СПОСОБ И СИСТЕМА ОСМОТРА РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ И КОРПУС ТУРБИНЫ Российский патент 2011 года по МПК F01D25/00 

Изобретение относится к средствам диагностики и может быть использовано при исследовании и эксплуатации турбин (паровых, газовых, водяных, а также компрессоров), ступени которых работают в непрозрачной среде.

Во время эксплуатации паровых турбин АЭС и ГРЭС, а также исследования происходящих в них процессов возникает необходимость визуального осмотра рабочих лопаток во всем диапазоне нагрузок, вплоть до номинальной.

Известен способ осмотра рабочих лопаток турбины посредством оптического зонда, вводимого в проточную часть турбины (патент RU 2020411).

В известном способе визуальный осмотр лопаток осуществляют при вращении турбины малооборотным валоповоротным устройством.

Известна также система осмотра рабочих лопаток турбины, содержащая установленное на ее проточной части устройство для осмотра рабочих лопаток (патент RU 2020411). Это устройство содержит эндоскоп с регистратором, импульсный источник света с узлом формирования световой или теневой полосы и систему синхронизации, вход которой подключен к датчику, а выход - к регистратору. Используются подключенная к выходу системы синхронизации и регистратора система обработки информации и подключенный к выходу системы синхронизации блок задержки, выход которого подключен к импульсному источнику света. Датчик системы синхронизации выполнен в виде источника и приемника светового излучения, механически связанных с эндоскопом и расположенных по одну или обе стороны рабочих лопаток турбины.

Известен корпус турбины, содержащий канал для устройства осмотра рабочих лопаток (патент RU 2020411).

Такие способ и система осмотра, а также корпус турбины, применяемые на многих турбинах, не позволяют производить плановый осмотр лопаток турбин на любой нагрузке и при любых параметрах рабочей среды, в частности при номинальных параметрах и нагрузке турбины. Этот недостаток также не позволяет вовремя обнаружить возникающие во время эксплуатации дефекты рабочих лопаток, которые в свою очередь могут привести к аварийной остановке турбины.

Особое место в ряду рабочих ступеней занимают рабочие лопатки последних ступеней цилиндров низкого давления, так как их прочностные и вибрационные характеристики близки к предельным, и поэтому возможность их осмотра при любых нагрузках приобретает особый смысл как для эксплуатации, так и для изготовителей. Если учесть, что эти ступени дополнительно подвержены и эрозионному износу, то возможность их осмотра на любом режиме в любое время способствует повышению надежности работы турбоагрегата.

В связи с тем, что окружная скорость периферийных сечений рабочих лопаток последних ступеней может достигать 550-600 м/сек, их наблюдение и фотографирование, с необходимой для данной конкретной цели разрешением, возможна только с использованием лазеров или импульсных источников света с блоком синхронизации и задержки, т.е. в стробоскопическом режиме их работы. На холостых ходах и малых нагрузках последние ступени работают в среде сухого или перегретого пара, т.е. оптически прозрачной среде, наблюдение за которыми возможно, хотя и вызывает определенные трудности. При возникновении же в процессе эксплуатации необходимости осмотра рабочих лопаток на нагрузках, близких к номинальной, применяемые методы требуют перевода агрегата на малую нагрузку или холостой ход, что приводит к значительным материальным затратам, а иногда, исходя из условий загрузки сети, просто невозможен. Провести же наблюдения на номинальной нагрузке, когда влажность пара на последних ступенях может достигать 10 и более процентов, а среда становится практически непрозрачной, теоретически возможно с применением лазеров определенной частоты, но на сегодняшний день такие данные отсутствуют.

В основу изобретения поставлена задача создания способа и системы осмотра рабочих лопаток турбины, а также корпуса турбины, позволяющих производить плановый осмотр рабочих лопаток на любой нагрузке и при любых параметрах рабочей среды, на любом этапе эксплуатации, что позволяет определять период работы турбины по ее фактическому состоянию.

Поставленная задача решается тем, что в способе осмотра рабочих лопаток турбины посредством оптического зонда, вводимого в проточную часть турбины, в соответствии с изобретением на время осмотра в проточную часть турбины подают прозрачную среду, например перегретый пар, воздух или газ, создавая в зоне осмотра прозрачный местный поток.

Подвод прозрачной среды могут осуществлять в обход диафрагмы, вдоль оси наблюдения или под углом к оси наблюдения, величину которого определяют с учетом конструкции турбомашины.

Поставленная задача решается также тем, что система осмотра рабочих лопаток турбины, содержащая установленное внутри или снаружи корпуса турбины устройство осмотра рабочих лопаток, в соответствии с изобретением снабжена приспособлением для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины.

Приспособление для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины содержит блок перемещения с приводом и блок распределения.

Блок перемещения снабжен гидравлическим, электрическим или пневматическим приводом, может быть расположен как внутри, так и снаружи корпуса или иметь ручной привод.

