CC BY
112
= 32
Энергобезопасность и энергосбережение
ДИАГНОСТИКА И НАДЕЖНОСТЬ ЭНЕРГООБОРУДОВАНИЯ
УДК 65.011.56
Перспективы применения автоматизированных систем неразрушающего контроля тепломеханического оборудования ТЭС
Б. И. Волков,
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник филиала «УралВТИ Челябэнергосетьпроект» ОАО «Инженерный центр энергетики Урала»
В. В. Прохоров,
кандидат технических наук, научный сотрудник
К. М. Бондарь,
младший научный сотрудник
УралВТИ (Уральский теплотехнический научно-исследовательский институт) многие годы работает над созданием автоматизированных систем контроля оборудования ТЭС. Некоторые из разработок рассмотрены в настоящей статье.
Ключевые слова: неразрушающий контроль, дефектоскопия, тепломеханическое оборудование.
яаивиииш
Диагностика и надежность энергооборудования
33 =
Введение
Автоматизация процессов контроля оборудования ТЭС является одним из перспективных направлений научно-исследовательской деятельности. Многообразие объектов контроля, широкий диапазон электромагнитных параметров, состояний поверхности (в том числе кривизны), дефектоскопических критериев и требований РД делает достижение подобной задачи весьма сложным.
В УралВТИ на протяжении десятков лет развивается направление деятельности, связанное с разработкой автоматизированных систем неразрушающего контроля. Некоторые из них рассмотрены ниже.
Система автоматизированного контроля водоопускных отверстий барабанов котлов высокого давления АККО — 2
Обеспечение надежной работы барабанов - наиболее ответственных элементов котла - является важной задачей. В России эксплуатируется большой (порядка двух тысяч) парк барабанных котлов высокого давления. При обследовании барабанов в них обнаруживаются различные дефекты: трещины около трубных отверстий, на поверхности обечаек и днищ, в основных сварных соединениях, в местах приварки сепарационных устройств и др. Ниже рассматривается система автоматизированного контроля трубных отверстий барабанов на наличие эксплуатационных трещин.
При ручном контроле работа дефектоскописта осложнена тем, что поверхность отверстия труднодоступна. Даже при диаметре 100 миллиметров очень трудно обеспечить надежный контакт преобразователя с поверхностью контроля и сохранение траектории сканирования. Помимо этих факторов на результаты контроля оказывают влияние стесненные условия работы дефектоскописта. Устранить влияние указанных выше факторов можно только применением автоматизированных систем контроля.
Начиная с 80-х годов в УралВТИ параллельно с ручным контролем разрабатывались и применялись механизированные полуавтоматические устройства для сканирования поверхности отверстий, выявления, определения местоположения и параметров трещин. При наблюдении и контроле водоопускных отверстий котла ТГМ-84 (ст. № 11) Уфимской ТЭЦ-4 в течение длительного времени было впервые применено подобное устройство. Результатом проведенной работы стало уточнение основных параметров сопротивляемости металла барабанов развитию трещин.
Постоянное усовершенствование механической и электронной частей автоматической системы контроля водоопускных отверстий барабанов привело к созданию автоматизированного комплекса контроля отверстий (АККО - 2). В устройстве применены оригинальные механические узлы и современные электронные блоки. Комплекс обеспечивает сканирование 100 % поверхности отверстий барабанов с помощью вихретокового накладного преобразователя (ВТНП). Основные технические характеристики АККО - 2 приведены в табл. 1.
Таблица 1
Минимальная глубина выявляемой трещины, мм 0,5
Минимальная протяженность выявляемой трещины, мм 2
Относительная погрешность определения глубины трещины, % 20
Средняя производительность контроля, отв. в час 10
Автоматизированный комплекс «Ротор-К» для контроля роторов турбин со стороны осевого канала
Ротор является одним из ответственных элементов паровой турбины. В процессе эксплуатации на него воздействуют значительные статические и динамические нагрузки, поэтому важно вовремя обнаружить дефект в металле ротора. Согласно действующим РД, роторы турбин после наработки соответствующего срока должны подвергаться обследованию со стороны осевого канала. Разработанный в УралВТИ комплекс «Ротор-К» предназначен для автоматизированного контроля роторов турбин со стороны осевого канала и позволяет проводить визуальный, вихретоковый и ультразвуковой контроль, а также измерение остаточной деформации.
