Устройство для испытания лопаток турбомашины



Устройство для испытания лопаток турбомашины
Устройство для испытания лопаток турбомашины

 


Владельцы патента RU 2490626:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для испытаний аэродинамических конструкций, в частности для определения характеристик лопаток турбины с помощью измерения деформаций, путем использования активного сопротивления электрических тензометров. Устройство содержит рабочее колесо с лопатками, хвостовики которых зафиксированы замковым соединением в кольцевом пазе на диске, по меньшей мере, одна из которых является испытываемой лопаткой, датчик и электрические провода, провода закреплены по поверхности пера, хвостовика и в отверстии полки лопатки, соединены с датчиком, установленным на поверхности пера лопатки и соединены со средством передачи сигнала на регистрирующий прибор. В качестве датчика оно содержит тензорезистор. В днище кольцевого паза выполнено, по меньшей мере, одно углубление и сообщающиеся с ним два отверстия для прокладки проводов на лицевую и заднюю сторону диска. Длина углубления равна не менее половины толщины хвостовика, при этом на лицевой стороне диска выполнено соединение проводов, идущих от датчика и от средства передачи сигнала. Толщина углубления должна быть равна не менее двух диаметров электрических проводов, количество углублений, сообщающихся с отверстиями в кольцевом пазе диска, равно количеству испытываемых лопаток. Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении точности оценки состояния лопатки, улучшении возможности балансировки и увеличении ресурса турбины. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для испытаний аэродинамических конструкций, в частности, для определения характеристик лопаток компрессора и турбины с помощью измерения деформаций, путем использования активного сопротивления электрических тензометров.

При работе турбомашины, возникающие динамические нагрузки вращающихся деталей, например лопаток и диска на роторе турбомашины, могут привести к серьезным повреждениям. Поэтому необходимо такие конструктивные элементы перед рабочим использованием или в процессе работы с заданной периодичностью проверять на дефекты или трещины, вызванные коррозионным растрескиванием или их вибрационными установочными характеристиками возникающих при работе заложенных при проектировании турбомашины.

Основания лопаток турбомашины, которые размещены на роторе с фиксацией замковым соединением от проворачивания в кольцевом пазе на диске, по экономическим причинам целесообразно не проверять путем разборки ротора или демонтажа лопаток турбомашины. Такие испытания осуществляют с помощью различных методов контроля с использованием различных типов датчиков. Однако в качестве поверхности для размещения датчиков часто может использоваться только поверхность пера лопаток на боковых стенках диска колеса. Часто доступность к поверхности для размещения датчиков на перьях лопаток внутри турбомашины ограничена соседними контурами ротора.

Наиболее близким, по назначению и достигаемому техническому результату, является известное устройство для испытания лопаток турбомашины, содержащее рабочее колесо с лопатками, хвостовики которых зафиксированы замковым соединением в кольцевом пазе на диске по меньшей мере, одна из которых является испытываемой лопаткой, датчик и электрические провода, провода закреплены по поверхности пера, хвостовика и в отверстии полки лопатки, соединены с датчиком, установленным на поверхности пера лопатки и соединены со средством передачи сигнала на регистрирующий прибор [RU №2349911, МПК G01N 29/04, опубл. 20.03.2009 г.].

Недостатками устройства является сложность использования датчиков ультразвукового контроля, особенно в недоступной внутренней области ротора. Воспроизведение результатов ультразвукового контроля наталкивается на проблемы распространения звука на пути до отражателей и фиксирующих устройств, а именно конфигурация пера лопатки, геометрия диска колеса существенно влияют на идентичность результатов измерения.

Задачей изобретения является создание устройства для испытания и оценки состояния лопатки турбины в смонтированном состоянии на роторе.

Ожидаемый технический результат - упрощение сборки конструкции, повышение точности оценки состояния лопатки, улучшение возможностей балансировки и повышение ресурса турбины.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для испытания лопаток турбомашины, содержащем рабочее колесо с лопатками, хвостовики которых зафиксированы замковым соединением в кольцевом пазе на диске, по меньшей мере, одна из которых является испытываемой лопаткой, датчик и электрические провода, провода закреплены по поверхности пера, хвостовика и в отверстии полки лопатки, соединены с датчиком, установленным на поверхности пера лопатки и соединены со средством передачи сигнала на регистрирующий прибор, по изобретению в качестве датчика оно содержит тензорезистор, в днище кольцевого паза выполнено, по меньшей мере, одно углубление и сообщающиеся с ним два отверстия для прокладки проводов на лицевую и заднюю сторону диска, длина углубления равна не менее половины толщины хвостовика, при этом на лицевой стороне диска выполнено соединение проводов идущих от датчика и от средства передачи сигнала. Толщина углубления должна быть равна не менее двух диаметров электрических проводов, количество углублений сообщающихся с отверстиями в кольцевом пазе диска равно количеству испытываемых лопаток.

