ИЗМЕРЕНИЕ ХОДА ТАРЕЛЬЧАТЫХ ПРУЖИН В СИЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРАХ СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА С ПОМОЩЬЮ ЕМКОСТНОГО СЕНСОРА

Безаварийная и эффективная работа мощных турбогенераторов в значительной степени зависит от стабильности их основных механических параметров, к которым относится давление прессовки сердечника статора. Целью работы являлось обоснование возможности применения многоэлементного емкостного сенсора с компланарными электродами для измерения хода тарельчатых пружин в силовых аккумуляторах систем стабилизации давления сердечника статора турбогенератора.

Состояние прессовки сердечника косвенным образом можно оценить, измеряя ход тарельчатых пружин в силовых аккумуляторах, которые устанавливаются на стяжных призмах сердечника вместо стяжных гаек. Для измерения хода пружин предложено применение компланарного емкостного сенсора с секторальными электродами, который встраивается в конструкцию силовых аккумуляторов. Каждый сектор содержит свой элементарный сенсор, который размещен на кольцевой диэлектрической пластине и образован компланарными электродами, являющимися составной частью соосных концентрических колец, образующих компланарный емкостной сенсор. Сенсор состоит из высокопотенциального, низкопотенциального и заземленного электродов. Заземленный электрод расположен между высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами, а также вокруг них.

Приведена упрощенная аналитическая модель расчета для получения аналитической зависимости изменения информативной составляющей электрической емкости сенсора от хода тарельчатых пружин в силовых аккумуляторах. Достоверность модели и характеристики зависимости подтверждена экспериментально при испытании лабораторного образца емкостного сенсора.

1. Golodnova, O.S. Analiz i meropriyatiya po preduprezhdeniyu povrezhdenii serdechnikov statorov turbogeneratorov / O.S. Golodnova, G.V. Rostik // Sbornik «Elektrosila». - SPb. : Elektrosila, 2004. - № 43. - S. 56-64.

2. Golodnova, O.S. O prichinakh povrezhdenii tortsevykh zon serdechnikov statorov turbogeneratorov i merakh po ikh preduprezhdeniyu / O.S. Golodnova, G.V. Rostik // Energetik. - 2005. - № 1. - S. 17-20.

3. United States Patent No. 9,016,991 B2. Int. Cl. F16B 31/02, H02 K1/16, H02 K11/00, 3P 19/06, G01L 1/24, G01L 5/24, G01 D 5/353. Bolt tightener device for tightening a through-bolt in a generator core / Twerdochlib Michael (US), Edward David (US), Diatzikis Evangelos V. (US); Assignee Siemens Energy, Inc. (Orlando, FL, US) - Appl. no. 13/863,473; Date of Patent Apr. 28, 2015.

4. Sanjeev, D. Fabrication and Applications of Fiber Bragg Grating - A. Review / D. Sanjeev, G. Vikas, G. Amit // Advanced Engineering Technology and Application. - 2015. - No. 2. - P. 15-25. https://doi.org/10.12785/aeta/040202

5. United States Patent No. 7,946,023 B2. Int. Cl. H02K 15/00, H02F 3/04, H01R 31/28. Method and apparatus for measuring compression in a stator core / James Allan Cook (Orlando, FL, US), David T. Allen (Longwood, FL, US); Assignee Siemens Energy, Inc. (Orlando, FL, US) - Appl. no. 11/285,834; Date of Patent May 24, 2011.

6. Paspalovski, T. Replacement (reconstruction) of the active steel end zone of the turbogenerator / T. Paspalovski, N. Mojsoska, N. Jovanovski, V. Jovanovska, Z.V. Sovreski // Proceeding 1-st Global Conference, April 8-12, 2013. - P. 659-663.

7. Jovanovska, V. Increasing the Power of the Turbogenerator in the Process Of Modernization in the Mining and Energy Industry / V. Jovanovska, M. Arapcheska // International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology. - 2015. - Vol. 2, iss. 2. - P. 162-166.

8. Minko, A.N. Optimal'naya geometriya i massogabaritnye parametry konstruktsii korpusa statora turbogeneratorov s vozdushnoi sistemoi okhlazhdeniya / A.N. Minko // Energosberezhenie. Energetika. Energoaudit. - 2012. - № 1.- C. 33-39.

9. Zozulіn, Yu.V. Stvorennya novikh tipіv ta modernіzatsіya dіyuchikh turbogeneratorіv dlya teplovikh elektrichnikh stantsіi / Yu.V. Zozulіn, O.Є. Antonov, V.M. Bichіk [ta іn.]. - Kh. : PF «Kolegіum», 2011. - 228 s.

10. Levits'kii, A.S. Kontrol' stanu potuzhnikh gіdrota turbogeneratorіv za dopomogoyu єmnіsnikh vimіryuvachіv parametrіv mekhanіchnikh defektіv / A.S. Levits'kii, G.M. Fedorenko, O.P. Gruboi. - K. : Іn-t elektrodinamіki NAN Ukraїni, 2011. - 242 s.

