Введение к работе
1.1. Актуальность.
Техническая диагностика в последнее время приобретает особую актуальность в тепловой энергетике в связи с достижением предельных значений ресурсных параметров машин и оборудования. Наиболее дорогостоящие и технически сложные в изготовлении и эксплуатации элементы энергооборудования - паровые турбины. Ресурс паровых турбин тепловых электростанций (ТЭС) в значительной степени определяется роторами высокого и среднего давления. Опыт эксплуатации энергооборудования ТЭС показал, что к наиболее уязвимым элементам роторов относятся выполненные в них тепловые канавки. В донной части тепловых канавок возможно возникновение продольных трещин, дальнейшее развитие которых может привести к разрушению ротора. При длительной эксплуатации паровой турбины за счет образования трудноудаляемых твердых отложений на поверхности тепловой канавки ее вихретоковая дефектоскопия существенно затрудняется. Это определяет актуальность темы диссертации, направленной на создание высокоэффективных средств вихретоковой дефектоскопии тепловых канавок.
1.2. Состояние проблемы.
Промышленный выпуск средств вихретоковой дефектоскопии оборудования тепловой энергетики осуществляют многие отечественные и зарубежные фирмы, среди которых наибольшую известность имеют ЗАО МНПО «СПЕКТР», «КРО-ПУС», «ЛУЧ» (Россия), Zetec, TesTex, DeFelsko (США), Namicon (Италия), Rohmann (Германия), Interkontrol (Франция), Hocking (Великобритания) и др. Известна разработка ЗАО МНПО «СПЕКТР» для дефектоскопии тепловых канавок на основе дефектоскопа ВД-88 со специализированным вихретоковым преобразователем (ВТП). Данным преобразователем удавалось выявлять дефекты на начальном этапе эксплуатации турбин. Однако с увеличением срока эксплуатации турбин сигналы от дефектов маскировались шумовой составляющей, связанной с образованием твердых отложений, неравномерно распределенных вдоль канавки. Эти отложения не удается полностью устранить и после тщательной механической зачистки.
1.3. Цель работы и задачи исследования.
Цель данной работы - повышение селективности и пороговой чувствительности средств вихретоковой дефектоскопии тепловых канавок длительно работающих роторов паровых турбин
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
определить типы ВТП, перспективные для выявления дефектов в донной части тепловой канавки;
исследовать влияние дефектов в донной части тепловой канавки, а также вариации параметров контролируемого объекта и условий контроля на сигналы различных ВТП и выбрать наиболее перспективный тип ВТП;
провести расчетно-теоретическое исследование выбранного ВТП и провести оптимизацию его конструкции и параметров;
провести экспериментальные исследования для оценки достоверности зависимостей, полученных расчетным путем;
провести натурные экспериментальные исследования и по их результатам провести коррекцию параметров разрабатываемого ВТП и выбрать способ обработки
получаемой информации;
обеспечить практическую реализацию дефектоскопии тепловых канавок на ос
нове выполненных исследований.
1.4. Методы исследования:
Для теоретических исследований взаимодействия ВТП с контролируемым объектом применялось математическое моделирование на основе метода конечных элементов. Экспериментальные исследования проводились с помощью компьютеризированной многофункциональной установки «КОМВИС ЛМ».
1.5. Научная новизна работы заключается в следующем:
Определены специфические факторы, влияющие на результаты вихретоковой дефектоскопии тепловых канавок длительно работающих роторов паровых турбин: хаотичное изменение положения ВТП при сканировании из-за наличия на стенках и донной части канавки трудноудаляемых твердых отложений, наличие магнитной окалины, электромагнитная неоднородность металла.
Исследовано распределение плотности вихревых токов в донной части и стенках тепловой канавки, а также вторичного электромагнитного поля в зоне контроля при различных вариантах и режимах возбуждающей системы.
Показано, что в возбуждающую обмотку целесообразно выполнять с П-образным сердечником при размещении витков катушки на его верхней перемычке. Это обеспечивает равномерную чувствительность к дефектам типа продольных трещин по всему поперечному сечению донной части канавки.
Установлено, что измерительную систему целесообразно выполнять в виде размещенных в межполюсном пространстве П-образного сердечника двух дифференциально включенных и установленных друг над другом измерительных катушек с ферромагнитными сердечниками параллельными плоскости рабочего торца сердечника.
Разработан ВТП с повышенной селективной чувствительность к дефектам типа трещин в донной части тепловых канавок роторов паровых турбин, находившихся в эксплуатации. Повышение селективной чувствительности достигается путем обеспечения ортогональности напряжений, вносимых за счет влияния дефекта и за счет влияния мешающих факторов (перекоса и вариации рабочего зазора) за счет выбора зазора между сердечниками измерительной и компенсационной катушек и соотношения витков между ними.
Установлены зависимости выходных сигналов разработанного ВТП при воздействии дефектов различной глубины и положения в донной части тепловой канавки, вариации электромагнитных параметров металла и изменений положения чувствительного элемента в процессе сканирования. На основании полученных зависимостей предложена методика одновременного подавления двух сильно влияющих мешающих факторов путем соответствующего выбора рабочей частоты и амплитудно-фазовой обработки сигнала.
1.6. Практическая ценность работы заключается в том, что:
Разработана и реализована конструкция специализированного ВТП для дефектоскопии донной части тепловой канавки роторов паровых турбин.
Разработана методика вихретоковой дефектоскопии тепловых канавок роторов
паровых турбин.
1.7. Реализация и внедрение результатов работы:
Разработанный специализированный вихретоковый преобразователь внедрен на ряде предприятий в составе систем вибродиагностики;
на основе выполненных исследований и разработок организован мелкосерийный выпуск преобразователя BTITU3x8 на специализированном предприятии «Гло-балТест» (г. Саров).
1.8. Апробация работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на хіх Всероссийской конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике, на XV Всероссийской научно-технической конференции «Новые информационные технологии», на НТС Всероссийского теплотехнического института.
1.9. Публикации.
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 2 без соавторов, З в журналах из перечня ВАК ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук. Список работ приведен в автореферате.
1.10. Структура и объем диссертации.