«Ротор-К» состоит из транспортного механизма (ТМ) и сменных сканирующих модулей (СМ); блока управления и преобразования (БУП); ноутбука со специальным программным обеспечением. Программа посылает команды в БУП, обеспечивает позиционирование ТМ и СМ и принимает оцифрованные информационные сигналы с первичных преобразователей (ПП). БУП содержит блок питания, блок микроконтроллера, блок вихретокового дефектоскопа, ультразвуковой коммутатор и силовые блоки управления шаговыми двигателями ТМ и СМ. ТМ обеспечивает перемещение сканирующего модуля внутри осевого канала на заданное расстояние. СМ осуществляют сканирование поверхности осевого канала чувствительными ПП. Комбинация аксиального и радиального перемещений ПП дает возможность проконтролировать 100 % поверхности осевого канала ротора.
Отличительной особенностью комплекса является использование специально разработанного вихретокового дефектоскопа. Дефектоскоп обеспечивает формирование возбуждающего и прием информационного сигнала с ВТНП, выделение полезной информации в различной форме (амплитудной, фазовой и комплексной); позволяет осуществлять отстройку от «мешающих факторов» путем автоматического переноса начала координат комплексной плоскости.
Ультразвуковой контроль осуществляется в иммерсионном варианте ввода ультразвука. Сканирующий модуль УЗК содержит две пары ПЭП, установленных в специальных каретках для про-звучивания металла ротора по схеме «тандем». Возможность варьировать базу «тандема» позволяет
нямеиииииИ
= 34
Энергобезопасность и энергосбережение
оператору «заложить» требуемый порог чувствительности к глубине трещин и надежно выявлять трещины, которые развиваются с наружной поверхности ротора.
Визуальный СМ содержит видеокамеру стандартного ТВ-разрешения, которая в комбинации с вихретоковым СМ позволяет наблюдать за зоной контроля и получать изображения дефектов, выявленных вихретоковым методом.
Модуль измерения диаметра построен на основе высокоточных лазерных триангуляционных дальномеров и обеспечивает бесконтактное измерение диаметра канала вдоль длины ротора.
Основные технические характеристики комплекса приведены в табл.2.
Таблица 2
Технические характеристики ТМ
Скорость перемещения ТМ внутри канала, мм/с 3 - 10
Величина минимального перемещения в шаговом режиме: по дальности, мм 0,5
по азимуту, град 1,8
Точность оценки координат местоположения ТМ: по дальности, мм 5
по азимуту, град 0,9
Технические характеристики визуального и вихретокового СМ
Минимальная глубина выявляемой трещины, мм 0,5
Минимальная протяженность выявляемой трещины, мм 2,0
Относительная погрешность определения глубины трещины, % 20
Технические характеристики ультразвукового СМ
Частота УЗК, МГц 2,5
Угол ввода, град 40
Технические характеристики СМ измерения диаметра
Диапазон измеряемых диаметров, мм 70-180
Относительная ошибка измерения, % 0,05
На рис 1 показан общий вид комплекса «Ротор-К».
Рис. 1. Общий вид комплекса «Ротор-К»
Комплекс «Ротор-К» в настоящее время успешно применяется для неразрушающего контроля роторов турбин различных типов.
Автоматизированный комплекс «Гиб — 3М» для контроля гибов необогреваемых труб котлов со стороны их внутренней поверхности
Для контроля водоперепускных и водоопускных труб и их гибов визуальным и вихретоковым методами со стороны внутренней поверхности разработан комплекс «Гиб - 3М». Наличие между транспортным и сканирующим механизмами гибкой связи обеспечивает перемещение устройства по прямым и гнутым участкам трубопровода. Специальный механизм обеспечивает беспрепятственный переход каретки с преобразователем через подкладное кольцо сварного соединения. Благодаря этому комплекс может перемещаться от барабана до коллектора и осуществлять визуальный и вихретоковый контроль внутренней поверхности трубопроводов. Комплекс вводится в трубу со стороны барабана через водоопускное отверстие. Снятие теплоизоляции и зачистка наружной поверхности гибов трубопроводов не требуются.
