Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Insight Into Vibration Sources in Turbines

Moneta Grzegorz, Jachimowicz Jerzy, Pietrzakowski Marek, Doligalski Adam, Szwedowicz Jarosław

Fatigue of Aircraft Structures

|

2021

|

Iss. 13

40--53

EN

Despite of nearly 100 years of turbine engine development and design, blade vibrations remain a great engineering challenge. The rotating turbine blades’ vibrations lead to cyclic oscillations, which result in alternating stress and strain in harsh environments of high temperature and pressure. In modern aeroengines, high hot flow velocities might generate erosion and corrosion pitting on the metal surfaces, that leverage remarkably mean stresses. The combination of both mean and alternating stresses can lead to unexpected engine failures, especially under resonance conditions. Then, alternating stress amplitudes can exceed the safety endurance limit, what accelerates the high cyclic fatigue leading quickly to catastrophic failure of the blade. Concerning the existing state-of-the-art and new market demands, this paper revises forced vibrations with respect to excitation mechanisms related to three design levels: (i) a component like the blade design, (ii) turbine stage design consisting of vanes and blades and (iii) a system design of a combustor and turbine. This work reviews the best practices for preventing the crotating turbine and compressor blades from High Cyclic Fatigue in the design process. Finally, an engine commissioning is briefly weighed up all the pros and cons to the experimental validations and needed measuring equipment.

2

Analysis of fan blade vibration with a non-contact method

Porco Pierluigi, Przysowa Radosław, Botto Daniele

Journal of KONBiN

|

2020

|

Vol. 50, iss. 1

341--357

EN

Composite fan blades are more and more common both in aviation and ground applications. This work aims to characterize the vibration parameters of plastic blades installed in a wind tunnel fan by a non-contact method, namely blade tip timing (BTT). Blade dynamics was predicted with finite element modelling (FEM) and confirmed experimentally by tip timing measurements and analysis of data. BTT results were acquired and compared in two different configurations. A good agreement between predicted and measured frequency values was obtained for the fundamental mode. Significant differences were observed for the second and third modes due to material anisotropy and contact effects which could not be modelled because necessary material data were unavailable.

3

Development of an on-line damage detection, discrimination and tracking system for the spin rig facility

Przysowa R., Bereś W., Carnegie C.

Journal of KONES

|

2017

|

Vol. 24, No. 2

197--209

EN

The main goal of the work reported here was to expand the capability of the NRC-Aerospace spin rig by adding an on-line damage detection, discrimination and tracking system, and to develop necessary expertise that will allow for optimizing the NDE inspection periods of gas turbine engine components in this facility and minimizing undetected crack nucleation and growth and possibility of catastrophic failures. Passive eddy-current sensors and a data acquisition system able to simultaneously measure blade deflection and tip clearance were selected to monitor health of rotating components. Before application of the system in the spin rig, the system was tested with a rotor rig to check sensor responses to deliberately induced changes in blade tip positions in both radial and circumferential directions. The monitored disc had 12 bolts simulating aerofoils that could be turned into threaded holes to extend or shorten the protruding parts of the bolts. On the other hand, bolt vibration was not excited and analysed during the experiment. Lessons learned on the rotor rig are used to prepare and plan spin tests in vacuum chamber.

4

Inductive sensors for blade tip-timing in gas turbines

Przysowa R., Rokicki E.

Journal of KONBiN

|

2015

|

No. 4 (36)

147--164

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.

5

The analysis of synchronous blade vibration using linear sine fitting

Przysowa R.

Journal of KONBiN

|

2014

|

No. 2 (30)

5--20

EN

In Blade Tip Timing several sensors installed circumferentially in the casing are used to record times of arrival (TOA) and observe deflections of blade tips. This paper aims to demonstrate methodology of model-based processing of aliased data. It focuses on the blade vibration excited by the forces synchronous with engine rotation, which are called integral responses. The driven harmonic oscillator with single degree of freedom (SDOF) is used to analyze blade vibration measured by tip-timing sensors during engine deceleration. When integral engine order EO is known, the linear sine fitting techniques can be used to process data from sensors to estimate amplitude, phase and frequency of blade vibration in each rotation. The oscillator model is implemented in MATLAB and used to generate resonance curves and simulate blade responses observed with tip sensors, installed in the axial compressor. Generated TOA data are fitted to the sine function to estimate vibration parameters. The validated procedure is then employed to analyze real test data.

