RU2089878C1 - Method and device for measuring erosion wear of turbine rotor blade edges - Google Patents

Method and device for measuring erosion wear of turbine rotor blade edges Download PDF

Info

Publication number
RU2089878C1
RU2089878C1 RU93055150A RU93055150A RU2089878C1 RU 2089878 C1 RU2089878 C1 RU 2089878C1 RU 93055150 A RU93055150 A RU 93055150A RU 93055150 A RU93055150 A RU 93055150A RU 2089878 C1 RU2089878 C1 RU 2089878C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
optical axis
wear
blades
receiver
Prior art date
Application number
RU93055150A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93055150A (en
Inventor
С.О. Шелест
В.В. Леонтьев
Original Assignee
Шелест Сергей Орестович
Леонтьев Виктор Валентинович
Научно-исследовательский институт радиоэлектронных систем прогнозирования чрезвычайных ситуаций
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шелест Сергей Орестович, Леонтьев Виктор Валентинович, Научно-исследовательский институт радиоэлектронных систем прогнозирования чрезвычайных ситуаций filed Critical Шелест Сергей Орестович
Priority to RU93055150A priority Critical patent/RU2089878C1/en
Publication of RU93055150A publication Critical patent/RU93055150A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2089878C1 publication Critical patent/RU2089878C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: measurements are made during routine inspections and repairs of turbine which is driven by barring gear with optical pair (emitter and detector) placed on either side of blade ring; intervals from moment of optical axis crossing by entrance edge of blade to moment of crossing it by exit edge of same blade and from moment of optical axis crossing by exit blade of preceding blade to moment of crossing it by exit edge of present blade are recorded by mentioned optical pair. measurements are made in eroding and noneroding areas of blades with emitter and detector installed at desired depth. Prior to do so, mentioned time intervals are determined on noneroded blades for both zones and for each as a function of angle between optical axis and axis of blade revolution; mentioned dependences are determined at least in two positions of optical axis with deviations between them being known. When measuring wear on the basis of relation of time intervals in noneroded area and optical angle position angle as function of time intervals obtained in calibration, deviation optical axis position angle found in current measurement from its position in calibration is determined; degree of wear is found using time intervals relation in eroded area including mentioned angular deviation and optical axis position angle as function of time interval ratio in eroded area obtained in calibration. In order to ensure desired variation in angular position of optical axis, emitter and detector are mounted on turning and sinking rods. EFFECT: improved measurement accuracy. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения величины износа передних кромок рабочих лопаток паровых турбин во время профилактических осмотров и ремонтов, при вращении турбины от валоповоротного устройства (ВПУ). The invention relates to measuring equipment and is intended to measure the amount of wear of the leading edges of the working blades of steam turbines during routine inspections and repairs, when the turbine rotates from a shaft-turning device (VPU).

Известны способ измерения хорды профиля лопатки компрессора турбодвигателя и устройство для его реализации [1] предназначенные для проведения замеров на неподвижной турбомашине и предусматривающие механическое зацепление с лопаткой. Устройство работает следующим образом. Через технологический люк на уровень измеряемой хорды вводят штангу с концевой линейкой. Линейка имеет два опорных выступа. Штанга перемещается по прямой, параллельной измеряемой хорде, и позволяет измерить величину смещения от положения, в котором один из опорных выступов соприкасается с ребром лопатки, до положения, при котором другой опорный выступ соприкасается с другим ребром лопатки. Величиной измеряемой хорды является разность между предварительно измеренным расстоянием между опорными выступами и измеренным смещением. Устройство имеет микрометр для измерения величины смещения и узлы крепления к корпусу турбодвигателя в зоне люка. A known method of measuring the chord of the profile of the blades of a compressor of a turbo engine and a device for its implementation [1] designed for measurements on a stationary turbomachine and providing mechanical engagement with the blade. The device operates as follows. Through the technological hatch, a rod with an end ruler is introduced to the level of the measured chord. The line has two support ledges. The rod moves in a straight line parallel to the measured chord, and allows you to measure the amount of displacement from the position in which one of the supporting protrusions is in contact with the edge of the blade, to the position at which the other supporting protrusion is in contact with the other edge of the blade. The value of the measured chord is the difference between the previously measured distance between the support protrusions and the measured displacement. The device has a micrometer for measuring the amount of displacement and attachment points to the turbo engine housing in the hatch area.

Точность измерения хорды лопаток, не подверженных эрозионным разрушениям, может достигать сотых долей миллиметра. Однако при наличии на поверхности лопатки эрозионного рельефа метод позволяет измерять только максимальные размеры хорды в выбранном сечении, а при необходимости оценить рельеф изношенной кромки значительно возрастают затраты времени на установку штанги на новую глубину. Кроме того, устройство не позволяет проводить измерения при вращении вала от ВПУ, что делает его неприменимым для экспресс-диагностики. The accuracy of measuring the chord of blades that are not subject to erosion damage can reach hundredths of a millimeter. However, if there is an erosive relief on the surface of the blade, the method allows you to measure only the maximum chord dimensions in the selected section, and if necessary, evaluate the relief of the worn edge significantly increases the time required to install the rod to a new depth. In addition, the device does not allow measurements when rotating the shaft from the runway, which makes it inapplicable for express diagnostics.

