Hochauflösendes Sensornetzwerk zur Überwachung der Turbinenschaufelleistung
Turbinen sind große Maschinen, deren Schaufeln in Wasser, Gas, Dampf oder anderen Fluiden bei hoher Geschwindigkeit rotieren und dadurch Strom erzeugen. Sie kommen in Luftfahrzeugmotoren sowie in Dampf- und Gasmotoren zur Stromerzeugung sowie bei anderen Strömungsmaschinen zum Einsatz. Im letzten Entwicklungsstadium liefert die Berührungslose Schaufelschwingungsmessung (BSSM) wertvolle Informationen zur Vorhersage der Lebensdauer bis zur Materialermüdung, zur Analyse des Vibrationsverhaltens und zur Einschätzung von Zuverlässigkeit und Sicherheit. Vibrationen können im Millimeterbereich erfasst werden. Dieses Überwachungsverfahren bei laufendem Betrieb anzuwenden, ist jedoch schwierig. Die einzigen derzeit industriell verfügbaren integrierten Überwachungssysteme nehmen sehr viel ungenauere Messungen der Ankunftszeit der Schaufelspitzen vor. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts 'Blade tip timing measurement technique for turbine monitoring in working conditions' (BTTMON) konnten große Fortschritte hin zur Lösung dieser Problematik erzielt werden. Die Wissenschaftler entwickelten und prüften den Prototypen eines magneto-widerstandsfähigen Sensors zur Schaufelschwingungsmessung, der vier digitale Abtastköpfe und die zugehörige Signalverarbeitungselektronik enthält. Die Simulations- und Verarbeitungssoftware kann zur Optimierung der Sensorplatzierung und zur Prüfung verschiedener Konfigurationen hinsichtlich Rotation und Vibration genutzt werden. Mittels eines virtuellen Rotors, der mit festgelegter Unregelmäßigkeit und einer bestimmten Anzahl an Schaufeln, deren Vibrationen einfachen Funktionen folgen, rotiert, erzeugt das System Impulssequenzen. Schließlich entwickelte das Team einen kleinen tragbaren Prüfstand, der für die Prüfung und Kalibrierung des Sensorsystems bei dessen Installation in echten Turbinen von Nutzen sein wird. Im Rahmen des BTTMON-Projekts konnte der Prototyp eines Sensors, eine Software, die der Optimierung sowohl des Sensorsystems als auch von dessen auf spezielle Turbineneigenschaften abgestimmten Platzierung dient, sowie ein tragbarer Prüfstand zur Vorortkalibrierung des Systems entwickelt werden. Damit hat das Team die Grundlage dafür geschaffen, dass hochauflösende BSSM für laufende Turbinenschaufeln erstmals in der Praxis angewendet werden können. Dank der so entstehenden Zeit- und Kostenersparnis sowie der Reduzierung notwendiger Instandhaltungsmaßnahmen wird Kommerzialisierung Turbinenherstellern und Endnutzern gleichermaßen zugutekommen.
Schlüsselbegriffe
Turbine, Berührungslose Schaufelschwingungsmessung, magneto-widerstandsfähig, Sensorsystem, Überwachung
