Inductive sensors for blade tip-timing in gas turbines

• Autorzy: Przysowa R. , Rokicki E.

Identyfikatory

DOI

10.1515/jok-2015-0064

Warianty tytułu

PL

Czujniki indukcyjne do pomiaru drgań łopatek w turbinach gazowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper reviews features and applications of the upgraded inductive sensor for BTT, which is able to operate in contact with exhaust gases of temperature even as high as 1200 K. The new design includes metal-ceramic housing ensuring proper heat transfer, magnetic circuit containing set of permanent magnets with various magnetic field values and Curie temperatures, completely redesigned windings and current/voltage converter used instead of an electromotive force amplifier. Its principle of operation is based on electrodynamical interaction and therefore it may be referred as a passive eddy-current sensor. The sensor technique has been demonstrated on four stages of a surplus military turbofan including the high pressure turbine as part of the engine health monitoring system. We present signal samples and review methods used for online processing of time-of-arrival signals when only a limited number of sensors is available.

PL

W publikacji opisano cechy i zastosowania ulepszonego czujnika indukcyjnego do pomiaru drgań łopatek wirnikowych, który jest w stanie działać w kontakcie z gazami spalinowymi o temperaturze osiągającej 1200 K. Wnętrze czujnika chronione jest przez ceramiczny ekran i metalową obudowę, zapewniają prawidłowe odprowadzanie ciepła. Obwód magnetyczny zawiera zestaw dwóch magnesów trwałych o różnych wartościach pola magnetycznego i temperatury Curie, całkowicie przeprojektowane uzwojenia oraz konwerter prąd / napięcie, stosowany zamiast wzmacniacza siły elektromotorycznej. Zasada działania układu opiera się na interakcji elektrodynamicznej i dlatego może być nazywany pasywnym czujnikiem wiroprądowym. Czujniki tego typu zastosowano w czterech stopniach wojskowego silnika dwuprzepływowego, w tym turbinie wysokiego ciśnienia, jako część systemu monitorowania stanu technicznego silnika. Zaprezentowano przykłady sygnału pomiarowego oraz metody stosowane do przetwarzania danych od łopatek w czasie rzeczywistym w układzie, w którym stosuje się ograniczoną liczba czujników.

Słowa kluczowe

EN

blade vibration; tip timing; structural integrity; eddy current sensor

PL

drgania łopatek; bezdotykowy pomiar drgań łopatek; trwałość; czujnik wiroprądowy

• Wydawca: Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONBiN
• Rocznik: 2015
• Tom: No. 4 (36)
• Strony: 147--164
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Przysowa R.

• Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych

autor

Rokicki E.

• Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych

Bibliografia

• [1] http://www.piwg.org/sensor/sensor_btdeflection.html
• [2] A European Lab Gap Matrix. European Virtual Institute for Gas Turbine Instrumentation
• [3] J. S. Wilson. “Sensor Technology Handbook”, Newnes, ISBN-13: 978-0750677295 (2004).
• [4] E. Rokicki, R. Przysowa, J. Spychała, R. Szczepanik, M. Perz. “Electronic system of current inductive sensor, especially for measurement of flow blades vibrations of rotor machines”, Polish patent PAT.209634 (2007).
• [5] R. Szczepanik, R. Przysowa, J.Spychała, E. Rokicki, K Kaźmierczak., P. Majewski “Application of Blade-tip Sensors to Blade-Vibration Monitoring in Gas Turbines” in: Thermal Power Plants. ISBN 978-953-307-952-3. InTech - Open Access Publisher. Rijeka. Croatia (2011)
• [6] E. Rokicki, J. Spychala, R. Szczepanik, P. Majewski. “Measuring vibrations of a turbo-machine rotor blade with the help of an induction sensor in high temperature”. US 8125215 B2 (2009).
• [7] R. Przysowa, J. Spychała, Health Monitoring of Turbomachinery Based on Blade Tip-Timing and Tip-Clearance, RTO-MP-AVT-157-14, 2008
• [8] K. Chana Engine Experience of Non-optical Tip Timing Sensors in: Tip timing and tip clearance problems in turbomachinery, Lecture Series, von Karman Institute for Fluid Dynamics, VKI-LS-2007.
• [9] R. Przysowa Analysis of synchronous blade vibration with the use of linear sine fitting, Journal of KONBiN, 2(30), pp. 5-20, De Gruyter Open (2014).
• [10] R. Tomassini, JF Brouckaert, G. Rossi Contactless magnetoresistive sensor for tip timing and tip clearance measurement systems STO-MP-AVT-229-14 (2015).
• [11] M. Witos, R. Szczepanik “Turbine Engine Health/Maintenance Status Monitoring with Use of Phase-Discrete Method of Blade Vibration Monitoring” RTO-MP-AVT-121-02 (2005).
• [12] R. Przysowa, J. Spychała “Health Monitoring of Turbomachinery Based on Blade Tip-Timing and Tip-Clearance”. RTO-MP-AVT-157-P14. Montreal (2008).
• [13] RJ Morris, JW Littles, B. Hall, WD Owen, S. Tulpule, R. Szczepanik, R. Przysowa “Crack Detection and Prognosis Using Non-Contact Time of Arrival Sensors for Fan and Compressor Airfoils In Gas Turbine Engines” AeroMat (2009).
• [14] K. Chana, D. Cardwell, L. Gray, B. Hall, “Disk Crack Detection And Prognosis Using Non-Contact Time Of Arrival Sensors”. GT2011-45158.
• [15] R. Przysowa, E. Rokicki, P. Majewski Optimized magnetic sensors to measure speed and position in adverse environments. IET & ISA 60th International Instrumentation Symposium (2014). DOI: 10.1049/cp.2014.0552
• [16] R. Przysowa, E. Rokicki, P. Majewski Health monitoring of industrial fan blades. 6th EVI-GTI International Gas Turbine Instrumentation Conference, Baden, CH; 11/(2013).
• [17] M. Witoś, High sensitive methods for health monitoring of compressor blades and fatigue detection. TheScientificWorldJournal, 2012, 2013: 218460-218460
• [18] P. Russhard Derived Once per Rev Signal generation for Blade Tip Timing Systems. IET & ISA 60th International Instrumentation Symposium, paper 5.1 (2014).
• [19] T. Nicholas. High cycle fatigue: a mechanics of materials perspective. Elsevier (2006).
• [20] M. Zielinski, G.Ziller Noncontact Blade Vibration Measurement System for Aero Engine Application. 17th International Symposium on Airbreathing Engines, Munich, ISABE-2005-1220.
• [21] B. Hayes (chair) ANSI/ISA-107.1-2013 Industry Standard File Format for Revolution-Based, Tip Timing Data, www.isa.org
• [22] O. Jousselin, P.Russhard A method for establishing the uncertainty levels for aero-engine blade tip amplitudes extracted from blade tip timing data, 10th International Conference on Vibrations in Rotating Machinery - IMECHE, London (2012).
• [23] P. Russhard BTT Data Zeroing Techniques, MFPT and ISA’s 59th International Instrumentation Symposium (2013).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.