energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2021-64-4-303-313energy-2082Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGМетод контроля сердечника статора мощного турбогенератораMethod for Monitoring the Stator Core of a Powerful Turbo GeneratorЛевицкийА. С.LevitskyiA. S.

г. Киев

Kyiv

ЗайцевЕ. А.ZaitsevIe. O

Адрес для переписки: Зайцев Евгений Александрович – Институт электродинамики  Национальной академии наук Украины, просп. Победы, 56, 03057, г. Киев, Украина.   Тел.: +38 044 366-24-70 zaitsev@i.ua

Address for correspondence: Zaitsev Ievgen O. – Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, 56, Peremogy Ave., 03057, Kyiv, Ukraine.  Tel.: +38 044 366-24-70  zaitsev@i.ua

ПанчикМ. В.PanchikM. V.

г. Киев

Kyiv

Институт электродинамики Национальной академии наук УкраиныУкраинаInstitute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of UkraineUkraine202121072021644303313Copyright © Левицкий А.С., Зайцев Е.А., Панчик М.В., 20212021Левицкий А.С., Зайцев Е.А., Панчик М.В.Levitskyi A.S., Zaitsev I.O., Panchik M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2082

Статья посвящена разработке автоматического метода и устройства для контроля прессовки сердечника статора мощного турбогенератора при сборке на заводе-изготовителе. Сердечник собирается и прессуется в вертикальном положении отдельными частями, на каждом этапе необходимо отслеживать места с ослабленной монолитностью. Неравномерность плотности спрессованности ведет к относительному смещению листов активной стали и потерям в железе, а также появлению и развитию дефектов (разрыхлению зубцов крайних пакетов, выкрашиванию фрагментов листов активной стали, местному замыканию листов и нагреву пакетов), что в итоге может стать причиной тяжелых аварий и выхода турбогенератора из строя. Существующие методы, в том числе автоматические, не позволяют выполнить качественный контроль. Предложенный авторами метод обнаружения мест с ослабленной монолитностью основан на автоматическом измерении удельного давления прессовки при деформации специальных контрольных проб. Разработано реализующее его устройство, представляющее собой кольцо, устанавливаемое на торцевую поверхность сердечника. В кольце равномерно размещены ячейки с контрольными пробами. Наибольшее уменьшение толщины пробы, вызванное наибольшим удельным давлением, соответствует наименьшему дефекту, и наоборот. В качестве преобразователя давления предлагается использовать плоскую металлическую мембрану и емкостный датчик с цифровым выходом. Рассчитаны и экспериментально проверены характеристики преобразователя. Обработка результатов измерения удельного давления осуществляется с помощью специального электронного блока. Разработанное устройство позволяет улучшить производительность труда при контроле сердечника, с большей достоверностью диагностировать дефекты и устранять их и в конечном счете повысить надежность турбогенератора и его долговечность.

The article is devoted to the development of an automatic method and device for monitoring the pressing of the stator core of a powerful turbo generator during its assembling at the manufacturer. The core is assembled and pressed in an upright position in separate parts; at each stage, it is necessary to monitor places with weakened solidity. The unevenness of the compaction density causes a relative displacement of the active steel sheets and losses of iron, as well as the appearance and development of certain defects (loosening of the teeth of the extreme packages, coloring of fragments of the active steel sheets, local closure of the sheets and heating of the packages), which can eventually cause severe accidents and failure of the turbo generator. Existing methods, including automatic ones, do not allow performing reliable monitoring. The method proposed by the authors for detecting places with weakened solidity is based on automatic measurement of the specific pressure of pressing during deformation of special control samples. A device for its implementation has been developed, which is a ring installed on the end surface of the core. Cells with control samples are evenly placed in the ring. The largest decrease in the sample thickness caused by the highest specific pressure corresponds to the smallest defect, and vice versa. As a pressure converter, it is proposed to use a flat metal membrane and a capacitive sensor with a digital output. The characteristics of the converter were calculated and experimentally verified. The specific pressure measurement results were processed using a special electronic unit. The device that has been developed makes it possible to improve labor productivity when monitoring the core, diagnose defects with greater reliability and eliminate them, and, ultimately, increase the reliability of the turbo generator as well as its durability.