11. Ivanov, V.V. O sposobe stabilizatsii plotnosti pressovaniya aktivnoi stali turbogeneratorov / V.V. Ivanov, V.N. Petrov, G.V. Rostik // Energetik. - 2009. - №. 8. - S. 29-30.

12. Paspalovski, T. Partial replacement of the active steel on the turbogenerator end zone / T. Paspalovski, V. Jovanovska // Termotechnika. - 2015. - XLI, 1. - P. 1-7.

13. Shevchenko, V.V. Modernizatsiya konstruktsii otechestvennykh turbogeneratorov s uchetom trebovanii podderzhaniya ikh konkurentosposobnosti / V.V. Shevchenko, A.N. Minko // Vіsnik NTU «KhPІ». - 2014. - № 38 (1081). - S. 146-155.

14. Nebolyubov, E.Yu. Elektronnye preobrazovateli dlya raboty s emkostnymi datchikami (analogovye i tsifrovye) / E.Yu. Nebolyubov, A.I. Novik // Tekhnicheskaya elektrodinamika. - 2015. - № 3. - S. 67-74.

15. Baxter, L.K. Capacitive Sensors: design and applications / L.K. Baxter. - New York : IEEE Press, 1997. - 320 c.

16. Mamishev, A.V. Interdigital Dielectrometry Sensor Design and Parameter Estimation Algorithms for Non-Destructive Materials Evaluation / A.V. Mamishev. - Cambridge : MIT, 1999. - 709 p.

17. Dzhezhora, A.A. Elektroemkostnye preobrazovateli i metody ikh rascheta / A.A. Dzhezhora. - Minsk : Belorusskaya nauka, 2008. - 305 s.

18. Xiaohui, H. Planar capacitive sensors - designs and applications / H. Xiaohui, Y. Wuqiang // Sensor Review. - 2010. - No. 30(1). - P. 24-39. https://doi.org/10.1108/02602281011010772

19. Mamishev, A.V. Interdigital Sensors and Transducers / A.V. Mamishev, K. SundaraRajan, F. Yang, Y. Du, M. Zahn // Proceeding of the IEEE. - 2004. - Vol. 92, no. 5. - P. 808-845. https://doi.org/10.1109/JPROC.2004.826603

20. Yong, Y. Novel Method for Proximity Detection of Moving Targets Using a Large-Scale Planar Capacitive Sensor System / Y. Yong, D. Jiahao, S. Sanmin, H. Zhuo, L. Yuting // Sensors (Basel). - 2016. - No. 16(5): 699. https://doi.org/10.3390/s16050699

21. Cheng, H. Analysis of a concentric coplanar capacitor for epidermal hydration sensing / H. Cheng, Z. Yihui, H. Xian, A.R. John, H. Yonggang // Sensors and Actuators A203: Physical. - 2013. - P. 149-153. https://doi.org/10.1016/j.sna.2013.08.037

22. Amr, N.A. Improved interdigital sensors for structural health monitoring of composite retrofit systems / A.N. Amr, W. Wael // Journal of Reinforced Plastics and Composite. - 2011. - No. 30(7). - P. 621- 629. https://doi.org/10.1177/0731684411399944

23. Chen T. Capacitive sensors for measuring complex permittivity of planar and cylindrical structures: A dissertation of doctor of philosoph: Electrical Engineering /T. Chen. - Iowa State University, 2012. - 204 p.

24. Sheiretov, Y. Modeling of Spatially Periodic Dielectric Sensors in the Presence of a Top Ground Plane Bounding the Test Dielectric / Y. Sheiretov, M. Zahn // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. - 2005. - Vol. 12, no. 5. - P. 993-1004. https://doi.org/10.1109/TDEI.2005.1522192

25. Xiaobei, Li B. Design Principles for Multicuhannel Fringing Electric Field Sensors /X. Li, S. Larson, A. Zyuzin, A.V. Mamishev // IEEE Sensors jornal. - 2006. - Vol. 6, no. 2. - P. 434-440. https://doi.org/10.1109/JSEN.2006.870161

26. Chen, T. Analysis of a concentric coplanar capacitive sensor for nondestructive evaluation of multilayered dielectric structures / T. Chen, N. Bowler // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. - 2010. - Vol. 17, iss. 4. - P. 1307-1318. https://doi.org/10.1109/TDEI.2010.5539703

27. Gorbova, G.M. Analysis capacitance and linearity gauge characteristic of coplanar micro-displacement sensor / G.M. Gorbova, M.M. Gorbov, G.C. Meijer // Proceeding XVII IMECO World Congress, June 22-27, 2003, Dubrovnic, Croatia. - TC15. - P. 1965-1968.

28. Levits'kii, A.S. Viznachennya funktsії peretvorennya єmnіsnogo sensora povіtryanogo zazoru v gіdrogeneratorі SGK 538/160-70M / A.S. Levits'kii, Є.O. Zaitsev, B.A. Kromplyas // Pr. Іn-tu elektrodinamіki NANU : zb. nauk. pr. - K. : ІED NANU, 2016. - Vip. 43. - S. 134-136.

29. Srbulov M. Ground Vibration Engineering: Simplified Analyses with Case Studies and Examples / M. Srbulov. - Netherlands : Springer, 2010. - 233 p.