Terenska 3D-digitalizacija in analiza geometrije turbinskih lopatic s sistemom ATOS Q
Tokrat nas je terensko delo pripeljalo nekoliko globlje kot običajno – približno 80 metrov pod zemljo, ob strugo reke Soče, v osrčje Črpalne hidroelektrarne Avče (Soške elektrarne Nova Gorica).
Na dnu približno 80 metrov globokega strojničnega jaška se nahaja njen ključni element – vertikalna enostopenjska reverzibilna Francisova turbina, ki deluje tako v generatorskem kot v črpalnem režimu. ČHE Avče je prva in za zdaj edina črpalna hidroelektrarna v Sloveniji ter z močjo 185 MW v generatorskem režimu predstavlja pomemben del slovenskega elektroenergetskega sistema.
Slika 1: TECOS-ova ekipa v notranjosti turbine približno 80 m pod površjem.
Naša naloga: natančno zajeti trenutno geometrijo turbinskih lopatic
V okviru aktualnega remonta smo izvedli celovit postopek optične 3D-digitalizacije lopatic turbine. Zaradi izrazito reflektivne kovinske površine smo merilne površine najprej ustrezno matirali. Matiranje zmanjša neželene odboje svetlobe in omogoči zanesljivejši optični zajem površine.
Slika 2: Matirana površina turbine pred 3D-skeniranjem
V naslednjem koraku smo površine opremili z referenčnimi točkami, ki sistemu omogočajo natančno prostorsko povezovanje posameznih meritev in sestavo celovitega 3D-zajema kompleksne geometrije turbine.
Slika 3: Turbina, opremljena z referenčnimi točkami
Sledilo je 3D-skeniranje s sistemom ATOS Q. Meritve smo izvajali neposredno v notranjosti turbine, kjer smo z različnih položajev zajeli geometrijo površin posameznih lopatic.
Slika 5: Terensko 3D-skeniranje turbine s sistemom ATOS Q
Od fizične turbine do digitalnega modela
Rezultat skeniranja je gosta in natančna digitalna predstavitev dejanske površine lopatic. Iz zajetih podatkov smo izdelali 3D-model oziroma STL posamezne lopatice, ki predstavlja njeno trenutno geometrijsko stanje po letih obratovanja.
Tu pa se analiza šele začne. Aktualne meritve smo primerjali z referenčno oziroma nominalno geometrijo, zajeto ob izgradnji elektrarne v obdobju 2009/2010. Z računalniško primerjavo obeh 3D-modelov smo izdelali barvno karto odstopanj, ki pokaže, kje in za koliko se današnja geometrija razlikuje od referenčnega stanja.
Slika 6: Barvna primerjava geometrijskih odstopanj aktualnega skena
Zakaj je takšna analiza pomembna?
Turbinske lopatice so med obratovanjem izpostavljene velikim hidrodinamičnim obremenitvam in pojavu kavitacije, ki lahko skozi leta povzroča erozijo in poškodbe njihove površine. V času remonta zato potekajo sanacijski posegi, med drugim navarjanje poškodovanih območij in naknadna obdelava površin.
S 3D-skeniranjem lahko rezultat teh posegov objektivno in merljivo preverimo ter ugotovimo, kako se dejanska geometrija ujema z izhodiščno oziroma nominalno geometrijo turbine. Namesto zgolj vizualne ocene tako dobimo merljiv digitalni zapis stanja komponente in natančno analizo geometrijskih odstopanj.
Od priprave površine, matiranja in nameščanja referenčnih točk 80 metrov pod zemljo do 3D-skeniranja, izdelave STL-modela in analize odstopanj – tudi takrat, ko merjenega kosa ni mogoče prinesti v naš merilni laboratorij, lahko merilni laboratorij pripeljemo do njega.
Viri in dodatne informacije
- Soške elektrarne Nova Gorica (SENG): Črpalna hidroelektrarna Avče
- RUDIS: Črpalna hidroelektrarna Avče na reki Soči