турбогенераторсердечник статорасборкапрессовкадавлениеконтрольизмерительная ячейкадеформируемая пробамембрана с жестким центромемкостный сенсорturbo generatorstator coreassemblypressingpressuremonitoringmeasuring celldeformable samplerigid center membranecapacitive sensorReferencesTavner, P. J. Core Faults in Large Generators / P. J. Tavner, A. F. Anderson // IEE Proceedings – Electric Power Applications. 2005. Vol. 152, Iss. 6. P. 1427–1439. https://doi.org/10.1049/ip-epa:20050102.Tavner P. J., Anderson A. F. (2005) Core Faults in Large Generators. IEE Proceedings –Electric Power Applications, 152 (6), 1427–1439. https://doi.org/10.1049/ip-epa:20050102.Kuznetsov, D. V. Investigation of Features of Localization of Defects of Stator Core Elastic Suspension Systems in High-Power Turbogenerators / D. V. Kuznetsov // Russian Electrical Engineering. 2015. Vol. 86, Iss. 10. P. 612–619. https://doi.org/10.3103/S1068371215100119.Kuznetsov D. V. (2015) Investigation of Features of Localization of Defects of Stator Core Elastic Suspension Systems in High-Power Turbogenerators. Russian Electrical Engineering, 86 (10), 612–619. https://doi.org/10.3103/S1068371215100119 (in Russian).Повреждаемость и контроль зубцовых зон запеченных крайних пакетов стали сердечников статоров турбогенераторов / А. В. Бутов [и др.] // Электрические станции. 2001. № 5. С. 41–48.Butov A. V. et al. (2001) Damageability and Control of the Tooth Zones of Baked Еnd Packages of Steel Cores of Stators of Turbogenerators. Elekticheskie Stantsii = Electrical Stations, (5), 41–48 (in Russian).Кенсицкий, О. Г. Математическая модель совместного расчета электромагнитного поля и нагревов торцевой зоны мощного турбогенератора / О. Г. Кенсицкий, Д. И. Хвалин, К. А. Кобзарь // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 1. С. 37–46. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-1-37-46.Kensytskyi O. H., Hvalin D. I., Kobzar K. O. (2019) The Mathematical Model of Coupling Calculation the Electromagnetic Field and Heats of End Zone Powerful Turbogenerator. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (1), 37–46. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-1-37-46 (in Russian).Хвалин, Д. И. Моделирование электромагнитного поля мощной электрической машины / Д. И. Хвалин, О. Г. Кенсицкий, К. А. Кобзарь // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2021. Т. 64, № 2. С. 130–142. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-2-130-142.Hvalin D. I., Kensytskyi O. H., Kobzar K. O. (2021) Simulation of Electromagnetic Field of a Powerful Electrical Machine. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 64 (2), 130–142. https://doi.org/10.21122/1029-74482021-64-2-130-142 (in Russian).Zaitsev, Ie. O. Capacitive Distance Sensor with Coplanar Electrodes for Large Turbogenerator Core Clamping System / Ie. O. Zaitsev, A. S. Levytskyi, B. A. Kromplyas // IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Apr. 16–18, 2019, Kiev. P. 644–647. https://doi.org/10.1109/ELNANO.2019.8783916.Zaitsev Ie. O., Levytskyi A. S., Kromplyas B. A. (2019) Capacitive Distance Sensor with Coplanar Electrodes for Large Turbogenerator Core Clamping System. IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Apr. 16–18, 2019, Kiev, 644–647. https://doi.org/10.1109/ELNANO.2019.8783916.Левицкий, А. С. Измерение хода тарельчатых пружин в силовых аккумуляторах сердечника статора турбогенератора с помощью емкостного сенсора / А. С. Левицкий, Е. А. Зайцев, К. А. Кобзарь // Приборы и методы измерений. 2018. Т. 9, № 2. С. 121–129. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2018-9-2-121-129.Levitskyi A. S., Zaitsev I. O., Kobzar K. O. (2018) Measuring the Stroke of Cone Disk Springs in Power Accumulators of the Turbogenerator Stator Core Using a Capacitive Sensor. Pribory i Metody Izmerenii = Devices and Methods of Measurements, 9 (2), 121–129. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2018-9-2-121-129 (in Russian).Zaitsev, Ie. O. Hybrid Capacitive Sensor for Hydro- and Turbo Generator Monitoring System / Ie. O. Zaitsev, A. S. Levytskyi, B. A. Kromplyas // Proceedings of the International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES-17), Nov. 15–17, 2017, Kremenchuk. P. 288–291. https://doi.org/10.1109/MEES.2017.8248913.Zaitsev Ie. O., Levytskyi A. S., Kromplyas B.A. (2017) Hybrid Capacitive Sensor for Hydro- and Turbo Generator Monitoring System. Proceedings of the International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES-17), Nov. 15–17, 2017, Kremenchuk, 288–291. https://doi.org/10.1109/MEES.2017.8248913.Юхимчук, В. Д. Технология производства электрических машин / В. Д. Юхимчук. Харьков: Тимченко, 2006. 