Teraotsa ajastuse mõistmine
Tera otsa ajastus (BTT – mida nimetatakse ka mittesissetungivaks pingemõõtesüsteemiks ehk NSMS) on kaasaegne meetod vibratsioon ning mõõta üksikute turbiini-, kompressori- või ventilaatorilabade koormust, kasutades statsionaarseid optilisi või mahtuvusandureid, mis registreerivad iga labatipu täpse saabumisaja anduri möödumisel. Võrreldes tegelikku saabumisaja rotori kiirusest arvutatud eeldatava ajaga, arvutab BTT-süsteem labade läbipaine, vibratsiooni sageduse ja amplituudi ning suudab märkida tera resonantsid, praod ja ebanormaalsed liikumised iga labaga eraldi – ja seda kõike ilma, et pöörlevatel labadel endil oleks mingeid mõõteriistu. See on peamine meetod labade seisukorra jälgimiseks gaasiturbiinides, alates lennukimootoritest kuni tööstusseadmeteni, ning on otsustava tähtsusega labade väsimus, resonants ja võõrkeha tekitatud kahjustused, mis võivad vastasel juhul eskaleeruda katastroofiliseks tiiviku rikkeks ja mootori hävimiseks.
1. Tööpõhimõte: saabumisaja mõõtmine
BTT tööpõhimõte seisneb selles, et iga labade otsa liikumist käsitletakse eraldi sündmusena ja selle ajastamine toimub äärmiselt täpselt. Mõõtmisprotsess kulgeb järgmiselt:
- Andurite asukohad: mitu andurit – tavaliselt kaks kuni kaheksa – on paigutatud korpuse ümbermõõdu ulatuses teadaolevatesse nurkkohtadesse.
- Eeldatav saabumisaeg: hetkelise rootori pöörlemiskiiruse alusel (mida mõõdab üks kord ühe pöörde jooksul tahhomeeter või võtmefaasor (viide), arvutab süsteem, millal iga tiivaots peaks jõuab igasse andurisse.
- Tegelik saabumine: andur tuvastab otsa tegeliku läbimise mikrosekundilise täpsusega.
- Aegade vahe: Iga kõrvalekalle oodatava ja tegeliku saabumise vahel viitab tiiva läbipainumisele – tiivaots saabub varem või hiljem, kuna tiib painub.
- Mitmed andurid: Mitme ümberpöörde jooksul erinevates ümbermõõdupunktides tehtud mitu lähenemismõõtmist võimaldavad süsteemil rekonstrueerida labade vibratsiooni.
- Blade-by-blade: Iga lavale asetatud tera jälgitakse eraldi, mistõttu erandlikud juhtumid paistavad teiste hulgast silma.
Läbipainde arvutamine
Ajaandmete liikumiseks teisendamine on geomeetria küsimus: aja hälve korrutatuna labakärje kiirusega annab kärje nihke, ning see nihke on otsene mõõdik labade painde või vibratsiooni kohta. Kuna kärjed liiguvad nii kiiresti, tähendab mikrosekundiline ajaline eraldusvõime mikromeetrilist nihke eraldusvõimet – see on piisavalt täpne, et märgata vibratsiooni juba ammu enne, kui see ohtlikuks muutub.
2. Andurite tüübid
Anduri valikut mõjutavad keskkond, tera materjal ja see, kui palju saastet andur peab taluma.
Optilised andurid
- Kasutage laser- või LED-valgusallikat koos fotodetektoriga, mis registreerib mööduva otsiku poolt peegeldunud valgust.
- Kõige levinum BTT-anduritüüp, mis pakub head täpsust ja usaldusväärsust — põhimõtteliselt sarnane fotoelektrilised andurid ja optilised tahhomeetrid mida kasutatakse mujal vibratsiooniga seotud töös.
Mahtuvuslikud andurid
- Tuvasta tera ots läbimisel mahtuvuse muutuse abil.
- Nõuavad juhtivat andurit, kuid neid mõjutab saastumine vähem kui optilisi andureid – kuid selle eest on nende mõõteulatus lühem.
Pöörisvooluandurid
- Põhimõtteliselt sarnane lähedusandurid ja pöörisvooluandurid kasutatakse võlli seisundi jälgimiseks.
- Tuvastab metallist terasid ning on vastupidav ja töökindel ka rasketes tingimustes.
3. Rakendused
BTT-süsteemi kasutatakse kõikjal, kus tiiviku terviklikkus on ohutuse seisukohalt kriitilise tähtsusega ja tavalised andurid ei ulatu pöörlevate osadeni.
Gaasiturbiinmootorid
- Lennukimootorite arendamine ja sertifitseerimiskatsetused.
- Tööstuslike gaasiturbiinide kasutuselevõtt.
- Kompressori- ja turbiinilabade pidev seire.
- Vibratsiooni ja resonantsi tuvastamine.
Auruturbiinid
- Madalrõhu (LP) turbiinilabade seire.
- Labadele tekkinud kahjustuste või resonantsi tuvastamine.
