priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-2-141-152pribor-343Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESИсследование влияния характеристик поверхности рабочей лопатки паровой турбины на погрешность оптикоэлектронной системы контроля длины хордыStudy of the influence of the characteristics of a steam turbine blade surface on the error of an optical-electronic chord length control systemРодиковаЛ. С.RodikovaL. S.

Лилиана Сергеевна Родикова - Высшая инженерно-техническая школа; инженер

Санкт-Петербург

Liliana S. Rodikova - Higher School of Engineering and Technology; Engineer

St. Petersburg

LS_Rodikova@itmo.ruКоротаевВ. В.KorotaevV. V.

Валерий Викторович Коротаев — д-р техн. наук, профессор; Высшая инженерно-техническая школа; профессор

Санкт-Петербург

Valery V. Korotaev - Dr. Sci., Professor; Higher School of Engineering and Technology Professor

St. Petersburg

korotaev_v_v@mail.ruТимофеевА. Н.TimofeevA. N.

Александр Николаевич Тимофеев - канд. техн. наук; Высшая инженерно-техническая школа; ст. науч. сотр.

Санкт-Петербург

Aleksandr N. Timofeev - PhD; Higher School of Engineering and Technology; Senior Researcher

St. Petersburg

timofeev@itmo.ruВасильевА. С.VasilevA. S.

Александр Сергеевич Васильев — канд. техн. наук; Высшая инженерно-техническая школа; науч. сотр.

Санкт-Петербург

Aleksandr S. Vasilev - PhD; Higher School of Engineering and Technology; Researcher 

St. Petersburg

a_s_vasilev@itmo.ruВасильеваА. В.VasilevaA. V.

Анна Владимировна Васильева — канд. техн. наук; инженер математик-программист

Санкт-Петербург

Anna V. Vasileva - PhD; ITMO University; Engineer Mathematician-Programmer

St. Petersburg

avasileva@itmo.ruУниверситет ИТМОITMO University202507032025682141152Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/343

Исследовано влияние характеристик поверхности рабочей лопатки цилиндра низкого давления паровых турбин и параметров элементов оптико-электронной системы на погрешность контроля длины хорды при валоповороте ротора турбины. Экспериментальные исследования показали, что спектральный коэффициент диффузного отражения поверхности рабочей лопатки в различных сечениях поверхности изношенной и новой лопатки может изменяться от 0,03 до 0,18, что подтверждает необходимость учета этих изменений при проектировании систем. Усовершенствован алгоритм определения длины хорды, включающий операцию морфологического замыкания со структурным элементом в виде круга диаметром, равным четверти ширины изображения рабочей лопатки, и позволяющий удалять импульсные шумы видеокамеры. Исследования на компьютерной модели с применением усовершенствованного алгоритма показали, что отношение сигнал/шум на входе приемника видеозонда не должно превышать 15 дБ. Экспериментальные исследования макета системы в статике с изношенной рабочей лопаткой, имеющей хорду длиной 102,4 мм, показали, что среднеквадратическое отклонение оценок длины не превысило 0,19 мм, что подтверждает эффективность использования предложенного варианта алгоритма.

The influence of surface characteristics of the working blade of steam turbine low-pressure cylinder and parameters of optoelectronic system elements on the chord length control error during turbine rotor barring is investigated. Experimental studies show that the spectral coefficient of diffuse reflection of the working blade surface in different sections of the surface of a worn and new blade can vary from 0.03 to 0.18, and thus confirm the need to take these changes into account in the system design. The algorithm for determining the chord length is improved, the algorithm includes the operation of morphological closure with a structural element in the form of a circle with a diameter equal to a quarter of the width of the working blade image, and allows for removal of pulse noise from the video camera. Studies on a computer model using the improved algorithm demonstrate that the signal-to-noise ratio at the input of the video probe receiver should not exceed 15 dB. Experimental studies of the system model in statics with a worn working blade with a chord length of 102.4 mm reveal that the standard deviation of the length estimates does not exceed 0.19 mm, which confirms the effectiveness of using the proposed version of the algorithm.

