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Schwingungsmessung freistehender und gebundener Schaufeln mit eindimensionalen Aufnahmesensoren

IP.com Disclosure Number: IPCOM000019616D
Published in the IP.com Journal: Volume 3 Issue 10 (2003-10-25)
Included in the Prior Art Database: 2003-Oct-25
Document File: 2 page(s) / 101K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Zur Ueberwachung und Gewaehrleistung eines sicheren Betriebs von Turbinen werden beruehrungslose Schaufelschwingungsmessungen an freistehenden Schaufeln durchgefuehrt. Dabei kommen optische und induktive Sensoren zum Einsatz, die deutliche Signale beim Passieren jeder einzelnen Schaufel liefern. Um Schaufeln mit grossen Durchmessern vor frequenten Biegegelastungen zu schuetzen, werden vermehrt Schaufeln mit integralen Deckplatten eingesetzt. Bisherige Messverfahren sind fuer solche gebundenen Systeme nicht anwendbar, da aufgrund der geschlossenen Deckbandstruktur keine definierten Zielmarken zur Verfuegung stehen und somit keine eindeutigen Signale fuer eine gesicherte Analyse gewonnen werden koennen. Waehrend bei freistehenden Schaufeln in erster Linie die erste Biegeschwingung, deren Auslenkungen vorzugsweise in Umfangsrichtung erfolgen, die groessten Auslenkungsamplituden besitzt, werden bei gebundenen Schaufelsystemen andersartige Schwingungsformen beobachtet. Es treten Systemschwingungen mit unterschiedlicher Knotenzahl auf, deren Auslenkungen vorzugsweise in axialer Richtung erfolgen. Die hier vorgeschlagene Methode erfasst die Auslenkungen eines Schaufelrades nicht wie bisher mittels eines punktuellen (0-dimensionalen) sondern mittels eines 1- bzw. 2-dimensionalen Messverfahrens. Eine handelsuebliche Zeilenkamera mit hoher zeitlicher Aufloesung, deren Linearsensor parallel zur Drehachse gerichtet ist, detektiert stetig die Auslenkungen des gebundenen Systems in axialer Ausrichtung (Abb. 1). Bei intensiverer Analyse der aufgenommenen eindimensionalen Hochgeschwindigkeitsbildfolgen (2D-Pseudozeitansichten, bestehend aus zeitlich hintereinander gestellten Zeilendaten) koennen darueber hinaus die Schwingungsformen der einzelnen Schaufel detektiert werden, die bei kleinen Drehzahlen noch nicht gebunden sind. Zu dem kann das Schliessungsverhalten der Deckplatten ueber den gesamten Drehzahlbereich erstmals genauer beobachtet werden. Als Zielmarken koennen die auf den Deckbaendern bereits vorhandenen Dichtspitzen verwendet werden (Abb. 2). Denkbar ist auch die Verwendung der Abschlusskante des Deckbandes. Vorteilhafterweise muessen keine zusaetzlichen Zielmarken aufgebracht werden. Mit dem Einsatz von digitalen Hochgeschwindigkeitskameras anstelle von Zeilensensoren gewinnt man auch einen 3-dimensionalen Datensatz.

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S

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Schwingungsmessung freistehender und gebundener Schaufeln mit eindimensionalen Aufnahmesensoren

Idea: Reinhold Maurus, DE-Muelheim; Frank Woditschka, DE-Muelheim

Zur Ueberwachung und Gewaehrleistung eines sicheren Betriebs von Turbinen werden beruehrungslose Schaufelschwingungsmessungen an freistehenden Schaufeln durchgefuehrt. Dabei kommen optische und induktive Sensoren zum Einsatz, die deutliche Signale beim Passieren jeder einzelnen Schaufel liefern. Um Schaufeln mit grossen Durchmessern vor frequenten Biegegelastungen zu schuetzen, werden vermehrt Schaufeln mit integralen Deckplatten eingesetzt. Bisherige Messverfahren sind fuer solche gebundenen Systeme nicht anwendbar, da aufgrund der geschlossenen Deckbandstruktur keine definierten Zielmarken zur Verfuegung stehen und somit keine eindeutigen Signale fuer eine gesicherte Analyse gewonnen werden koennen. Waehrend bei freistehenden Schaufeln in erster Linie die erste Biegeschwingung, deren Auslenkungen vorzugsweise in Umfangsrichtung erfolgen, die groessten Auslenkungsamplituden besitzt, werden bei gebundenen Schaufelsystemen andersartige Schwingungsformen beobachtet. Es treten Systemschwingungen mit unterschiedlicher Knotenzahl auf, deren Auslenkungen vorzugsweise in axialer Richtung erfolgen.

Die hier vorgeschlagene Methode erfasst die Auslenkungen eines Schaufelrades nicht wie bisher mittels eines punktuellen (0-dimensionalen) sondern mittels eines 1- bzw. 2-dimensionalen Messverfahrens. Eine handelsuebliche Zeilenkamera mit hoher zeitlicher Aufloesung, deren Linearsensor parallel zur Drehachse gerichtet ist, detektiert stetig die Auslenkungen des gebundenen Systems in axialer Ausrichtung (Abb. 1). Bei int...