Использование в качестве датчиков тензорезисторов, исключает проблемы непредсказуемого искажения сигнала при отражении. Паз, выполненный в днище диска и сопряженный с двумя отверстиями, позволяет обеспечить сохранность электрических проводов от перетирания при сборке и эксплуатации ротора турбины. Отверстия, сопряженные с пазом и выходящие на лицевую и заднюю сторону диска, позволяют перепускать провода идущие с различных позиций машины на одну из сторон диска, наиболее удобную для выполнения электрического соединения тензорезистора со средством передачи сигнала, при сборке ротора.

Толщина углубления не может быть менее двух диаметров электрических проводов, поскольку к тензорезистору необходимо подвести две жилы подводящего провода. Длина углубления должна быть не менее половины толщины хвостовика лопатки, поскольку только в этом случае можно обеспечить прокладку проводов с напуском без повреждения, возникающего при колебании лопаток в процессе работы. Количество углублений сообщающихся с отверстиями, выполненных в кольцевом пазе диска, должно равняться количеству испытываемых лопаток. Допустимо использование одного углубления для двух и более лопаток.

Фиг.1 - схема установки тензорезистора вид в продольной плоскости к оси ротора.

Фиг.2 - схема выполнения углубления в пазе диска рабочего колеса. Рабочее колесо турбомашины в устройстве для испытания лопаток, выполненной в виде пера лопатки 1, хвостовика 2, полки 3, отверстия в полке 4, установленной на диске 5, в кольцевой паз 6, углубление 7 в пазе диска 5, отверстие 8 в диске для вывода провода на лицевую сторону, отверстие 9 в диске для вывода провода на заднюю сторону, тензорезистор 10, провод датчика 11, удлинительные провода 12 от средства передачи сигнала, место сварки проводов 13.

Датчик-тензорезистор 10 и провода 11 датчика наклеиваются на перо лопатки 1. Провода 11 прокладываются через отверстие 4 в полке 3, и прокладываются по хвостовику 2 лопатки в углубление 7 в пазе диска 5 к месту соединения сваркой 13. Удлинительные провода 12 от средства передачи сигнала на регистрирующий прибор (на фигурах не показаны) прокладываются через отверстия 8 и 9 и углубление 7 в пазе диска 5 к месту сварки проводов 13.

При работе турбомашины в рабочих лопатках, из-за действия аэродинамических и центробежных сил, возникают механические напряжения, и лопатки деформируются. Вместе с лопаткой деформируется и тензорезистор, при этом изменяется его электрическое сопротивление, вследствие чего изменяется электрический сигнал, приходящий на регистрирующий прибор. Регистрирующий прибор считывает сигнал и строит спектрограммы изменения механических напряжений, по характеру изменения спектрограмм оценивают состояние лопатки.

Использование изобретения позволяет без разборки ротора компрессора оценить свойства лопаток в условия максимально приближенных к рабочим условия, повысить точность оценки состояния лопатки, упростить сборку конструкции, улучшить возможности балансировки и увеличить ресурс турбины.

1. Устройство для испытания лопаток турбомашины, содержащее рабочее колесо с лопатками, хвостовики которых зафиксированы замковым соединением в кольцевом пазе на диске, по меньшей мере, одна из которых является испытываемой лопаткой, датчик и электрические провода, провода закреплены по поверхности пера, хвостовика и в отверстии полки лопатки, соединены с датчиком, установленным на поверхности пера лопатки, и соединены со средством передачи сигнала на регистрирующий прибор, отличающееся тем, что в качестве датчика оно содержит тензорезистор, в днище кольцевого паза выполнено, по меньшей мере, одно углубление и сообщающиеся с ним два отверстия для прокладки проводов на лицевую и заднюю сторону диска, длина углубления равна не менее половины толщины хвостовика, при этом на лицевой стороне диска выполнено соединение проводов, идущих от датчика и от средства передачи сигнала.

2. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что толщина углубления равна не менее двух диаметров электрических проводов.

3. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что количество углублений, сообщающихся с отверстиями в кольцевом пазу диска, равно количеству испытываемых лопаток.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контролю безопасности рельсового пути и предназначено для дистанционного обнаружения отклонений его параметров от нормальных, вызванных нарушением структуры рельсов и появлением опасных объектов в полотне.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути. .

Изобретение относится к области контроля пьезокерамических элементов и приборов с использованием пьезокерамических элементов на наличие дефектов в них в процессе изготовления и может быть использовано на предприятиях-изготовителях пьезокерамических элементов и на предприятиях, изготавливающих приборы с использованием пьезокерамических элементов.