Известны способ и устройство для слежения за вращающимися лопастями [2] позволяющие определить угол наклона хорды лопасти относительно плоскости вращения. Устройство содержит источник излучения, детектор, состоящий по крайней мере из двух чувствительных элементов, имеющих смещенные в пространстве поля зрения для обнаружения прохождения входной и выходной кромок лопасти, устройство для измерения временных интервалов между событиями, связанными с прохождением кромок через оба поля зрения, и вычислительное устройство для определения величины угла наклона хорды лопасти на основе измеренных интервалов времени. В качестве источника излучения может быть использован естественный свет, радиоактивное излучение или лампа, лазер, инфракрасный излучающий диод. В качестве чувствительного элемента детектора может быть использован фотодиод, инфракрасный приемный диод и т.п. Способ измерения угла наклона хорды лопасти относительно плоскости вращения состоит в измерении времени между прохождениями кромок лопатки в полях зрения по крайней мере двух чувствительных элементов и вычислении угла наклона хорды лопасти. Наряду с указанным углом наклона хорды лопасти устройство и способ позволяют рассчитать размер и скорость движения лопасти, возвышение ее кромки. A known method and device for tracking rotating blades [2] to determine the angle of inclination of the chord of the blade relative to the plane of rotation. The device comprises a radiation source, a detector, consisting of at least two sensitive elements having spatial fields of view for detecting the passage of the input and output edges of the blade, a device for measuring time intervals between events associated with the passage of edges through both fields of view, and a computing a device for determining the angle of inclination of the chord of the blade based on the measured time intervals. As a radiation source, natural light, radioactive radiation or a lamp, a laser, an infrared emitting diode can be used. As a sensitive element of the detector, a photodiode, infrared receiving diode, etc. can be used. The method of measuring the angle of inclination of the chord of the blade relative to the plane of rotation consists in measuring the time between the passage of the edges of the blade in the fields of view of at least two sensing elements and calculating the angle of inclination of the chord of the blade. Along with the specified angle of inclination of the chord of the blade, the device and method allow to calculate the size and speed of movement of the blade, the elevation of its edge.

Недостатком способа и устройства при его использовании для измерения эрозионного износа кромок рабочих лопаток турбин является наличие больших погрешностей измерения, обусловленных погрешностями установки детектора относительно лопаток, температурными деформациями, допусками и посадками венца лопаток и корпуса турбины при ремонтах. Кроме того, в условиях значительных температурных перепадов и больших временных интервалов (до 6 месяцев) между предыдущим и последующим замерами может происходить неодинаковое старение двух чувствительных элементов, Это приводит к различным пространственным положениям момента срабатывания устройства измерения временных интервалов и к появлению дополнительной случайной погрешности. The disadvantage of the method and device when it is used to measure erosive wear of the edges of turbine blades is the presence of large measurement errors due to errors in the installation of the detector relative to the blades, temperature deformations, tolerances and fits of the crown of the blades and turbine housing during repairs. In addition, under conditions of significant temperature differences and large time intervals (up to 6 months) between the previous and subsequent measurements, uneven aging of two sensitive elements can occur.This leads to different spatial positions of the moment of operation of the device for measuring time intervals and to the appearance of an additional random error.

При наблюдении лопатки с двух значительно разнесенных ракурсов на результат оказывает влияние кривизна кромок. Учесть это при наличии эрозионного износа на кромках практически невозможно. When observing a blade from two significantly spaced angles, the result is influenced by the curvature of the edges. It is almost impossible to take this into account in the presence of erosive wear at the edges.

Важным условием обеспечения работоспособности способа [2] является расположение линии визирования нормально к вектору мгновенной скорости лопатки, а оптических осей чувствительных элементов детектора симметрично относительно линии визирования в той же плоскости, в которой лежат линия визирования и вектор скорости. При высокой плотности расположения лопаток на валу, характерной для турбин, это условие обеспечить невозможно, в связи с чем способ и устройство [2] нельзя применить для измерения эрозионного износа кромок рабочих лопаток. An important condition for ensuring the operability of the method [2] is the location of the line of sight normal to the vector of instantaneous speed of the blade, and the optical axes of the sensitive elements of the detector are symmetrical with respect to the line of sight in the same plane in which the line of sight and the velocity vector lie. With a high density of the location of the blades on the shaft, characteristic of turbines, this condition cannot be ensured, and therefore the method and device [2] cannot be used to measure erosive wear of the edges of the working blades.

Наиболее близкими к изобретению являются устройство для измерения эрозионного износа рабочих лопаток паровых турбин [3] и способ, реализуемый этим устройством. Closest to the invention are a device for measuring the erosive wear of the working blades of steam turbines [3] and the method implemented by this device.

Сущность способа и устройства-прототипа поясняется фиг. 6. The essence of the method and the prototype device is illustrated in FIG. 6.

Устройство содержит штангу с эндоскопом 1, в приемной части которого установлены объектив 2 и импульсный источник света 3 с узлом формирования световой или теневой полос. На выходной части эндоскопа установлен фоторегистратор 4 с механизмом прерывистой протяжки пленки. Штанга с эндоскопом закреплена в измерителе глубины погружения (координатнике) 5, установленном на корпусе турбины. Измеритель глубины погружения 5 позволяет устанавливать штангу с эндоскопом 1 на заданную глубину во внутрь корпуса турбины. В проточной части турбины установлен датчик 6 системы синхронизации. Измерение эрозионного износа входных кромок лопаток производят при вращении турбины от валоповоротного устройства при отсутствии в турбине рабочего тела (пара). Штангу с эндоскопом 1 вводят в проточную часть турбины между направляющими 7 и рабочими 8 лопатками. Глубину погружения эндоскопа в корпус турбины устанавливают таким образом, чтобы его приемная часть располагалась в подлежащей исследованию зоне входных кромок рабочих лопаток. В момент прохождения исследуемой лопатки около датчика синхронизации 6 формируется импульс, который с помощью электронной схемы (не показана) включает импульсный источник света 3. Импульсный источник 3 формирует на поверхности входной кромки лопатки 8 зону засветки 9 с четко очерченными границами. Эти границы являются отсчетной базой для определения количественных характеристик износа. Для надежной регистрации величины износа кромки лопатки поле зрения 10 объектива 2 устанавливают больше чем зона 9. Величину износа входных кромок за время работы турбины между измерениями оценивают как разность размеров освещенной части лопатки при предыдущем 11 и последующем 12 измерениях. The device comprises a rod with an endoscope 1, in the receiving part of which a lens 2 and a pulsed light source 3 with a node for the formation of light or shadow bands are installed. On the output part of the endoscope mounted photorecorder 4 with a mechanism for intermittent drawing of the film. The rod with the endoscope is fixed in the immersion depth meter (coordinate) 5 mounted on the turbine body. The immersion depth meter 5 allows you to set the rod with the endoscope 1 to a predetermined depth inside the turbine housing. In the flow part of the turbine is installed sensor 6 of the synchronization system. The erosion wear of the input edges of the blades is measured during the rotation of the turbine from the shaft-turning device in the absence of a working fluid (steam) in the turbine. A rod with an endoscope 1 is introduced into the flow part of the turbine between the guides 7 and the working 8 blades. The immersion depth of the endoscope in the turbine housing is set so that its receiving part is located in the area of the input edges of the working blades to be examined. At the moment of passage of the investigated blade, a pulse is generated near the synchronization sensor 6, which, using an electronic circuit (not shown), turns on a pulsed light source 3. The pulse source 3 forms a light zone 9 with clearly defined boundaries on the surface of the input edge of the blade 8. These boundaries are a reference base for determining the quantitative characteristics of wear. To reliably record the amount of blade edge wear, the field of view 10 of the lens 2 is set larger than zone 9. The input edge wear during the turbine operation between measurements is estimated as the difference in the size of the illuminated part of the blade during the previous 11 and subsequent 12 measurements.

