PL210804B1

PL210804B1 - Sposób oceny stanu technicznego łopatki turbiny gazowej na podstawie cyfrowego (54) przetwarzania obrazu powierzchni w świetle widzialnym

Info

Publication number: PL210804B1
Application number: PL379640A
Authority: PL
Inventors: Józef Błachnio
Original assignee: Inst Tech Wojsk Lotniczych
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2012-03-30
Also published as: PL379640A1

Abstract

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie oceny stanu technicznego łopatki turbiny gazowej na podstawie cyfrowego przetwarzania obrazu powierzchni w świetle widzialnym i ma główne zastosowanie w diagnostyce silników turbinowych. Nową łopatkę wygrzewa się w piecu do temperatur w zakresie poniżej i powyżej temperatury jej pracy według procedury nagrzewanie, wygrzewanie i chłodzenie z piecem. Następnie dokonuje się akwizycji obrazu powierzchni tej oraz badanej łopatki oświetlonej światłem w zakresie widzialnym za pomocą matrycy CCD. W kolejnym etapie dokonuje się filtracji zakłóceń i analizy obrazu powierzchni obu łopatek w zakresie barw podstawowych oraz filtracji zakłóceń i analizy obrazu tych powierzchni w stopniach szarości określając parametry statystyczne ich histogramów. Odczytuje się wartość temperatury, jaka oddziaływała na badaną łopatkę i przyrównuje ją do wartości krytycznej temperatury pracy, wyznaczonej dla nowej łopatki, a następnie na tej podstawie przeprowadza się wnioskowanie o stanie technicznym badanej łopatki i prognozuje jej dalszą eksploatację.

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 210804 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 379640 (51) Int.Cl.

G01M 15/14 (2006.01) G01N 21/84 (2006.01)

(22) Data zgłoszenia: 08.05.2006 Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
₍₅₄₎ Sposób oceny stanu technicznego łopatki turbiny gazowej na podstawie cyfrowego ⁽⁵⁴⁾ przetwarzania obrazu powierzchni w świetle widzialnym
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 12.11.2007 BUP 23/07	(73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT TECHNICZNY WOJSK LOTNICZYCH, Warszawa, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.03.2012 WUP 03/12	(72) Twórca(y) wynalazku: JÓZEF BŁACHNIO, Warszawa, PL

PL 210 804 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób oceny stanu technicznego łopatki turbiny gazowej na podstawie cyfrowego przetwarzania obrazu powierzchni w świetle widzialnym. Główne zastosowanie wynalazek znajduje w diagnostyce silników turbinowych.

W procesie eksploatacji silnika turbinowego wskutek różnych czynników związanych z wadliwą pracą komór spalania, układu automatycznej regulacji temperatury gazów spalinowych przed turbiną czy układu chłodzenia łopatek turbiny, występują przypadki powstawania uszkodzeń łopatek aparatu dyszowego oraz wieńca wirnikowego. Uszkodzenia tworzą się w postaci niekorzystnych zmian mikrostruktury warstwy powierzchniowej oraz rdzennego materiału łopatek takich jak przegrzanie materiału i zmę czenie cieplne. Uszkodzenia tego typu stanowią zagroż enie bezpieczeństwa eksploatacji silnika turbinowego i stwarzają ryzyko wystąpienia wypadku.

Z patentu amerykań skiego nr US 6,205,240 znane jest urządzenie, które rzuca warstwę światła na obiekt taki jak łopatka turbiny silnika turbinowego, wywołując iluminację jego profilu, odczytywanego przez czujniki optyczne, których sygnały są porównywane za pomocą procesora z uprzednio kalibrowanymi parametrami.

Wadą znanego rozwiązania jest to, że umożliwia określenie stanu technicznego łopatki po znacznym przegrzaniu jej materiału, doprowadzającym do deformacji profilu łopatki.

Tej wady jest pozbawione rozwiązanie według wynalazku, którego istota polega na tym, że nową łopatkę wygrzewa się w piecu do temperatur w zakresie poniżej i powyżej temperatury jej pracy według procedury nagrzewanie, wygrzewanie i chłodzenie z piecem. Następnie dokonuje się akwizycji obrazu powierzchni tej oraz badanej łopatki oświetlonej światłem w zakresie widzialnym za pomocą matrycy CCD. Korzystnie kąt detekcji obrazu wynosi 90 stopni, a kąt padania promieni światła 45 stopni. W kolejnym etapie dokonuje się filtracji zakłóceń i analizy obrazu powierzchni obu łopatek w zakresie barw podstawowych - czerwonej, zielonej i niebieskiej oraz filtracji zakłóceń i analizy obrazu tych powierzchni w stopniach szarości. Parametry statystyczne histogramów barw podstawowych określa się za pomocą iloczynu wartości szczytu oraz szerokości połówkowej histogramu dla każdej z barw. Parametry statystyczne histogramów odcieni szarości okreś la się za pomocą iloczynu wartoś ci szczytu oraz szerokości połówkowej histogramu obrazu monochromatycznego. Za pomocą tak określonych, niezależnych i zupełnych parametrów diagnostycznych z analizy obrazu powierzchni badanej łopatki odczytuje się wartość temperatury, jaka na nią oddziaływała. Tę temperaturę przyrównuje do wartości krytycznej temperatury pracy, wyznaczonej dla nowej łopatki. Na tej podstawie przeprowadza się wnioskowanie o stanie technicznym badanej łopatki i prognozuje jej dalszą eksploatację.

