Устройство для обнаружения трещин в рабочих лопатках турбомашины

(56) 1, Патент ФРГ В 2624209,кл. С 07 С 3/00, 1975,2. Патент США 9 4049644,кл. 250/233, 1977,3. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2090090/25-06,кл. С 07 С 3/00, 1974.(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРЕЩИН В РАБОЧИХ ЛОПАТКАХ ТУРБОМАШИНБ; содержащее датчики перемещения концов лопаткиподключенные:к усилителям импульсов, и блок инди- кации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем более раннего обнаружения трещин, оно дополнительно содержит последовательно соединенные с усилителями импульсов запоминающие блоки и усилители-ограничители, логический элемент совпадения, входы которого подключены к выходам усилителей-ограничителей, блоки вычисления разности сигналов и сброса запоминающих блоков, входы которых подключены к выходу элемента, совпадения, причем выход блока вычисления разности сигналов подключен к входуИ блока индикации, а выход блока сброса запоминающих блоков к управляющим входам последних.1101706 2. Устройство по и, 1, о т л и - ч а ю щ е е -с я тем, что блок вычисления разности сигналов содержит последовательно соединенные коммутатор, блок разности и пороговый элемент, причем входы коммутатора 1Изобретение относится к турбостроению, в частности к газотурбинным установкам для газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов. 5Рабочая лопатка с зародившейся на выходной кромке трещиной проходит четыре стадии до разрушения первая стадия . - волосяная трещина; вторая стадия - раскрытие трещины под действием центробежной силы до момента касания торца пера лопатки о статор; третья стадия - дальнейшее раскрытие трещины при истирании части торцовой поверхности пера со стороны 15 выходной кромки; четвертая стадия - статический излом и отрыв пера лопатки,В большинстве случаев начальныи очаг трещины возникает на выходной 20 кромке пера лопатки непосредственно над галтелью в месте перехода пера к хвостовику.Трещина распространяется параллельно хвостовику лопатки, причем ее 25 длина составляет до 15-20 мм, после чего происходит ее постепенный поворот в сторону торцовой части пера Общая длина усталостного участка равна 30-33 мм при длине хорды лопат- З 0 ки б 0 мм.Под действием центробежной силы на последних стадиях развития трещины происходит пластическая деформация металла в зоне вершины трещины 5 и разворот пера лопатки в сторону входной кромки. При этом происходит раскрытие трещины на величину 1,0- 1,5 мм, что соизмеримо с величиной радиального зазора между торцами 40 лопаток и статором.На второй стадии развития трещины происходит прогрессирующее истирание торцов лопаток со стороны выходной кромки о статор. соединены с выходами запоминающих блоков.3. Устройство по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что блок индикации содержит последовательно соединенные счетчик, триггер и индикатор. 2Известно измерительное устройство, позволяющее определить техническое состояние турбомашины, которое содержит средства генерации сигнала, характеристики которого связаны с переменной нагрузкой машины, датчики, по каждому из которых определяют уровень характеристики сигнала, и измерительное устройство, которое включает систему регистрации того, какая часть срока службы турбомашины уже использована в зависимости от изменения его нагрузки 11.Недостатком такого устройства является то, что система регистрации позволяет оценить текущее значение ресурса турбомашины, исходя из условий только снижения его эффективности, изменение которого и характеризует переменная нагрузка, но не определяет наличие дефекта, например трещины, в рабочей лопатке турбомашины в явном виде.Известно также устройство, позво. ляющее производить измерение отклонения периферийного сечения рабочей лопатки турбомашины от начального положения, которое содержит источники света, фоточувствительные элементы, регистрирующие частоту вращения ротора, генератор сигналов и счетные блоки, определяющие момент прохождения лопатки через измерительное сечение, выполненное в виде отражательной метки, нанесенной на роторе,и регистрирующее отклонение периферийного сечения лопатки 21.Недостатком такого устройства является то, что система регистрации позволяет измерить изгибные перемещения периферийного сечения рабочей лопатки только в тангенциальном направлении, характеризующиеся действием газодинамических и центробежных сил, а также ударных нагрузок,3 11017но не определяет перемещение периферийного сечения рабочей лопаткитурбомашины в радиальном направлении,что не дает возможности фиксироватьналичие трещины в периферийном сечении рабочей лопатки,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство для обнаружения трещинв рабочих лопатках турбомашины, ФОсодержащее датчики перемещения концов лопатки, подключенные к усилителям импульсов, и блок индикации 13 Д .Недостатком такого устройстваявляется то, что система регистрации позволяет фиксировать только наличие задеваний рабочих лопаток тур.бомашины о статор, но не фиксируетвеличину перемещения пера лопаткив радиальном направлении, соответствующую моменту раскрытия усталостнойтрещины в периферийном сечении рабочей лопатки.