Устройство обнаружения усталостного повреждения вала турбоагрегата
Полезная модель относится к области неразрушающего контроля валов турбоагрегатов, преимущественно турбоагрегатов электростанций, включающих турбину и электрический генератор, и предназначена для реализации изобретения по заявке 
2013120155 «Способ обнаружения усталостного повреждения вала турбоагрегата», в котором на работающем турбоагрегате измеряют частоту крутильных колебаний вала и судят об уровне усталостных повреждений вала по изменению частоты крутильных колебаний, отличающийся тем, что измеряют параметры режима работы турбоагрегата, определяют эталонную зависимость частоты крутильных колебаний вала от параметров режима работы турбоагрегата и судят о появлении усталостного повреждения вала и уровне повреждений по отклонению измеряемого значения частоты крутильных колебаний вала от эталонной зависимости. Целью предлагаемой полезной модели и ее техническим результатом являются снижение трудоемкости «Способа обнаружения усталостного повреждения вала турбоагрегата» по заявке 2013120155 и повышение его достоверности. Устройство полезной модели содержит модулятор оптического излучения 1, например, диск с прорезями, соединенный с валом турбоагрегата 2. По одну сторону от модулятора 1 расположен источник оптического излучения 3, а по другую - фотоэлектрический преобразователь 4, выход которого присоединен к входу измерительно-вычислительного блока 5, в состав которого входит компьютер. Выход измерительно-вычислительного блока 5 соединен с блоком выдачи данных 8, например, монитор персонального компьютера на рабочем месте оператора. Поставленная щель достигается тем, что к измерительно-вычислительному блоку 5 дополнительно по информационным каналам связи подключены выходы приборов, измеряющих параметры режима работы турбоагрегата. Это прибор 6, измеряющий мощность турбоагрегата и прибор 7, измеряющий частоту вращения вала турбоагрегата. Используя поступающие данные, компьютер измерительно-вычислительного блока 5 программными средствами без участия человека-оператора определяет установленные в заявке 2013120155 критерии технического состояния вала турбоагрегата и информирует обслуживающий персонал о появлении признаков усталостного повреждения вала турбоагрегата. Кроме того, компьютер, с помощью программных средств, проводит диагностику самой полезной модели посредством сравнения данных измерения средней скорости вращения вала, получаемых от штатного прибора, измеряющего частоту вращения вала турбоагрегата, и от самого Устройства, и выдает информацию о техническом состоянии Устройства обслуживающему персоналу. Визуализацию результатов работы Устройства осуществляет блок выдачи данных 8, например, монитор персонального компьютера.
Наиболее близка к заявляемому устройству информационно-измерительная система контроля периода вращения вала турбоагрегата, описанная в книге Морозова А.Н., Назолина А.Л. «Динамические системы с флуктуирующим временем». -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. -200с. (стр. 7-12, стр.51-64). Система включает в себя установленный на вал турбоагрегата модулятор оптического излучения в виде диска с прорезями, источник оптического излучения с одной стороны диска, а с другой его стороны фотоэлектрический преобразователь, подключенный своими выходами к входу измерительно-вычислительного блока. Фотоэлектрический преобразователь формирует импульсные сигналы при попадании на него оптического излучения. Импульсные сигналы с фотоэлектрического преобразователя передаются на вход измерительно-вычислительного блока, состоящего из многоканальной интерфейсной платы измерения временных интервалов и ПЭВМ, к которому подключена упомянутая плата. ПЭВМ оснащена пакетом прикладных программ, которые позволяют проводить регистрацию временных интервалов в реальном масштабе времени и реализуют алгоритмы обработки результатов измерений. В процессе работы информационно-измерительная система измеряет значения текущего периода вращения вала в форме временной зависимости (рис. 3.13, рис. 3.14,а упомянутой выше книги Морозова А.Н., Назолина А.Л.) и проводит расчет спектрального состава зависимости текущего периода вращения вала от времени, который определяется частотами крутильных колебаний вала (рис. 3.14,в упомянутой книги). По спектральному составу текущего периода вращения вала судят о частотах его крутильных колебаний.
Недостатком применения описанной системы в методе обнаружения усталостного повреждения вала на основе анализа изменения параметров крутильных колебаний вала является то, что параметры крутильных колебаний вала зависят не только от технического состояния вала, но и от параметров режима нагрузки турбоагрегата. Для обнаружения усталостного повреждения вала необходима дополнительная обработка данных измерений, требующая учета параметров нагрузки турбоагрегата и привлечения человека-оператора, что повышает трудоемкость процедуры обнаружения усталостного повреждения, вала и снижает ее достоверность из-за/возможных ошибок человека-оператора и несвоевременного проведения дополнительной обработки данных.Кроме того возможна ошибочная постановка диагноза об усталостном повреждение вала из-за сбоев в работе системы контроля периода вращения вала.
Целью предлагаемой полезной модели и ее техническим результатом являются повышение достоверности и снижение трудоемкости метода обнаружения усталостного повреждения вала работающего турбоагрегата, основанного на анализе изменения параметров крутильных колебаний вала.