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и предназначено для диагностики состояния трубопроводов, используемых при добыче или для транспортировки нефти или газа, а именно для обнаружения и определения размеров различных типов неоднородных образований (структурных неоднородностей) на внутренних и внешних поверхностях стенки трубопровода.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля качества труб и может быть использовано в любой отрасли промышленности как при изготовлении, так и при эксплуатации труб, например при прокладке газо- и нефтепроводов.

Изобретение относится к инфразвуковой диагностике и предназначено для использования в стационарных ледостойких морских платформах башенного типа. .

Изобретение относится к электроэнергетике и может найти применение для дистанционного контроля высоковольтного энергетического оборудования, находящегося под напряжением.

Изобретение относится к области ультразвукового контроля сварных соединений, в частности к контролю тонких сварных соединений с ограниченной шириной поверхности ввода-приема ультразвуковых колебаний вдоль соединений, и может найти широкое применение в машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции из немагнитных материалов, например: из полимерных композиционных материалов (угле-, стекло-, органопластиков и других) в авиационной, судостроительной и других отраслях машиностроения

Изобретение относится к способу и системе для обнаружения дефектов в стенке трубы, содержащим ультразвуковой преобразователь, приспособленный для излучения через выходное отверстие ультразвуковых сигналов из внутренней части трубы в направлении ее стенки и для приема через входное отверстие сигналов обратного рассеяния от ее стенки

Использование: для измерения остаточных напряжений в ободьях цельнокатаных железнодорожных колес. Сущность: заключается в том, что излучают в боковую стенку обода ультразвуковыми датчиками две акустические волны поперечной поляризации, направления колебаний в которых ориентированы в радиальном и окружном направлениях, измеряют время их распространения между боковыми стенками обода с последующим расчетом остаточных напряжений, при этом дополнительно из колеса той же партии, к которой относится исследуемое колесо, вырезают образец в виде секторной части обода и излучают в его боковую стенку две акустические волны поперечной поляризации, направления колебаний в которых ориентированы в радиальном и окружном направлениях, измеряют времена их распространения между боковыми гранями сектора обода и рассчитывают остаточные напряжения по соответствующему математическому выражению. Технический результат: повышение точности измерения значений остаточных механических напряжений ультразвуковым методом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что щуп (2) расположен внутри отверстия (26) и проходит в аксиальном направлении (L). Щуп (2) имеет множество расположенных в аксиальном направлении (L) следом друг за другом и на расстоянии друг от друга сенсорных колец (81-88), которые располагаются в плоскости перпендикулярно аксиальному направлению (L), и множество расположенных на расстоянии друг от друга ультразвуковых преобразователей (10). Ультразвуковые преобразователи (10) расположены в сегменте (30) соответствующего сенсорного кольца (81-88), который в направлении по периферии соответствующего сенсорного кольца (81-88) располагается, по меньшей мере, на одном участке периферии соответствующего сенсорного кольца (81-88). Для ультразвуковой дефектоскопии исследуемого объекта (6) исходящий от ультразвуковых преобразователей (10) сегмента (30) сенсорного кольца (81-88) ультразвуковой контрольный импульс вводится в исследуемый объект (6). Затем несколько эхо-сигналов (20) принимаются первым и вторым ультразвуковыми преобразователями (10), причем эти ультразвуковые преобразователи расположены на расстоянии друг от друга. Эхо-сигналы (20) вызваны отражением введенного ультразвукового контрольного импульса от одного и того же имеющегося в исследуемом объекте (6) дефекта (16). Технический результат: уменьшение времени проведения контроля исследуемого объекта, имеющего проходящее в аксиальном направлении высверленное отверстие, а также повышение достоверности при обнаружении и анализе дефектов. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: для выявления внутренних расслоений стенок труб. Сущность заключается в том, что осуществляют подготовку поверхности трубы к ультразвуковому контролю, сканирование ее ультразвуковым преобразователем, подключенным к прибору, и выявление мест расслоений по показаниям прибора, при этом на контролируемую поверхность наносят координатную сетку, выполняют измерения толщины стенки трубы в каждой ячейке координатной сетки последовательно двумя преобразователями с разными рабочими частотами, определяют наличие внутреннего расслоения на основании разности значений толщины стенки, регистрируемых в каждой ячейке координатной сетки двумя преобразователями, и изменения количества ячеек со значениями толщины, составляющими 20…80% от номинального значения толщины стенки трубы. Технический результат: повышение точности выявления внутренних расслоений стенок труб при наличии доступа только к наружной поверхности трубы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Использование: для контроля средних параметров волокон в волоконной массе. Сущность заключается в том, что волоконную массу заданного веса прочесывают, формируют в ленту, пропускают через фильеру, снабженную акустическими датчиками, и последовательно расположенные по направлению движения ленты, пластины воздушного конденсатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, объективности и оперативности контроля датчики акустических колебаний и пластины воздушного конденсатора располагают взаимно перпендикулярно друг другу в плоскости, нормальной к направлению движения ленты, воздушный конденсатор включают в колебательный контур генератора акустических колебаний, подстройкой индуктивности в LC-контуре или резистора в RC-контуре добиваются требуемой опорной частоты генерируемых акустических колебаний на эталонном образце волоконной массы, пропускают через указанную систему акустических датчиков и конденсатора контролируемую волоконную массу в виде ленты, а о средних параметрах волокон судят по среднему акустическому сигналу и среднему отклонению частоты излучаемых колебаний от опорной по всей длине контролируемой ленты. Технический результат: повышение точности, объективности и оперативности контроля.

