Sieć czujników wysokiej rozdzielczości do monitorowania sprawności łopatek turbin
Turbiny to duże maszyny generujące moc poprzez szybki ruch obrotowy łopatek w wodzie, gazie, parze lub innych cieczach. Są one stosowane między innymi w silnikach lotniczych, do generowania energii z silników parowych i gazowych oraz w innych turbinowych maszynach przemysłowych. Pomiary czasowe ruchu końcówek łopatek są stosowane w ostatnich fazach prac rozwojowych i dostarczają cennych informacji umożliwiających dokonywanie prognoz zmęczenia materiału, analiz wibracji oraz ocen niezawodności i bezpieczeństwa. Pomiary wibracji są wykonywane z milimetrową dokładnością. Wdrożenie tej techniki w celu monitorowania pracy w warunkach operacyjnych było jednak dotąd trudne. Stosowane obecnie w przemyśle techniki lokalnego monitorowania czasu przybycia końcówki łopatki są znacznie mniej czułe i dokładne. Finansowany ze środków UE projekt "Blade tip timing measurement technique for turbine monitoring in working conditions" (BTTMON) poczynił znaczne postępy w opracowywaniu technologii pozwalających przezwyciężyć te problemy. Naukowcy stworzyli i przetestowali czujnik magnetorezystywny do pomiaru czasowego ruchu końcówek łopatek wykorzystujący cztery cyfrowe głowice czujników wraz z niezbędną elektroniką do przetwarzania sygnału. Oprogramowanie do symulacji i przetwarzania umożliwia optymalizację rozmieszczenia czujników oraz testowanie różnych konfiguracji obrotów i wibracji. Jego działanie polega na generowaniu ciągów impulsów wytwarzanych przez wirtualny wirnik obracający się z określoną nieregularnością i posiadający określoną liczbę łopatek drgających w sposób opisany prostymi funkcjami. Badacze opracowali też małe, przenośne stanowisko testowe, które posłuży do testowania i kalibrowania układu czujników po jego zainstalowaniu w prawdziwych turbinach. Projekt BTTMON dostarczył prototypowy czujnik, oprogramowanie do optymalizacji struktury i rozmieszczenia układu czujników odpowiednio do parametrów konkretnej turbiny oraz przenośne stanowisko testowe do kalibrowania systemów zainstalowanych lokalnie. Zespół projektu przygotował tym samym grunt pod wprowadzenie pomiarów czasowych ruchu końcówek łopatek z niedostępną dotąd dokładnością. Upowszechnienie nowej techniki przyniesie korzyści zarówno producentom, jak i użytkownikom turbin, ponieważ pozwoli ograniczać koszty, czas pomiarów i nakłady prac konserwacyjnych.
Słowa kluczowe
Turbiny, pomiar czasowy ruchu końcówek łopat, magnetorezystywny, układ czujników, monitorowanie
