Устройство мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин

Авторы патента:

Пузырев Евгений Иванович (RU)

Шуть Геннадий Александрович (RU)

G01B21/00 - Приспособления или их детали к измерительным устройствам, не относящиеся к измерительным средствам специального назначения, упомянутым в предшествующих группах

G01B11/00 - Приспособления к измерительным устройствам, отличающиеся оптическими средствами измерения (измерительные устройства как таковые G01B 9/00)

F01D25/00 - Турбины и турбомашины (с потоками рабочего тела, направленными аксиально в противоположные стороны для уравновешивания осевого давления F01D 3/02; с движением иным, чем вращательное F01D 23/00; турбины, применяемые в специальных паросиловых установках, циклах или процессах, регулирующие устройства для них F01K)

Владельцы патента RU 2624380:

Шуть Геннадий Александрович (RU)
Пузырев Евгений Иванович (RU)

Изобретение относится к системе индикации и может быть использовано для диагностики состояния элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей на закрытой турбине, как на валоповороте, так и на полном останове турбин. Устройство мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин состоит из шлюзов для обеспечения доступа без вскрытия проточных частей паровой турбины в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, видеозондов, входящих в эндоскопический узел с регистратором, блока создания светового потока различной направленности. Все действия по определению места положения эндоскопического узла относительно получения данных с видеозондов согласуются с калиброванным синхродатчиком, размещенным стационарно на валу паровой турбины, который по обратной связи через центр обработки контролирует местоположение видеозондов относительно лопаточного аппарата и элементов проточной части. Изобретение позволяет проводить визуальную диагностику в автоматическом режиме элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей паровых турбин без вскрытия в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин. 6 ил.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является устройство для измерения эрозионного износа рабочих лопаток паровой турбины (патент РФ №2020411, МПК G01B 21/20, опубл. 30.09.1994), которое было принято за прототип. Устройство содержит эндоскоп с регистратором, импульсный источник света с узлом формирования световой или теневой полосы и систему синхронизации, входы которой подключены к датчику положения лопатки относительно эндоскопа, устанавливаемому в проточной части турбины, и к датчику задаваемого положения ротора относительно эндоскопа. В устройстве установлены система обработки информации, подключенная к выходам системы синхронизации и регистратора, и подключенный к выходу системы синхронизации блок задержки, выход которого подключен к импульсному источнику света. Датчик положения лопаток относительно эндоскопа выполнен в виде источника и приемника светового излучения, механически связанных с эндоскопом и располагаемых по одну или обе стороны рабочих лопаток турбины.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности проведения визуальной диагностики в автоматическом режиме элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей паровых турбин без вскрытия в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, отсутствие осмотра внутри турбинных устройств всех ступеней турбины.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является достижение следующего технического результата - проведение визуальной диагностики в автоматическом режиме элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей паровых турбин без вскрытия в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, и, как следствие, повышение надежности проточных частей паровых турбин, продление их срока службы, увеличение межремонтного периода и планирования необходимого объема ремонтных работ с последующим прогнозом остаточного срока службы элементов проточных частей по их фактическому состоянию.

Предлагаемое техническое решение: для индикации повреждений и износа внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин эндоскопирование выполняется по карте осмотра, определенной заводом-изготовителем, с фиксацией видео и фото внутри турбинных узлов и деталей для последующего накопления информации и ведения сравнительного анализа.

Указанная задача решается за счет того, что в устройстве функции индикации повреждений и износа системы могут выполняться как на полном останове паровой турбины, так и на валоповороте.

Проточные части паровых турбин оснащаются специальными входными штуцерами с заглушками, которые снимаются в период проведения индикации повреждений и износа внутри турбинных узлов и деталей.

Каждый канал устроен таким образом, что позволяет производить установку оборудования эндоскопирования (гибкие, полужесткие, жесткие зонды) в створе сечения ступеней паровой турбины и проводить эндоскопирование всех доступных внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин как на полном останове, так и на валоповороте.

Устройство мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин (комплексная система эндоскопирования) состоит из специальных каналов (шлюзов), предназначенных для обеспечения доступа без вскрытия проточных частей паровой турбины в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, специальных видеозондов, входящих в эндоскопический узел с регистратором, и блока создания светового потока различной направленности.

