаковой глубины, например, на переднем концевом уплотнении ротора высокого давления турбины T-100-130 чередуются канавки глубиной 15 и 7 мм. Разница в глубине канавок при установке датчика в мелкую канавку вызовет большее, по сравнению с глубокой канавкой, сжатие пружины 18 датчика 13, в результате чего усилие поджатия его измерительной головки к поверхности ротора возрастает, при этом возрастают силы трения скольжения и интенсивность нагрева датчика.

После охлаждения датчиков 9, 10, 13 электромагнит выключается, снимается напряжение с катушки 28, и якорь 30 под действием сжатых пружин 16 и 18 на штоках 15 и 17 отрывается от стопора 29 и опускается вниз. Вместе с якорем опускается поршень

32 в гидроцилиндре 31, насадок 38, телескопический индикатор 39, шток 17, траверса

21, упоры 20 на штоках 15, штоки 15 и датчики 9, 10, 13, Так как после отключения электромагнита на якорь 30 действуют одновременно усилия сжатых пружин 16 и 18, способных быстро вернуть датчики в исходное положение, плавную посадку датчиков на контролируемые поверхности обеспечивает гидравлический амортизатор. в котором при движении вниз поршня 32 жидкость из полости 35 гидроцилиндра 31 через сквозное дроссельное отверстие 33 в поршне 32 медленно перетекает в полость

34 над поршнем. После плавной установки датчиков на поверхность ротора и подключения датчиков к дефектоскопам процессы контроля, перемещения датчиков для охлаждения и возвращение их в рабочее положение производятся в описанном порядке.

Благодаря захватам 3 и 4, плотно охватывающим ротор 12 с помощью пружины 7, опорных роликов 8 и роликов 2 на корпусе

1, устройство легко устанавливается на ротор между дисками 64, при этом между дисками ротора устанавливаются все измерительные узлы и детали, укрепленные на корпусе 1. При установке устройства между дисками не требуется проводить дополнительных операций, например по регулированию и креплению измерительных узлов на роторе, а наличие направляющих роликов 25 и 26 позволяет легко вводить в канавку 14 датчик 13, так как раЗмер его измерительной головки меньше размерадиаметра раликов 25 и 26.

1640634

Выведенные эа пределы дисков 64 рукоятка 47, подъемные механизмы, панель со светодиодными указателями и телескопический индикатор создают удобство в работе и обслуживании, а также обеспечивают условия для безопасного ведения измерений на роторе турбины.

После проведения контроля одной из канавок 14 для измерения следующей канавки включается второй механизм 51 подьема, в котором двигатель 52 через зубчатую пару 53 и 54 и гайку 55 перемещают винт в осевом направлении во втулке 61, при этом его кольцевой насадок 57 в стакане 58 соприкасается с траверсой 50 и перемещает ее вверх в направляющей втулке 60. Траверса 50, связанная с корпусом 1, перемещает устройство в осевом направлении вверх.

При движении корпуса 1 вверх датчики 9 и

10, 13 отрываются от контролируемой поверхности, датчик 13 и направляющие ролики 25, 26 выводятся из канавки 14, опорные ролики 2 отодвигаются от уступа 11 ротора

12, На поверхности ротора 12 остаются опорные ролики 8 на захватах 3 и 4.

После подъема корпуса 1 на заданном расстоянии по высоте двигатель 52 выключается, и устройство удерживается в поднятом положении траверсой 50 и винтом 56.

Устройство в поднятом положении с помощью обоймы 59 перемещают по шариковым опорам 62 на раме 63 балансировочного станка вдоль оси ротора

12 до следующей канавки, путем реверса двигателя 52 опускают механизм 51 подъема в исходное положение на вновь контролируемую поверхность, В рабочем положении между кольцевым насадком 57 винта 56 механизма 51 подъема и траверсой

50 устанавливают зазор, благодаря которому устройство опирается на ротор турбины с помощью опорных роликов 2 и 8.

При частых перестановках устройства на роторе для ускорения процесса подъема и опускания устройства диаметр зубчатого колеса 53 механизма 51 подъема больше диаметра колеса 54, в связи с чем повышается скорость вращения колеса 54 и скорость перемещения винта 56, соединенного с гайкой 55.

Ускорение операций подьема и опускания устройства на ротор с применением механизма подьема, а также перемещение устройства вдоль оси ротора по шариковым опорам на раме балансировочного станка

15

20.станок с рамой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 25

55 способствует повышению производительности контроля.

При невозможности обеспечить вращательное движение ротору 12 механизм 51 подъема вместе с траверсой 50 отсоединяют от кронштейна 48 на корпусе 1. Для проведения контроля на неподвижном роторе устройство поворачивают вокруг его оси с помощью рукоятки 47.

Формула изобретения

Устройство для дефектоскопии роторов турбин с тепловыми и уплотнительными канавками по окружности, содержащее корпус с укрепленными на нем пальцами, захват с опорными роликами, первый и второй контролирующие датчики, первый механизм подъема контролирующих датчиков, направляющие ролики, балансировочный что, с целью повышения точности нахождения дефектов и надежности измерений, оно снабжено третьим контролирующим датчиком, штоками, на которых установлены контролирующие датчики, первой траверсой, двухконтактным термоэлектрическим преобразователем, гидравлическим амортизатором. телескопическим индикатором вторым механизмом подъема с укрепленной на нем второй траверсой, светодиодными указателями, рукояткой и кронштейном, контролирующие датчики подпружинены и выполнены в виде вихретоковых преобразователей, штоки первого и второго датчиков снабжены упорами, двухконтактный термоэлектрический преобразователь и первая траверса укреплены на штоке третьего датчика, первый механизм подъема контролирующих датчиков выполнен в виде электромагнита, якорь которого укреплен на штоке третьего контролирующего датчика и связан с гидравлическим амортизатором, выполненным в виде гидроцилиндра, поршня со сквозным дроссельным отверстием, выходящим на телескопический индикатор, второй механизм подъема выполнен в виде двигателя, зубчатой пары, гайки, винта, направляющих втулок и обоймы, установленной на раме балансировочного станка, захваты выполнены в виде встречно направленных подпружиненных стержневых звеньев с гильзами, установленных на пальцах корпуса, а рукоятка и кронштейн связаны траверсой второго механизма подьема и укреплены на корпусе., 1640634

Составитель Т. Головкина

Редактор C.Ïàòðóøåâà Техред М.Моргентал Корректор б,Ципле

Заказ 1015 Тираж 400 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yn,Ãàãàðèíà, 101