CN111766299A - 一种汽轮机叶片裂纹评估系统及汽轮机叶片裂纹预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的属于汽轮机技术领域，具体为一种汽轮机叶片裂纹评估系统及汽轮机叶片裂纹预警方法，该评估系统包括叶片监测单元、数据传输单元和控制端，所述叶片监测系统安装在前端叶片工作位置，所述数据传输单元包括分别与超声波探测模块、渗透探测模块、影像采集模块、计时模块和转速传感器连接的连接线及传输系统，所述控制端包括手持无线终端和控制中心，所述控制中心包括数据处理单元、数据存储单元、阈值设定单元、异常状态报警单元和供电单元，所述手持终端包括人机交互面板、处理器、无线收发模块和蓄电单元，能够实时的检测叶片的工作状态，并实时的将监测信息输出到控制端进行阈值对比，可以实现预警的目的。

Description

一种汽轮机叶片裂纹评估系统及汽轮机叶片裂纹预警方法

技术领域

本发明涉及汽轮机技术领域，具体为一种汽轮机叶片裂纹评估系统及汽轮机叶片裂纹预警方法。

背景技术

汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功，汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中。叶片是汽轮机的关键零件，又是最精细、最重要的零件之一。它在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。其空气动力学性能、加工几何形状、表面粗糙度、安装间隙及运行工况、结垢等因素均影响汽轮机的效率、出力；其结构设计、振动强度及运行方式则对机组的安全可靠性起决定性的影响。

现有的汽轮机叶片在使用时间过长后，会产生裂纹，由于汽轮机在使用中，导致裂纹不能够被快速的发现，造成有裂纹的叶片在使用时间过长后，会出现生产问题，严重时造成生产停滞，影响生产效率，且为了保证生产效率的最大化，并不需要在叶片产生的裂纹较小的情况就对其进行停止的操作，但现有的技术中，裂纹需要人工检测，因此不能保证在检查时叶片产生的裂纹为刚好需要更换的状态，此种情况导致生产效率并不能最大化。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有汽轮机中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种汽轮机叶片裂纹评估系统及汽轮机叶片裂纹预警方法，能够实时的检测汽轮机叶片的工作状态及对叶片上产生的裂纹进行评估，获取最佳更换状态，减少对生产的影响的同时提高安全性。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种汽轮机叶片裂纹评估系统，该评估系统包括叶片监测单元、数据传输单元和控制端，所述叶片监测系统安装在前端叶片工作位置，所述数据传输单元与叶片监测单元和控制端连接，所述叶片监测单元包括超声波探测模块、渗透探测模块、影像采集模块、计时模块和转速传感器，所述数据传输单元包括分别与超声波探测模块、渗透探测模块、影像采集模块、计时模块和转速传感器连接的连接线及传输系统，所述传输系统包括无线传输系统和数据收集单元，所述控制端包括手持无线终端和控制中心，所述控制中心包括数据处理单元、数据存储单元、阈值设定单元、异常状态报警单元和供电单元，所述手持终端包括人机交互面板、处理器、无线收发模块和蓄电单元。

作为本发明所述的一种汽轮机叶片裂纹评估系统的一种优选方案，其中：所述传输系统通过连接线分别与超声波探测模块、渗透探测模块、影像采集模块、计时模块和转速传感器连接，所述传输系统内的无线传输系统与数据收集单元连接，所述数据收集单元通过无线传输系统和连接线连接控制端，所述数据收集单元无线连接手持终端。

作为本发明所述的一种汽轮机叶片裂纹评估系统的一种优选方案，其中：所述控制中心内的供电单元电性输出连接数据处理单元、数据存储单元、阈值设定单元和异常状态报警单元，所述数据处理单元双向连接数据存储单元，所述数据处理单元输出连接阈值设定单元和异常状态报警单元。

作为本发明所述的一种汽轮机叶片裂纹评估系统的一种优选方案，其中：所述手持终端内的处理器双向连接无线收发模块，所述无线收发模块无线连接无线传输系统，所述处理器双向连接人机交互面板，所述蓄电单元输出连接人机交互面板、处理器和无线收发模块。

