Устройство мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин
STATE MONITORING DEVICE INSIDE TURBINE UNITS AND STEAM TURBINES PARTS

Изобретение относится к системе индикации и может быть использовано для диагностики состояния элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей на закрытой турбине, как на валоповороте, так и на полном останове турбин.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является устройство для измерения эрозионного износа рабочих лопаток паровой турбины (патент РФ №2020411, МПК G01B 21/20, опубл. 30.09.1994), которое было принято за прототип. Устройство содержит эндоскоп с регистратором, импульсный источник света с узлом формирования световой или теневой полосы и систему синхронизации, входы которой подключены к датчику положения лопатки относительно эндоскопа, устанавливаемому в проточной части турбины, и к датчику задаваемого положения ротора относительно эндоскопа. В устройстве установлены система обработки информации, подключенная к выходам системы синхронизации и регистратора, и подключенный к выходу системы синхронизации блок задержки, выход которого подключен к импульсному источнику света. Датчик положения лопаток относительно эндоскопа выполнен в виде источника и приемника светового излучения, механически связанных с эндоскопом и располагаемых по одну или обе стороны рабочих лопаток турбины.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности проведения визуальной диагностики в автоматическом режиме элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей паровых турбин без вскрытия в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, отсутствие осмотра внутри турбинных устройств всех ступеней турбины.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является достижение следующего технического результата - проведение визуальной диагностики в автоматическом режиме элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей паровых турбин без вскрытия в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, и, как следствие, повышение надежности проточных частей паровых турбин, продление их срока службы, увеличение межремонтного периода и планирования необходимого объема ремонтных работ с последующим прогнозом остаточного срока службы элементов проточных частей по их фактическому состоянию.
Предлагаемое техническое решение: для индикации повреждений и износа внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин эндоскопирование выполняется по карте осмотра, определенной заводом-изготовителем, с фиксацией видео и фото внутри турбинных узлов и деталей для последующего накопления информации и ведения сравнительного анализа.
Указанная задача решается за счет того, что в устройстве функции индикации повреждений и износа системы могут выполняться как на полном останове паровой турбины, так и на валоповороте.
Проточные части паровых турбин оснащаются специальными входными штуцерами с заглушками, которые снимаются в период проведения индикации повреждений и износа внутри турбинных узлов и деталей.
Каждый канал устроен таким образом, что позволяет производить установку оборудования эндоскопирования (гибкие, полужесткие, жесткие зонды) в створе сечения ступеней паровой турбины и проводить эндоскопирование всех доступных внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин как на полном останове, так и на валоповороте.
Устройство мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин (комплексная система эндоскопирования) состоит из специальных каналов (шлюзов), предназначенных для обеспечения доступа без вскрытия проточных частей паровой турбины в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, специальных видеозондов, входящих в эндоскопический узел с регистратором, и блока создания светового потока различной направленности.
Команды управления видеозондами, которые выполняются с пульта управления, поступают через блок согласования коммутатора, где происходит обработка и усиление цифровых сигналов, в центральный компьютерный блок и запоминающее устройство.
Все действия по определению места положения эндоскопического узла относительно получения данных с видеозондов согласуются с калиброванным синхродатчиком, размещенным стационарно на валу паровой турбины и по обратной связи через центр обработки контролирущим местоположение видеозондов относительно лопаточного аппарата и элементов проточной части.
Для получения данных, объективно оценивающих состояние внутри турбинных узлов и деталей паровой турбины, в базу данных вносится паспорт первоначальных данных внутри турбинных узлов и деталей, параметров лопаточного аппарата по ступеням, их предельные критерии износа и повреждений.
Это позволяет при проведении эндоскопирования проводить сравнительный анализ состояния узлов, деталей, лопаточного аппарата проточных частей паровой турбины.
Устройство мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин имеет возможность при компоновке в определенном сочетание гибких, полужестких и жестких зондов производить эндоскопирование лопаточного аппарата на валоповороте, таким образом, что происходит видеосъемка каждой лопатки ступени в отдельности в объеме, определяемом техническими возможностями видеокамер и координатами расположения их вдоль пера лопатки.
