Способ обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя

Авторы патента:

Зорин Дмитрий Владимирович (RU)

Блинов Федор Владимирович (RU)

Толстихин Юрий Юрьевич (RU)

Бойко Олег Владимирович (RU)

G01N29/04 - для обнаружения локальных дефектов в твердых телах (G01N 29/16,G01N 29/18,G01N 29/20 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2732469:

ООО "Газпром трансгаз Москва" (RU)

Использование: для неразрушающего контроля лопаток газотурбинных двигателей. Сущность изобретения заключается в том, что посредством ударного воздействия, в лопатке возбуждают собственные упругие акустические колебания. Затем с помощью спектрального анализа регистрируется и фиксируется их частота. Дополнительно для исследуемой ступени строится экспериментальная зависимость частоты собственных колебаний от места установки приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал и определяется допустимый разброс колебаний бездефектных лопаток, при выходе за границы которого судят о наличии трещины лопатки. Технический результат: упрощение контроля лопаток газотурбинных двигателей. 3 ил.

Изобретение может быть использовано в топливно-энергетической и машиностроительной отраслях промышленности.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики изделий сложной геометрии, в частности, - лопаток газотурбинных двигателей - по параметрам их колебаний.

Известен способ контроля дефектности изделия, заключающийся в том, что посредством ударного воздействия в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды. На собственных частотах регистрируют временную реализацию упругих колебаний, которую разбивают на последовательные временнЫе отрезки и в каждом из них вычисляют преобразование Фурье. В полученном спектре определяют максимальную амплитуду, которую сравнивают с максимальной амплитудой упругих колебаний на первом временном отрезке, и от полученной нормированной временной последовательности максимальных амплитуд вычисляют амплитудный спектр, по которому определяют конечные разности второго порядка. Максимальное значение разности второго порядка принимают за коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин (Патент на изобретение РФ №2274857, МПК: G01N 29/04).

Недостатком этого способа является необходимость использования дорогостоящего оборудования и высокоточных измерений, требующих значительных временных затрат и существенно удорожающих процедуру диагностики.

Известен способ контроля дефектности объекта, заключающийся в том, что в контролируемом объекте возбуждают вынужденные колебания, изменяют частоту вынужденных колебаний до возникновения резонансных колебаний в объекте, измеряют параметры этих колебаний, в качестве которых выбирают верхнюю и нижнюю частоты, соответствующие заданной амплитуде отклика, определяют соотношение этих частот, которое используют для суждения о дефектности изделия (Авторское свидетельство СССР №1552091, МПК: G01N 29/04).

Недостатками этого способа является невозможность контролировать с достаточной достоверностью объекты, закалка которых по глубине неоднородна.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя является способ обнаружения трещин в твердом теле, который состоит в том, что посредством ударного воздействия в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин, принятых за прототип (Патент на изобретение РФ №2219538, МПК: G01N 29/04).

Недостатком известного способа обнаружения трещин в твердом теле является получение волн на комбинационных частотах. Для получения волн на комбинационных частотах используют возбуждение в твердом теле монохроматической ультразвуковой волны, и обнаружение трещины происходит за счет волн, обусловленных нелинейным взаимодействием на ней ультразвуковой волны и колебаний на собственных частотах, а это требует использования генератора монохроматического сигнала, усилителя мощности ультразвукового сигнала, пьезоэлектрического излучателя и трудоемкой операции приклеивания излучателя к поверхности твердого тела, что приводит к усложнению и удорожанию способа.

Задачей данного изобретения является продление ресурса лопаточного аппарата газотурбинного двигателя и, как следствие, - повышение экономических показателей при ремонте и эксплуатации газотурбинного двигателя.

Техническим результатом при осуществлении данного способа является исключение возможности усталостного разрушения и поломок лопаток газотурбинного двигателя.

Данная задача решается за счет того, что производится продление ресурса лопаточного аппарата газотурбинного двигателя, благодаря применению способа обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя, включающего

средство механического возбуждения лопатки (например, молоток с мягким наконечником),

приемное устройство для преобразования механических вибраций в электрический сигнал (например, акселерометр),

электронный блок обработки полученного сигнала.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что, посредством ударного воздействия, в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды. На основании измерений определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещины. Согласно изобретению, дополнительно, при помощи спектрального анализа регистрируется и фиксируется частота собственных колебаний лопатки газотурбинного двигателя, строится экспериментальная зависимость частоты собственных колебаний лопатки от места установки приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал и, по результатам проведенного вибрационного обследования лопаток газотурбинного двигателя и статической обработки данных, определяется допустимый разброс колебаний бездефектных лопаток, при выходе за границы которого судят о наличии трещины.

