Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-2-171-181
УДК 681.78, 343.77
Методика выбора параметров оптико-электронных систем контроля износа рабочих лопаток паровых турбин по заданной величине суммарной погрешности
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Родикова Л.С., Коротаев В.В., Тимофеев А.Н., Рыжова В.А., Мараев А.А., Михеев С.В. Методика выбора параметров оптико-электронных систем контроля износа рабочих лопаток паровых турбин по заданной величине суммарной погрешности // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 2. С. 171–181. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-2-171-181
Аннотация
Введение. Оптико-электронные системы контроля износа рабочих лопаток цилиндров низкого давления паровых турбин обеспечивают оценку величины хорды рабочей лопатки в статике на закрытом цилиндре, но не позволяют оценить износ с необходимой погрешностью при валоповороте. Контроль затрудняется тем, что выходная кромка контролируемой лопатки может перекрываться входной кромкой следующей лопатки. Следовательно, требуется задать такое направление видеонаблюдения для каждого сечения, которое обеспечит формирование видеокадров, содержащих изображение лопатки, и будет включать ее входную и выходную кромки. Режим валоповорота требует применения импульсной подсветки передней и задней кромок рабочих лопаток для уменьшения величины смаза изображения. Исходя из этого, важно осуществить выбор фокусного расстояния объектива видеокамеры, диаметра входного зрачка объектива и мощности импульсных источников излучения. Разработка методики параметров системы является актуальной задачей с целью сокращения трудоемкости проектирования систем для различных моделей турбин и технологий применения. Метод. Разработана методика выбора параметров систем контроля износа рабочих лопаток, которая основана на критерии равенства основных составляющих суммарной погрешности величины хорды. При аналитических исследованиях использовались выявленные связи параметров матричного приемника оптического излучения, источников подсветки и оптической схемы с требуемыми характеристиками системы. Компьютерное моделирование процесса преобразования информации в исследуемой системе учитывало связь параметров перемещающихся при валоповороте рабочих лопаток и параметров оптической схемы. Экспериментальная оценка погрешности системы в статике и в динамике на макете лопаточного аппарата использовала многократные измерения после калибровки системы по известным параметрам рабочих лопаток. Основные результаты. Методика обеспечивает при необходимых углах наклона видеозонда требуемое поле зрения и заданную погрешность контроля величины хорды за счет выбираемых матричного приемника оптического излучения, фокусного расстояния объектива видеокамеры, диаметра входного зрачка объектива, мощности источников излучения. На примере, наиболее сильно подверженной износу пятой ступени лопаточного аппарата цилиндров низкого давления турбины большой единичной мощности К-1200, показано, что для предельно допустимых значений углов поворота видеозонда 19° и времени задержки кадровой синхронизации до 0,18 с фокусное расстояние объектива видеокамеры должно быть менее 2,4 мм при времени импульсной подсветки 0,05 с. Компьютерное моделирование показало, что предельная погрешность системы может достигать 0,011 мм, что указывает на возможность уменьшения суммарной погрешности. С использованием разработанной методики выбраны основные элементы и создан макет системы. Сформулированы требования к времени экспозиции и задержки кадровой синхронизации. Обсуждение. Эффективность методики выбора параметров подтверждена экспериментальными исследованиями макета системы, показавшими, что оценка стандартного отклонения случайной составляющей погрешности контроля хорды в динамике составила 0,26 мм, что в три раза меньше, чем у ранее разработанной системы, и удовлетворяет требованиям, предъявляемым при оценке работоспособности рабочих лопаток паровых турбин в процессе эксплуатации и ремонта. Предложенная методика, направленная на достижение требуемой точности контроля, может быть использована разработчиками других оптико-электронных средств бесконтактного контроля линейных размеров деталей, ориентированных неперпендикулярно линии визирования.
Ключевые слова: паровые турбины, рабочие лопатки, эрозионный износ, хорда рабочей лопатки, контроль износа рабочей лопатки, оптико-электронная система, выбор параметров
Список литературы
Список литературы
- Назолин А.Л. Предупреждение аварий и катастроф вращающегося оборудования критически и стратегически важных объектов техносферы (на примере мощных турбоагрегатов атомных и тепловых электростанций): научный доклад / Российская академия наук. М., 2017. 40 p.
- Geng J., Xie J. Review of 3-D endoscopic surface imaging techniques // IEEE Sensors Journal. 2014. V. 14. N 4. P. 945–960. https://doi.org/10.1109/jsen.2013.2294679
- Горевой А.В., Мачихин А.С., Хохлов Д.Д., Батшев В.И., Калошин В.А., Перфилов А.М. Применение трассировочной модели оптико-электронной системы для повышения точности стереоскопических эндоскопических измерений // Дефектоскопия. 2017. № 9. С. 44–53.
- Чичигин Б.А., Гроо И.А. Разработка малогабаритной высокоскоростной системы измерительной дефектоскопии и ее испытание на макетных объектах // Радиотехника и электроника. 2022. Т. 67. № 7. С. 668–675. https://doi.org/10.31857/S0033849422070075
- Щинников П.А., Ноздренко Г.В., Михайленко А.И., Дворцевой А.И., Сафронов А.В. Автоматизация технологических процессов на ТЭС и управление ими. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. 291 с.