Эти возможности могут достигаться несколькими камерами, которые захватывают всю длину лопатки при установке составного зонда эндоскопирования (фиг. 6).
Для определения координат места осмотра лопаточного аппарата ступеней паровой турбины при валоповороте на ось вала паровой турбины закрепляется жестко датчик синхронизации системы, который калибруется с контрольной меткой на валу таким образом, чтобы электронная схема полного оборота вокруг оси контрольной метки могла пересчитываться на все ступени.
Положение контрольной метки №1 на оси вала пересчитывается на положение №1 лопаточного аппарата, перемещаясь по длине лопатки по входной и выходной кромкам по всей высоте рабочей части, начиная от места установки ступени.
Датчик системы синхронизации выполнен в виде источника и приемника видеосигнала от видеокамеры эндоскопа с теневой подсветкой, механически связанных с эндоскопом и расположенных со стороны входных или выходных кромок рабочих лопаток турбины, и по обратной связи через центр обработки контролирует местоположение видеозондов относительно лопаточного аппарата и элементов проточной части.
Система содержит сложные оптические и электронные компоненты, поэтому предусмотрено само диагностирование измерительного комплекса, которое выполняется в два этапа: перед введением измерительных зондов в проточную часть паровой турбины и после установки их в рабочем состоянии.
На первом этапе тестируются все компоненты, функционирование которых можно оценить визуально: работа источника светового излучения видеоканала в непрерывном и импульсном режимах, работа источников излучения лучевого канала, работа видеокамеры в непрерывном режиме и др.
На втором этапе - правильность установки синхродатчика и юстировки зондов в различных сечениях по высоте лопатки. Если тестовый блок системы обнаруживает неисправность или ненадлежащую настройку какого-нибудь из узлов, он указывает оператору, какие необходимо принять меры для приведения комплекса в нормальное состояние.
Блок-схема устройства мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин (КСЭ) показана на фиг. 1 и состоит из пульта управления работой эндоскопами; центра обработки и накопления данных; коммутатора, блока согласования и усиления цифровых сигналов; запоминающего устройства; видеозондов эндоскопов 1-n; источников света 1-n; синхродатчика.
Схема расположения зон осмотра в проточной части ЦВД в патрубках №1-№10 показана на фиг. 2, где указаны места оснащения специальными каналами (шлюзами) для обеспечения доступа без вскрытия проточных частей паровой турбины в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, специальными видеозондами, входящими в эндоскопический узел с регистратором, блоком создания светового потока различной направленности.
На фиг. 3 показан пример схемы расположения осмотра в проточной части ЦВД в патрубках №4 и №9.
Осмотр выполняется через штуцеры в верхней половине цилиндра.
Визуальный контроль выходных кромок рабочих лопаток выполняется:
- при включенном/выключенном ВПУ - по всей высоте лопатки (точка 1) и торцевая поверхность бандажей (точка 3);
- при включенном/выключенном ВПУ - корневая часть лопатки (точка 4) в видимой части.
Визуальный контроль входных кромок направляющих лопаток  выполняется при включенном/выключенном ВПУ в видимой части (точка 2).
Визуальный осмотр места установки обоймы в ЦВД - наружный в видимой части (точка 5).
Осмотр выполняется гибким эндоскопом с поворотной головкой ∅8÷10 мм, установленным в направляющих.
Направляющие имеют предохраняющие элементы, исключающие выпадение внутрь проточной части как эндоскопа, так и самих направляющих
Схема расположения зон осмотра в проточной части ЦНД в патрубках №1-№16 показана на фиг. 4, где указаны места оснащения специальными каналами (шлюзами) для обеспечения доступа без вскрытия проточных частей паровой турбины в процессе эксплуатации, как на валоповороте, так и на полном останове турбин, специальными видеозондами, входящими в эндоскопический узел с регистратором, блоком создания светового потока различной направленности.
На фиг. 5 показан пример схемы расположения осмотра в проточной части ЦНД в патрубках №5 и №13, №6 и №14.