На фиг. 1 представлена схема способа обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя, где:

1 - лопатка газотурбинного двигателя;

2 - средство механического возбуждения лопатки;

3 - приемное устройство для преобразования механических вибраций в электрический сигнал;

4 - электронный блок обработки полученного сигнала.

На фиг. 2 показана установка приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал на лопатку газотурбинного двигателя в трех сечениях.

На фиг. 3 представлены зависимости частоты собственных колебаний лопаток от места установки приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал на лопатку газотурбинного двигателя.

Способ обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом.

В лопатке (1) газотурбинного двигателя посредством ударного воздействия средством механического возбуждения (2) возбуждают собственные упругие акустические колебания. Колебания регистрируются при помощи приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал (3), подключенного на вход электронного блока обработки полученного сигнала (4).

Измерение частоты собственных колебаний лопатки газотурбинного двигателя проводится в трех сечениях, путем установки устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал на лопатку при помощи магнита. Снятие частоты собственных колебаний производится в режиме измерения ускорения, так как в режиме измерения скорости и смещения осуществляется одно- или двукратное интегрирование. Затухающий процесс имеет широкий частотный спектр, который может выйти за область интегрирования, и это может привести к недостоверным результатам. При помощи спектрального анализа регистрируется и фиксируется частота собственных колебаний лопатки газотурбинного двигателя. Для исследуемой ступени строится экспериментальная зависимость частоты собственных колебаний лопатки от места установки приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал. По результатам проведенного вибрационного обследования лопаток газотурбинного двигателя и статической обработки данных определяется допустимый разброс колебаний бездефектных лопаток, при выходе за границы которого судят о наличии трещины лопатки.

Предлагаемый способ обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя позволяет исключить возможность усталостного разрушения и поломок лопатки. Контроль технического состояния, дефектация и отбраковка лопатки по вибрационным характеристикам повышает надежность, эффективность и безопасность эксплуатации газотурбинного двигателя и, как следствие, ведет к улучшению экономических показателей.

Способ обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя, заключающийся в том, что посредством ударного воздействия, в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды, на основании которых затем определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещины, отличающийся тем, что при помощи спектрального анализа регистрируется и фиксируется частота собственных колебаний лопатки газотурбинного двигателя, строится экспериментальная зависимость частоты собственных колебаний лопатки от места установки приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал и, по результатам проведенного вибрационного обследования лопаток газотурбинного двигателя и статической обработки данных, определяется допустимый разброс колебаний бездефектных лопаток, при выходе за границы которого судят о наличии трещины.

Изобретение раскрывает систему онлайн-мониторинга образования трещин на шпинделе подъемного механизма и способ мониторинга образования трещин. Система состоит из силового блока натяжения каната, блока обнаружения трещин, блока беспроводной передачи данных и компьютера.

Ультразвуковой зонд и ультразвуковая система тестирования // 2732102

Зонд (100) для ультразвуковой системы неразрушающего тестирования материала в процессе относительного движения тестируемого объекта и зонда в направлении тестирования содержит корпус (110), который задает продольное направление (L), совпадающее с направлением тестирования, и поперечное направление (Q), перпендикулярное к направлению тестирования.

Аппаратура для контроля технического состояния перехода магистрального трубопровода и способ ее работы // 2731503

Группа изобретений относится к трубопроводному транспорту и может быть использована для диагностики технического состояния переходов магистральных трубопроводов (МТ) через дороги.

Способ оценки динамической жёсткости рельсового пути и устройство для его реализации // 2731163

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к подвижным диагностическим средствам, и может быть использовано для контроля и оценки состояния рельсового пути.

Способ и установка для обнаружения повреждения шпалы // 2729910

Изобретение относится к области обслуживания железнодорожных путей. Согласно способу обнаружения повреждения в опорном блоке железнодорожного пути возбуждают опорный блок (40, 42), затем измеряют вибрационный отклик опорного блока, определяют, по меньшей мере, первую собственную частоту (F1) первой собственной моды опорного блока по измеренному вибрационному отклику, и определяют, по меньшей мере, уровень повреждения опорного блока, по меньшей мере, исходя из упомянутой первой собственной частоты.

