UA125321C2 - Пристрій для контролю осердя статора потужного турбогенератора - Google Patents

Abstract

Винахід належить до технологічного обладнання для діагностування стану шихтованого осердя електричної машини і може бути використаний під час складання та пресування осердя статора потужного турбогенератора на заводі-виробнику. При складанні та пресуванні осердя статора визначають місця з ослабленою монолітністю. Для чого в N точках, рівномірно розташованих по перерізу осердя статора, автоматично вимірюють питомий тиск пресування спеціальних пластичних елементів. Під час пресування елементи деформуються, і їхня деформація буде залежати від величини дефекту осердя (зменшення монолітності), в зоні якого вони розташовані. Найменше буде деформована проба, розташована в зоні найбільшої величини дефекту, а найбільше - в зоні, де дефект мінімальний. Тиск вимірюють в автоматичному режимі в кожній з N точок, використовуючи плоску металеву мембрану з жорстким центром та ємнісний сенсор. Оброблення та відображення виміряної інформації здійснюється в спеціальному електронному блоці. Технічним результатом винаходу є підвищення достовірності контролю стану осердя та підвищення продуктивності праці обслуговуючого персоналу.

Description

Винахід належить до технологічного обладнання для діагностування стану шихтованого осердя електричної машини і може бути використаний під час складання та пресування осердя статора потужного турбогенератора на заводі-виробнику з метою підвищення достовірності контролю стану осердя, продуктивності праці під час контролю та надійності електричної машини.

При складанні на заводі-виробнику осердя статора потужного турбогенератора штамповані і лаковані сегменти з електротехнічної сталі укладаються та опресовуються по всьому об'єму осердя. В результаті складання і пресування осердя через різні технологічні причини (нерівномірність листів по товщині, нерівномірність лакового покриття листів тощо) виникають нерівномірності в його стисненні, тобто місцеві зменшення монолітності. Зазначені дефекти осердя необхідно ліквідувати ще під час збирання. Зазвичай усунення дефектів нерівномірності здійснюється введенням в послаблені місця осердя спеціальних клинів. Але для здійснення ремонту необхідно мати картину місцевих зменшень монолітності осердя в як можна більшій кількості точок як в перерізі осердя, так і по його довжині.

Відомий пристрій для контролю стану спресованого осердя потужного турбогенератора з використанням клиноподібних щупів (або ножів), які вводяться поміж листами сталі (11, і мірою спресованості є величина заглиблення щупа. Лезо щупа під час перевірки з боку спинки осердя, або збоку розточення осердя, при натисканні на рукоятку не повинне входити між листами сталі глибше, ніж на 4 мм. Недоліком методу є те, що його застосування вимагає значних часових затрат. До того ж, проникнення клина між листи може спричинити стирання ізоляції сусідніх листів, утворення замкнутого контуру, виникнення локальних перегрівань осердя. Окрім того, під час збирання та пресування осердя на заводі не завжди є доступ до спинки осердя.

Існує спосіб контролю спресованості осердя з вимірюванням зусиль стиснення пакета осердя із застосуванням спеціальних пристроїв у вигляді струбцини або штангенциркуля |2, 31.

Штангенциркуль губками (затискачами) охоплює через вентиляційні канали окремі пакети сталі.

Ненормована зміна товщини пакета під дією затискних губок вказує на місцеві нещільності спресованості.

Недоліком способу є низька продуктивність праці під час контролю.

Відомий пристрої контролю стану спресованості осердя, в основу роботи якого покладена

Зо залежність вібромеханічних характеристик осердя (резонансної частоти коливань (і логарифмічного декременту затухання збуджених механічних коливань) від спресованості (4, 51.

Ослаблення спресованості осердя викликає зміну його вібромеханічних властивостей і, тим самим зміну відповідних параметрів. Більш високі резонансні частоти відповідають більшій спресованості осердя, а більш високі декременти затухання коливань - меншій. До недоліків пристрою треба віднести складність, ненадійну відтворюваність результатів вимірювань та нелінійний характер залежності декременту затухань коливань від тиску пресування.