Блок распределения выполнен в виде полого тела, охватывающего по окружности каналы для подачи прозрачной среды.

Поставленная задача решается также тем, что в корпусе турбины, содержащем полость для размещения рабочих и направляющих лопаток и канал для размещения устройства осмотра рабочих лопаток, согласно изобретению образован канал для ввода приспособления для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины.

Предложенные способ и система для его осуществления, а также корпус турбины позволяют на номинальной нагрузке и параметрах работы турбины производить осмотр состояния рабочих лопаток, демпферных связей и эрозионной защиты, предупреждая тем самым возникновение аварийной ситуации за счет своевременного осуществления необходимых ремонтных работ.

При необходимости осмотра только периферийной части лопаток подвод прозрачной среды осуществляют через отверстия или щели, выполненные в ободе диафрагмы.

В зависимости от состояния рабочей среды (паровая или газовая турбина, компрессор, гидротурбина), ее параметров и конструктивных особенностей агрегата система может быть упрощена подачей прозрачной среды только вдоль оси наблюдения или под некоторым углом к ней.

Технический результат предложенной группы изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, проявляется в том, что обеспечивается возможность производить визуальный осмотр и документирование состояния рабочих лопаток при работе турбины на номинальной нагрузке и параметрах рабочей среды, т.е. не останавливая турбину.

Изобретение поясняется чертежами, где на:

Фиг.1 и Фиг.2 схематически представлено устройство для осмотра рабочих лопаток, установленное на корпусе турбины;

Фиг.3 показано сечение Б-Б фиг.2;

Фиг.4 показано размещение патрубка для подвода прозрачной среды, установленного в обод диафрагмы и охватывающего по ширине весь канал.

Система осмотра рабочих лопаток турбины содержит устройство осмотра рабочих лопаток и приспособление для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины.

Устройство осмотра рабочих лопаток содержит, по крайней мере, один оптический зонд 1, в корпусе которого находятся два отдельных канала (условно не показаны): канал стробоскопического освещения, соединенный со стробоскопическим источником света 2, и канал наблюдения и приема изображения, соединенный с объективом 3 и видеокамерой 4, соединенной с телевизионным монитором 5, и видеомагнитофон 6.

Оптический зонд 1 снабжен также штуцером 7 для подачи, в случае необходимости, охлаждающей среды и фотокамерой 8.

В корпусе 9 турбины выполнено специальное отверстие 10, позволяющее вводить оптический зонд в полость корпуса турбины. Устройство может содержать и второй оптический зонд 11, если есть необходимость осмотреть вторую сторону лопатки, Оптические зонды устанавливают в зазор между направляющими 12 и рабочими 13 лопатками каждой ступени.

Кроме того, в корпусе 9 турбины выполнены специальные отверстия 14, позволяющие вводить патрубок 15 приспособления 16 для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины.

Приспособление 16 снабжено блоком перемещения 17, штуцером 18 для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины, а также уплотнительным сальником 19. Блок перемещения 17 может быть электрический, гидравлический, пневматический или ручной и быть расположенным как снаружи, так и внутри корпуса в зависимости от конструктивных особенностей турбомашины.

Синхронизатор 21 позволяет изменять частоту стробоскопического источника света 2.. Приспособление 16 для подвода прозрачной среды располагают между направляющими лопатками 12 осматриваемой ступени и рабочими лопатками 22 предыдущей ступени.

Приспособление подвода прозрачной среды в канал диафрагмы в окружном направлении охватывает несколько каналов. В показанном на Фиг.2 варианте охвачены три канала. На Фиг.4 показано размещение патрубка 27 для подвода прозрачной среды, установленного в обод диафрагмы 26, охватывающего по ширине весь канал и имеющий ряд направленных в него отверстий, щелей или сопел 24.

Способ осмотра рабочих лопаток турбины осуществляется следующим образом. Не изменяя параметров и режима работы турбины на время осмотра в проточную часть вводится блок распределения 23. Глубина его погружения определяется желанием осмотра той или иной части лопатки. На соответствующую глубину, посредством блока перемещения 25, вводятся оптический зонд 1, а также зонд 2, если есть необходимость осмотра лопаток со стороны как входных, так и выходных кромок.

Перемещение блока распределения и оптического зонда производится соответствующими блоками перемещения, которые могут располагаться как снаружи, так и внутри корпуса. В небольших агрегатах это перемещение может осуществляться и вручную с фиксацией в соответствующем положении. Исходя из параметров основного непрозрачного потока, в блок распределения подается прозрачная среда (перегретый пар, воздух или газ) соответствующих параметров, образующая в каналах диафрагмы и рабочих лопаток прозрачный поток 20 (фиг.1 и 2).

