RU2326362C1

RU2326362C1 - Method for diagnostics of damage and defects of turbomachine rotor blades

Info

Publication number: RU2326362C1
Application number: RU2006132220/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Данилин (RU); Александр Иванович Данилин; вский Аркадий Жоржевич Черн (RU); Аркадий Жоржевич Чернявский; Михаил Иванович Серпокрылов (RU); Михаил Иванович Серпокрылов; Игорь Вадимович Лофицкий (RU); Игорь Вадимович Лофицкий; Николай Федорович Горбунов (RU); Николай Федорович Горбунов; Сергей Николаевич Кузьмин (RU); Сергей Николаевич Кузьмин
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2008-06-10

Abstract

FIELD: diagnostics of turboset blades.

SUBSTANCE: method is realised as described below. Pulse contactless sensor is installed inside the turbomachine casing. Fixed exciters, corresponding to root section of blades are placed at the impeller disk or turbimachine rotor. Root pulse contactless sensor is installed opposite to movement of exciters at the fixed part of turboset. Time intervals between pulses of peripheral and root sensors are measured at the beginning of operational mode for each blade. Measurements are carried out during a certain period of time. Measured values of time intervals are averaged and averaged basic time intervals are calculated for each blade. These time intervals are used as basic or reference positions of the peripheral parts (ends) of serviceable blades. During the next operation period, the current values of time intervals between sensors are measured and obtained results are averaged, accordingly, for each blade. Then averaged time intervals for each blade are compared to the corresponding averaged basic time intervals. After this, occurrence and progress of damages or defects of the corresponding blades can be detected basing on value and speed of divergence of comparison results.

EFFECT: enhancement of accuracy and reliability of diagnostics of damages and defects of turbomachine impeller blades.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение предназначено для диагностирования дефектов и повреждений рабочих лопаток турбомашин в процессе их эксплуатации и может быть использовано в турбомашиностроении для индикации усталостной прочности материала лопаток, предупреждения повреждений или обрывов лопаток.The present invention is intended to diagnose defects and damage to the working blades of turbomachines during their operation and can be used in turbomachinery to indicate the fatigue strength of the material of the blades, prevent damage or breakage of the blades.

Известен способ определения повреждений рабочих лопаток турбомашин (Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978, с.185-188), заключающийся в том, что измеряют параметры спектра акустического излучения лопаток, регистрируют их изменения и по ним судят о возникновении дефектов или повреждений в лопатках.A known method of determining damage to the working blades of turbomachines (Birger I.A. Technical diagnostics. M .: Mashinostroenie, 1978, p.185-188), which consists in measuring the parameters of the spectrum of acoustic radiation of the blades, recording their changes and judging them defects or damage to the blades.

Недостатками известного способа являются значительные трудности в выделении полезного сигнала на фоне помех и в однозначности идентификации диагностического признака.The disadvantages of this method are significant difficulties in highlighting a useful signal against the background of interference and in the uniqueness of identification of a diagnostic feature.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ диагностирования повреждений рабочих лопаток турбомашины (патент РФ №2008438, МКИ F01D 5/12), заключающийся в том, что в корпусе турбомашины в плоскости вращения рабочего колеса устанавливают периферийный импульсный бесконтактный датчик, на диске лопаточного колеса или на роторе турбомашины располагают неподвижные возбудители, например штифты или отверстия, соответствующие корневым сечениям лопаток, напротив движения возбудителей на неподвижной части турбоагрегата (на направляющем аппарате ГТД или диафрагме паровой турбины) устанавливают корневой импульсный бесконтактный датчик, в начале эксплуатационного режима для каждой лопатки измеряют временные интервалы между импульсами периферийного и корневого датчиков и принимают их за базовые величины положений периферийных частей (торцов) лопаток, относительно которых в последующий эксплуатационный период сравнивают текущие значения временных интервалов между датчиками. Выявленные изменения временных интервалов по сравнению с базовыми величинами свидетельствуют о возникновении и развитии повреждений или дефектов соответствующих лопаток.The closest in technical essence to the present invention is a method for diagnosing damage to the working blades of a turbomachine (RF patent No. 2008438, MKI F01D 5/12), which consists in the fact that in the housing of the turbomachine in the plane of rotation of the impeller a peripheral pulse proximity sensor is mounted on the blade of the blade fixed pathogens, for example pins or holes corresponding to root sections of the blades, opposite the movement of pathogens on the fixed part of the tour a booster unit (on the turbine engine guide vanes or diaphragm of a steam turbine), a root impulse proximity sensor is installed, at the beginning of the operating mode for each blade, the time intervals between the pulses of the peripheral and root sensors are measured and taken as the basic values of the positions of the peripheral parts (ends) of the blades, relative to which the subsequent operational period compares the current values of the time intervals between the sensors. The revealed changes in time intervals compared with the base values indicate the occurrence and development of damage or defects of the respective blades.