Команды управления видеозондами, которые выполняются с пульта управления, поступают через блок согласования коммутатора, где происходит обработка и усиление цифровых сигналов, в центральный компьютерный блок и запоминающее устройство.

Все действия по определению места положения эндоскопического узла относительно получения данных с видеозондов согласуются с калиброванным синхродатчиком, размещенным стационарно на валу паровой турбины и по обратной связи через центр обработки контролирущим местоположение видеозондов относительно лопаточного аппарата и элементов проточной части.

Для получения данных, объективно оценивающих состояние внутри турбинных узлов и деталей паровой турбины, в базу данных вносится паспорт первоначальных данных внутри турбинных узлов и деталей, параметров лопаточного аппарата по ступеням, их предельные критерии износа и повреждений.

Это позволяет при проведении эндоскопирования проводить сравнительный анализ состояния узлов, деталей, лопаточного аппарата проточных частей паровой турбины.

Устройство мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин имеет возможность при компоновке в определенном сочетание гибких, полужестких и жестких зондов производить эндоскопирование лопаточного аппарата на валоповороте, таким образом, что происходит видеосъемка каждой лопатки ступени в отдельности в объеме, определяемом техническими возможностями видеокамер и координатами расположения их вдоль пера лопатки.

Эти возможности могут достигаться несколькими камерами, которые захватывают всю длину лопатки при установке составного зонда эндоскопирования (фиг. 6).

Для определения координат места осмотра лопаточного аппарата ступеней паровой турбины при валоповороте на ось вала паровой турбины закрепляется жестко датчик синхронизации системы, который калибруется с контрольной меткой на валу таким образом, чтобы электронная схема полного оборота вокруг оси контрольной метки могла пересчитываться на все ступени.

Положение контрольной метки №1 на оси вала пересчитывается на положение №1 лопаточного аппарата, перемещаясь по длине лопатки по входной и выходной кромкам по всей высоте рабочей части, начиная от места установки ступени.

Датчик системы синхронизации выполнен в виде источника и приемника видеосигнала от видеокамеры эндоскопа с теневой подсветкой, механически связанных с эндоскопом и расположенных со стороны входных или выходных кромок рабочих лопаток турбины, и по обратной связи через центр обработки контролирует местоположение видеозондов относительно лопаточного аппарата и элементов проточной части.

Система содержит сложные оптические и электронные компоненты, поэтому предусмотрено само диагностирование измерительного комплекса, которое выполняется в два этапа: перед введением измерительных зондов в проточную часть паровой турбины и после установки их в рабочем состоянии.

На первом этапе тестируются все компоненты, функционирование которых можно оценить визуально: работа источника светового излучения видеоканала в непрерывном и импульсном режимах, работа источников излучения лучевого канала, работа видеокамеры в непрерывном режиме и др.

На втором этапе - правильность установки синхродатчика и юстировки зондов в различных сечениях по высоте лопатки. Если тестовый блок системы обнаруживает неисправность или ненадлежащую настройку какого-нибудь из узлов, он указывает оператору, какие необходимо принять меры для приведения комплекса в нормальное состояние.

Блок-схема устройства мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин (КСЭ) показана на фиг. 1 и состоит из пульта управления работой эндоскопами; центра обработки и накопления данных; коммутатора, блока согласования и усиления цифровых сигналов; запоминающего устройства; видеозондов эндоскопов 1-n; источников света 1-n; синхродатчика.

Схема расположения зон осмотра в проточной части ЦВД в патрубках №1-№10 показана на фиг. 2, где указаны места оснащения специальными каналами (шлюзами) для обеспечения доступа без вскрытия проточных частей паровой турбины в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, специальными видеозондами, входящими в эндоскопический узел с регистратором, блоком создания светового потока различной направленности.

На фиг. 3 показан пример схемы расположения осмотра в проточной части ЦВД в патрубках №4 и №9.

Осмотр выполняется через штуцеры в верхней половине цилиндра.

Визуальный контроль выходных кромок рабочих лопаток выполняется:

- при включенном/выключенном ВПУ - по всей высоте лопатки (точка 1) и торцевая поверхность бандажей (точка 3);

- при включенном/выключенном ВПУ - корневая часть лопатки (точка 4) в видимой части.