Причинами слабкої відтворюваності декрементів коливань є недостатня досконалість технології виділення резонансного піка на фоні сусідніх резонансних частот і шумів, що накладаються.

Існує ультразвуковий метод контролю спресованості осердя, в основу якого покладено залежність швидкості поширення звукових коливань упоперек шихтованих пакетів осердя від стану його спресованості |б, 7|. При ослабленні спресованості швидкість звуку в шихтованому пакеті зменшується. Під час вимірювання ультразвуковий сигнал передається через пакет осердя статора від передавача до приймача, які розміщуються в вентиляційних каналах осердя і фіксується спеціальним пристроєм. Недоліками методу є складність пристрою, низька продуктивність праці, та неточність, бо результати вимірювання в значній мірі залежать від стану активної сталі - ізоляції, геометричних параметрів листів (товщини пакета, співвідношення площ зубця і вентиляційних розпірок, наявністю шліців у зубцях крайніх пакетів), стану лакофарбового покриття поверхні та її дефектів тощо.

В роботах |З, 10| описано застосування для контролю стану осердя системи тонкошарових ємнісних сенсорів з плоско-паралельними електродами, які вмонтовуються методом запікання в спеціальні склотекстолітові сегменти. Ці сегменти за формою та розмірами відповідають формі та розмірам основних сегментів осердя, виготовлених з електротехнічної сталі, і встановлюються між листами сталі під час виготовлення осердя. Зміна тиску в осерді призводить до зміни електричної ємності сенсорів. Недоліком способу є те, що для достовірності контролю сегменти з сенсорами необхідно встановлювати в кожній окремо зібраній і спресованій частині осердя, де вони і залишаються, що вимагає значних витрат. Окрім того, для забезпечення достатньої чутливості для даного типу ємнісних сенсорів необхідно використовувати досить складні і дорогі вторинні вимірювальні перетворювачі.

Також може застосовуватись система тонкошарових резистивних сенсорів, які вставлені в бо спеціальну діелектричну прокладку, форма якої і товщина відповідає відповідно формі і товщині сталевим сегментам осердя статора. Зміна тиску в осерді призводить до зміни електричного опору сенсорів |9, 10).

Недоліком такого методу є те, що для достовірності контролю всього осердя під час складання і пресування окремими частинами діелектричні прокладки з резистивними сенсорами необхідно встановлювати в кожну частину, що вимагає значних витрат. Окрім того діелектричні прокладки з резисторами можуть бути пошкоджені під час пресування, бо питомий тиск пресування осердя статора потужного турбогенератора є досить значним.

Найбільш близьким і вибраним як прототип до запропонованого технічного рішення є пристрій у вигляді кільця для пресування осердя статора, що містить металевий диск, в М спеціальних отворах якого встановлено стакан, втулку та свинцеву пробу. Отвори в диску рівномірно розміщено по торцевій поверхні диска. Кільце встановлюється на торцеву поверхню осердя статора під верхнім натискним кільцем преса, при цьому діаметр диска рівний діаметру верхнього кільця. Стакан, висота якого рівна товщині диска, встановлений таким чином, що його нижня поверхня контактує з торцевою поверхнею осердя. Свинцева проба розміщена на дні стакана. Втулка встановлена всередину стакана, при цьому нижньою поверхнею контактує з пробою, а верхньою - з верхнім натискним кільцем. Висота втулки вибрана таким чином, що відстань між верхньою поверхнею втулки і верхньою поверхнею диска приблизно рівна товщині проби, і ця відстань є однаковою для всіх М стаканів і М втулок, що забезпечується технологією виготовлення |111.

Пристрій працює таким чином.

Під час пресування тиск преса через верхнє натискне кільце діє на верхні частини втулок.