Недостатками известного способа являются методически обусловленная низкая точность и достоверность измерений, поскольку при определении базовых положений периферийных частей (торцов) лопаток не учитывается влияние динамических нагрузок, под действием которых лопатки всегда находятся в колебательном движении, что в свою очередь приводит к невозможности однозначного определения базовых положений торцов лопаток.The disadvantages of this method are methodologically caused by low accuracy and reliability of measurements, since when determining the basic positions of the peripheral parts (ends) of the blades, the influence of dynamic loads, under the influence of which the blades are always in oscillatory motion, is not taken into account, which in turn makes it impossible to unambiguously determine the basic positions the ends of the blades.

В основу изобретения поставлена задача увеличения точности и повышения достоверности диагностирования возникновения повреждений и дефектов лопаток вращающихся колес турбомашин.The basis of the invention is the task of increasing accuracy and improving the reliability of diagnosing the occurrence of damage and defects of the blades of the rotating wheels of turbomachines.

Для достижения поставленной цели в способе диагностирования повреждений рабочих лопаток в корпусе турбомашины в плоскости вращения рабочего колеса устанавливают периферийный импульсный бесконтактный датчик, на диске лопаточного колеса или роторе турбомашины располагают неподвижные возбудители, например металлические штифты или отверстия, соответствующие корневым сечениям лопаток, напротив движения возбудителей на неподвижной части турбоагрегата (на направляющем аппарате ГТД или диафрагме паровой турбины) устанавливают корневой импульсный бесконтактный датчик, в начале эксплуатационного режима для каждой лопатки измеряют временные интервалы между импульсами периферийного и корневого датчиков, согласно изобретению, измерения проводят в течение определенного количества оборотов ротора турбоагрегата, затем усредняют зафиксированные значения временных интервалов и получают для каждой лопатки усредненные базовые временные интервалы, которые и принимают за базовые или опорные положения периферийных частей (торцов) исправных лопаток, в последующий эксплуатационный период для каждой лопатки измеряют текущие значения временных интервалов между датчиками и усредняют соответственно для каждой лопатки полученные результаты, затем сравнивают усредненные текущие временные интервалы для каждой лопатки с соответствующими усредненными базовыми временными интервалами, после чего по величине и скорости расхождения результатов сравнения судят о возникновении и развитии повреждений или дефектов соответствующих лопаток.To achieve this goal, in the method for diagnosing damage to the rotor blades, a peripheral impulse contactless sensor is installed in the turbomachine housing in the plane of rotation of the impeller, stationary pathogens are placed on the blade of the blade wheel or rotor of the turbomachine, for example, metal pins or holes corresponding to root sections of the blades, opposite to the pathogens the fixed part of the turbine unit (on the GTD guide vane or steam turbine diaphragm) set the root a pulsed non-contact sensor, at the beginning of the operating mode for each blade, the time intervals between the pulses of the peripheral and root sensors are measured, according to the invention, the measurements are carried out for a certain number of revolutions of the rotor of the turbine unit, then the fixed values of the time intervals are averaged and the average basic time intervals are obtained for each blade, which are taken as the basic or supporting positions of the peripheral parts (ends) of serviceable blades, in subsequent operation For each blade, the current values of the time intervals between the sensors are measured and the results obtained are averaged for each blade, then the averaged current time intervals for each blade are compared with the corresponding averaged basic time intervals, after which the occurrence and the development of damage or defects of the respective blades.

Предлагаемое техническое решение обладает новизной, т.к. авторам неизвестны признаки, фигурирующие в предлагаемом изобретении в качестве отличительных.The proposed technical solution is new, because the authors are not aware of the features appearing in the proposed invention as distinctive.

Увеличение точности и повышение достоверности диагностирования возникновения повреждений и дефектов лопаток вращающихся колес турбомашин в предлагаемом способе достигается за счет учета колебательного движения лопаток и в связи с этим объективно обоснованного нахождения базовых опорных положений периферийных частей (торцов) лопаток посредством усреднения для каждой лопатки необходимого количества измерений в начале эксплуатации турбомашины и последующего сравнения этих базовых уровней с усредненными текущими положениями торцов соответствующих лопаток в последующие периоды эксплуатации.Increasing the accuracy and reliability of diagnosing the occurrence of damage and defects of the blades of the rotating wheels of turbomachines in the proposed method is achieved by taking into account the oscillatory motion of the blades and, therefore, objectively justified finding of the basic supporting positions of the peripheral parts (ends) of the blades by averaging for each blade the required number of measurements in the beginning of the operation of the turbomachine and the subsequent comparison of these basic levels with the average current positions of the face corresponding vanes in the subsequent operating periods.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены элементы, поясняющие способ диагностирования повреждений и дефектов рабочих лопаток турбомашин.The invention is illustrated in the drawing, which presents elements explaining a method for diagnosing damage and defects of the working blades of turbomachines.

Диагностирование повреждений и дефектов рабочих лопаток вращающегося колеса турбомашины по предложенному способу осуществляется следующим образом.Diagnosis of damage and defects of the working blades of a rotating wheel of a turbomachine according to the proposed method is as follows.