Опробование в производственных условиях показало работоспособность комплекса и возможность его применения для контроля.
Автоматизированный комплекс «Коллектор — 1» для контроля коллекторов со стороны внутренней поверхности
В настоящее время для визуального контроля внутренней поверхности коллектора применяются стандартные эндоскопы. К недостаткам этого способа (помимо совокупности недостатков, присущих любому ручному методу) в первую очередь следует отнести ограниченность зоны контроля.
Разработанный комплекс «Коллктор - 1» позволяет проводить визуальный контроль 100 % внутренней поверхности коллектора. Комплекс помещают в коллектор через один из входных патрубков. Гусеничный движитель обеспечивает перемещение устройства вдоль всего коллектора. Специальный управляемый кронштейн позволяет произвольно ориентировать видеокамеру и получать изображение и фотографию контролируемого участка.
Все рассмотренные автоматизированные системы успешно применяются на практике. Наряду с этим в институте ведутся новые разработки, в том числе систем автоматизированного контроля таких элементов оборудования ТЭС, как лопаточный аппарат ротора турбины и гибы паропроводов острого пара.
Комплекс «Гиб-09» позволит автоматизировать процесс проведения следующих видов контроля гибов паропроводов (согласно СО 153-34.17.418):
- визуальный осмотр и измерение овальности;
- вихретоковая дефектоскопия наружной поверхности;
- измерение толщины стенки ультразвуковым методом;
яаивиииийИ
Диагностика и надежность энергооборудования
35 =
- ультразвуковая дефектоскопия сварного соединения.
Транспортно-сканирующий механизм комплекса фиксируется на поверхности гиба с помощью магнитных присосок. Комплекс снабжен системой цифровых пьезогироскопов и бесконтактных лазерных датчиков перемещения. Совокупность системы датчиков обеспечивает ориентацию и точное местоположение комплекса на гибе. Перемещение комплекса осуществляется по программе, задаваемой оператором. В процессе контроля производится сканирование всей поверхности гиба первичными преобразователями (визуальным, измерительным, вихретоковым и ультразвуковым). Информационные сигналы с
преобразователей и сигналы координатной привязки непрерывно записываются на жесткий диск управляющего компьютера, обрабатываются по заданной программе и отображаются на экране в режиме реального времени.
Применение комплекса «Гиб-09» позволит увеличить производительность контроля и повысить достоверность результатов. В настоящее время ведутся лабораторные исследования элементов комплекса.
Таким образом, описанные комплексы доказывают практическую возможность и целесообразность применения автоматизированных средств контроля тепломеханического оборудования ТЭС.
Интересно знать...
P В серии опытов коллектив Nevada Lightning Lab (США) получил результаты, дающие повод для оптимистичных прогнозов в области беспроводной передачи электричества. Ученым удалось передать ток мощностью 801 ватт на расстояние 5 метров, а мощностью 50 ватт - на 15 метров. Поводом для эксперимента стала случайность - при проведении испытаний нового высокочастотного трансформатора приборы зафиксировали рост напряжения на стоящем рядом аналогичном устройстве, отключенном от электроцепи.
P Английские инженеры построили и испытали гоночный болид, получивший название «Эко-Ф3». Он не только ездит на растительном масле. Его детали собрали практически из мусора. В ход пошли переработанные пластиковые бутылки, картофельная кожура (для кузова). Сиденья изготовлены из материала на основе соевых бобов, а руль - с применением морковных волокон.
P Сотрудники американской национальной лаборатории Сандиа намерены использовать солнечный свет для утилизации углекислого газа. Они сконструировали экспериментальный реактор, предназначенный для разложения углекислоты на кислород и окись углерода с помощью концентрированных потоков солнечного излучения. Окись углерода можно будет затем использовать для синтеза метанола или какого-то другого жидкого топлива.
P Японский Национальный институт передовых наук и технологий разработал светодиод дальнего УФ-излучения, который использует алмазный полупроводник. Светодиод составлен из 2-мм квадратной алмазной подложки, на которой расположен алмазный полупроводник. Это устройство выделяет дальнее УФ-излучение с длиной волны 235 нм. Мощность при токе в 320 мА составляет 30 мкВт.
По материалам www.energyland.info
нямеиииииИ