Из описания работы устройства-прототипа очевиден способ-прототип периодического контроля эрозионного износа кромок лопаток, заключающийся в установке штанги с источником и приемником излучений, включении источника излучения в момент прохождения лопатки в поле зрения приемника излучения и регистрации изображения кромки лопатки в поле данного излучения, снятии штанги с источником и приемником излучения, обработке полученного изображения. From the description of the operation of the prototype device, the prototype method for periodically monitoring the erosive wear of the edges of the blades is obvious, which consists in installing a rod with a radiation source and receiver, turning on the radiation source at the moment the blade passes in the field of view of the radiation receiver and registering the image of the blade edge in the field of this radiation, removing rods with a radiation source and receiver, processing the received image.

Недостатками способа и устройства, его реализующего, являются большое время измерения, обусловленное наличием медленных фотохимических процессов при обработке пленки, и погрешности измерения величины износа по фотографическим изображениям лопаток. Последние связаны с неточной установкой эндоскопа относительно лопаток и со случайными изменениями момента включения импульсного источника излучения. Изменения момента включения импульсного источника между разнесенными во времени измерениями (на основе которых и оцениваются величины износа лопаток) обусловлены смещением венца рабочих лопаток вдоль оси вала относительно датчика 6 системы синхронизации. Эти смещения связаны с температурными изменениями, допусками и посадками венца лопаток и корпуса турбины при ремонтах и т.д. и составляют единицы сантиметров, что приводит к изменениям момента срабатывания датчика 6 и соответственно момента включения импульсного источника излучения в последующем измерении относительно его момента включения в предыдущем измерении. В результате происходит случайное смещение полей изображения на поверхности входной кромки лопатки и величина износа измеряется с погрешностью. The disadvantages of the method and device that implements it are the long measurement time due to the presence of slow photochemical processes during film processing, and the measurement error of the magnitude of wear on the photographic images of the blades. The latter are associated with inaccurate installation of the endoscope relative to the blades and with random changes in the moment of switching on the pulsed radiation source. Changes in the moment of switching on the pulsed source between time-spaced measurements (on the basis of which the values of the blade wear are estimated) are due to the displacement of the crown of the working blades along the shaft axis relative to the sensor 6 of the synchronization system. These displacements are associated with temperature changes, tolerances and landings of the crown of the blades and turbine housing during repairs, etc. and are units of centimeters, which leads to changes in the moment of operation of the sensor 6 and, accordingly, the moment of switching on the pulsed radiation source in the subsequent measurement relative to its moment of switching on in the previous measurement. As a result, a random shift of the image fields on the surface of the input edge of the blade occurs and the amount of wear is measured with an error.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в сокращении времени и увеличении точности измерения за счет компенсации случайных отклонений во взаимной ориентации источника и приемника излучения относительно венца лопаток во время любых разнесенных во времени измерений. The technical problem solved by the invention is to reduce time and increase measurement accuracy by compensating for random deviations in the mutual orientation of the radiation source and receiver relative to the blade rim during any time-spaced measurements.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство. In FIG. 1 shows the proposed device.

Устройство содержит приемник излучения 2, источник излучения 3, измеритель глубины погружения 5, первую поворотную штангу 14, вторую поворотную штангу 15, червячный механизм с преобразователем "угол-код" 16, измеритель временных интервалов 17, вычислительное устройство 18. The device comprises a radiation receiver 2, a radiation source 3, a depth gauge 5, a first rotary rod 14, a second rotary rod 15, a worm gear with an angle-code converter 16, a time interval meter 17, and a computing device 18.

На фиг. 2 приведено изображение взаимного положения венца рабочих лопаток турбины, источника и приемника излучения, где
13 оптическая ось "источник излучения приемник излучения";
Ci линейный размер хорды i-й рабочей лопатки;
αi угол наклона хорды i-й рабочей лопатки по отношению к плоскости вращения вала;
γ угол между осью вращения вала турбины и оптической осью 13.
In FIG. 2 shows an image of the relative position of the crown of the working blades of the turbine, the radiation source and receiver, where
13 optical axis "radiation source radiation receiver";
C i the linear size of the chord of the i-th working blade;
α i the angle of inclination of the chord of the i-th working blade with respect to the plane of rotation of the shaft;
γ angle between the axis of rotation of the turbine shaft and the optical axis 13.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип работы, где
Ti временной интервал от момента пересечения оптической оси 13 задней кромкой предыдущей лопатки до момента пересечения этой же оси задней кромкой i-й лопатки;
ti временной интервал от момента пересечения оптической оси 13 входной кромкой i-й лопатки до момента пересечения оптической оси выходной кромкой этой же лопатки.
In FIG. 3 presents time diagrams explaining the principle of operation, where
T i the time interval from the moment the optical axis 13 intersects the trailing edge of the previous blade to the moment the same axis intersects the trailing edge of the i-th blade;
t i the time interval from the moment the optical axis 13 intersects the input edge of the i-th blade to the moment the optical axis intersects the output edge of the same blade.

