Comprensione della fasatura della punta della lama
Definizione: Che cosa è la fasatura della punta della pala?
Sincronizzazione della punta della lama (BTT, chiamato anche sistema di misurazione dello stress non intrusivo o NSMS) è una tecnica di misurazione avanzata per il monitoraggio di singole pale di turbine, compressori o ventilatori vibrazione e sollecitazioni utilizzando sensori ottici o capacitivi fissi che rilevano i tempi di arrivo precisi delle punte delle pale al passaggio dei sensori. Confrontando i tempi di arrivo effettivi con i tempi previsti (in base alla velocità del rotore), i sistemi BTT calcolano la deflessione delle pale, la frequenza di vibrazione, l'ampiezza e possono rilevare risonanze delle pale, crepe e vibrazioni anomale sulle singole pale senza richiedere la strumentazione montata sulle pale rotanti stesse.
BTT è il metodo principale per il monitoraggio dello stato di salute delle pale nelle turbine a gas (motori aeronautici, turbine industriali) ed è fondamentale per rilevare le pale fatica, condizioni di risonanza e danni causati da oggetti estranei che potrebbero causare guasti catastrofici alle pale e la distruzione del motore.
Principio di funzionamento
Misurazione del tempo di arrivo
- Sensori posizionati: Sensori multipli (in genere da 2 a 8) attorno alla circonferenza dell'involucro
- Arrivo previsto: Calcola quando la punta della pala dovrebbe arrivare a ciascun sensore in base alla velocità del rotore
- Arrivo effettivo: Il sensore rileva il passaggio della punta della lama con una precisione al microsecondo
- Differenza oraria: Deviazione dal previsto = flessione della lama
- Sensori multipli: Le misurazioni multiple del tempo per rivoluzione risolvono le vibrazioni
- Lama per lama: Ogni lama tracciata individualmente
Calcolo della deflessione
- Deviazione temporale × velocità della punta della pala = spostamento della punta
- Lo spostamento indica la flessione/vibrazione della lama
- Risoluzione temporale in microsecondi → risoluzione dello spostamento in micrometri
Tipi di sensori
Sensori ottici
- Sorgente luminosa laser o LED
- Il fotodiodo rileva la luce riflessa
- Tipo di sensore BTT più comune
- Buona precisione e affidabilità
Sensori capacitivi
- Rileva la punta della lama tramite la variazione di capacità
- Lama conduttiva richiesta
- Meno influenzato dalla contaminazione rispetto all'ottica
- Distanza di rilevamento più breve
Sensori di correnti parassite
- Simile alle sonde di prossimità
- Rileva lame metalliche
- Robusto e affidabile
Applicazioni
Motori a turbina a gas
- Sviluppo e certificazione dei motori aeronautici
- Messa in servizio di turbine industriali
- Monitoraggio delle pale del compressore e della turbina
- Rilevamento di flutter e risonanza
Turbine a vapore
- Monitoraggio delle pale della turbina LP
- Rileva danni alla lama o risonanza
- Valutazione delle vibrazioni delle pale lunghe
Grandi ventilatori e compressori
- Ventilatori a tiraggio indotto nelle centrali elettriche
- Stadi del compressore assiale
- Monitoraggio delle condizioni critiche delle pale
Informazioni fornite
Comportamento individuale della lama
- Ogni lama tracciata separatamente
- Identificare quali lame specifiche vibrano
- Rileva lame incrinate (frequenza diversa)
- Rilevamento FOD (danni da oggetti estranei)
Frequenze di vibrazione
- Frequenze naturali delle pale durante il funzionamento
- Rileva le condizioni di risonanza
- Identificazione del flutter
- Caratterizzazione della risposta forzata
Valutazione dello stress
- La flessione della lama indica lo stress di flessione
- Monitoraggio della fatica ad alto ciclo
- Confronta con i limiti di progettazione
- Prevedere la durata residua della lama
Vantaggi rispetto agli estensimetri
Nessuna strumentazione rotante
- Gli estensimetri richiedono l'installazione sulle pale
- Sono necessari anelli collettori o telemetria (complessi, costosi)
- BTT utilizza solo sensori fissi
- Minori costi e complessità
Tutte le lame monitorate
- Estensimetri in genere su 1-2 lame
- BTT monitora ogni pala in fase
- Identifica le lame anomale
- Valutazione completa della popolazione
Capacità permanente
- Può essere installato in modo permanente
- Monitoraggio continuo o periodico
- Gli estensimetri spesso servono solo per testare
Sfide
Elaborazione complessa del segnale
- Dati sottocampionati (pochi punti per rivoluzione)
- Sono necessari algoritmi sofisticati
- Sfide di aliasing
- Richiede software specializzato
Requisiti di installazione
- Deve accedere al percorso della lama
- Potrebbero essere necessarie modifiche all'involucro
- Posizionamento preciso del sensore
- Calibrazione per la geometria specifica della lama
Problemi ambientali
- Contaminazione sull'ottica (scarico, olio)
- Sensori che influenzano le alte temperature
- Vibrazione dell'involucro che influenza le misurazioni
La fasatura delle punte delle pale è una tecnica specializzata ma potente per la misurazione non intrusiva delle vibrazioni delle pale nelle turbomacchine. Sincronizzando con precisione l'arrivo delle punte delle pale in più punti, i sistemi BTT monitorano lo stato di salute delle singole pale, rilevano risonanze e cricche e prevengono guasti catastrofici nelle turbine a gas e in altre macchine rotanti a pale, dove l'integrità delle pale è fondamentale per un funzionamento sicuro e affidabile.
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