Визуальный контроль входных кромок направляющих лопаток выполняется при включенном/выключенном ВПУ в видимой части (точка 2).

Визуальный осмотр места установки обоймы в ЦВД - наружный в видимой части (точка 5).

Осмотр выполняется гибким эндоскопом с поворотной головкой ∅8÷10 мм, установленным в направляющих.

Направляющие имеют предохраняющие элементы, исключающие выпадение внутрь проточной части как эндоскопа, так и самих направляющих

Схема расположения зон осмотра в проточной части ЦНД в патрубках №1-№16 показана на фиг. 4, где указаны места оснащения специальными каналами (шлюзами) для обеспечения доступа без вскрытия проточных частей паровой турбины в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, специальными видеозондами, входящими в эндоскопический узел с регистратором, блоком создания светового потока различной направленности.

На фиг. 5 показан пример схемы расположения осмотра в проточной части ЦНД в патрубках №5 и №13, №6 и №14.

Для доставки эндоскопа к точкам осмотра выполняется прокладка стационарных каналов в крышках ЦНД над фланцем горизонтального разъема.

Визуальный осмотр в патрубке №5 и №13 величины износа верхней половины входных кромок рабочих лопаток и бандажей выполняется при включенном/выключенном ВПУ (точка 1).

Визуальный осмотр в патрубке №6 и №14 величины износа выходных кромок рабочих лопаток и бандажей - при включенном/выключенном ВПУ (точка 3).

Визуальный контроль в патрубке №5 и №13 - при выключенном ВПУ выходных кромок направляющих лопаток в видимой части (точка 2).

Осмотр в патрубке №5 и №13 выполняется:

- при включенном ВПУ - жестким эндоскопом с боковым адаптером ∅8÷14 мм;

- при выключенном ВПУ - гибким эндоскопом с поворотной головкой ∅8÷14 мм.

Гибкие и жесткие зонды в проточную часть заводятся по направляющим с защитой от выпадения в проточную часть.

Визуальный контроль в патрубке №6 и №14 выполняется при выключенном/выключенном ВПУ:

- входных кромок направляющих лопаток 5 ст. ЦНД (точка 4) в видимой части,

- хвостовиков рабочей лопатки (точка 5),

- состояние поверхности направляющего кольца (точка 7) в видимой части,

- места установки диафрагм в крышку (точка 8) в видимой части,

- входных козырьков диафрагм (точка 9) в видимой части.

Осмотр в патрубке №6 и №14 выполняется:

- при включенном ВПУ - жестким эндоскопом с боковым адаптером ∅8÷14 мм;

- при выключенном ВПУ - гибким эндоскопом с поворотной головкой ∅8÷14 мм.

Гибкие и жесткие зонды в проточную часть заводятся по направляющим с защитой от выпадения в проточную часть.

Следует учесть, что расположения зон осмотра в проточной части паровых турбин и проведения в них эндоскопирования отличаются конструктивными особенностями самих зон осмотра.

Для индикации повреждений и износа внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин эндоскопирование выполняется по карте осмотра, определенной заводом-изготовителем, с фиксацией видео и фото внутри турбинных узлов и деталей для последующего накопления информации и ведения сравнительного анализа.

Цель изобретения - создание устройства мониторинга для диагностики состояния элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей, обеспечивающего возможность без вскрытия паровой турбины проводить в процессе эксплуатации при полном останове или на валоповороте индикацию повреждений внутри турбинных узлов и деталей, в том числе лопаточного аппарата, что повышает надежность паровой турбины, увеличивает срок ее службы и межремонтный период.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов - системы обработки информации и блока задержки и связей между элементами, а также выполнением датчика синхронизации механически закрепленным на валу ротора турбины с установкой на нем нулевой точки и калибровкой сектора поворота вала относительно нулевых точек ступеней турбины.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что оно явным образом не следует из известного уровня техники, несмотря на то что признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, порознь известны.

Только в заявляемом комплексной системе впервые появляется возможность автоматической индикации в процессе эксплуатации всех ступеней проточных частей, внутри турбинных узлов и деталей, в том числе лопаточного аппарата, что повышает надежность паровой турбины, увеличивает срок ее службы и межремонтный период.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям охраноспособности "Новизна" и "Изобретательский уровень".