Враховуючи те, що нижня частина стакана уперта в торцеву поверхню осердя, а свинцева проба розміщена між нижньою частиною втулки і дном стакана, то питомий тиск пресування буде прикладений до проби. Під дією тиску в кожній із М точок контролю проба буде пластично здеформована, і ця деформація буде залежати від величини дефекту осердя (зменшення монолітності), в зоні якого вони розташовані. Найменше буде деформована проба, розташована в зоні найбільшої величини дефекту, а найбільше - в зоні, де дефект мінімальний.

Відповідно, за площами деформованих проб, непрямим способом роблять висновок про величини дефектів.

Зо Недоліком пристрою є недостатня достовірність визначення величини дефекту через суб'єктивність оцінки розмірів деформованої проби (людський фактор), а також низька продуктивність праці, бо оцінка деформації проб проводиться ручним способом, без автоматизації.

Задача винаходу - створення пристрою, у якому за рахунок введення нових конструктивних елементів досягається новий технічний результат - підвищення точності вимірювання, достовірності визначення дефекту осердя, а також зменшення витрат часу на контрольно- діагностичні операції - вирішується таким чином, що у відомий пристрій контролю осердя статора (кільце), який містить металевий диск з М спеціальними отворами, рівномірно розміщеними на його торцевій поверхні, у отвори диску вставлені стакан, втулка і свинцева проба, причому диск встановлюється на торцеву поверхню осердя статора під верхнє натискне кільце преса, діаметр диска кільця рівний діаметру верхнього натискного кільця, а стакан, висота якого рівна товщині диска, встановлений таким чином, що його нижня поверхня контактує з торцевою поверхнею осердя, свинцева проба розміщена на дні стакана, втулка встановлена всередину стакана і нижньою поверхнею контактує з пробою, а верхньою - з верхнім натискним кільцем, причому висота втулки вибрана таким чином, що відстань між верхньою поверхнею втулки і верхньою поверхнею диска приблизно рівна товщині проби, і ця відстань є однаковою для всіх М стаканів і всіх М втулок, в верхню частину дна стакана введено плоску металеву мембрану з жорстким центром, а в нижню - діелектричну пластину з плоским металевим тонкошаровим електродом, жорсткий центр мембрани і плоский електрод розміщені один проти одного і утворюють вимірювальний конденсатор зі змінним зазором, а також в пристрій введено електронний блок оброблення та відображення виміряної інформації, М з'єднувальних кабелів між вимірювальними перетворювачами та електронним блоком.

Для досягнення технічного результату запропонований пристрій містить металевий диск, М стаканів, в дно яких вмонтована плоска металева мембрана та діелектрична пластина з плоским металевим тонкошаровим електродом, М втулок, М свинцевих проб, електронний блок обробки та відображення виміряної інформації, М з'єднувальних кабелів між вимірювальними перетворювачами та електронним блоком. Вимірюється питомий тиск пресування в М точках торцевої поверхні осердя і величина тиску буде обернено пропорціональною величині дефекту осердя (зменшення монолітності).

Порівняльний аналіз запропонованого пристрою з прототипом дозволяє зробити висновок, що відмінні ознаки запропонованого пристрою є новими, також необхідними та достатніми для досягнення нового технічного результату: підвищення точності вимірювання, достовірності визначення дефекту осердя, а також зменшення витрат часу на виконання контрольно- діагностичних операцій.

На Фіг. 1 показано статор турбогенератора з встановленим на осерді кільцем з вимірювальними елементами, на Фіг. 2 - розміщення вимірювальних елементів по площині кільця, на Фіг. З - конструктивна схема окремого вимірювального елемента, на Фіг. 4 - положення складових частин вимірювальних елементів до прикладення питомого тиску пресування, Фіг. 5 - положення складових частин вимірювальних елементів після прикладення питомого тиску пресування, де: корпус статора турбогенератора 1, осердя статора турбогенератора 2, верхнє натискне кільце 3, нижнє натискне кільце з вимірювальними елементами 4, парасольковий прес 5, металевий диск б, місце встановлення вимірювальних елементів 7, електронний блок оброблення та відображення виміряної інформації 8, з'єднувальний кабель між вимірювальними перетворювачами та електронним блоком 9, стакан 10, недеформована свинцева проба 11, деформована свинцева проба 11.1, втулка 12, металева мембрана з жорстким центром 13, діелектрична пластина 14, плоский металевий тонкошаровий електрод 14.1. Питомий тиск пресування рівний Рх. Зовнішній радіус мембрани 13 рівний Но, радіус жорсткого центру - Го, а товщина П. Діаметр електрода 14.1 дорівнює Ос,

