Messung von Dehnung und Temperatur an Lüfter- und Turbinenschaufeln bei rotierendem Rotor
Kurz zusammengefasst
Dehnungsmessstreifen (DMS) und Thermoelemente werden an mehreren Schaufeln oder an mehreren Stellen einer Schaufel angebracht, und ihre Leitungen verlaufen durch die Radnabe bis zum Wellenende. Ein dort montierter Schleifring SR45A-AXHS oder SR60A-AXHS führt 45 bzw. 60 Kanäle zum stationären Datenerfassungssystem, das während des Versuchs alle Kanäle gemeinsam aufzeichnet. Eine Telemetrie Modell T8 am Wellenende überträgt acht Kanäle berührungslos, mit den Messverstärkern direkt neben den Sensoren.
- 45 oder 60
- Kanäle auf einem Schleifring am Wellenende
- 4 000 min⁻¹
- maximale Drehzahl der SR45A-AXHS und SR60A-AXHS
- 8
- DMS- oder Thermoelementkanäle am Modell T8
Signalpfad
Jeder Dehnungsmessstreifen (DMS) oder jedes Thermoelement benötigt eigene Anschlüsse, und ein Versuch über mehrere Schaufeln erfordert schnell Dutzende Kanäle zwischen Rotor und stationärem Rekorder. Die DMS werden an den Interessensbereichen platziert; das Layout bestimmt die Anzahl der Kanäle und damit die Wahl zwischen 45 und 60. Die Leitungen werden zu den Rotorkonnektoren des Schleifrings am Wellenende geführt; die Statoranschlüsse gehen zum Datenerfassungssystem.
Bei einer Turbinenturbine bringen die Betriebsbedingungen Rauschen in die Signale niedrigen Pegels. Ihre Verstärkung auf dem Rotor, in unmittelbarer Nähe der Sensoren, verringert die Fehler durch Temperaturgradienten über die unterschiedlichen Metalle des Schleifrings und durch magnetische Störungen. Das Thermoelement ist der kritischste Fall: Ringe und Bürsten bestehen nicht aus Thermoelementlegierungen, daher erzeugt eine Temperaturdifferenz zwischen Rotor und Stator einen Fehler an den Kontakten, sofern die Baugruppe nicht auf gleichmäßiger Temperatur gehalten oder das Thermoelement nicht auf dem Rotor verstärkt wird.
Schleifring
| Modelle | SR45A-AXHS, 45 Kanäle · SR60A-AXHS, 60 Kanäle |
|---|---|
| Montage | Wellenende, Flansch auf dem Rotor |
| Höchstdrehzahl | 4 000 min⁻¹ |
| Strom pro Kanal | 250 mA |
| Maximale Widerstandsänderung | 0,1 Ω, Ringe und Bürsten aus walzkalt veredelten Edelmetallen, ohne Beschichtung |
| Abmessungen | Rotor 63,49 mm, Stator 36,58 mm · 181,61 mm (SR45A) bzw. 203,2 mm (SR60A) lang |
| Anschlüsse | rundstecker auf Rotor und Stator |
| Betriebstemperatur | −40 bis 121 °C |
| Wartung | gegen Staub abgedichtet, lebensdauergeschmierte Lager, keine routinemäßige Reinigung |
Telemetrie
Das Modell T8 wird mit zwei M4-Schrauben am Wellenende montiert und nimmt acht vollständige Dehnungsmessstreifen-Brücken oder Thermoelemente auf. Es digitalisiert mit 16 Bit bei einer Bandbreite von DC bis 1 000 Hz und überträgt per Funk mit Fehlerprüfung; der Empfänger liefert ± 10 V pro Kanal. Es wird induktiv über eine flache Primärspule gespeist, die 3 bis 5 mm entfernt platziert ist, hat kein Lager und keine Verschleißteile, und die T-Baureihe hat sich bei 24 000 min⁻¹ bewährt. Es arbeitet von −40 bis 125 °C.
Mit einem Schleifring verstärkt der AMP-TC-M1 ein bis drei Thermoelemente vom Typ K, J, T oder E auf dem Rotor vor den Ringen: 10 mV/°C bei 25 °C mit Kaltstellenkompensation, bis ± 10 V, Bandbreite 1,16 kHz, Eingänge geerdet oder isoliert, in einem 30 × 20 × 6 mm Gehäuse, das verklebt, vergossen oder am Bauteil befestigt wird. Der Temperaturfehler, inklusive Kaltstellenkompensation, beträgt ± 2 °C bei 25 °C und ± 5 °C von −55 bis 125 °C.
Vorgehen
- 01
Sensoranordnung festlegen
Messstreifen oder Thermoelemente an mehreren Schaufeln oder an vielen Stellen einer Schaufel. Die Anzahl bestimmt 45 oder 60 Kanäle oder 8 Kanäle per Telemetrie.
- 02
Leitungen zum Wellenende führen
Durch die Radnabe zu den Rotorsteckern des Schleifrings oder zu den Schraubklemmen des T8.
SR45A-AXHS und SR60A-AXHS - 03
Bei Bedarf auf dem Rotor verstärken
AMP-TC-M1 für Thermoelemente vor dem Schleifring; der T8 besitzt seine eigenen Verstärker.
Thermoelement-Messverstärker AMP-TC-M1 - 04
Auf der stationären Seite aufzeichnen
Alle Kanäle auf einer gemeinsamen Zeitbasis während des Versuchs, anschließend Prüfung auf hohe Dehnungen und abnormale Temperaturen.
Ergebnis
Dehnungen und Temperaturen von vielen Punkten auf dem Rotor, die im Betrieb gemeinsam aufgezeichnet werden. Die Übertragung wird nach Kanalzahl, Drehzahl und Umgebung gewählt: ein Schleifring mit 45 oder 60 Kanälen oder eine Telemetrie mit acht Kanälen.
Häufige Fragen
Wie werden Dehnungsmessstreifen-Signale von einer rotierenden Turbinenschaufel abgenommen?
Über einen Schleifring am Wellenende oder über einen Telemetrie-Sender am Wellenende. Der Schleifring führt die DMS-Kanäle zu einem feststehenden Datenerfassungssystem, das alle Kanäle während des Versuchs gemeinsam aufzeichnet.
Wie viele Kanäle kann ein Schleifring für Schaufelmessungen führen?
Der SR45A-AXHS bietet 45 Anschlüsse und der SR60A-AXHS 60, über Rundsteckverbinder auf Rotor und Stator, bei 250 mA pro Kanal.
Wie hoch ist die maximale Drehzahl eines Schleifrings mit 45 oder 60 Kanälen?
4 000 min⁻¹ für den SR45A-AXHS und SR60A-AXHS, von −40 bis 121 °C.
Wann wird auf einer Turbine Telemetrie statt eines Schleifrings verwendet?
Wenn die Signale auf dem Rotor verstärkt und kontaktlos übertragen werden müssen. Das Modell T8 nimmt acht Dehnungsmessstreifen- oder Thermoelement-Kanäle am Wellenende auf, induktiv gespeist, ohne Verschleißteile.