作为本发明所述的一种汽轮机叶片裂纹预警方法的一种优选方案，其中：该预警方法如下：

步骤一：将叶片监测单元安装在叶片的工作位置，将数据传输单元与叶片监测单元和控制端连接；

步骤二：汽轮机启动，叶片监测单元对汽轮机上的叶片进行监测；

步骤三：叶片监测单元对叶片工作状态信息进行采集；

步骤四：根据采集信息通过连接线输出到传输系统中的数据收集单元中；

步骤五：数据收集单元通过无线传输系统将收集的信息无线传输或者通过连接线传输到控制端上；

步骤六：控制端接收到信息，处理单元根据阈值设定单元内的阈值信息判定该数据是否有差异；

步骤七：根据数据差异触发异常状态报警单元。

与现有技术相比：现有的汽轮机叶片在使用时间过长后，会产生裂纹，由于汽轮机在使用中，导致裂纹不能够被快速的发现，造成有裂纹的叶片在使用时间过长后，会出现生产问题，严重时造成生产停滞，影响生产效率，且为了保证生产效率的最大化，并不需要在叶片产生的裂纹较小的情况就对其进行停止的操作，但现有的技术中，裂纹需要人工检测，因此不能保证在检查时叶片产生的裂纹为刚好需要更换的状态，此种情况导致生产效率并不能最大化，本申请文件中，能够实时的检测叶片的工作状态，并实时的将监测信息输出到控制端进行阈值对比，可以实现预警的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一种汽轮机叶片裂纹评估系统及汽轮机叶片裂纹预警方法的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明提供一种汽轮机叶片裂纹评估系统，请参阅图1，该评估系统包括叶片监测单元、数据传输单元和控制端，所述叶片监测系统安装在前端叶片工作位置，所述数据传输单元与叶片监测单元和控制端连接，所述叶片监测单元包括超声波探测模块、渗透探测模块、影像采集模块、计时模块和转速传感器，所述数据传输单元包括分别与超声波探测模块、渗透探测模块、影像采集模块、计时模块和转速传感器连接的连接线及传输系统，所述传输系统包括无线传输系统和数据收集单元，所述控制端包括手持无线终端和控制中心，所述控制中心包括数据处理单元、数据存储单元、阈值设定单元、异常状态报警单元和供电单元，所述手持终端包括人机交互面板、处理器、无线收发模块和蓄电单元。

其中，所述传输系统通过连接线分别与超声波探测模块、渗透探测模块、影像采集模块、计时模块和转速传感器连接，所述传输系统内的无线传输系统与数据收集单元连接，所述数据收集单元通过无线传输系统和连接线连接控制端，所述数据收集单元无线连接手持终端，具体的，超声波探测模块采用超声波探测方法方法对裂纹、未熔合等面积型缺陷的检出率较高，适宜检验较大厚度的工件，但是对于铸钢、奥氏体不锈钢材，由于粗大晶粒的晶界会反射声波，在屏幕上出现大量的“草状波”，容易与缺陷波混淆，影响检测可靠性，限制了超声波探伤方法在铸钢制水轮机转轮叶片上无损检测的应用，探测频率越高，杂波就越显着，为了减小晶界反射波的影响，我们采用了低频探头(2MHz)对铸钢转轮进行超声波探伤，发现反射信号以后再用高频探头(4MHz)进行定量，实践证明这是可行的；

同时，采用渗透探测模块进行叶片的渗透探测，来实现叶片裂纹的检测，基于渗透探测算法操作，渗透探伤方法简单易行，显示直观，适合于大型和不规则工件的检查和现场检修检查。但是，渗透探伤方法是利用渗透能力强的彩色渗透液渗入到裂纹等缺陷的缝隙中，再利用吸附能力强的白色显像剂，将渗透液吸出来以显示缺陷的，因此，只能检查表面开口的缺陷，可以通过超声波探测模块相互配合使用，提高探测的准确性；

影像采集模块配合计时模块和转速模块使用，转速模块计算叶片的转速，根据计时模块获取转速数据，影像采集模块采集叶片的影像，配合转速模块和计时模块，获取叶片的单帧影像，然后配合超声波探测模块、渗透探测模块进行裂纹探测即可。