На фиг. 4 изображена геометрия рабочих лопаток в венце и расположение изнашиваемой и неизнашиваемой зон на кромке лопатки, где
βi угол между задней кромкой предыдущей лопатки и задней кромкой i-й лопатки;
R1 радиус сечения в изнашиваемой зоне;
R2 радиус сечения в неизнашиваемой зоне.
In FIG. 4 shows the geometry of the working blades in the crown and the location of the wear and wear zones on the edge of the blade, where
β i is the angle between the trailing edge of the previous blade and the trailing edge of the i-th blade;
R 1 is the radius of the section in the wear zone;
R 2 is the radius of the section in the wear zone.

На фиг. 5 изображена периодичность процесса измерения эрозионного износа рабочих лопаток при эксплуатации турбины в различных режимах. In FIG. 5 shows the frequency of the process of measuring the erosive wear of the working blades during operation of the turbine in various modes.

Сущность способа заключается в том, что в способе измерения эрозионного износа кромок рабочих лопаток турбин, заключающемся в установке источника и приемника излучений, регистрации потока излучения, модулированного за счет его пересечения вращающимися лопатками, дополнительно осуществляются процедуры измерения временных интервалов по крайней мере в двух разнесенных по высоте лопатки изнашиваемой и неизнашиваемой зонах и вычисления поправок для корректирования результатов измерений, а процесс калибровки производится, кроме того, при двух или более преднамеренных известных отклонениях взаимной ориентации источника и приемника излучения от их оптической оси, при этом источник и приемник излучения расположены со стороны входной и выходной кромок лопаток. The essence of the method lies in the fact that in the method for measuring the erosive wear of the edges of the turbine rotor blades, which consists in installing a radiation source and receiver, registering the radiation flux modulated by its intersection by the rotating blades, additionally, the procedures for measuring time intervals in at least two spaced apart the height of the blades of the wear and wear zones and the calculation of corrections to correct the measurement results, and the calibration process is carried out, in addition, and two or more intentional known deviations of the mutual orientation of the radiation source and receiver from their optical axis, while the radiation source and receiver are located on the side of the input and output edges of the blades.

Опыт эксплуатации паровых турбин показывает, что
угол βi между задней кромкой предыдущей лопатки и задней кромкой i-й лопатки не изменяется в процессе работы, но различен для каждой пары лопаток,
угол αi наклона хорды лопатки к плоскости вращения вала не обладает остаточной деформацией после снятия пара и постоянен при предыдущем и последующих измерениях, но индивидуален для каждой лопатки в каждом сечении,
в процессе работы происходит износ только передних (входных) кромок лопаток в периферийной изнашиваемой зоне, а износ входных кромок в зоне вблизи вала пренебрежимо мал.
Operating experience of steam turbines shows that
the angle β i between the trailing edge of the previous blade and the trailing edge of the i-th blade does not change during operation, but is different for each pair of blades,
the angle α i of the inclination of the chord of the blade to the plane of rotation of the shaft does not have residual deformation after steam removal and is constant in the previous and subsequent measurements, but is individual for each blade in each section,
during operation, only the front (input) edges of the blades wear in the peripheral wear zone, and the wear of the input edges in the area near the shaft is negligible.

Во время монтажа турбоагрегата при собранном венце лопаток известными техническими средствами измеряются угол βi и исходные линейные размеры хорд лопаток в контролируемых сечениях изнашиваемой и неизнашиваемой зон. В то же время измерить углы αi наклона хорд лопаток в этих же сечениях с заданной точностью при собранном венце практически невозможно.During the installation of the turbine unit with the assembled crown of the blades, the angle β i and the initial linear dimensions of the chords of the blades in the controlled sections of the wear and wear zones are measured by known technical means. At the same time, it is practically impossible to measure the angles of inclination α i of the chord of the blades in the same sections with a given accuracy with the assembled crown.

