Was ist Blade Tip Timing? Nicht-invasive Überwachung der Rotorblätter • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist Blade Tip Timing? Nicht-invasive Überwachung der Rotorblätter • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist Blade Tip Timing? Nicht-invasive Rotorblattüberwachung

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Grundlegendes zum Timing der Blattspitze

Definition: Was ist Blade Tip Timing?

Blattspitzen-Timing (BTT, auch nicht-intrusives Spannungsmesssystem oder NSMS genannt) ist eine fortschrittliche Messtechnik zur Überwachung einzelner Turbinen-, Kompressor- oder Lüfterblätter Vibration und Belastung mithilfe stationärer optischer oder kapazitiver Sensoren, die die genaue Ankunftszeit der Blattspitzen beim Passieren der Sensorpositionen erfassen. Durch den Vergleich der tatsächlichen Ankunftszeit mit der erwarteten Zeit (basierend auf der Rotordrehzahl) berechnen BTT-Systeme Blattauslenkung, Schwingfrequenz und Amplitude und können erkennen Blattresonanzen, Risse und anormale Vibrationen an einzelnen Rotorblättern, ohne dass dafür Instrumente an den rotierenden Rotorblättern selbst angebracht werden müssen.

BTT ist die primäre Methode zur Überwachung des Zustands der Schaufeln in Gasturbinen (Flugzeugtriebwerke, Industrieturbinen) und entscheidend für die Erkennung von Schaufelschäden Ermüdung, Resonanzbedingungen und Schäden durch Fremdkörper, die zu einem katastrophalen Rotorblattversagen und zur Zerstörung des Triebwerks führen können.

Funktionsprinzip

Ankunftszeitmessung

  1. Position der Sensoren: Mehrere Sensoren (normalerweise 2–8) um den Gehäuseumfang
  2. Voraussichtliche Ankunft: Berechnen Sie anhand der Rotordrehzahl, wann die Blattspitze an jedem Sensor ankommen sollte
  3. Tatsächliche Ankunft: Sensor erkennt Blattspitzenpassage mit Mikrosekundenpräzision
  4. Zeitunterschied: Abweichung vom Erwarteten = Blattdurchbiegung
  5. Mehrere Sensoren: Mehrere Zeitmessungen pro Umdrehung lösen Vibrationen
  6. Klinge für Klinge: Jedes Blatt wird einzeln nachgeführt

Durchbiegungsberechnung

  • Zeitabweichung × Blattspitzengeschwindigkeit = Spitzenverschiebung
  • Verschiebung weist auf eine Biegung/Vibration der Klinge hin
  • Mikrosekunden-Zeitauflösung → Mikrometer-Wegauflösung

Sensortypen

Optische Sensoren

  • Laser- oder LED-Lichtquelle
  • Fotodetektor erfasst reflektiertes Licht
  • Der häufigste BTT-Sensortyp
  • Gute Genauigkeit und Zuverlässigkeit

Kapazitive Sensoren

  • Erkennen der Blattspitze durch Kapazitätsänderung
  • Leitfähige Klinge erforderlich
  • Weniger anfällig für Verunreinigungen als optische
  • Kürzere Erfassungsreichweite

Wirbelstromsensoren

  • Ähnlich wie Näherungssonden
  • Metallklingen erkennen
  • Robust und zuverlässig

Anwendungen

Gasturbinentriebwerke

  • Entwicklung und Zertifizierung von Flugzeugtriebwerken
  • Inbetriebnahme von Industrieturbinen
  • Überwachung von Kompressor- und Turbinenschaufeln
  • Flatter- und Resonanzerkennung

Dampfturbinen

  • Überwachung von ND-Turbinenschaufeln
  • Erkennen von Rotorblattschäden oder Resonanz
  • Beurteilung der Schwingungen langer Rotorblätter

Große Lüfter und Kompressoren

  • Saugzuggebläse in Kraftwerken
  • Axialverdichterstufen
  • Überwachung des kritischen Rotorblattzustands

Bereitgestellte Informationen

Verhalten einzelner Klingen

  • Jedes Blatt wird separat verfolgt
  • Identifizieren Sie, welche spezifischen Klingen vibrieren
  • Erkennen von gerissenen Klingen (unterschiedliche Frequenz)
  • FOD-Erkennung (Foreign Object Damage)

Schwingungsfrequenzen

  • Schaufeleigenfrequenzen im Betrieb
  • Erkennen von Resonanzbedingungen
  • Flatteridentifikation
  • Charakterisierung erzwungener Reaktionen

Stressbewertung

  • Blattdurchbiegung zeigt Biegespannung an
  • Überwachung der Hochzyklusermüdung
  • Vergleichen Sie mit den Konstruktionsgrenzen
  • Vorhersage der verbleibenden Klingenlebensdauer

Vorteile gegenüber Dehnungsmessstreifen

Keine rotierenden Instrumente

  • Dehnungsmessstreifen müssen an den Blättern installiert werden
  • Benötigen Schleifringe oder Telemetrie (komplex, teuer)
  • BTT verwendet ausschließlich stationäre Sensoren
  • Geringere Kosten und Komplexität

Alle Rotorblätter werden überwacht

  • Dehnungsmessstreifen typischerweise auf 1-2 Blättern
  • BTT überwacht jedes Blatt in der Phase
  • Identifiziert Ausreißerblätter
  • Vollständige Bevölkerungsbewertung

Dauerhafte Leistungsfähigkeit

  • Kann dauerhaft installiert werden
  • Kontinuierliche oder periodische Überwachung
  • Dehnungsmessstreifen dienen oft nur der Prüfung

Herausforderungen

Komplexe Signalverarbeitung

  • Unterabgetastete Daten (wenige Punkte pro Umdrehung)
  • Ausgefeilte Algorithmen erforderlich
  • Aliasing-Herausforderungen
  • Erfordert spezielle Software

Installationsvoraussetzungen

  • Muss auf den Blade-Pfad zugreifen
  • Gehäuseänderungen können erforderlich sein
  • Präzise Sensorpositionierung
  • Kalibrierung für spezifische Schaufelgeometrie

Umweltprobleme

  • Verschmutzung der Optik (Abgase, Öl)
  • Hohe Temperaturen beeinflussen die Sensoren
  • Vibrationen des Gehäuses beeinträchtigen die Messungen

Die Blattspitzenmessung ist eine spezielle, aber leistungsstarke Technik zur eingriffsfreien Messung von Schaufelschwingungen in Turbomaschinen. Durch die präzise Zeitmessung der Ankunft der Schaufelspitze an mehreren Sensorpositionen überwachen BTT-Systeme den Zustand einzelner Schaufeln, erkennen Resonanzen und Risse und verhindern katastrophale Schaufelausfälle in Gasturbinen und anderen rotierenden Schaufelmaschinen, bei denen die Integrität der Schaufeln für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb entscheidend ist.

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