Использование: для контроля средних параметров волокон в волоконной массе. Сущность: заключается в том, что подготавливают три пакета прочеса волокна: два пакета волокна, принятого за эталон, и один - контролируемого волокна, причем один пакет из эталонного волокна должен иметь количество слоев, обеспечивающий максимальное, а второй - обеспечивающий минимальное изменение акустического сигнала в диапазоне контроля, из пакетов эталонного и контролируемого волокна вырезают требуемое количество образцов заданного размера и конфигурации, все полученные образцы выдерживают необходимое время в одинаковых климатических условиях, закладывают в кассету с двумя ячейками, первая из которых служит для закладки эталонного образца, а вторая, имеющая акустически прозрачные крышки-обкладки воздушного конденсатора, для закладки контролируемого образца, закладывают в первую ячейку эталонный образец с максимальным количеством слоев, во вторую закладывают эталонный образец с минимальным количеством слоев, прозвучивают последовательно первую и вторую ячейки, калибруют диапазон контроля акустического сигнала, затем эталонное волокно из второй ячейки заменяют на контролируемое, прозвучивают, по показаниям импеданса и известной характеристике импеданса воздушного конденсатора от веса, полученный акустический сигнал нормируют по весу до нормативного, а результат находят как отношение сигналов через максимальный эталонный образец к сигналу через контрольный образец. Технический результат: повышение точности, объективности и оперативности контроля в лабораторных условиях. 3 ил.

Использование: для ультразвукового контроля изделий. Сущность: способ, заключающийся в том, что выполняют ввод ультразвуковых колебаний в изделие, теневое прозвучивание изделия импульсами ультразвуковых колебаний и прием прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний в воздушной среде приемным преобразователем, отличается тем, что ультразвуковой контроль изделия проводят не одним, а двумя ультразвуковыми приборами или двумя блоками одного прибора, из которых один используют для излучения и ввода ультразвуковых колебаний в изделие, а другой - для приема прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний и отображения их на экране прибора, при этом работу блоков каждого из приборов не синхронизируют друг с другом, в частности, частоту следования импульсов ультразвуковых колебаний на излучающем блоке прибора устанавливают не равной, а более высокой по сравнению с частотой следования импульсов, синхронизирующих работу блоков приемного прибора, в том числе блока развертки, обеспечивающего отображение принятых ультразвуковых колебаний на экране прибора, и не кратной частоте следования синхроимпульсов, а о качестве изделия судят по наличию и амплитуде движущихся в соответствии с определенным соотношением на экране прибора импульсов. Технический результат: обеспечение возможности качественного и надежного ультразвукового контроля различных изделий.

Использование: для эхо-локации. Сущность заключается в том, что устройство для излучения и приема ультразвуковых волн содержит источник напряжения, к которому подключены последовательно в указанной очередности первый резистор, конденсатор и второй резистор, пьезоэлектрический преобразователь, одним своим выводом соединенный с «землей» источника напряжения, электронный ключ, подключенный одним выводом к точке соединения первого резистора с конденсатором, а вторым выводом к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен с «землей» источника напряжения, схему управления, выход которой подключен к управляющему входу электронного ключа, два встречно-параллельных диода, включенных параллельно третьему резистору, и приемно-усилительный тракт, вход которого подключен к первому выводу третьего резистора, при этом оно выполнено с возможностью создания на пьезоэлектрическом преобразователе перепада напряжения, превышающего напряжение источника питания, для генерации ультразвуковой волны за счет включения индуктивности, один из выводов которой подключен к точке соединения конденсатора и второго резистора, а второй вывод - к свободному выводу пьезоэлектрического преобразователя. Технический результат: повышение эффективности использования напряжения источника питания. 1 ил.
Наверх