После монтажа турбины, но до ввода ее в эксплуатацию и начала процесса износа, проводят процесс калибровки, заключающийся в следующем, Вал турбины вращают от валопроворотного устройства, источник и приемник излучений устанавливают со стороны входной и выходной кромок неизношенных лопаток. При этом оптическая ось 13 будет ориентирована под неизвестным углом к оси вала. Регистрируют поток излучения, модулированный за счет его пересечения вращающимися лопатками и для каждой i-й лопатки (i=1,N; N количество лопаток) измеряют временные интервалы:
T11i от момента пересечения оптической оси 13 задней кромкой предыдущей лопатки до момента пересечения этой же оси задней кромкой i-ой лопатки в изнашиваемом сечении при ориентации оптической оси под неизвестным углом γ1;
τ11i от момента пересечения оптической оси 13 входной кромкой лопатки до момента пересечения оптической оси 13 выходной кромкой этой же лопатки в изнашиваемом сечении при ориентации оптической оси 13 под неизвестным углом γ1;
T21i от момента пересечения оптической оси 13 задней кромкой предыдущей лопатки до момента пересечения этой же оси задней кромкой i-й лопатки в неизнашиваемом сечении при ориентации оптической оси под неизвестным углом γ2;
τ21i от момента пересечения оптической оси 13 входной кромкой лопатки до момента пересечения оптической оси 13 выходной кромкой этой же лопатки в неизнашиваемом сечении при ориентации оптической оси под неизвестным углом γ2;
T12i от момента пересечения оптической оси 13 задней кромкой предыдущей лопатки до момента пересечения этой же оси задней кромкой i-й лопатки в изнашиваемом сечении при ориентации оптической оси под углом (γ1+Δγ), где Δγ известное приращение угла;
t12i от момента пересечения оптической оси 13 входной кромкой лопатки до момента пересечения оптической оси 13 выходной кромкой этой же лопатки в изнашиваемом сечении при ориентации оптической оси под углом (γ1+Δγ);
T22i от момента пересечения оптической 13 задней кромкой предыдущей лопатки до момента пересечения этой же оси задней кромкой i-й лопатки в неизнашиваемом сечении при ориентации оптической оси под углом (γ2+Δγ);
τ22i от момента пересечения оптической оси 13 входной кромкой лопатки до момента пересечения оптической оси 13 выходной кромкой этой же лопатки в неизнашиваемом сечении при ориентации оптической оси под углом (γ2+Δγ).
After installing the turbine, but before putting it into operation and the start of the wear process, the calibration process is carried out as follows, the turbine shaft is rotated from the shaft rotary device, the radiation source and receiver are installed from the input and output edges of the worn blades. In this case, the optical axis 13 will be oriented at an unknown angle to the axis of the shaft. Register the radiation flux modulated due to its intersection by rotating blades and for each i-th blade (i = 1, N; N number of blades) time intervals are measured:
T 11 i from the moment the optical axis 13 intersects the trailing edge of the previous blade to the moment the same axis intersects the trailing edge of the i-th blade in the wear section when the optical axis is oriented at an unknown angle γ 1 ;
τ 11i from the moment the optical axis 13 intersects the input edge of the blade to the moment the optical axis 13 intersects the output edge of the same blade in the wear section when the optical axis 13 is oriented at an unknown angle γ 1 ;
T 21i from the moment of intersection of the optical axis 13 with the trailing edge of the previous blade to the moment of crossing the same axis with the trailing edge of the i-th blade in a non-wearing section when the optical axis is oriented at an unknown angle γ 2 ;
τ 21i from the moment the optical axis 13 intersects the input edge of the blade to the moment the optical axis 13 intersects the output edge of the same blade in a non-wearing section when the optical axis is oriented at an unknown angle γ 2 ;
T 12i from the moment the optical axis 13 intersects the trailing edge of the previous blade to the moment the same axis intersects the trailing edge of the i-th blade in the wear section when the optical axis is oriented at an angle (γ 1 + Δγ), where Δγ is a known angle increment;
t 12i from the moment the optical axis 13 intersects the input edge of the blade to the moment the optical axis 13 intersects the output edge of the same blade in the wear section when the optical axis is oriented at an angle (γ 1 + Δγ);
T 22i from the moment the optical 13 intersects the trailing edge of the previous blade to the intersection of the same axis with the trailing edge of the i-th blade in a non-wearing section when the optical axis is oriented at an angle (γ 2 + Δγ);
τ 22i from the moment the optical axis 13 intersects the input edge of the blade to the moment the optical axis 13 intersects the output edge of the same blade in a non-wearing section when the optical axis is oriented at an angle (γ 2 + Δγ).

После этого вычисляют углы α1i и α2i по формуле

Figure 00000002

где
Figure 00000003

Figure 00000004

где C (k) 1i размер хорды i-й лопатки в изнашиваемом сечении до начала процесса износа;
C (k) 2i размер хорды i-й лопатки в неизнашиваемом сечении до начала процесса износа;
вычисляют углы γ1u и γ2 по формуле
Figure 00000005
.After that, the angles α 1i and α 2i are calculated by the formula
Figure 00000002

Where
Figure 00000003

Figure 00000004

where c (k) 1i the size of the chord of the i-th blade in the wear section before the start of the wear process;
C (k) 2i the size of the chord of the i-th blade in a non-wearing section before the start of the wear process;
calculate the angles γ 1u and γ 2 according to the formula
Figure 00000005
.

Выражения (1) и (2) определяют зависимость между углом ориентации оптической оси 13 в изнашиваемой и неизнашиваемой зонах лопатки и отношением временных интервалов

Figure 00000006

Благодаря тому, что углы преднамеренного отклонения оптической оси 13 Δγ не превосходят 5-10o, угловое положение хорды ai можно считать постоянным, не зависящим от конечной толщины и рельефа кромки лопатки.Expressions (1) and (2) determine the relationship between the orientation angle of the optical axis 13 in the wearing and wearing areas of the blade and the ratio of time intervals
Figure 00000006

Due to the fact that the angles of the deliberate deviation of the optical axis 13 Δγ do not exceed 5-10 o , the angular position of the chord a i can be considered constant, independent of the final thickness and topography of the blade edges.

На этом процесс калибровки завершают, источник излучения и приемник излучения извлекают из корпуса турбины и она выводится на рабочий режим. This completes the calibration process, the radiation source and the radiation receiver are removed from the turbine housing and it is brought to the operating mode.

В процессе эксплуатации турбины происходит эрозионный износ кромок рабочих лопаток. Для оценки степени эрозионного износа кромок лопаток проводят последующие измерения. После выводы турбины из рабочего режима и расхолаживании ее при вращении от валоповоротного устройства температура в зоне лопаток постепенно снижается до 50-60o. При последующем измерении вал турбины вращают от валоповоротного устройства и через отверстия в корпусе турбины вводят источник и приемник излучения на такую глубину, чтобы рабочие лопатки размещались между ними в заданном сечении неизнашиваемой зоны, а движение лопаток в зазоре "источник излучения приемник излучения" приводило к модуляции потока излучения. При этом оптическая ось 13 будет ориентирована к оси вала под углом γ со случайным отклонением dg2, обусловленным погрешностями установки источника и приемника излучений относительно венца лопаток, возникающими из-за температурных деформаций во время работы, допусков и посадок венца лопаток и корпуса турбины при ее ремонтах.During operation of the turbine, erosion of the edges of the blades occurs. To assess the degree of erosive wear of the edges of the blades, subsequent measurements are carried out. After the conclusions of the turbine from the operating mode and cools it during rotation from the shaft-turning device, the temperature in the area of the blades gradually decreases to 50-60 o . In the subsequent measurement, the turbine shaft is rotated from the shaft-turning device and the radiation source and receiver are introduced through the holes in the turbine housing to such a depth that the working blades are placed between them in a given section of the wear zone, and the movement of the blades in the gap “radiation source radiation receiver” led to modulation radiation flux. In this case, the optical axis 13 will be oriented to the axis of the shaft at an angle γ with a random deviation dg 2 due to errors in the installation of the radiation source and receiver relative to the crown of the blades arising due to temperature deformations during operation, tolerances and landings of the crown of the blades and the turbine body during repairs.