Sposób według wynalazku zapewnia obiektywną ocenę stanu technicznego łopatki turbiny gazowej uzyskując dostępność ściśle określonych parametrów diagnostycznych.

Przykład realizacji sposobu według wynalazku

Ocenę stanu technicznego eksploatowanej łopatki turbiny gazowej poprzedza się opracowaniem nomogramu z wykorzystaniem parametrów analizy obrazu jej powierzchni, odniesionych do mikrostruktury materiału łopatki. Nową łopatkę tego samego typu wygrzewa się w piecu w zakresie temperatur poniżej i powyżej temperatury jej pracy według procedury nagrzewanie, wygrzewanie i chłodzenie z piecem. Następnie za pomocą matrycy CCD dokonuje się detekcji obrazu jej powierzchni w zakresie światła widzialnego. Kąt detekcji obrazu wynosi 90 stopni, a kąt padania promieni światła 45 stopni. W dalszej kolejności dokonuje się filtracji zakłóceń i analizy obrazu powierzchni tej łopatki w zakresie barw podstawowych - czerwonej, zielonej i niebieskiej oraz filtracji zakłóceń i analizy obrazu tej powierzchni w stopniach szarości. Parametry statystyczne histogramów barw podstawowych określa się za pomocą iloczynu wartości szczytu oraz szerokości połówkowej histogramu dla każdej z barw. Parametry statystyczne histogramów odcieni szarości okreś la się za pomocą iloczynu wartości szczytu oraz szerokości połówkowej histogramu obrazu monochromatycznego. Za pomocą tak określonych, niezależnych i zupełnych parametrów diagnostycznych oraz parametrów mikrostruktury materiału łopatki takich jak wielkość ziarna oraz ilość ziaren przypadająca na jednostkę powierzchni zgładu metalograficznego, tworzy się nomogram, którego końcową zależnością jest wykres wyżej wskazanych niezależnych i zupełnych parametrów diagnostycznych obrazu powierzchni w funkcji temperatury oddziaływującej na łopatkę. Na nomogramie tym zaznacza się wartość krytycznej temperatury pracy łopatki. Następnie dokonując akwizycji obrazu powierzchni eksploatowanej łopatki według wyżej podanych czynności wyznacza się jej niezależne i zupełne parametry diagnostyczne analogiczne do określonych w nomogramie. Za pomocą tych parametrów wyznacza się z nomogramu temperaturę

PL 210 804 B1 pracy eksploatowanej łopatki i porównując ją z wartością temperatury krytycznej określa się stan techniczny łopatki w kontekście oddziaływania na nią temperatury gazów spalinowych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób oceny stanu technicznego łopatki turbiny gazowej na podstawie cyfrowego przetwarzania obrazu powierzchni w świetle widzialnym, w którym łopatkę oświetla się, wywołując jej iluminację, znamienny tym, że nową łopatkę wygrzewa się w piecu do temperatur w zakresie poniżej i powyżej temperatury jej pracy według procedury nagrzewanie, wygrzewanie i chłodzenie z piecem, następnie dokonuje się akwizycji obrazu powierzchni tej oraz badanej łopatki oświetlonej światłem w zakresie widzialnym za pomocą matrycy CCD, w kolejnym etapie dokonuje się filtracji zakłóceń i analizy obrazu powierzchni obu łopatek w zakresie barw podstawowych oraz filtracji zakłóceń i analizy obrazu tych powierzchni w stopniach szarości określając parametry statystyczne ich histogramów, odczytuje się wartość temperatury, jaka oddziaływała na badaną łopatkę i przyrównuje ją do wartości krytycznej temperatury pracy, wyznaczonej dla nowej łopatki, a następnie na tej podstawie przeprowadza się wnioskowanie o stanie technicznym badanej łopatki i prognozuje jej dalszą eksploatację.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze kąt detekcji obrazu wynosi 90 stopni, a kąt padania promieni światła 45 stopni.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że parametry statystyczne histogramów barw podstawowych określa się za pomocą iloczynu wartości szczytu oraz szerokości połówkowej histogramu dla każdej z barw, a parametry statystyczne histogramów odcieni szarości określa się za pomocą iloczynu wartości szczytu oraz szerokości połówkowej histogramu obrazu monochromatycznego.