543 с.Yuhimchuk V. D. (2006) The Production Technology of Electric Machines. Kharkov, Timchenko Publ. 543 (in Russian).Patil, A. Modeling a Virtual Prototype of Stator Core Lamination Assembly Device / A. Patil, S. Biswas // International Journal of Electrical, Electronics and Data Communication. 2013. Vol. 1, Iss. 10. P. 32–35.Patil A., Biswas S. (2013) Modeling a Virtual Prototype of Stator Core Lamination Assembly Device. International Journal of Electrical, Electronics and Data Communication, 1 (10), 32–35.Geddam, P. Developing a Virtual Prototype for Stacking Laminations in Stator Core of Turbogenerator Using Robot Simulation Software / P. Geddam, B. K. Barik // Journal of Material Science and Mechanical Engineering. 2015. Vol. 2, Iss. 5. P. 456–460.Geddam P., Barik B. K. (2015) Developing a Virtual Prototype for Stacking Laminations in Stator Core of Turbogenerator Using Robot Simulation Software. Journal of Material Science and Mechanical Engineering, 2 (5), 456–460.Справочник по ремонту турбогенераторов / С. Е. Пузаков [и др.]; под общ. ред. Х. А. Бекова, В. В. Барило. М.: ИПКгосслужбы, ВИПКэнерго, 2006. 724 с.Puzakov S. E., Golodnova O. S., Rostik G. V., Kutukov L. G., Zav’yalov G. V., Tkacheva L. N. (2006) Reference Guide for the Repair of Turbo Generators. Moscow, IPKgosluzhby, VIPKenergo Publ. 724 (in Russian).Алексеев, Б. А. Определение состояния (диагностика) крупных турбогенераторов / Б. А. Алексеев. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001. 152 с.Alekseev B. A. (2001) Determination of the State (Diagnosis) of Large Turbogenerators. 2nd ed. Moscow: NTs ENAS Publ. House. 152 (in Russian).Stator Core Compressibility Test [Electronic resource]. Mode of access: https://www.slideshare.net/donaldsatrianistephen/stator-core-compr-test. Date of access: 28.05.2020.Stator Core Compressibility Test. Avalible at: https://www.slideshare.net/donaldsatrianistep hen/ stator-core-compr-test (Accessed 28 May 2020).Исследование вибромеханических характеристик пакета электротехнической стали и возможностей их использования для контроля прессовки сердечника статора турбогенератора / А. В. Григорьев [и др.] // Электротехника. 2003. № 8. С. 36–41.Grigoriev A. V. et al. (2003) Investigation of the Vibromechanical Characteristics of an Electrical Steel Package and the Possibilities of their Use for Monitoring the Pressing of a Stator Core of a Turbogenerator. Elektrotekhika = Electrical Engineering, 8, 36–41 (in Russian).Применение параметра поглощения энергии колебаний для контроля прессовки сердечников статоров турбогенераторов / А. В. Григорьев [и др.] // Электротехника. 2004. № 11. С. 16–19.Grigoriev A. V., Osotov V. N., Yampol’skii D. A. (2004) The Use of the Parameter of Absorption of Vibrational Energy to Control the Pressing of the Cores of Stators of Turbogenerators. Elektrotekhika = Electrical Engineering, 11, 16–19 (in Russian).Способ диагностики состояния сердечника статора электрической машины: пат. 2223587 РФ, МПК HO2 K15/00, HO2 K15/02 / В. С. Шаронин, А. В. Полторадня. Опубл. 10.02.2004.Sharonin V. S., Poltoradnya A. V. (2004) A Method for Diagnosing the State of the Stator Core of an Electric Machine. Patent RF. No 2223587 (in Russian).Створення нових типів та модернізація діючих турбогенераторів для теплових електричних станцій / Ю. В. Зозулін [та ін.]. Харків: ПФ «Колегіум», 2011. 228 с.Zozulin Yu. V., Antonov V. E., Borichevskii A. M., Bychik V. N., Kobzar K. A., Livshits A. L., Rakogon V. G., Rogovoi I. Kh., Khaimovich L. L., Cherednik V. I. (2011) Creation of New Types and Modernization of Existing Turbogenerators for Thermal Power Plants. Kharkiv, Kolegіum Publ. 228 (in Ukrainian).Контроль осердя статора потужного турбогенератора під час складання і пресування / В. Ф. Пінськой [та ін.] // Гідроенергетика України. 2020. № 1–2. С. 55–58.Pinskoi V. F., Zakhozhaev V. M., Shoful A. K., Levitsky A. S (2020) Stator Core Control of a Powerful Turbogenerator During Assembly and Pressing. Gidroenergetika Ukrainy [Hydropower of Ukraine], (1–2), 55–58 (in Ukrainian).Пристрій для контролю осердя статора потужного турбогенератора: заявка на патент України № а 2020 02912, МКИ H02 K 15/00 / А. С. Левицький [та ін.]. Опубл. 14.05.2020.Levitsky A. S. [et al.] (2020) Device for Monitoring the Stator Core of a Powerful Turbogenerator. Patent Application of Ukraine No а 2020 02912 (in Ukrainian).Андреева, Л. Е. Упругие элементы приборов / Л. Е. Андреева. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1981. 392 с.Andreeva L. E. (1981) Elastic Elements of Devices. 2nd ed. Moscow, Mechanical Engineering Publ. 392 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.