система видеоэндоскопированияхорда рабочей лопатки паровой турбиныпогрешность контроля износаалгоритм обработки изображенияспектральный коэффициент отраженияадаптивная подсветкаvideo endoscopy systemsteam turbine blade chordwear control errorimage processing algorithmspectral reflectanceadaptive illuminationReferencesХаимов В. А., Ляпунов В. М., Рубинов А. М., Шелест С. О. Система оперативного контроля и диагностики эрозионного износа лопаточного аппарата паровых турбин // Труды ЦКТИ. 2003. Вып. 292. С. 114–122.Khaimov V.A., Lyapunov V.M., Rubinov A.M., Shelest S.O. Trudy TsKTI, 2003, no. 292, pp. 114–122. (in Russ.)Хаимов В. А., Кокин Е. Ш., Пузырев Е. И. Внедрение системы оперативного контроля и диагностики эрозионного износа рабочих лопаток мощных паровых турбин // Энергетические станции. 2006. № 12. С. 32‒36.Khaimov V.A., Kokin E.Sh., Puzyrev E.I. Energy stations, 2006, no. 12, pp. 32‒36. (in Russ.)Пат. РФ 2624380 C1, МПК F01D 25/00, G01B 11/00, G01B 21/00. Устройство мониторинга состояния внутри турбинных узлов и деталей паровых турбин / Г. А. Шуть, Е. И. Пузырёв. Опубл. 20.07.2016.Patent RU 2624380 C1, F01D 25/00, G01B 11/00, G01B 21/00, Ustroystvo monitoringa sostoyaniya vnutri turbinnykh uzlov i detaley parovykh turbin (Device for Monitoring the Condition Inside Turbine Units and Parts of Steam Turbines), G.A. Shut, E.I. Puzyrev, Published 20.07.2016. (in Russ.)Пат. РФ 2762269, МПК F01D 25/24. Система и способ мониторинга элементов проточной части турбин / А. Х. Ахм е ров, Р. С. Сарычев. Заявл. № 2021124189 от 16.08.2021, опубл. 17.12.2021. Бюл. № 35.Patent RU 2762269, F01D 25/24, Sistema i sposob monitoringa elementov protochnoy chasti turbin (System and Method for Monitoring Elements of the Flow Path of Turbines), A.Kh. Akhmerov, R.S. Sarychev, Patent application no. 2021124189, Priority 16.08.2021, Published 17.12.2021, Bulletin 35. (in Russ.)Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2012. 1104 с.Gonzalez R.C., Woods R.E. Digital Image Processing, Prentice Hall, 2008.Tan Q., Kou Y., Miao J., Liu S., Chai B. A Model of Diameter Measurement Based on the Machine Vision // Symmetry. 2021. N 13. P. 187.Tan Q., Kou Y., Miao J., Liu S., Chai B. Symmetry, 2021, no. 13, pp. 187.Меркишин Г. В. Формирование описания изображений на базе бинарных отношений // Вестник МАИ. Электроника, радиотехника и связь. 2008. Т. 15, № 3. С. 104–118.Merkishin G.V. MAI Bulletin, 2008, no. 3(15), pp. 104–118. (in Russ.)Шуть Г. А., Пузырев Е. И., Васильева А. В., Васильев А. С., Некрылов И. С., Ахмеров А. Х., Тимофеев А. Н. Комплексная система эндоскопирования для контроля эрозионного износа лопаток паровых турбин // Изв. вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63, № 3. С. 228–237.Shut G.A., Puzyrev A.V., Vasileva A.V., Vasilev A.S., Nekrylov I.S., Akhmerov A.K., Timofeev A.N. Journal of Instrument Engineering, 2020, no. 3(63), pp. 228–236 (in Russ.)Шуть Г. А., Коротаев В. В., Пузырев Е. И., Рыжова В. А., Тимофеев А. Н., Ахмеров А. Х., Родикова Л. С. Видеоэндоскопирование рабочих лопаток паровых турбин и контроль их геометрических параметров // Оптический журнал. 2020. Т. 87, № 11. С. 58–67.Shut G., Korotaev V., Puzyrev E., Ryzhova V., Timofeev A., Akhmerov A., Rodikova L. Journal of Optical Technology, 2020, no. 11(87), pp. 677–683.Maraev A. A., Shut G. A., Timofeev A. N., Mikheev S. V., Akhmerov A. Kh., Rodikova L. S., Konyakhin I. A. Effect of illumination on errors in estimation of a rotor blade chord value during intelligent video endoscopy of a closed steam turbine cylinder // Studies in Systems, Decision and Control. 2022. Vol. 419. Р. 169–185.Maraev A.A., Shut G.A., Timofeev A.N., Mikheev S.V., Akhmerov A.Kh., Rodikova L.S., Konyakhin I.A. Studies in Systems, Decision and Control, 2022, no. 419, pp. 169–185.Родикова Л. С., Коротаев В. В., Тимофеев А. Н., Рыжова В. А., Мараев А. А., Михеев С. В. Методика выбора параметров оптико-электронных систем контроля износа рабочих лопаток паровых турбин по заданной величине суммарной погрешности // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 2. С. 171–181. DOI: 10.17586/2226-1494-2024-24-2-171-181.Rodikova L.S., Korotaev V.V., Timofeev A.N., Ryzhova V.A., Maraev A.A., Mikheev S.V. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2024, no. 2(24), pp. 171–181, DOI: 10.17586/2226-1494-2024-24-2-171-181. (in Russ.)Todros K., Hero A. O. Measure-transformed quasi-maximum likelihood estimation // IEEE Trans. Signal Process. Feb. 2017. Vol. 65, N 3. P. 748–763.Todros K., Hero A.O. IEEE Trans. Signal Process, 2017, no. 3(65), pp. 748–763.Uss M., Vozel B., Lukin V., and Chehdi K. Potential accuracy of translation estimation between radar and optical images // Proc. SPIE 9643. Image and Signal Processing for Remote Sensing XXI. 2015. Vol. SPIE 9643. DOI:10.1117/12.2194071.Uss M., Vozel B., Lukin V., and Chehdi K. Proc. SPIE 9643, Image and Signal Processing for Remote Sensing XXI, 2015, vol. 96430W, DOI:10.1117/12.2194071.Абакумов И. И., Кульчицкий А. А. Компенсация погрешностей пассивной оптико-электронной системы контроля геометрии изделий // Измерительная техника. 2016. № 8. С. 27–30.Abakumov I.I. Measurement Techniques, 2016, no. 8(59), pp. 826–831.Якушенков Ю. Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М.: Логос, 2020. 568 с.Yakushenkov Yu.G. Teoriya i raschet optiko-elektronnykh priborov (Theory and Calculation of Optical-Electronic Devices), Moscow, 2020, 568 р. (in Russ.)Вейко В. П., Одинцова Г. В., Карлагина Ю. Ю., Андреева Я. М., Агеев Э. И., Яцук Р. М. Исследование эффекта влияния угла освещения на спектры отражения поверхности нержавеющей стали при окислении импульсным лазерным излучением // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16, № 3. С. 422–427. DOI: 10.17586/2226-1494-2016-16-3-422-427.Veiko V.P., Odintsova G.V., Karlagina Yu.Yu., Andreeva Ya.M., Ageev E.I., Yatsuk R.M. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2016, no. 3 (16), pp. 422–427, DOI: 10.17586/2226-1494-2016-16-3-422-427. (in Russ.)Ammar R., Elsafrawey A. S., Ashiba H., el-Shafai W., Elazm A. A., Samie F. E. A. E. Contrast Enhancement of Power Plant Images Obtained from Industrial Borescope Devices Menoufia J. of Electronic Engineering Research (MJEER). 2020. Vol. 29, N 1. P. 91–97.Ammar R., Elsafrawey A.S., Ashiba H., el-Shafai W., Elazm A.A., Samie F.E.A.E. J. of Electronic Engineering Research (MJEER), 2020, no. 1(29).Потапов А. С. Системы компьютерного зрения. СПб: Университет ИТМО, 2016. 161 с.Potapov A.S. Sistemy komp’yuternogo zreniya (Computer Vision Systems), St. Petersburg, 2016, 161 р. (in Russ.)Исрафилов Х. С. Исследование методов бинаризации изображений // Вестник науки и образования. 2017. Т. 2, № 6(30). С. 43–50.Israfilov H.S. Bulletin of Science and Education, 2017, no. 6(2), pp. 43–50. (in Russ.)Akhmerov A. K., Vasilev A. S. Feature extraction enchancement using near-infrared light for multiview metallic surface image fusion // Smart Electromechanical Systems: Recognition, Identification and Modelling. 2022. Vol. 419. Р. 187–199.Akhmerov A.K., Vasilev A.S. Smart Electromechanical Systems: Recognition, Identification and Modelling, 2022, vol. 419, рр. 187–199.Otsu N. A threshold selection method from gray-level histograms // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics. 1979. Vol. 9, N 1. Р. 62–66.Otsu N. IEEE transactions on systems, man, and cybernetics, 1979, no. 1(9), pp. 62–66.Niblack W. An introduction to digital image processing. Strandberg Publishing Company, 1985.Niblack W. An introduction to digital image processing, Strandberg Publishing Company, 1985.Bernsen J. Dynamic Thresholding of Gray Level Image // ICPR`86: Proc. of Intern. Conf. on Pattern Recognition. Berlin, 1986. P. 1251–1255.Bernsen J. ICPR`86: Proceedings of International Conference on Pattern Recognition, Berlin, 1986, pp. 1251–1255.Bradley D., Roth G. Adaptive thresholding using the integral image // Journal of graphics tools. 2007. Vol. 12, N 2. Р. 13–21.Bradley D., Roth G. Journal of graphics tools, 2007, no. 2(12), pp. 13–21.Андреев А. Л. Моделирование и расчет автоматизированных видеоинформационных систем наблюдения за объектами. Методические указания к лабораторным работам. СПб: НИУ ИТМО, 2013. 82 с.Andreev A. L. Modelirovaniye i raschet avtomatizirovannykh videoinformatsionnykh sistem nablyudeniya za ob»yektami. Metodicheskiye ukazaniya k laboratornym rabotam (Modeling and Calculation of Automated Video Information Systems for Monitoring Objects. Methodical Instructions for Laboratory Work), St. Petersburg, 2013, 82 р. (in Russ.)Фам Нгок Туан, Тимофеев А. Н., Коротаев В. В., Рыжова В. А., Родригеш Ж. Ж. П. К. Анализ дополнительных погрешностей оптико-электронной системы контроля положения железнодорожного пути // Научнотехнический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 1. С. 15–23.Pham N.T., Timofeev A.N., Korotaev V.V., Ryzhova V.A., Rodrigues J.J.P.C. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2021, vol. 21, no. 1, pp. 15–23 (in Russian). doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-1-15-23.

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