Поставленная цель достигается тем, что измерительно-вычислительный блок известной системы контроля периода вращения вала имеет дополнительные входы, предназначенные для связи с приборами, измеряющими параметры режима турбоагрегата, например, это прибор, измеряющий мощность турбоагрегата (Р) и прибор, измеряющий частоту вращения турбоагрегата (f).
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства обнаружения усталостного повреждения вала турбоагрегата, именуемого далее - Устройство, и его связи с элементами турбоагрегата. Устройство содержит модулятор оптического излучения 1, например, диск с прорезями; источник оптического излучения 2;
фотоэлектрический преобразователь 3; измерительно-вычислительный блок 4, который имеет вход 4.1 для связи с фотоэлектрическим преобразователем 3, а также входы 4.2 и 4.3 для связи с приборами, измеряющими параметры режима турбоагрегата, и выход 4.4. Также Устройство имеет блок выдачи данных 5, например, монитор персонального компьютера, подключенный к выходу измерительно-вычислительного блока 4.4.
Модулятор оптического излучения 1, соединен с валом турбоагрегата 6. По одну сторону от модулятора 1 расположен источник оптического излучения 2, а по другую - фотоэлектрический преобразователь 3, выход которого присоединен к входу 4.1 измерительно-вычислительного блока 4. К входам 4.2 и 4.3 подключены прибор, измеряющий мощность турбоагрегата 7, и прибор, измеряющий частоту вращения турбоагрегата 8. К выходу измерительно-вычислительного блока 4.4 подключен блок выдачи данных 5, например, монитор персонального компьютера.
Например, в составе энергоблока, состоящего из паровой турбины и синхронного турбогенератора, предлагаемое Устройство работает следующим образом. Вращение вала турбоагрегата 6 и установленного на нем модулятора оптического излучения 1 приводит к модуляции оптического .излучения, направленного от источника оптического излучения 2 к фотоэлектрическому преобразователю 3. Под воздействием переменного оптического потока фотоэлектрический преобразователь 3 вырабатывает последовательность импульсных сигналов, которые поступают на вход 4.1 измерительно-вычислительного блока 4 в составе, например, интерфейсной платы измерения временных интервалов и компьютера. Под управлением компьютера плата измерения временных интервалов в реальном масштабе времени, осуществляет преобразование импульсного сигнала в цифровой код и запись значений временных интервалов следования импульсов в память компьютера. Одновременно с этим, по информационным каналам связи, подключенным к входам 4.2 и 4.3 измерительно-вычислительного блока 4, в память компьютера поступают данные измерений штатных приборов турбоагрегата, например, штатного ваттметра синхронного турбогенератора 6, измеряющего мощность турбоагрегата, и штатного частотомера синхронного турбогенератора 7, измеряющего частоту вращения вала турбоагрегата. Используя поступающие данные, компьютер измерительно-вычислительного блока 4 по программе без участия человека-оператора определяет параметры крутильных колебаний вала, например, собственную частоту крутильных колебаний, и оценку их изменения во времени с учетом нагрузки турбоагрегата, например, при номинальной величине нагрузки турбоагрегата, чем обеспечивается повышение достоверности обнаружения усталостного повреждения вала. В случае существенного изменения параметров крутильных колебаний, например, уменьшение собственной частоты крутильных колебаний на величину, превышающую погрешность измерений, измерительно-вычислительный блок 4 формирует сигнал о появлении усталостного повреждения вала и передает его через выход 4.4 на блок выдачи данных 5, например, монитор персонального компьютера, который представляет этот сигнал на своем мониторе в форме, доступной для понимания человеком-оператором, и информирует обслужи-вающий персонал о появлении признаков усталостного повреждения вала турбоагрегата. Также блок выдачи данных 5 может быть использован для формирования управляющего сигнала, пригодного для восприятия техническими устройствами системы управления турбоагрегатом.
Кроме того, компьютер измерительно-вычислительного блока 4, с помощью программных средств, проводит диагностику самой полезной модели посредством сравнения данных измерения средней скорости вращения вала, получаемых от штатного прибора, измеряющего частоту вращения вала турбоагрегата, и от самого Устройства, и выдает информацию о техническом состоянии Устройства обслуживающему персоналу через блок выдачи данных 5, что исключает случаи ошибочной постановки диагноза об усталостном повреждение вала из-за сбоев в работе системы контроля периода вращения вала, что также обеспечивает повышение достоверности обнаружения усталостного повреждения вала.
1. Устройство обнаружения усталостного повреждения вала турбоагрегата, содержащее источник оптического излучения, фотоэлектрический преобразователь, модулятор оптического потока, который установлен на вал турбоагрегата, измерительно-вычислительный блок, вход которого соединен с выходом фотоэлектрического преобразователя, блок выдачи данных, подключенный к выходу измерительно-вычислительного блока, отличающееся тем, что измерительно-вычислительный блок имеет один и более входов, к которым подключены приборы, измеряющие параметры режима работы турбоагрегата.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительно-вычислительный блок имеет вход, подключенный к прибору измерения мощности турбоагрегата.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что измерительно-вычислительный блок имеет вход, подключенный к прибору измерения частоты вращения турбоагрегата.