Початковий зазор між жорстким центром мембрани 13 електродом 14.1 за умови відсутності питомого тиску пресування рівний 72, а зазор після навантаження тиском Рх - рівний х.

Пристрій працює таким чином.

Під час пресування осердя питомий тиск Рх через втулку 12 діє на свинцеву пробу 11 і на мембрану 13. Проба буде деформована (поз. 11.1), а мембрана 13 прогнеться, при цьому зазор між жорстким центром мембрани 13 і електродом 14.1 зміниться від 79 до "х. З іншого боку переміщення, жорсткого центру згідно з (12| може бути визначене за формулою (1) -А ЕХ

МУх - А, ві ;() о о

З(1-ни7) Кк, -1-4К7їпк

Ар -КК)- 16 І 4 Кк - Ва /г; рн г. де Кк ; ого, - коефіцієнт Пуассона, Е - модуль пружності. с

Зо В той же час електрична ємність 7х між жорстким центром мембрани 13 і електродом 14.1 2 складе Й 5 Й тре х 850 --522З----- 6560 --- 5 2 -т до - МІХ а(ао -Му) (2) де 70 - діелектрична проникність вакууму, У - відносна діелектрична проникність, 5- площа електрода 14.1. ? ? с й

Ка ураууванням (улраг) залежність еаМйщості від питомого тиску пресування 7Х 7 (рх) х - ЦЬх) - 560 З бб0 86286063 визначиться як 4(до - МУх) рх Во 4 а0-Ар--.--

ЕНЗ

- (3)

Враховуючи те, що тиск пресування в кожній із М точок завдяки різній монолітності осердя після пресування через наявність дефектів буде різним, то, вимірявши ємність, можна автоматично визначити місця дефектів та їхню величину.

Введення в дно стакана мембрани з жорстким центром та діелектричної пластини з плоским тонкошаровим металевим елементом, а також введення у весь пристрій електронного блока обробки та відображення виміряної інформації і М з'єднувальних кабелів між вимірювальними перетворювачами та електронним блоком підвищить достовірність контролю осердя статора під час пресування та значно зменшить час оброблення результатів вимірювання (приблизно в 100 разів).

Таким чином, запропонований пристрій у порівнянні із прототипом має завдяки автоматичному контролю більш високу швидкодію, що дозволяє більш ефективно контролювати стан осердя статора турбогенератора під час пресування на заводі-виробнику, що дає можливість покращити якість складання осердя, а значить підвищити надійність машини.

Джерела інформації: 1. Справочник по ремонту турбогенераторов / |Пузаков С.Е., Голоднова О.С., Ростик Г.В. и др.І; под. ред. д.з.н., проф. Х.А. Бекова и к.з.н., проф. В.В. Барило. - М.: ИПКгосслужбнь,

ВиИПК»знерго, 2006. 724 с. 2. Алексеев Б. А. Определениєе состояния (диагностика) крупньіїх турбогенераторов / Б. А.

Алексеев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во НЦ ЗНАС, 2001. - 152 б. 3. зіаг соге сотргеззірійу їев5і. Режим доступа порі /Лумли.відезпаге.пеудопадзатніапістерпеп/віагюг-соге-сотрі-їеві (дата звернення 28.02.2020). 4. Пат. 2155429 Российская Федерация, МПК НО2К 15/00, НО2К 15/02. Способ контроля прессовки сердечника статора синхронной злектрической машинь / А.В Григорьев, В.Н. Осотов;

Д.А. Ямпольский. - Мо 99120899/09; заявл. 05.10.1999; опубл. 27.08. 2000, Бюл. Мо 24. 5. Григорьеев А. В. Применениє параметра поглощения знергии колебаний для контроля прессовки сердечников статоров турбогенераторов / А. В. Григорьев, В. Н. Осотов, Д. А.