При необходимости осмотра рабочей лопатки распределительный блок 23 (фиг.2) вводится в проточную часть на необходимую глубину, в который подводится прозрачная среда с параметрами, определяемыми параметрами основного потока и конструктивными особенностями проточной части. Распределительный блок 23 вводится между направляющей лопаткой 12 и рабочей лопаткой 22 предыдущей ступени. Выходящий из распределительного блока поток прозрачной среды, вливаясь в основной поток, создает в нем прозрачный местный поток 20, который, проходя через рабочие лопатки, позволяет производить их визуальный осмотр. Подача прозрачной среды в три канала достаточна для осмотра сечений рабочих лопаток со стороны входной и выходной кромок Б-Б (фиг.3).

Перемещая зонд 1 по радиусу, можно осмотреть выходную кромку лопатки по всей ее высоте.

Изменяя частоту стробоскопического освещения, можно рассмотреть и документировать состояние всех рабочих лопаток ступени.

Установленный в ободе диафрагмы 26 патрубок 27, к которому подводится прозрачная среда, осуществляет ее распределение по всей ширине канала при помощи выполненных в нем отверстий, щелей или сопел 24. Эта среда создает между периферийным обводом диафрагмы и основным потоком прозрачный слой, позволяющий производить осмотр профиля рабочей лопатки со стороны входной и выходной кромок.

Наличие устойчивого прозрачного потока позволяет с помощью синхронизатора 21, изменяя частоту стробоскопического источника света 2, производить последовательный осмотр всех рабочих лопаток данной ступени. Комплекс оборудования, которым оснащены оптические зонды 1 и 11, позволяет наблюдать, фотографировать и документировать состояние облопачивания ступени. После осмотра эндоскопы и блок распределения выводятся из проточной части, не создавая тем самым возможные дополнительные вибронагрузки на рабочие лопатки из-за их наличия в проточной части. Кратковременное же их присутствие в проточной части, только на время осмотра, не может влиять на надежность работы облопачивания.

Данный способ и система осмотра рабочих лопаток, работающих в непрозрачной среде, а также конструктивные особенности корпуса проточной части турбины позволяют производить визуальный осмотр и документирование состояния рабочих лопаток при работе турбины на номинальной нагрузке и параметрах рабочей среды. В этом их основное преимущество.

Изобретение относится к средствам диагностики и может быть использовано при исследовании и эксплуатации турбин (паровых, газовых, водяных, а также компрессоров), ступени которых работают в непрозрачной среде. В основу изобретения поставлена задача создания способа и системы осмотра рабочих лопаток турбины, а также корпуса турбины, позволяющих производить их плановый осмотр на любой нагрузке и при любых параметрах рабочей среды, на любом этапе эксплуатации, что позволяет определять период работы турбины по ее фактическому состоянию. Поставленная задача решается тем, что в способе осмотра рабочих лопаток турбины посредством оптического зонда, вводимого в проточную часть турбины, в соответствии с изобретением на время осмотра в проточную часть турбины подают прозрачную среду, например перегретый пар, воздух или газ, создавая в зоне осмотра прозрачный местный поток, а также тем, что система осмотра рабочих лопаток турбины, содержащая установленное на ее проточной части устройство осмотра рабочих лопаток, в соответствии с изобретением снабжена приспособлением для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины. А корпус снабжен каналом для приспособления для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ осмотра рабочих лопаток турбины посредством оптического зонда, вводимого в проточную часть турбины, отличающийся тем, что на время осмотра в проточную часть турбины подают прозрачную среду, например перегретый пар, воздух или газ, создавая в зоне осмотра прозрачный местный поток.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подвод прозрачной среды осуществляют в обход диафрагмы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подвод прозрачной среды осуществляют вдоль оси наблюдения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подвод прозрачной среды осуществляют под углом к оси наблюдения, величину которого определяют с учетом конструкции турбомашины.

5. Система осмотра рабочих лопаток турбины, содержащая установленное на ее проточной части устройство осмотра рабочих лопаток, отличающаяся тем, что она снабжена приспособлением для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что приспособление для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины содержит блок перемещения с приводом и блок распределения.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что блок перемещения расположен в корпусе турбомашины.

8. Система по п.6, отличающаяся тем, что блок перемещения расположен на корпусе турбомашины.

9. Система по любому из пп.6-8, отличающаяся тем, что блок перемещения снабжен гидравлическим приводом.

10. Система по любому из пп.6-8, отличающаяся тем, что блок перемещения снабжен пневматическим приводом.

11. Система по любому из пп.6-8, отличающаяся тем, что блок перемещения снабжен электрическим приводом.

12. Система по любому из пп.6-8, отличающаяся тем, что блок перемещения снабжен ручным приводом.

13. Система по п.5, отличающаяся тем, что узел подвода прозрачной среды выполнен в виде полого тела, охватывающего по окружности несколько каналов диафрагмы, имеющего для выхода среды в канал диафрагмы ряд отверстий, щелей или сопел.

14. Корпус турбины, содержащий полость для размещения рабочих и направляющих лопаток и канал для размещения устройства осмотра рабочих лопаток, отличающийся тем, что он снабжен каналом для приспособления для подвода прозрачной среды в проточную часть турбины.