Фиг. 1 - блок-схема комплексной системы мониторинга и диагностики состояния элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей ЦВД и ЦНД.

Фиг. 2 - схема расположения зон осмотра в проточной части ЦВД паровой турбины в патрубках №1-№10.

Фиг. 3 - схема расположения осмотра в патрубках №4 и №9 проточных частей ЦВД паровой турбины.

Фиг. 4 - схема расположения зон осмотра в проточной части ЦНД в патрубках №1-№16.

Фиг. 5 - схема расположения осмотра в проточной части ЦНД в патрубках №5 и №13, №6 и №14.

Фиг. 6 - положение эндоскопа с видеозондами на последней ступени ЦНД.

Устройство мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин состоит из шлюзов для обеспечения доступа без вскрытия проточных частей паровой турбины в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, видеозондов, входящих в эндоскопический узел с регистратором, блока создания светового потока различной направленности, причем управляемые с пульта управления сигналы с видеозондов поступают через блок согласования коммутатора, в котором происходит усиление цифровых сигналов, поступающих в центральный компьютерный блок обработки и накопления данных, в запоминающее устройство, при этом все действия по определению места положения эндоскопического узла относительно получения данных с видеозондов согласуются с калиброванным синхродатчиком, размещенным стационарно на валу паровой турбины, который по обратной связи через центр обработки контролирует местоположение видеозондов относительно лопаточного аппарата и элементов проточной части.

Изобретение может быть использовано для определения абсолютных перемещений объектов. Техническим результатом является повышение точности измерения перемещений объекта при наличии препятствий на траектории его движения за счет исключения накопления погрешности при расстановке источников сигнала.

Способ измерения перемещений объекта // 2598690

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения абсолютных перемещений объектов. Способ измерений перемещений содержит этапы, на которых магнитострикционный преобразователь перемещений устанавливают на объект, вдоль траектории перемещения объекта устанавливают магниты и/или электромагниты, на каждом участке траектории обеспечивают расстановку магнитов и/или электромагнитов, определяемую изменением количества магнитов и/или электромагнитов и/или расстояния между любыми двумя магнитами и/или электромагнитами, направляют сигнал на движущийся объект с магнитострикционным преобразователем перемещений, принимают выходной сигнал с магнитострикционного преобразователя перемещений о положении магнитов и/или электромагнитов, находящихся в его диапазоне измерения, определяют положение объекта и/или преобразователя, измеряют перемещение на расстоянии, превышающем длину активной зоны магнитострикционного преобразователя.

Способ измерения перемещений объекта // 2594669

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения абсолютных перемещений объекта. Способ измерения перемещений объекта включает установку преобразователя перемещений на объект, а также установку источников сигнала вдоль траектории перемещения объекта.

Сенсор для получения спектров гигантского комбинационного рассеяния и способ его изготовления // 2537301

Изобретение относится к способу изготовления сенсора для получения спектров гигантского комбинационного рассеяния света (ГКР), который представляет собой стеклянный капилляр, на внутреннюю сторону которого нанесены наночастицы серебра.

Акустооптический способ измерения смещений // 2523780

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии. При реализации способа формируют когерентный световой поток и движущуюся периодическую структуру в прозрачной среде, расположенной в плоскости смещений.

Адаптивный датчик идентификации и контроля положения изделий повышенной надежности // 2522114

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации изделий с учетом их вида материала и термического состояния в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий.

Адаптивный датчик идентификации и контроля положения нагретых неметаллических и ненагретых неметаллических изделий // 2518977

Изобретение относится к области метрологии и предназначено для контроля положения и идентификации изделий. Адаптивный датчик содержит чувствительный элемент, образованный индуктивным чувствительным элементом, емкостным чувствительным элементом и двумя инфракрасными фотоприемниками, логический элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй блоки индикации, первый и второй диоды, точка соединения выводов катодов которых и второго входа логического элемента ИЛИ-НЕ является первым выходом адаптивного датчика, счетный триггер, прямой и инверсный выходы которого являются соответственно вторым и третьим выходами адаптивного датчика.

Адаптивный датчик идентификации и контроля положения четырех видов изделий // 2515046

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации изделий с учетом их вида материала и термического состояния в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий.