Ямпольский // Злектротехника. - 2004. - Мо 11. - С. 16-19. 6. Грень Я. В. Дослідження розповсюдження ультразвукового імпульсу в пакеті листів електротехнічної сталі / Я. В. Грень, В. І. Роман // Вісник Нац. ун-ту "Львівська політехніка". - 2011. - Мо 707: Електроенергетичні та електромеханічні системи. - С. 36-41. 7. Пат. 2223587 Российская Федерация, МПК НО2К 15/00, НО2К 15/00. Способ диагностики состояния сердечника статора злектрической машиньй / Шаронин В. С., Полторадня А. В.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество открьїтого типа "Злектросила" (Санкт-

Перетбург, РФ). - Мо 2000129949/09; заявл. 30.11.2000; опубл. 10.02.2004. 8. Исследования качества запрессовки активной стали статора турбогенератора с водяньім охлаждением обмотки / З. В. Казарян, П. Я. Карташевский, А. А. Лившиц (и др.Ї1. Злектрические станции. - 1985. - Мо 3. - С. 31-33. 9. А. С. СССР 955383 МПК НО2К 15/02. Способ диагностики прессовки шихтованного сердечника магнитопровода / Токарев В. И., Карташевский П. Я., Казарян З. В. Ци др.Ї;

Зо заявитель Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт тяжелого злектромашиностроения Харьковского завода "Злектротяжмаш" им. В. И. Ленина. - Мо 2999168/24-07; заявл. 23.10.1980; опубл. 30.08.1982, Бюл. Мо 32. 10. А. С. СССР 501120452 МПК НО2К 15/02. Устройство для диагностики состояния прессовки шихтованного сердечника злектрической машинь / Ю.А. Ачкасов, Ю.В. Линючев,

Т.М. Нзмени Ци др.|; заявитель Научно-исследовательский сектор Всесоюзного ордена Ленина проектно-изьіскательского и научно-исследовательского института "Гидропроект" им. С. Я.

Жука. - Мо 3643722/24-07; заявл. 05.07.1983; опубл. 23.10.1984, Бюл. Мо 39. 11. Пінськой В. Ф., Захожаєв В. М., Шофул А. К., Левицький А. С. Контроль осердя статора потужного турбогенератора під час складання і пресування. Гідроенергетика України. 2020. Ме1- 2. 0.57-59. 12. Андреєва Л. Е. Упругие злементьі приборов. 2-е изд. перераб. и доп. М:

Машиностроение, 1981. 392 с.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

   Пристрій для контролю осердя статора потужного турбогенератора, який містить металевий диск з М отворами, рівномірно розміщеними на його торцевій поверхні, у отвори диска вставлені стакан, втулка і свинцева проба, причому диск встановлено на торцеву поверхню осердя статора під верхнє натискне кільце преса, діаметр диска кільця рівний діаметру верхнього натискного кільця, а стакан, висота якого рівна товщині диска, встановлено таким чином, що його нижня поверхня контактує з торцевою поверхнею осердя, свинцева проба розміщена на дні стакана, втулка встановлена всередину стакана і нижньою поверхнею контактує з пробою, а верхньою - з верхнім натискним кільцем, причому висота втулки вибрана таким чином, що відстань між верхньою поверхнею втулки і верхньою поверхнею диска приблизно рівна товщині проби, і ця відстань є однаковою для всіх М стаканів і всіх М втулок, який відрізняється тим, що в верхню частину дна стакана встановлено плоску металеву мембрану з жорстким центром, а в нижню - діелектричну пластину з плоским металевим тонкошаровим електродом, жорсткий центр мембрани і плоский електрод розміщені один проти одного і утворюють вимірювальний конденсатор зі змінним зазором, в пристрій введено електронний блок оброблення та