Целью изобретения является повышение надежности путем более раннегообнаружения трещин в рабочих лопатках турбомашины.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для обнаружениятрещин в рабочих лопатках турбомаши- ЗОны, содержащее датчики перемещенияконцов лопатки, подключенные к усилителям импульсов, и блок индикации,дополнительно содержит послецовательно соединенные с усилителями импульсов запоминающие блоки и усилителиограничители, логический элементсовпадения, входы которого подключены к выходам усилителей-ограничителей, блоки вычисления. разности сигналов и сброса запоминающих блоков,входы которых подключены к выходуэлемента совпадения, причем .выход .блокавычисления разности сигналовподключен к входу блока индикации,а выход блока сброса запоминающихблоков к управляющим входам последних. Блок вычисления разности сигналов содержит последовательно соединенные 50 коммутатор, блок разности и пороговый элемент, причем входы коммутатора соединены с выходами запоминающих блоков.55 Блок индикации содержит последовательно соединенные счетчик, триггер и индикатор. 06 4На фиг. 1 представлена схема устройства для обнаружения трещинв рабочих лопатках турбомашины, нафиг. 2 - схема задевания торца лопатки о статор турбомашины; нафиг. 3 - вид импульсов с выходовдвух датчиков перемещений концовлопатки в случае, когда нет трещины;на фиг. 4 - то же, когда трещинапоявилась,Устройство содержит датчики 1 и 2перемещения концов лопатки, усилители 3 и 4 импульсов, блок 5 индикации, последовательно соединенныес усилителями 3 и 4 и датчиками 1и 2, запоминающие блоки 6 и 7, усилители-ограничители 8 и 9 и логический элемент 10 совпадения, входы которого подключенык выходам усилителей-ограничителей 8 и 9, блоки вычисления разности сигналов и сброса запоминающих блоков 11 и 12 соответственно, входы которых подключенык выходу элемента 10. Выход блока 11вычисления разности сигнала подключен к блоку 5 индикации, а выходблока 12 сброса запоминающих блоков 6 и 7 - к управляющим входампоследних.Блок 11 вычисления разности сигналов содержит последовательно соединенные коммутатор 13, блок 14 разности и пороговый элемент 15.Блок индикации содержит последовательно соединенные счетчик 16,триггер 17 и индикатор 18.Устройство работает следующимобразом,При работе турбомашины от датчиков 1 и 2 через усилители 3 и 4 на блоки 6 и 7 поступают. импульсы, пропорциональные расстоянию от внутренней поверхности статора до торца рабочей лопатки турбомашины и характеризующие перемещение концов рабочей лопатки в радиальном направ/ленин при раскрытии в периферийном сечении усталостной трещины. Суть введения в схему устройства запоминающих блоков 6 и 7 заключается в том, что края торца (концы) лопатки могут иметь неодновременное прохождение мимо датчиков 1 и 2. Поэтому сигналы поступают на сравнение в блок 14 разности через коммутатор 13, который открывается только в тот момент, когда уже оба края торца лопатки прошли мимо датчиков,1101706 Фиг. 4 Фив,2 Составитель А,Зосимоведактор С.Патрушева Техред М,Гергель Коррект илипенко аж 823венного комизобретенийРаушская аказ 4755/2В Ти НИИПИ Государпо делам осква, ЖПодписное тета СССР открытий аб., д. 4/51303 илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 и сигналы об этом хранятся в памяти- блоков 6 и 7. Только при наличии обоих этих сигналов появится сигнал на выходе логического элемента 10 совпадения, который и открывает коммутатор 13, пропускающий исследуемые сигналы от блоков 6 и 7 на блок 14 разности. Пороговый элемент 15 представляет собой компаратор, срабатывающий в том случае, когда величина разности напряжений превышает определенную установку опорного напряжения.Счетчик 16 блока 5 индикации предназначен для накопления определенного числа (в данном случае десяти) срабатываний элемента 15 во избежание ложной сигнализации от случайных процессов и помех., то есть счетчик 16 служит количественным буфером между элементом 15 и триггером 17. Таким образом, после десяти срабатываний порогового элемента 15 срабатывает триггер 17 и включится индикатор 18, информирующий о наличии трещины в лопатке.Сброс блоков 6 и 7 производится блоком 12 сброса, который работает 1 6по принцйпу временной задержки (одновибратор). Время задержки рассчитано соответственно геометрическим искоростным параметрами ротора и лопаток и устанавливается вручную(в зависимости от числа оборотовротора в данный момент) в заданныхпределах, например в диапазоне 42004800 об/мин для турбоагрегатаТК-НЗЛ. Запуск блока 12 сбросапроизводится сигналом логическогоэлемента 10 совпадения одновременнос включением коммутатора 13, Блок 5индикации сбрасывается кнопкой вруч ную. Таким образом, введение в устройство запоминающих. блоков, усилителей-ограничителей, элемента совпаде ния и блоков вычисления разностисигналов и сброса запоминающих блоков позволяет обнаруживать трещины на ранних стадиях их развития (до момента задевания лопаток о статор 25 турбомашины), что повышает надежность в эксплуатации турбомашины и предотвращает аварийные ситуации