Способ определения толщины и плотности отложений в теплообменном оборудовании // 2449208

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для определения толщины и плотности отложений в оборудовании химических, нефтехимических предприятий, а также тепловых, геотермальных, атомных энергоустановок.

Устройство измерения перемещения и деформации // 2447400

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерений перемещения и деформации силоизмерительных элементов динамометров, а также при нормировании условий эксплуатации различных образцов металлоконструкций.

Способ измерения компонентов сложных перемещений объекта // 2610425

Способ измерения компонентов сложных перемещений объекта заключается в использовании связанного с контролируемым объектом тестового объекта, формировании изображения последнего в приемнике изображения, где создается шкала в виде виртуальных меток, фиксируемых в начальный такт измерения на поверхности приемника изображения в определенных заранее точках изображения тестового объекта, по перемещениям изображения относительно которых судят о перемещениях контролируемого объекта.

Устройство контроля возникновения перемещения частей конструкций сооружения // 2609746

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в устройствах по определению возникновения перемещений конструкций сооружения относительно друг друга.

Способ сканирования трубы, предназначенной для обработки на станке для лазерной резки, с использованием датчика для измерения излучения, отраженного или испускаемого трубой // 2608868

Изобретение относится к способу сканирования трубы, предназначенной для обработки на станке для лазерной резки. Способ включает этапы, на которых: а) излучают посредством режущей головки (50) станка для лазерной резки сфокусированный лазерный луч таким образом, чтобы не происходила резка или вытравливание материала трубы (Т); b) передвигают режущую головку (50) вдоль заданного направления (х) сканирования; и с) во время перемещения режущей головки (50) вдоль направления (х) сканирования детектируют посредством соответствующих датчиков (56) излучения, отраженное или излучаемое трубой (Т), и устанавливают последовательно точка за точкой, на основе сигнала, предоставляемого датчиками (56), присутствие или отсутствие материала трубы (Т).

Измерительное устройство для определения положения омега профильного компонента, вычислительный блок и способ измерения // 2607138

Способ измерения для определения положения омега-профильного компонента (2), установленного на оболочковом компоненте (1) летательного аппарата, в котором фактическое положение омега профильного компонента (2) относительно оболочкового компонента (1) определяют оптически бесконтактным образом, чтобы потом сравнивать его с заданным положением.

Устройство для линейного перемещения объекта с нанометровой точностью в большом диапазоне возможных перемещений // 2606805

Изобретение относится к точной механике и измерительной технике и может быть использовано в оборудовании для прецизионного линейного перемещения объектов. Заявленное устройство для линейного перемещения объекта с нанометровой точностью в большом диапазоне возможных перемещений включает опорную (неподвижную) часть и подвижную часть с установленным на ней объектом, привод, перемещающий подвижную часть Кроме того, заявленное устройство содержит источник монохроматического излучения, формирующий точечный источник излучения, совмещенный с передним фокусом оптической системы, формирующей параллельный пучок света с оптической осью, параллельной направлению перемещения.

Устройство контроля накопителей // 2605070

Изобретение относится к устройствам автоматического учета, контроля и обработки данных, используемых в области торговли, и направлено на расширение функциональных возможностей такого устройства.

Способ и система калибровки камеры // 2601421

Изобретение относится к способу калибровки камеры. Техническим результатом является обеспечение эффективной калибровки камеры.

Способ измерения линейных перемещений объекта // 2596774

Способ измерения линейных перемещений объекта основан на том, что лучи двух лазерных дальномеров направляют параллельно на плоскую поверхность, находящуюся на объекте измерений.

Способ измерения радиуса кривизны трубопровода по данным геодезических измерений // 2592733

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения положения трубопровода в пространстве при эксплуатации и строительстве магистральных и технологических нефте-, нефтепродуктопроводов.

Способ и система для уменьшения ошибки позиционирования ptz камеры // 2584816

Изобретение относится к области видеонаблюдения, в частности к видеонаблюдению с использованием поворотных (PTZ) камер. Техническим результатом является уменьшение ошибки позиционирования камеры и увеличение повторяемости позиционирования.

Упругодемпферная опора ротора турбомашины // 2623675

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции упругих опор с изменяемой податливостью, применяемых в стендовых динамических испытаниях роторов турбомашин.