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Medición de deformaciones y temperaturas en álabes de ventilador y de turbina durante la rotación del rotor

  • Deformación de los álabes
  • Temperatura de los álabes
  • Temperatura de la turbina
Ventilador en un banco de ensayo con álabes instrumentados con galgas extensométricas, los cables de las galgas van hacia el anillo colector y la pila de amplificadores en el buje
Un ventilador en un banco de ensayo, con galgas extensométricas en los álabes conectadas al anillo colector del buje. Foto de Michigan Scientific.

En resumen

Las galgas extensométricas y los termopares se colocan en varios álabes, o en varios puntos de un mismo álabe, y sus cables pasan por el buje hasta el extremo del árbol. Un anillo colector SR45A-AXHS o SR60A-AXHS montado en ese punto transmite 45 o 60 canales al sistema fijo de adquisición de datos, que registra todos los canales juntos durante la prueba. Una telemetría modelo T8 en el extremo del árbol envía ocho canales sin contacto, con los amplificadores junto a los sensores.

45 o 60
canales en un anillo colector de extremo de árbol
4 000 rpm
velocidad máxima de los SR45A-AXHS y SR60A-AXHS
8
canales de galga extensométrica o de termopar en el modelo T8

Cadena de medida

Cada galga extensométrica o termopar necesita sus propias conexiones, y un ensayo que cubre varios álabes exige pronto decenas de canales entre el rotor y el registrador fijo. Las galgas se colocan en las zonas de interés; la disposición determina el número de canales y, por tanto, la elección entre 45 y 60. Los cables se llevan hasta los conectores del rotor del anillo colector en el extremo del árbol; los conectores del estator van al sistema de adquisición de datos.

En una turbina de motor a reacción, las condiciones de funcionamiento añaden ruido a las señales de bajo nivel. Amplificarlas en el rotor, cerca de los sensores, reduce los errores debidos a los gradientes de temperatura entre los metales distintos del anillo colector y a las interferencias magnéticas. El termopar es el caso más crítico: las pistas y las escobillas no son aleaciones de termopar, por lo que una diferencia de temperatura entre rotor y estator introduce un error en los contactos, salvo que se mantenga el conjunto a temperatura uniforme o que el termopar se amplifique en el rotor.

Galgas extensométricas de los álabes conectadas a un anillo colector en el extremo del árbol Vista lateral de un ventilador sobre su árbol. Unas galgas extensométricas o termopares están situados en la base de los álabes. Sus cables pasan por el buje hasta el rotor de un anillo colector de 45 o 60 canales montado en el extremo del árbol. El estator conduce todos los canales hacia el registrador. ε, T 45 o 60 canales Árbol Álabes galgados Colector Registrador
Galgas en la base de los álabes, sus cables pasando por el buje hasta el rotor del anillo colector en el extremo del árbol, el estator conduciendo los canales hacia el registrador.

Anillo colector

ModelosSR45A-AXHS, 45 canales · SR60A-AXHS, 60 canales
Montajeextremo del árbol, brida en el rotor
Velocidad máxima4 000 rpm
Intensidad por canal250 mA
Variación de resistencia máxima0,1 Ω, pistas y escobillas de metales preciosos forjados, sin recubrimiento
Dimensionesrotor 63,49 mm, estator 36,58 mm · 181,61 mm (SR45A) o 203,2 mm (SR60A) de longitud
Conexionesconectores circulares en el rotor y el estator
Temperatura de funcionamiento−40 a 121 °C
Mantenimientoestanco al polvo, rodamientos lubricados de por vida, sin limpieza periódica

Telemetría

El modelo T8 se monta en el extremo del árbol con dos tornillos M4 y admite ocho puentes completos de galgas extensométricas o termopares. Digitaliza a 16 bits con un ancho de banda de CC a 1 000 Hz y transmite por RF con control de errores; el receptor entrega ± 10 V por canal. Se alimenta por inducción desde una bobina primaria plana situada a 3 a 5 mm, no tiene rodamiento ni piezas de desgaste, y la serie T ha demostrado su fiabilidad a 24 000 rpm. Funciona de −40 a 125 °C.

Con un anillo colector, el AMP-TC-M1 amplifica de uno a tres termopares de tipo K, J, T o E en el rotor, antes de las pistas: 10 mV/°C a 25 °C con compensación de unión fría, hasta ± 10 V, ancho de banda de 1,16 kHz, entradas a masa o aisladas, en una carcasa de 30 × 20 × 6 mm pegada, encapsulada o sujeta a la pieza. El error de temperatura, compensación de unión fría incluida, es de ± 2 °C a 25 °C y de ± 5 °C de −55 a 125 °C.

Procedimiento

  1. 01

    Definir la disposición de los sensores

    Galgas o termopares en varios álabes, o en numerosos puntos de un solo álabe. El número determina 45 o 60 canales, u 8 canales por telemetría.

  2. 02

    Guiar los cables hacia el extremo del árbol

    Por el buje hasta los conectores del rotor del anillo colector, o hacia los bornes a tornillo del T8.

    SR45A-AXHS y SR60A-AXHS
  3. 03

    Amplificar en el rotor si es necesario

    AMP-TC-M1 para los termopares antes del anillo colector; el T8 incorpora sus propios amplificadores.

    Amplificador de termopar AMP-TC-M1
  4. 04

    Registrar en el lado fijo

    Todos los canales sobre una misma base de tiempo durante el ensayo, y después examen de las deformaciones elevadas y de las temperaturas anómalas.

Resultado

Deformaciones y temperaturas de numerosos puntos del rotor, registradas juntas en funcionamiento. La transmisión se elige según el número de canales, la velocidad y el entorno: un anillo colector de 45 o 60 canales, o una telemetría de ocho canales.

Preguntas frecuentes

¿Cómo extraer las señales de galgas extensométricas de un álabe de turbina en rotación?

Mediante un anillo colector en el extremo del árbol, o mediante un transmisor de telemetría en el extremo del árbol. El anillo colector conduce los canales de galgas hacia un sistema de adquisición fijo, que registra todos los canales juntos durante la prueba.

¿Cuántos canales puede transportar un anillo colector para mediciones en álabes?

El SR45A-AXHS ofrece 45 conexiones y el SR60A-AXHS 60, mediante conectores circulares en el rotor y en el estator, a 250 mA por canal.

¿Cuál es la velocidad máxima de un anillo colector de 45 o 60 canales?

4 000 rpm para el SR45A-AXHS y el SR60A-AXHS, de −40 a 121 °C.

¿Cuándo se utiliza la telemetría en lugar de un anillo colector en una turbina?

Cuando las señales deben amplificarse en el rotor y transmitirse sin contacto. El modelo T8 acepta ocho canales de galga extensométrica o de termopar en el extremo del árbol, alimentado por inducción, sin piezas de desgaste.

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