Для каждой i-й лопатки измеряют временные интервалы:
T1i от момента пересечения оптической оси 13 задней кромкой предыдущей лопатки до момента пересечения этой же оси задней кромкой i-й лопатки в изнашиваемом сечении R1;
τ1i от момента пересечения оптической оси 13 входной кромкой лопатки до момента пересечения оптической оси 13 выходной кромкой этой же лопатки в изнашиваемом сечении R1;
T2i от момента пересечения оптической оси 13 задней кромкой предыдущей лопатки до момента пересечения этой же оси задней кромкой i-й лопатки в неизнашиваемом сечении R2;
τ2i от момента пересечения оптической оси 13 входной кромкой лопатки до момента пересечения оптической оси выходной кромкой этой же лопатки в неизнашиваемом сечении R2;
при этом износ i-й лопатки вычисляют по формуле
ΔC1 = C (k) i - Ci (3)
где Ci размер хорды i-й лопатки в изнашиваемом сечении, который вычисляют по формуле

Figure 00000007

где
Figure 00000008

На этом заканчивается процесс измерения, источник излучения и приемник излучения извлекаются из корпуса турбины и она либо подвергается ремонту, либо вновь выводится на рабочий режим.For each ith blade, time intervals are measured:
T 1i from the moment the optical axis 13 intersects the trailing edge of the previous blade to the moment the same axis intersects the trailing edge of the i-th blade in the wearing section R 1 ;
τ 1i from the moment the optical axis 13 intersects the input edge of the blade to the moment the optical axis 13 intersects the output edge of the same blade in the wear section R 1 ;
T 2i from the moment of intersection of the optical axis 13 with the trailing edge of the previous blade to the moment of crossing the same axis with the trailing edge of the i-th blade in a non-wearing section R 2 ;
τ 2i from the moment the optical axis 13 intersects the input edge of the blade to the moment the optical axis intersects the output edge of the same blade in a non-wearing section R 2 ;
while the wear of the i-th blade is calculated by the formula
ΔC 1 = C (k) i - C i (3)
where C i is the size of the chord of the i-th blade in the wear section, which is calculated by the formula
Figure 00000007

Where
Figure 00000008

This ends the measurement process, the radiation source and the radiation receiver are removed from the turbine housing and it is either being repaired or put back into operation.

При реализации способа наиболее важным является отклонение линии визирования на угол Δγ, так как он в значительной мере определяет точность и повторяемость измерений, поэтому технической задачей, решаемой устройством, является обеспечение высокой точности задания этого угла. When implementing the method, the most important is the deviation of the line of sight at an angle Δγ, since it largely determines the accuracy and repeatability of measurements, therefore, the technical problem solved by the device is to ensure high accuracy in setting this angle.

Сущность устройства заключается в том, что в известное устройство, состоящее из источника и приемника излучения и устройства для их позиционирования относительно венца лопаток, включающего измеритель глубины погружения и погружную штангу, дополнительно введена вторая погружная штанга устройства позиционирования, при этом источник и приемник излучения закреплены на разных штангах, а сами штанги выполнены с возможностью их погружения по разные стороны венца лопаток и поворота относительно своей оси. The essence of the device lies in the fact that in the known device consisting of a radiation source and receiver and a device for their positioning relative to the crown of the blades, including a depth gauge and an immersion rod, a second immersion rod of the positioning device is additionally introduced, while the radiation source and receiver are mounted on different rods, and the rods themselves are made with the possibility of their immersion on opposite sides of the crown of the blades and rotation about their axis.

Заявляемое устройство (фиг. 1) содержит измеритель глубины погружения 5, источник излучения 3, приемник излучения 2, первую поворотную штангу 14, вторую поворотную штангу 15, причем первая 14 и вторая 15 штанги закреплены на измерителе глубины погружения 5 с возможностью поворота относительно своей оси, источник излучения 3 жестко закрепляется на первой штанге 14 на известном расстоянии от оси штанги, приемник излучения 2 жестко закрепляется на второй штанге 15 на известном расстоянии от оси штанги. The inventive device (Fig. 1) contains a depth gauge 5, a radiation source 3, a radiation detector 2, a first rotary rod 14, a second rotary rod 15, and the first 14 and second 15 rods are mounted on the depth gauge 5 with a possibility of rotation about its axis , the radiation source 3 is rigidly fixed to the first rod 14 at a known distance from the axis of the rod, the radiation receiver 2 is rigidly fixed to the second rod 15 at a known distance from the axis of the rod.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При выполнении калибровки измеритель глубины погружения 5 вместе с поворотными штангами 14 и 15 монтируются на корпусе агрегата так, что источник 3 и приемник 2 излучения погружаются в тело турбины на глубину, соответствующую заданному радиусу. Возможность поворота штанг на заданный угол может быть обеспечена, например, червячным механизмом 16 со считыванием значений угла преобразователем "угол-код", вал которого жестко связан с осью штанги, а корпус преобразователя жестко крепится к измерителю глубины погружения 5. Угловое положение оптической оси 13 "источник излучения 3 - приемник излучения 2" изменяется на малый угол (3-10o) одним из следующих способов:
1. Изменяя угловое положение источника излучения 3 при помощи поворота первой штанги 14 на угол q1 при постоянном угловом положении приемника излучения 2.
When performing calibration, the immersion depth meter 5 together with the rotary rods 14 and 15 are mounted on the unit body so that the radiation source 3 and receiver 2 are immersed in the turbine body to a depth corresponding to a given radius. The ability to rotate the rods by a predetermined angle can be provided, for example, by a worm mechanism 16 with reading the angle values by an angle-code converter, the shaft of which is rigidly connected to the axis of the rod, and the converter housing is rigidly attached to the immersion depth meter 5. The angular position of the optical axis 13 "radiation source 3 - radiation receiver 2" is changed to a small angle (3-10 o ) in one of the following ways:
1. Changing the angular position of the radiation source 3 by turning the first rod 14 by an angle q 1 with a constant angular position of the radiation receiver 2.