- Хаимов В.А., Кокин Е.Ш., Пузырев Е.И., Воронков Е.О., Ганжин В.А. Внедрение системы оперативного контроля и диагностики эрозионного износа рабочих лопаток мощных паровых турбин // Электрические станции. 2006. № 12. С. 32‒36.
- Kasl J., Matějová M., Mrštík J. Failure analysis of rotating blades of lowpressure steam turbine rotors and possibility of prediction corrosion-fatigue ruptures // MATEC Web of Conferences. 2018. V. 188. P. 04020. https://doi.org/10.1051/matecconf/201818804020
- Shut G.A., Korotaev V.V., Puzyrev E.I., Ryzhova V.A., Timofeev A.N., Akhmerov A.H., Rodikova L.S. Videoendoscopy of working blades of steam turbines and control of their geometrical parameters // Journal of Optical Technology. 2020. V. 87. N 11. P. 677‒683. https://doi.org/10.1364/jot.87.000677
- Малорасходные режимы ЦНД турбины Т-250/300-240 / под ред. В.А. Хаимова. СПб.: БХВ-Петербург, 2007. 240 с.
- Leiner D. Digital Endoscope Design. SPIE, 2015. https://doi.org/10.1117/3.2235283
- Шуть Г.А., Пузырев Е.И., Васильева А.В., Васильев А.С., Некрылов И.С., Ахмеров А.Х., Тимофеев А.Н. Комплексная система эндоскопирования для контроля эрозионного износа лопаток паровых турбин // Известия вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63. № 3. С. 228–237. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2020-63-3-228-236
- Todros K., Hero A.O. Measure-transformed quasi-maximum likelihood estimation // IEEE Transactions on Signal Processing. 2017. V. 65. N 3. P. 748–763. https://doi.org/10.1109/tsp.2016.2621732
- Андреев А.Л. Моделирование и расчет автоматизированных видеоинформационных систем наблюдения за объектами: методические указания к лабораторным работам. СПб.: НИУ ИТМО, 2013. 82 с.
- Uss M., Vozel B., Lukin V., Chehdi K. Potential accuracy of translation estimation between radar and optical images // Proceedings of SPIE. 2015. V. 9643. P. 96430W. https://doi.org/10.1117/12.2194071
- Tan Q., Kou Y., Miao J., Liu S., Chai B. A model of diameter measurement based on the machine vision // Symmetry. 2021. V. 13. N 2. P. 187. https://doi.org/10.3390/sym13020187
- Фам Н.Т., Тимофеев А.Н., Коротаев В.В., Рыжова В.А., Родригеш Ж.Ж.П.К. Анализ дополнительных погрешностей оптико-электронной системы контроля положения железнодорожного пути // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 1. С. 15–23. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-1-15-23
- Старосотников Н.О., Фёдорцев Р.В. Сравнение по точности алгоритмов определения координат центров изображений в оптико-электронных приборах // Наука и техника. 2018. Т. 17. № 1. С. 79–86. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-1-79-86
- Pham N.T., Timofeev A.N., Nekrylov I.S. Study of the errors of stereoscopic optical-electronic system for railroad track position // Proceedings of SPIE. 2019. V. 11056. P. 110562F. https://doi.org/10.1117/12.2526081
- Potapov A.I., Kul’chitskii A.A., Smorodinskii Y.G. Analyzing the accuracy of a device for controlling the position of a rotating plane // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2018. V. 54. N 11. P. 757–764. https://doi.org/10.1134/S1061830918110086
- Коротаев В.В., Мараев А.А., Тимофеев А.Н. Телеориентирование в луче с оптической равносигнальной зоной. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 326 с.
- Nose A., Yamazaki T., Katayama H., Uehara S., Kobayashi M., Shida S., Odahara M., Takamiya K., Matsumoto S., Miyashita L., Watanabe Y., Izawa T., Muramatsu Y., Nitta Y., Ishikawa M. Design and performance of a 1 ms high-speed vision chip with 3D-stacked 140 GOPS column-parallel PEs // Sensors. 2018. V. 18. N 5. P. 1313. https://doi.org/10.3390/s18051313
- Stefanov K.D., Clarke A.S., Ivory J., Holland A.D. Design and performance of a pinned photodiode CMOS image sensor using reverse substrate bias // Sensors. 2018. V. 18. N 1. P. 118. https://doi.org/10.3390/s18010118
- Maraev A.A., Shut G.A., Timofeev A.N., Mikheev S.V., Akhmerov A.Kh., Rodikova L.S., Konyakhin I.A. Effect of illumination on errors in estimation of a rotor blade chord value during intelligent video endoscopy of a closed steam turbine cylinder // Studies in Systems, Decision and Control. 2022. V. 419. P. 169–185 https://doi.org/10.1007/978-3-030-97004-8_13
- Ting-Fa X., Peng Z. Image motion-blur-based object's speed measurement using an interlaced scan image // Measurement Science and Technology. 2010. V. 21. N 7. P. 075502. https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/7/075502
- Фам Н.T., Пантюшина Е.Н., Тимофеев А.Н., Васильев А.С., Динь Б.М. Влияние скорости движения оптико-электронной системы на погрешность контроля положения железнодорожного пути // Известия вузов. Приборостроение. 2018. Т. 61. № 9. С. 814–822. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2018-61-9-814-822