Для доставки эндоскопа к точкам осмотра выполняется прокладка стационарных каналов в крышках ЦНД над фланцем горизонтального разъема.
Визуальный осмотр в патрубке №5 и №13 величины износа верхней половины входных кромок рабочих лопаток и бандажей выполняется при включенном/выключенном ВПУ (точка 1).
Визуальный осмотр в патрубке №6 и №14 величины износа выходных кромок рабочих лопаток и бандажей - при включенном/выключенном ВПУ (точка 3).
Визуальный контроль в патрубке №5 и №13 - при выключенном ВПУ выходных кромок направляющих лопаток в видимой части (точка 2).
Осмотр в патрубке №5 и №13 выполняется:
- при включенном ВПУ - жестким эндоскопом с боковым адаптером ∅8÷14 мм;
- при выключенном ВПУ - гибким эндоскопом с поворотной головкой ∅8÷14 мм.
Гибкие и жесткие зонды в проточную часть заводятся по направляющим с защитой от выпадения в проточную часть.
Визуальный контроль в патрубке №6 и №14 выполняется при выключенном/выключенном ВПУ:
- входных кромок направляющих лопаток 5 ст. ЦНД (точка 4) в видимой части,
- хвостовиков рабочей лопатки (точка 5),
- состояние поверхности направляющего кольца (точка 7) в видимой части,
- места установки диафрагм в крышку (точка 8) в видимой части,
- входных козырьков диафрагм (точка 9) в видимой части.
Осмотр в патрубке №6 и №14 выполняется:
- при включенном ВПУ - жестким эндоскопом с боковым адаптером ∅8÷14 мм;
- при выключенном ВПУ - гибким эндоскопом с поворотной головкой ∅8÷14 мм.
Гибкие и жесткие зонды в проточную часть заводятся по направляющим с защитой от выпадения в проточную часть.
Следует учесть, что расположения зон осмотра в проточной части паровых турбин и проведения в них эндоскопирования отличаются конструктивными особенностями самих зон осмотра.
Для индикации повреждений и износа внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин эндоскопирование выполняется по карте осмотра, определенной заводом-изготовителем, с фиксацией видео и фото внутри турбинных узлов и деталей для последующего накопления информации и ведения сравнительного анализа.
Цель изобретения - создание устройства мониторинга для диагностики состояния элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей, обеспечивающего возможность без вскрытия паровой турбины проводить в процессе эксплуатации при полном останове или на валоповороте индикацию повреждений внутри турбинных узлов и деталей, в том числе лопаточного аппарата, что повышает надежность паровой турбины, увеличивает срок ее службы и межремонтный период.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов - системы обработки информации и блока задержки и связей между элементами, а также выполнением датчика синхронизации механически закрепленным на валу ротора турбины с установкой на нем нулевой точки и калибровкой сектора поворота вала относительно нулевых точек ступеней турбины.
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что оно явным образом не следует из известного уровня техники, несмотря на то что признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, порознь известны.
Только в заявляемом комплексной системе впервые появляется возможность автоматической индикации в процессе эксплуатации всех ступеней проточных частей, внутри турбинных узлов и деталей, в том числе лопаточного аппарата, что повышает надежность паровой турбины, увеличивает срок ее службы и межремонтный период.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям охраноспособности "Новизна" и "Изобретательский уровень".
Фиг. 1 - блок-схема комплексной системы мониторинга и диагностики состояния элементов внутри турбинных узлов и деталей проточных частей ЦВД и ЦНД.
Фиг. 2 - схема расположения зон осмотра в проточной части ЦВД паровой турбины в патрубках №1-№10.
Фиг. 3 - схема расположения осмотра в патрубках №4 и №9 проточных частей ЦВД паровой турбины.
Фиг. 4 - схема расположения зон осмотра в проточной части ЦНД в патрубках №1-№16.
Фиг. 5 - схема расположения осмотра в проточной части ЦНД в патрубках №5 и №13, №6 и №14.
Фиг. 6 - положение эндоскопа с видеозондами на последней ступени ЦНД.