2. Изменяя угловое положение приемника излучения 2 при помощи поворота второй штанги 15 на угол θ2 при постоянном угловом положении источника излучения 3.2. Changing the angular position of the radiation detector 2 by rotating the second rod 15 by an angle θ 2 with a constant angular position of the radiation source 3.

3. Изменяя угловое положение источника излучения 3 при помощи поворота первой штанги 14 на угол θ1 и угловое положение приемника излучения 2 при помощи второй штанги 15 на угол θ2 одновременно.3. Changing the angular position of the radiation source 3 by turning the first rod 14 by an angle θ 1 and the angular position of the radiation receiver 2 by means of the second rod 15 by an angle θ 2 at the same time.

Значение Δγ вычисляют по формуле

Figure 00000009

где r1 радиус дуги окружности, по которой перемещается оптический центр источника излучения 3;
r2 радиус дуги окружности, по которой перемещается оптический центр приемника излучения 2;
D расстояние между центрами указанных окружностей.The value of Δγ is calculated by the formula
Figure 00000009

where r 1 is the radius of the arc of a circle along which the optical center of the radiation source 3 moves;
r 2 is the radius of the arc of the circle along which the optical center of the radiation receiver 2 moves;
D is the distance between the centers of the indicated circles.

Точность определения угла Δγ при заданных погрешностях устройств углового позиционирования определяется по формуле

Figure 00000010
,
где σ 2 Δγ дисперсия оценки угла сдвига оптической оси 13;
Figure 00000011
дисперсия измерения угла поворота первой штанги;
Figure 00000012
дисперсия измерения угла поворота второй штанги;
Реально D > r1 и r2, смещение оптической оси "источник излучения приемник излучения" задается, таким образом, с более высокой точностью, чем точность поворота соответствующей штанги.The accuracy of determining the angle Δγ for given errors of angular positioning devices is determined by the formula
Figure 00000010
,
where σ 2 Δγ variance of the estimate of the angle of shift of the optical axis 13;
Figure 00000011
the dispersion of the measurement of the angle of rotation of the first rod;
Figure 00000012
the variance of the measurement of the angle of rotation of the second rod;
Actually, D> r 1 and r 2 , the offset of the optical axis “radiation source radiation receiver” is set, thus, with higher accuracy than the accuracy of rotation of the corresponding rod.

Источник и приемник излучения могут работать в любом диапазоне от ионизирующего излучения до субмиллиметровых волн. Выбор диапазона определяется условиями конкретного применения способа и устройства. Источник может создавать как непрерывное, так и модулированное излучения (для повышения помехоустойчивости). The radiation source and receiver can operate in any range from ionizing radiation to submillimeter waves. The choice of range is determined by the conditions of the specific application of the method and device. The source can create both continuous and modulated radiation (to increase noise immunity).

При подключении выхода приемника излучения к входу измерителя временных интервалов 17 и вводе показаний измерителя глубины погружения 5, первой поворотной штанги 14 и второй поворотной штанги 15 в вычислительное устройство 18 может быть реализован заявляемый способ измерения эрозионного износа лопаток. By connecting the output of the radiation receiver to the input of the time interval meter 17 and entering the readings of the immersion depth meter 5, the first rotary rod 14 and the second rotary rod 15 into the computing device 18, the inventive method for measuring the erosive wear of the blades can be implemented.

Техническое преимущество заявляемых способа и устройства перед аналогичными наиболее прогрессивными в настоящее время техническими решениями состоит в увеличении точности и сокращении времени на измерения характеристик износа входных кромок лопаток турбин. The technical advantage of the proposed method and device over similar currently most advanced technical solutions is to increase the accuracy and reduce the time to measure the wear characteristics of the input edges of the turbine blades.

Claims (2)

1. Способ измерения эрозионного износа кромок рабочих лопаток турбины, заключающийся в установке источника и приемника излучения, регистрации потока излучения, модулированного за счет его пересечения вращающимися лопатками, и определении параметра, по которому судят о величине измеряемого эрозионного износа, отличающийся тем, что источник и приемник излучения располагают со стороны входной и выходной кромок лопаток соответственно, для каждой лопатки в ее изнашиваемой и неизнашиваемой зонах определяют временной интервал от момента пересечения оптической оси источник приемник входной кромкой лопатки до момента пересечения упомянутой оси выходной кромкой этой же лопатки и временной интервал от момента пересечения оптической оси источник приемник выходной кромкой предыдущей лопатки до момента ее пересечения выходной кромкой текущей лопатки, на основании отношения измеренных временных интервалов в неизнашиваемой зоне и зависимости между углом ориентации оптической оси источник приемник и отношением указанных временных интервалов для неизнашиваемой зоны, полученной при калибровке, определяют отклонения угла ориентации оптической оси источник приемник при текущем измерении от ее ориентации при калибровке, а величину износа определяют по значению отношений упомянутых временных интервалов в изнашиваемой зоне с учетом упомянутого отклонения и полученной при калибровке зависимости между углом ориентации оптической оси источник приемник и отношением указанных временных интервалов в изнашиваемой зоне, при этом калибровку осуществляют до начала процесса износа лопаток путем установки источника и приемника излучения упомянутым образом по отношению к лопаткам, определения упомянутых временных интервалов в изнашиваемой и неизнашиваемой зонах по крайней мере при двух положениях оптической оси источник приемник с известными угловыми отклонениями между ними и определении на основании указанных временных интервалов и угловых отклонений зависимостей между углом ориентации оптической оси источник - приемник и отношением указанных временных интервалов в изнашиваемой и неизнашиваемой зонах лопаток. 1. The method of measuring erosive wear of the edges of the turbine rotor blades, which consists in installing a radiation source and receiver, registering the radiation flux modulated by its intersection with rotating blades, and determining a parameter by which the value of the measured erosive wear is judged, characterized in that the source and the radiation receiver is located on the side of the input and output edges of the blades, respectively, for each blade in its wearing and wearing areas determine the time interval from the moment intersection of the optical axis of the source receiver with the input edge of the blade until the intersection of the said axis with the output edge of the same blade and the time interval from the moment the optical axis intersects the source axis with the output edge of the previous blade until it intersects the output edge of the current blade, based on the ratio of the measured time intervals in the wear zone and the relationship between the orientation angle of the optical axis of the source receiver and the ratio of the specified time intervals for the wear zone, obtained oh during calibration, determine the deviation of the orientation angle of the optical axis of the source receiver during the current measurement from its orientation during calibration, and the wear value is determined by the value of the relations of the mentioned time intervals in the wear zone taking into account the mentioned deviation and the dependence obtained between the orientation angle of the optical axis of the source receiver and the ratio of the indicated time intervals in the wear zone, while the calibration is carried out before the beginning of the process of wear of the blades by installing the source and a radiation receiver in the aforementioned manner with respect to the blades, determining said time intervals in the wearing and wearing areas at least at two positions of the optical axis, the source is a receiver with known angular deviations between them and determining, based on the indicated time intervals and angular deviations of the dependencies between the orientation angle of the optical axis the source is the receiver and the ratio of the indicated time intervals in the wear and wear zones of the blades. 2. Устройство измерения эрозионного износа кромок рабочих лопаток турбины, состоящее из источника и приемника излучения и устройства для их позиционирования относительно венца лопаток, включающее измеритель глубины погружения и погружную штангу, отличающееся тем, что устройство позиционирования содержит вторую погружную штангу, при этом источник и приемник излучения закреплены на разных штангах, а сами штанги выполнены с возможностью их погружения по разные стороны венца лопаток и поворота относительно своей оси. 2. A device for measuring the erosive wear of the edges of the turbine blades, consisting of a radiation source and receiver and a device for their positioning relative to the blade rim, including a depth gauge and an immersion rod, characterized in that the positioning device contains a second immersion rod, the source and receiver the radiation is fixed on different rods, and the rods themselves are made with the possibility of immersion on different sides of the crown of the blades and rotation about its axis.
RU93055150A 1993-12-06 1993-12-06 Method and device for measuring erosion wear of turbine rotor blade edges RU2089878C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93055150A RU2089878C1 (en) 1993-12-06 1993-12-06 Method and device for measuring erosion wear of turbine rotor blade edges

