Методика выбора параметров оптико-электронных систем контроля износа рабочих лопаток паровых турбин по заданной величине суммарной погрешности

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

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.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License