РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОБЛЕМЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СОПРЯЖЕНИЙ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РОТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА
Диагностика механических сопряжений конструктивных элементов рото-ра, как это следует из технологии производства и эксплуатации турбогенерато-ров, может быть выполнена только методами неразрушающего контроля.
Неразрушающий контроль не приводит к разрушению или повреждению объекта контроля, поэтому им можно охватить 100 % всех турбогенераторов в процессе их изготовления и эксплуатации. Кроме того, неразрушающий контроль базируется на различных физических принципах и использует методы и средства, как правило, хорошо поддающиеся автоматизации, что позволяет создавать полностью автоматизированные комплексы контроля качества, резко повышающие производительность труда и дающие высокий экономический эффект [3].
На основании выше изложенного, согласно цели работы, исследования проводятся в направлении дальнейшего развития электроимпульсного метода [13] для диагностики массивных элементов конструкции ротора турбогенерато-ра, как одного из методов неразрушающего контроля.
2.1. Разработка общей структуры алгоритма исследований
По своему направлению использования электроимпульсный метод отно-сится к структуроскопии, которая связана с определением физико-механи-ческих и электрофизических свойств объекта контроля [3].
Электроимпульсный метод сочетает в себе элементы физических характе-ристик таких видов неразрушающего контроля, как вихретоковый и элект-рический и, следовательно, обладает их преимуществами и недостатками [3].
Для решения задач по проблеме диагностики механических сопряжений конструктивных элементов ротора турбогенератора разработана методика про-ведения исследований. Алгоритм выполнения основных этапов исследований разработан в виде диаграммы Нэсси-Шнейдермана [24] (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема исследований при разработке новой методики
диагностирования ротора турбогенератора.
Первая группа задач по исследованию выше указанного электроимпульс-ного метода, связана с моделированием переходного процесса в массивных элементах конструкции ротора при гашении постоянного тока в обмотке воз-буждения на конденсатор и с математическим моделированием неисправностей конструктивных элементов, и может быть решена методами теории линейных электрических цепей и общей теории синхронных машин, которые по сравне-нию с методами расчета электромагнитных полей в электрических машинах, менее громоздки, но и менее точны, так как при их использовании делается больше общепринятых допущений [25], упрощающих аналитические расчеты. Тем не менее, как показано в [26], эти методы достаточно точны для предпола-гаемых исследований.
Решение систем дифференциальных уравнений, составленных при математическом моделировании, выполняется численным методом Рунге-Кутта 4-го порядка [27], встроенным в математическую систему MathCAD 7. Этот метод получил наибольшее распространение среди численных методов для решения электротехнических задач.
Вторая группа задач, связанная с планированием, организацией и проведением эксперимента в процессе производства ротора на заводе-изготовителе, решается на основании предшествующего математического моделирования, в соответствии с технологическими картами производства работ на роторе турбогенератора. При этом предполагается применение методов теории планирования эксперимента при первичной обработке полученной в ходе эксперимента информации (аппроксимация переходных функций экспоненциальными составляющими, оценка аномальности результатов измерений) [28, 29], и использование лабораторного макета автоматизированного комплекса средств измерения диагностического сигнала.
Третья группа задач, связанная с выработкой диагностических критериев состояния непроводниковых конструктивных элементов ротора турбогенерато-ра, может быть решена при помощи методов теории распознавания образов [30]. Необходимость использования методов этой теории обосновывается тем, что непосредственно измеренный сигнал (отклик) содержит в себе информацию о состоянии всех элементов конструкции ротора. Для того, чтобы определить какой конкретно элемент изменил свое состояние нужно выявить информативные зоны переходной функции, отражающие влияние отдельных элементов конструкции ротора.
В целом, алгоритм предполагает теоретические и экспериментальные исследования, направленные на проведение углубленного анализа переходных функций вихревых токов в элементах конструкции ротора с использованием современной системы MathCAD и разработку промышленных методик диагностирования ротора в условиях производства и эксплуатации турбогенераторов на основе теории распознавания образов.
Суть и задачи каждого этапа исследований и, вытекающие из них пути и методы решения научных проблем раскрываются в разделах 3, 4, 5 и 6 настоя-щей работы.
2.2. Планирование теоретических и экспериментальных исследований
В начале теоретических исследований определяется диагностическая мо-дель, которая представляет собой схему замещения турбогенератора для случая моделирования переходных процессов в массивном роторе и структурную схе-му замещения массива ротора для случая моделирования изменения состояния (неисправностей) конструктивных элементов последнего. В первом случае, с целью упрощения математического описания переходного процесса многокон-турная демпферная система заменяется двумя эквивалентными контурами: продольным эквивалентным контуром и поперечным эквивалентным контуром [31]. Во втором случае, с той же целью, используется структурная схема замещения, учитывающая параметры элементов конструкции ротора [32].
Теоретические исследования спланированы таким образом, чтобы
- установить принципиальную возможность применения электроимпульсного метода в качестве экспресс-диагностирования;
- оценить влияние внешних факторов (параметров схемы формирования электроимпульса, блочного трансформатора, измерительной аппаратуры и т.п.) на характер изме