Способ диагностирования повреждений и дефектов рабочих лопаток турбомашин
Владельцы патента RU 2326362:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (RU)
Изобретение предназначено для диагностирования повреждений и дефектов рабочих лопаток турбоагрегатов в процессе их эксплуатации и может быть использовано для индикации усталостной прочности материала лопаток, предупреждения повреждений или обрывов лопаток. Способ диагностирования повреждений рабочих лопаток заключается в том, что в корпусе турбомашины устанавливают импульсный бесконтактный датчик, на диске лопаточного колеса или роторе турбомашины располагают неподвижные возбудители, соответствующие корневым сечениям лопаток, напротив движения возбудителей на неподвижной части турбоагрегата устанавливают корневой импульсный бесконтактный датчик, в начале эксплуатационного режима для каждой лопатки измеряют временные интервалы между импульсами периферийного и корневого датчиков, измерения проводят в течение определенного времени, затем усредняют зафиксированные значения временных интервалов и получают для каждой лопатки усредненные базовые временные интервалы, которые и принимают за базовые или опорные положения периферийных частей (торцов) исправных лопаток, в последующий эксплуатационный период для каждой лопатки измеряют текущие значения временных интервалов между датчиками и усредняют соответственно для каждой лопатки полученные результаты, затем сравнивают усредненные текущие временные интервалы для каждой лопатки с соответствующими усредненными базовыми временными интервалами, после чего по величине и скорости расхождения результатов сравнения судят о возникновении и развитии повреждений или дефектов соответствующих лопаток. Такой способ позволит увеличить точность и повысить достоверность диагностирования повреждений и дефектов лопаток вращающихся колес турбомашин. 1 ил.
Предлагаемое изобретение предназначено для диагностирования дефектов и повреждений рабочих лопаток турбомашин в процессе их эксплуатации и может быть использовано в турбомашиностроении для индикации усталостной прочности материала лопаток, предупреждения повреждений или обрывов лопаток.
Известен способ определения повреждений рабочих лопаток турбомашин (Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978, с.185-188), заключающийся в том, что измеряют параметры спектра акустического излучения лопаток, регистрируют их изменения и по ним судят о возникновении дефектов или повреждений в лопатках.
Недостатками известного способа являются значительные трудности в выделении полезного сигнала на фоне помех и в однозначности идентификации диагностического признака.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ диагностирования повреждений рабочих лопаток турбомашины (патент РФ №2008438, МКИ F01D 5/12), заключающийся в том, что в корпусе турбомашины в плоскости вращения рабочего колеса устанавливают периферийный импульсный бесконтактный датчик, на диске лопаточного колеса или на роторе турбомашины располагают неподвижные возбудители, например штифты или отверстия, соответствующие корневым сечениям лопаток, напротив движения возбудителей на неподвижной части турбоагрегата (на направляющем аппарате ГТД или диафрагме паровой турбины) устанавливают корневой импульсный бесконтактный датчик, в начале эксплуатационного режима для каждой лопатки измеряют временные интервалы между импульсами периферийного и корневого датчиков и принимают их за базовые величины положений периферийных частей (торцов) лопаток, относительно которых в последующий эксплуатационный период сравнивают текущие значения временных интервалов между датчиками. Выявленные изменения временных интервалов по сравнению с базовыми величинами свидетельствуют о возникновении и развитии повреждений или дефектов соответствующих лопаток.
Недостатками известного способа являются методически обусловленная низкая точность и достоверность измерений, поскольку при определении базовых положений периферийных частей (торцов) лопаток не учитывается влияние динамических нагрузок, под действием которых лопатки всегда находятся в колебательном движении, что в свою очередь приводит к невозможности однозначного определения базовых положений торцов лопаток.
В основу изобретения поставлена задача увеличения точности и повышения достоверности диагностирования возникновения повреждений и дефектов лопаток вращающихся колес турбомашин.
Для достижения поставленной цели в способе диагностирования повреждений рабочих лопаток в корпусе турбомашины в плоскости вращения рабочего колеса устанавливают периферийный импульсный бесконтактный датчик, на диске лопаточного колеса или роторе турбомашины располагают неподвижные возбудители, например металлические штифты или отверстия, соответствующие корневым сечениям лопаток, напротив движения возбудителей на неподвижной части турбоагрегата (на направляющем аппарате ГТД или диафрагме паровой турбины) устанавливают корневой импульсный бесконтактный датчик, в начале эксплуатационного режима для каждой лопатки измеряют временные интервалы между импульсами периферийного и корневого датчиков, согласно изобретению, измерения проводят в течение определенного количества оборотов ротора турбоагрегата, затем усредняют зафиксированные значения временных интервалов и получают для каждой лопатки усредненные базовые временные интервалы, которые и принимают за базовые или опорные положения периферийных частей (торцов) исправных лопаток, в последующий эксплуатационный период для каждой лопатки измеряют текущие значения временных интервалов между датчиками и усредняют соответственно для каждой лопатки полученные результаты, затем сравнивают усредненные текущие временные интервалы для каждой лопатки с соответствующими усредненными базовыми временными интервалами, после чего по величине и скорости расхождения результатов сравнения судят о возникновении и развитии повреждений или дефектов соответствующих лопаток.