В корпусе 1 турбомашины в плоскости вращения рабочего колеса устанавливают периферийный импульсный бесконтактный датчик 2, например, емкостного или индуктивного типа, а на диске 3 лопаточного колеса или на роторе турбомашины располагают неподвижные возбудители 4, например штифты или отверстия, соответствующие корневым сечениям лопаток. Напротив движения возбудителей на неподвижной части турбоагрегата (на направляющем аппарате ГТД или диафрагме паровой турбины) устанавливают корневой импульсный бесконтактный датчик 5, например, емкостного или индуктивного типа. Регистрируют электрические импульсы, получаемые в результате взаимодействия возбудителей и торцов лопаток с импульсными датчиками. В начале эксплуатационного режима для каждой лопатки измеряют временные интервалы между электрическими импульсами периферийного и корневого датчиков, а т.к. на лопатки, кроме статических сил, действуют и динамические нагрузки, то они находятся в постоянном колебательном движении, поэтому на каждом обороте ротора турбомашины торцы лопаток будут проходить под периферийным датчиком каждый раз в иной фазе по сравнению с предыдущим оборотом, в результате значения временных интервалов между импульсными датчиками для одних и тех же лопаток будут разными. Объективным критерием выбора базового временного интервала в отсутствие каких-либо априорных статистических характеристик такого процесса, очевидно, может служить некоторая усредненная оценка разброса измеренных временных интервалов, поэтому измерения проводят в течение определенного количества (например, 1000) оборотов ротора турбоагрегата, затем усредняют зафиксированные значения временных интервалов и получают для каждой лопатки усредненные базовые временные интервалы, которые соответствуют базовым или опорным положениям периферийных частей (торцов) исправных лопаток, в последующий эксплуатационный период для каждой лопатки измеряют текущие значения временных интервалов между датчиками и усредняют соответственно для каждой лопатки полученные результаты, затем сравнивают усредненные текущие временные интервалы для каждой лопатки с соответствующими усредненными базовыми временными интервалами, после чего по величине Δ и скорости расхождения результатов сравнения судят о возникновении и развитии повреждений или дефектов соответствующих лопаток.In the housing 1 of the turbomachine, in the plane of rotation of the impeller, a peripheral pulse non-contact sensor 2, for example, of a capacitive or inductive type, is installed, and stationary pathogens 4, for example pins or holes corresponding to the root sections of the blades, are located on the blade 3 of the blade wheel or on the rotor of the turbomachine. Opposite the movement of pathogens on the stationary part of the turbine unit (on the GTE guide vane or steam turbine diaphragm), a root pulse non-contact sensor 5, for example, of a capacitive or inductive type, is installed. Record electrical impulses resulting from the interaction of pathogens and the ends of the blades with pulse sensors. At the beginning of the operating mode, for each blade, the time intervals between the electrical pulses of the peripheral and root sensors are measured, and since on the blades, in addition to static forces, dynamic loads also act, then they are in constant oscillatory motion, therefore, at each revolution of the turbomachine rotor, the ends of the blades will pass under the peripheral sensor each time in a different phase compared to the previous revolution, as a result of the value of the time intervals between pulse sensors for the same blades will be different. An objective criterion for choosing the base time interval in the absence of any a priori statistical characteristics of such a process, obviously, can be a certain average estimate of the variation in the measured time intervals, therefore, measurements are carried out over a certain number (for example, 1000) of the rotor rotor speed, then the fixed values of the time are averaged intervals and receive for each blade averaged basic time intervals that correspond to the basic or reference positions of the periphery serial parts (ends) of serviceable blades, in the subsequent operating period for each blade measure the current values of the time intervals between the sensors and average the results for each blade, respectively, then compare the averaged current time intervals for each blade with the corresponding averaged basic time intervals, after which the value of Δ and the speed of discrepancy of the results of the comparison judge the occurrence and development of damage or defects of the respective blades.

Claims

A method for diagnosing damage and defects of turbomachine rotor blades, namely, that a peripheral pulse non-contact sensor is installed in the turbomachine housing in the plane of rotation of the impeller, stationary pathogens are placed on the blade of the blade wheel or rotor of the turbomachine, for example, metal pins or holes corresponding to root sections of the blades, opposite the movement of pathogens on the stationary part of the turbine unit (on the GTE guide apparatus or the diaphragm of the steam turbine) t is a root impulse non-contact sensor, at the beginning of the operating mode for each blade, the time intervals between the pulses of the peripheral and root sensors are measured, characterized in that the measurements are carried out for a certain number of revolutions of the turbine unit rotor, then the fixed values of the time intervals are averaged and average values for each blade are obtained time intervals, which are taken as the basic or supporting positions of the peripheral parts (ends) of serviceable blades, in the subsequent e The operating period for each blade is measured by the current values of the time intervals between the sensors and averaged, respectively, for each blade, the results are compared, then the averaged current time intervals for each blade are compared with the corresponding averaged basic time intervals, after which the value of the difference between the comparison results is judged occurrence and development of damage or defects of the respective blades.