Способ ультразвукового контроля изделий с эквидистантными поверхностями // 2725705

Использование: для неразрушающего контроля изделий с эквидистантными поверхностями ультразвуковым зеркально-теневым методом. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью наклонного электроакустического преобразователя с заданным шагом излучают в изделие зондирующие ультразвуковые сигналы, которые отражаясь от противоположной поверхности изделия, принимаются другим наклонным электроакустическим преобразователем, установленным на известном расстоянии от излучающего, оценивают амплитуды принятых ультразвуковых сигналов, совместно перемещают электроакустические преобразователи по поверхности изделия, измеряя их координаты, сохраняют координаты точек существенного ослабления амплитуд принятых ультразвуковых сигналов, оценивают расстояние между указанными точками и вычисляют глубину залегания дефекта, ширину диаграммы направленности электроакустических преобразователей выбирают из условия стабильного приема отраженных от противоположной поверхности изделия ультразвуковых сигналов во всем диапазоне возможных изменений высоты изделия, на бездефектных участках изделия измеряют время распространения ультразвуковых сигналов от излучающего электроакустического преобразователя к приемному, определяют текущую толщину изделия, которую используют при вычислении глубины залегания дефекта.

Способ воспроизведения действия воздушной ударной волны повышенной длительности, преломленной в воду, на подводные инженерные боеприпасы в условиях открытого водоёма // 2725188

Изобретение относится к технике испытаний и может быть использовано при проведении предварительных и приемочных испытаний вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ).

Способ ультразвукового исследования твёрдых материалов и устройство для его осуществления // 2725107

Использование: для неразрушающего контроля твердых материалов. Сущность изобретения заключается в том, что для осуществления предлагаемых способа и устройства оптико-акустическому преобразователю и решетке пьезоэлементов придают тороидальную форму, которая сфокусирована таким образом, что ее центр кривизны, определяемый величиной радиусов кривизны и угловых апертур в плоскостях XY, совпадает с началом координат, используемых при позиционировании исследуемого объекта, при этом исследуемый объект помещают в иммерсионную среду и располагают так, что излучаемый акустический сигнал фокусируется не на его поверхности, а на некоторой глубине внутри него.

Устройство для иммерсионного ультразвукового контроля // 2723913

Использование: для ультразвукового контроля изделий со сложным профилем, таких как рельсы или сортовой прокат. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для иммерсионного ультразвукового контроля содержит иммерсионную или локально-иммерсионную ванну, и один или несколько иммерсионных ультразвуковых преобразователей, позиционированных относительно объекта контроля таким образом, что оптимальный угол падения β продольной волны на поверхность объекта контроля соответствует условию:β = Arcsin C1/CR, где:С1 – скорость продольной волны в иммерсионной среде; CR – скорость рэлеевской волны в материале объекта контроля, при этом каждый ультразвуковой преобразователь включает в себя совокупность из двух и более пьезоэлементов, причём расстояние Н между центрами соседних пьезоэлементов соответствует условию:H = K × (CR/F) × Сos (Arcsin C1/CR), где:K – коэффициент, выбираемый из диапазона K = 2 … 20; F – эффективная частота упругих колебаний.

Способ ультразвукового контроля дефектности металлического изделия // 2723368

Использование: для ультразвукового контроля дефектности металлического изделия. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют размещение изделия контроля в иммерсионной ванне, сканирование изделия ультразвуковыми сигналами при возвратно-поступательном перемещении ультразвукового датчика в иммерсионной жидкости над изделием контроля поперек области контроля, регистрацию амплитуды и координаты ультразвуковых эхо-сигналов, обработку данных на компьютере и получение на дисплее двумерных ультразвуковых изображений при B- и C-сканировании изображений, образующих группу, получаемую при B-сканировании, суммируют их в одно изображение, при наличии в изделии дефекта «полистно» просматривают все ультразвуковые изображения этой группы, по которым оценивают размеры дефекта, при этом сканируют изделие контроля ультразвуковыми сигналами от датчиков линейной фазированной антенной решетки через зонную пластинку из полилактида с продольными прямоугольными отверстиями, которую прикрепляют перед датчиками, предварительно изготовив с помощью 3D-принтера, определив ее толщину th и размеры зон ln из заданного математического выражения, причем шаг сканирования вдоль активной ΔХ и вдоль пассивной апертуры ΔУ фазированной антенной решетки составляет не более 1 мм, определяют количество шагов сканирования Nx и Ny по осям Х и У и количество цифровых отсчетов Nz в одном ультразвуковом сигнале в каждой точке сканирования и формируют матрицу значений A (Nz, Nх, Nу), на основе которой визуализируют изображение внутреннего дефекта изделия контроля.