Предлагаемое техническое решение обладает новизной, т.к. авторам неизвестны признаки, фигурирующие в предлагаемом изобретении в качестве отличительных.
Увеличение точности и повышение достоверности диагностирования возникновения повреждений и дефектов лопаток вращающихся колес турбомашин в предлагаемом способе достигается за счет учета колебательного движения лопаток и в связи с этим объективно обоснованного нахождения базовых опорных положений периферийных частей (торцов) лопаток посредством усреднения для каждой лопатки необходимого количества измерений в начале эксплуатации турбомашины и последующего сравнения этих базовых уровней с усредненными текущими положениями торцов соответствующих лопаток в последующие периоды эксплуатации.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены элементы, поясняющие способ диагностирования повреждений и дефектов рабочих лопаток турбомашин.
Диагностирование повреждений и дефектов рабочих лопаток вращающегося колеса турбомашины по предложенному способу осуществляется следующим образом.
В корпусе 1 турбомашины в плоскости вращения рабочего колеса устанавливают периферийный импульсный бесконтактный датчик 2, например, емкостного или индуктивного типа, а на диске 3 лопаточного колеса или на роторе турбомашины располагают неподвижные возбудители 4, например штифты или отверстия, соответствующие корневым сечениям лопаток. Напротив движения возбудителей на неподвижной части турбоагрегата (на направляющем аппарате ГТД или диафрагме паровой турбины) устанавливают корневой импульсный бесконтактный датчик 5, например, емкостного или индуктивного типа. Регистрируют электрические импульсы, получаемые в результате взаимодействия возбудителей и торцов лопаток с импульсными датчиками. В начале эксплуатационного режима для каждой лопатки измеряют временные интервалы между электрическими импульсами периферийного и корневого датчиков, а т.к. на лопатки, кроме статических сил, действуют и динамические нагрузки, то они находятся в постоянном колебательном движении, поэтому на каждом обороте ротора турбомашины торцы лопаток будут проходить под периферийным датчиком каждый раз в иной фазе по сравнению с предыдущим оборотом, в результате значения временных интервалов между импульсными датчиками для одних и тех же лопаток будут разными. Объективным критерием выбора базового временного интервала в отсутствие каких-либо априорных статистических характеристик такого процесса, очевидно, может служить некоторая усредненная оценка разброса измеренных временных интервалов, поэтому измерения проводят в течение определенного количества (например, 1000) оборотов ротора турбоагрегата, затем усредняют зафиксированные значения временных интервалов и получают для каждой лопатки усредненные базовые временные интервалы, которые соответствуют базовым или опорным положениям периферийных частей (торцов) исправных лопаток, в последующий эксплуатационный период для каждой лопатки измеряют текущие значения временных интервалов между датчиками и усредняют соответственно для каждой лопатки полученные результаты, затем сравнивают усредненные текущие временные интервалы для каждой лопатки с соответствующими усредненными базовыми временными интервалами, после чего по величине Δ и скорости расхождения результатов сравнения судят о возникновении и развитии повреждений или дефектов соответствующих лопаток.
Способ диагностирования повреждений и дефектов рабочих лопаток турбомашин, заключающийся в том, что в корпусе турбомашины в плоскости вращения рабочего колеса устанавливают периферийный импульсный бесконтактный датчик, на диске лопаточного колеса или роторе турбомашины располагают неподвижные возбудители, например металлические штифты или отверстия, соответствующие корневым сечениям лопаток, напротив движения возбудителей на неподвижной части турбоагрегата (на направляющем аппарате ГТД или диафрагме паровой турбины) устанавливают корневой импульсный бесконтактный датчик, в начале эксплуатационного режима для каждой лопатки измеряют временные интервалы между импульсами периферийного и корневого датчиков, отличающийся тем, что измерения проводят в течение определенного количества оборотов ротора турбоагрегата, затем усредняют зафиксированные значения временных интервалов и получают для каждой лопатки усредненные базовые временные интервалы, которые и принимают за базовые или опорные положения периферийных частей (торцов) исправных лопаток, в последующий эксплуатационный период для каждой лопатки измеряют текущие значения временных интервалов между датчиками и усредняют, соответственно для каждой лопатки, полученные результаты, затем сравнивают усредненные текущие временные интервалы для каждой лопатки с соответствующими усредненными базовыми временными интервалами, после чего по величине и скорости расхождения результатов сравнения судят о возникновении и развитии повреждений или дефектов соответствующих лопаток.