- Pikkade ja õhukeste LP-labade vibratsiooni hindamine.
Suured ventilaatorid ja kompressorid
- Tõmbeventilaatorid elektrijaamades.
- Aksiaalsete kompressorite astmed.
- Kriitilise tähtsusega tiivikrotorite seisundi jälgimine üldiselt – probleem, mida muidu diagnoositakse tera läbimissagedus korpuse vibratsioonis.
4. Esitatud teave
Täielikult välja arendatud BTT-süsteem annab palju enamat kui lihtsalt ühe tervisenäitaja; see iseloomustab iga tiivikut mitmes mõõtmes.
Iga tiiva käitumine
- Iga tiivikut jälgitakse eraldi, nii et analüütik saab täpselt näha, millised tiivikud vibreerivad.
- A cracked blade ilmneb selle naabritega võrreldes nihkunud omavõnkesageduse kaudu.
- Võõrkeha põhjustatud kahjustust (FOD) tuvastatakse tiiva käitumise järsu muutuse järgi.
Vibratsioonisagedused
- Measures blade omasagedused töö käigus.
- Tuvastab resonantsitingimused ja tuvastab vibratsiooni.
- Iseloomustab sundreaktsiooni töokoormuse all — on tihedalt seotud aerodünaamilised jõud mis panevad terad pöörlema.
Stressi hindamine
- Terade läbipaine teisendatakse paindepingeiks.
- Võimaldab jälgida suure tsükliga väsimusväsimust võrreldes projekteeritud piirväärtustega.
- Võimaldab ennustada terade järelejäänud kasutusiga.
5. Eelised võrreldes pingemõõturitega
BTT teenis oma koha peamiselt tänu sellele, et suutis ületada labadele paigaldatud pingemõõtjate praktilised piirangud.
Pöörlevaid instrumente pole
- Pingeandurid tuleb kinnitada labadele ja neile on vaja libistusrõngaid või telemetry signaali rotorilt vastu võtmine — keeruline ja kulukas.
- BTT kasutab ainult paikselt paigaldatud andureid, mis tagab madalamad kulud ja väiksema keerukuse.
Kõikide terade jälgimine
- Tõmbeandurid on otstarbekad vaid ühe või kahe tiiva puhul; BTT jälgib kõiki tiibu selles astmes.
- Selline kogu populatsiooni hõlmav ülevaade võimaldab tuvastada hälbivaid terasid, mis jääksid mõne üksiku mõõdetud proovi puhul märkamata.
Püsiv võimekus
- BTT-süsteemi saab paigaldada püsivalt kas pidevaks või perioodiliseks kasutamiseks seisundi jälgimine, samas kui pingemõõturid on tavaliselt paigaldatud ainult katsetamise eesmärgil.
6. Challenges
See meetod on tõhus, kuid nõuab palju pingutust, ning selle raskused jagunevad kolme valdkonda.
Kompleksne signaalitöötlus
- Andmeid on kogutud väga vähe – vaid mõni punkt ühe pöörde kohta –, mistõttu on vibratsiooni rekonstrueerimiseks vaja keerukaid algoritme.
- Aliasing on pidev oht ning selleks on hädavajalik spetsiaalne tarkvara.
Paigaldusnõuded
- Andurid peavad pääsema juurde tera liikumisteele, mis võib nõuda korpuse ümberehitamist.
- Anduri paigutus peab olema täpne ja süsteem tuleb kalibreerida vastavalt tera konkreetsele geomeetriale.
Keskkonnaprobleemid
- Heitgaaside või õli põhjustatud saastumine võib optilisi andureid pimestada.
- Kõrged temperatuurid koormavad andureid ning korpuse vibratsioon võib mõjutada saabumisaja mõõtmist.
Labadetippide ajastamine on spetsialiseeritud, kuid erakordselt tõhus meetod turbiinmasinate labade vibratsiooni mittesekkuvaks mõõtmiseks. Mõõtes mikrosekundilise täpsusega labadetippide saabumist mitmesse andurikohta, jälgib BTT iga astme iga labade seisukorda, tuvastab resonantse ja praod ning aitab ennetada katastroofilisi labade rikkeid gaasiturbiinides ja muudes labadega masinates, kus labade terviklikkus otsustab ohutu töö ja hävimise vahel. Rotori kui terviku puhul – erinevalt selle üksikutest labadest – tasakaalustatakse ja jälgitakse nende masinate tööd endiselt tavapäraste meetoditega. vibratsioonianalüüs; the bulk tasakaalutus näiteks ventilaatori või kompressori rootori pöörlemiskiirust mõõdetakse ja korrigeeritakse kohapeal kaasaskantava kahekanalilise analüsaatoriga, nagu näiteks Balanset-1A, mis toimib masina enda laagrites töökäigul. BTT ja võlli tasakaalustamine tegelevad seega sama probleemi erinevate aspektidega – üks jälgib iga labade paindumist, teine hoiab kogu rootori ühe pöörde jooksul tekkivaid jõude kontrolli all.