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93055150A RU2089878C1 (en) 1993-12-06 1993-12-06 Method and device for measuring erosion wear of turbine rotor blade edges

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93055150A RU93055150A (en) 1996-09-27
RU2089878C1 true RU2089878C1 (en) 1997-09-10

Family

ID=20150153

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93055150A RU2089878C1 (en) 1993-12-06 1993-12-06 Method and device for measuring erosion wear of turbine rotor blade edges

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2089878C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010003512A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 Rolls-Royce Plc An apparatus and a method of measuring erosion of an edge of a turbomachine aerofoil
US8466683B2 (en) 2006-12-14 2013-06-18 Schlumberger Technology Corporation Determining properties of earth formations using the electromagnetic coupling tensor
RU2489702C2 (en) * 2008-02-25 2013-08-10 Снекма Blade coating test setup
RU2498265C2 (en) * 2008-02-25 2013-11-10 Снекма Blade root coating test method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Заявка ПНР N 258146, кл. G 01 B 11/02, 1987. 2. Патент Великобритании N 2211603, кл. G 01 B 11/24, 1987. 3. Авторское свидетельство СССР N 1666920, кл. G 01 B 11/24, 1991. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8466683B2 (en) 2006-12-14 2013-06-18 Schlumberger Technology Corporation Determining properties of earth formations using the electromagnetic coupling tensor
RU2489702C2 (en) * 2008-02-25 2013-08-10 Снекма Blade coating test setup
RU2498265C2 (en) * 2008-02-25 2013-11-10 Снекма Blade root coating test method
WO2010003512A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 Rolls-Royce Plc An apparatus and a method of measuring erosion of an edge of a turbomachine aerofoil
US7990547B2 (en) 2008-07-09 2011-08-02 Rolls-Royce Plc Apparatus and a method of measuring erosion of an edge of a turbomachine aerofoil

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2135602C (en) System and method for monitoring torsional vibrations and operating parameters of rotating shafts
US6360012B1 (en) In situ projection optic metrology method and apparatus
US5734108A (en) System for sensing shaft displacement and strain
CA1059752A (en) Gauging surfaces by remotely tracking multiple images
US5570186A (en) Method for inspecting the curvature of a profile, such an edge of a turbine blade
US4711126A (en) Sensor for the measurement of the refractive index of a fluid and/or phase boundary between two fluids by means of visible or invisible light
US5474813A (en) Systems and methods for applying grid lines to a shaft and sensing movement thereof
CA1098991A (en) Method and apparatus for detection of inclusions in glass article or the like
WO1989000674A1 (en) An optical angle-measuring device
RU2089878C1 (en) Method and device for measuring erosion wear of turbine rotor blade edges
WO2006042398A1 (en) Improved measurement system
EP3390960B1 (en) Scanning device and method for measurement and analysis of circular holes in transparent liquids in ionizing radiation environment
US5293040A (en) Method and apparatus for measuring vibrations of rotating shaft
EP0405777A2 (en) Method and apparatus for measuring aligmment status
EP0614068B1 (en) Method of measuring orientation flat width of single crystal ingot
CN113340403B (en) Rotating shaft radial vibration measuring method based on circumferential stripes and linear array camera
Okuyama et al. Investigation of an optical noncontact gear geometry measurement system: measurement of pitch errors and tooth profiles
US5349183A (en) Diffraction grating rotary speed sensor having a circumferentially variable pitch diffraction grating
Shut et al. Videoendoscopy of working blades of steam turbines and control of their geometrical parameters
US3523731A (en) Optical ranging device (u)
Kirita et al. Particle image velocimetry: a new approach to fringe analysis
CN218766993U (en) High-sensitivity fluid flow velocity optical measurement sensor
SU879293A1 (en) Device for measuring transparent film thickness
RU2258903C2 (en) Method and device for measuring shift of object (versions)
SU1666920A1 (en) Device for measurement of erosion wear of steam turbine rotor blades