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.
Усталостные повреждения валов турбоагрегатов электростанций приводят к авариям с тяжелыми последствиями. Для предотвращения подобных аварий на электростанциях проводятся различные технические мероприятия по контролю технического состояния валов турбоагрегатов.
В соответствии с п. 4.4.26 РД 34.20.501-95 «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации» турбоагрегаты оснащаются техническими средствами измерения вибрации, которые на работающем турбоагрегате измеряют вибрацию подшипников и оперативный персонал останавливает турбоагрегат, если вибрация превышает заданные предельные значения. Однако, этот способ не достаточно чувствителен к появлению усталостных трещин, а применяемые в нем устройства для измерения вибрации не обеспечивают реализацию более эффективного способа обнаружения усталостного повреждения вала турбоагрегата по заявке на изобретение №2013120155.
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. - 200 с. (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 измерительно-вычислительному блоку. Фотоэлектрический преобразователь формирует импульсные сигналы при попадании на него оптического излучения. Импульсные сигналы с фотоэлектрического преобразователя передаются измерительно-вычислительному блоку, включающему в себя многоканальную интерфейсную плату 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 контроля 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 способе по заявке №2013120155 является то, что для обнаружения усталостного повреждения вала необходима дополнительная обработка данных измерений с привлечением 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 снижение трудоемкости «Способа обнаружения усталостного повреждения вала турбоагрегата» по заявке №2013120155 и повышение его достоверности.
Поставленная цель достигается тем, что к измерительно-вычислительному блоку известной системы контроля периода вращения вала дополнительно подключены приборы, измеряющие параметры режима турбоагрегата, например, своими измерительными выходами или через информационные каналы связи штатной автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) энергоблока. Это прибор, измеряющий мощность турбоагрегата (P) и прибор, измеряющий частоту вращения турбоагрегата (f).
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства обнаружения усталостного повреждения вала турбоагрегата, именуемого далее - Устройство. Устройство содержит модулятор оптического излучения 1, например, диск с прорезями, который соединен 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. Кроме того, к другим входам измерительно-вычислительного блока 5 подключены прибор, измеряющий мощность турбоагрегата 6, и прибор, измеряющий частоту вращения турбоагрегата 7. На выходе измерительно-вычислительного блока 5 расположен блок выдачи данных 8, например, монитор персонального компьютера.
Например, в составе энергоблока, состоящего из паровой турбины и синхронного турбогенератора, предлагаемое Устройство работает следующим образом. Вращение вала турбоагрегата 2 и установленного на нем модулятора оптического излучения 1 приводит к модуляции оптического излучения, направленного от источника оптического излучения 3 к фотоэлектрическому преобразователю 4. Под воздействием переменного оптического потока фотоэлектрический преобразователь 4 вырабатывает последовательность импульсных сигналов, которые поступают на вход измерительно-вычислительного блока 5 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 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 по программе 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.