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. Голоднова, О.С. Анализ и мероприятия по предупреждению повреждений сердечников статоров турбогенераторов / О.С. Голоднова, Г.В. Ростик // Сборник «Электросила». – СПб. : Электросила, 2004. – № 43. – С. 56–64.

2. Голоднова, О.С. О причинах повреждений торцевых зон сердечников статоров турбогенераторов и мерах по их предупреждению / О.С. Голоднова, Г.В. Ростик // Энергетик. – 2005. – № 1. – С. 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. doi: 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. Минко, А.Н. Оптимальная геометрия и массогабаритные параметры конструкции корпуса статора турбогенераторов с воздушной системой охлаждения / А.Н. Минко // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2012. – № 1.– C. 33–39.

9. Зозулін, Ю.В. Створення нових типів та модернізація діючих турбогенераторів для теплових електричних станцій / Ю.В. Зозулін, О.Є. Антонов, В.М. Бичік [та ін.]. – Х. : ПФ «Колегіум», 2011. – 228 с.

10. Левицький, А.С. Контроль стану потужних гідрота турбогенераторів за допомогою ємнісних вимірювачів параметрів механічних дефектів / А.С. Левицький, Г.М. Федоренко, О.П. Грубой. – К. : Ін-т електродинаміки НАН України, 2011. – 242 с.

11. Иванов, В.В. О способе стабилизации плотности прессования активной стали турбогенераторов / В.В. Иванов, В.Н. Петров, Г.В. Ростик // Энергетик. – 2009. – №. 8. – С. 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. Шевченко, В.В. Модернизация конструкций отечественных турбогенераторов с учетом требований поддержания их конкурентоспособности / В.В. Шевченко, А.Н. Минко // Вісник НТУ «ХПІ». – 2014. – № 38 (1081). – С. 146–155.

14. Неболюбов, Е.Ю. Электронные преобразователи для работы с емкостными датчиками (аналоговые и цифровые) / Е.Ю. Неболюбов, А.И. Новик // Техническая электродинамика. – 2015. – № 3. – С. 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. Джежора, А.А. Электроемкостные преобразователи и методы их расчета / А.А. Джежора. – Минск : Белорусская наука, 2008. – 305 с.

18. Xiaohui, H. Planar capacitive sensors – designs and applications / H. Xiaohui, Y. Wuqiang // Sensor Review. – 2010. – No. 30(1). – P. 24–39. doi: 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. doi: 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. doi: 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. doi: 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. doi: 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. doi: 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. doi: 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. doi: 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. Левицький, А.С. Визначення функції перетворення ємнісного сенсора повітряного зазору в гідрогенераторі СГК 538/160-70М / А.С. Левицький, Є.О. Зайцев, Б.А. Кромпляс // Пр. Ін-ту електродинаміки НАНУ : зб. наук. пр. – К. : ІЕД НАНУ, 2016. – Вип. 43. – С. 134–136.

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