其中，所述控制中心内的供电单元电性输出连接数据处理单元、数据存储单元、阈值设定单元和异常状态报警单元，所述数据处理单元双向连接数据存储单元，所述数据处理单元输出连接阈值设定单元和异常状态报警单元，具体的，控制中心用于进行数据的处理和控制，实现对叶片的数据进行实时监测的目的，配合阈值设定单元，进行叶片裂纹数据阈值设定，从而达到预警的目的。

其中，所述手持终端内的处理器双向连接无线收发模块，所述无线收发模块无线连接无线传输系统，所述处理器双向连接人机交互面板，所述蓄电单元输出连接人机交互面板、处理器和无线收发模块，具体的，手持终端通过人机交互面板进行数据的无线交互，通过传输系统进行数据的无线传输，方便叶片工作状态进行远程查看。

本发明还公开了一种汽轮机叶片裂纹预警方法，该预警方法如下：

步骤一：将叶片监测单元安装在叶片的工作位置，将数据传输单元与叶片监测单元和控制端连接；

步骤二：汽轮机启动，叶片监测单元对汽轮机上的叶片进行监测；

步骤三：叶片监测单元对叶片工作状态信息进行采集；

步骤四：根据采集信息通过连接线输出到传输系统中的数据收集单元中；

步骤五：数据收集单元通过无线传输系统将收集的信息无线传输或者通过连接线传输到控制端上；

步骤六：控制端接收到信息，处理单元根据阈值设定单元内的阈值信息判定该数据是否有差异；

步骤七：根据数据差异触发异常状态报警单元。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (5)

1.一种汽轮机叶片裂纹评估系统，其特征在于：该评估系统包括叶片监测单元、数据传输单元和控制端，所述叶片监测系统安装在前端叶片工作位置，所述数据传输单元与叶片监测单元和控制端连接，所述叶片监测单元包括超声波探测模块、渗透探测模块、影像采集模块、计时模块和转速传感器，所述数据传输单元包括分别与超声波探测模块、渗透探测模块、影像采集模块、计时模块和转速传感器连接的连接线及传输系统，所述传输系统包括无线传输系统和数据收集单元，所述控制端包括手持无线终端和控制中心，所述控制中心包括数据处理单元、数据存储单元、阈值设定单元、异常状态报警单元和供电单元，所述手持终端包括人机交互面板、处理器、无线收发模块和蓄电单元。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片裂纹评估系统，其特征在于：所述传输系统通过连接线分别与超声波探测模块、渗透探测模块、影像采集模块、计时模块和转速传感器连接，所述传输系统内的无线传输系统与数据收集单元连接，所述数据收集单元通过无线传输系统和连接线连接控制端，所述数据收集单元无线连接手持终端。

3.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片裂纹评估系统，其特征在于：所述控制中心内的供电单元电性输出连接数据处理单元、数据存储单元、阈值设定单元和异常状态报警单元，所述数据处理单元双向连接数据存储单元，所述数据处理单元输出连接阈值设定单元和异常状态报警单元。

4.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片裂纹评估系统，其特征在于：所述手持终端内的处理器双向连接无线收发模块，所述无线收发模块无线连接无线传输系统，所述处理器双向连接人机交互面板，所述蓄电单元输出连接人机交互面板、处理器和无线收发模块。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种汽轮机叶片裂纹预警方法，其特征在于：该预警方法如下：

步骤一：将叶片监测单元安装在叶片的工作位置，将数据传输单元与叶片监测单元和控制端连接；

步骤二：汽轮机启动，叶片监测单元对汽轮机上的叶片进行监测；

步骤三：叶片监测单元对叶片工作状态信息进行采集；

步骤四：根据采集信息通过连接线输出到传输系统中的数据收集单元中；

步骤五：数据收集单元通过无线传输系统将收集的信息无线传输或者通过连接线传输到控制端上；

步骤六：控制端接收到信息，处理单元根据阈值设定单元内的阈值信息判定该数据是否有差异；

步骤七：根据数据差异触发异常状态报警单元。

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