PL

W metodzie dyskretno-fazowej (ang. tip-timing) kilka czujników zamocowanych na obwodzie w korpusie maszyny wirnikowej jest używanych do pomiaru czasów przyjścia i obserwacji odkształceń wierzchołków łopatek wirnika. W artykule przedstawiono metodyki przetwarzania rzadko próbkowanych danych pomiarowych z wykorzystaniem modelu matematycznego. Skoncentrowano się na drganiach łopatek wymuszanych przez siły synchroniczne z obrotami wirnika. Wymuszony oscylator harmoniczny, o jednym stopniu swobody, został wykorzystany do analizy drgań łopatek mierzonych przez czujniki podczas deceleracji silnika. Jeśli znana jest rzędowość wymuszenia, liniowe techniki dopasowania funkcji sinus mogą być używane do przetwarzania danych w celu estymacji amplitudy, fazy i częstotliwości drgań łopatek w kolejnych obrotach wirnika. Generowane czasy przyjścia dopasowywane są do funkcji sinus w celu estymacji parametrów drgań. Zweryfikowana w ten sposób procedura jest następnie wykorzystana do analizy danych z rzeczywistych testów silnika.

6

Standard sine fitting algorithms applied to Blade Tip Timing data

Kaźmierczak K., Przysowa R.

Journal of KONBiN

|

2014

|

No. 2 (30)

21--30

EN

Blade Tip Timing (BTT) is a non-intrusive method to measure blade vibration in turbomachinery. Time of Arrival (TOA) is recorded when a blade is passing a stationary sensor. The measurement data, in form of under sampled (aliased) tip-deflection signal, are difficult to analyze with standard signal processing methods like digital filters or Fourier Transform. Several indirect methods are applied to process TOA sequences, such as reconstruction of aliased spectrum and Least-Squares Fitting to harmonic oscillator model. We used standard sine fitting algorithms provided by IEEE-STD-1057 to estimate blade vibration parameters. Blade-tip displacement was simulated in time domain using SDOF model, sampled by stationary sensors and then processed by the sinefit.m toolkit. We evaluated several configurations of different sensor placement, noise level and number of data. Results of the linear sine fitting, performed with the frequency known a priori, were compared with the non-linear ones. Some of non-linear iterations were not convergent. The algorithms and testing results are aimed to be used in analysis of asynchronous blade vibration.

PL

Metoda dyskretno-fazowa (ang. tip-timing) jest nieinwazyjnym sposobem pomiaru drgań łopatek w przepływowych maszynach wirnikowych. Czas przyjścia zapisywany jest w momencie, kiedy łopatka mija stacjonarny czujnik. Do analizy danych pomiarowych w formie rzadko próbkowanego sygnału odkształcenia wierzchołka (aliasing) wykorzystano standardowe metody dopasowania funkcji sinus dostarczone przez normę IEEE-STD-1057 w celu estymacji parametrów drgań łopatek. Przemieszczenia wierzchołków łopatki w dziedzinie czasu zasymulowano wykorzystując model oscylatora o jednym stopniu swobody. Wyniki liniowego dopasowania, wykonanego ze znaną a priori częstotliwością, porównano z wynikami dopasowania nieliniowego. Uzyskane algorytmy i wyniki testowania mają być wykorzystane do analizy drgań asynchronicznych łopatek.

7

Dynamic reliability of rotor hot section turbine blade

Szczepanik R., Rokicki E., Rzadkowski R.

Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance

|

2012

|

Vol. 47, nr 1

75--88

EN

Non-contact vibration measurements for turbine blades in an aircraft engines are hindered by the very low level of vibration amplitudes and high temperatures. Thus high-temperature inductive sensors and data processing algorithms were developed by the Air Force Institute of Technology (ITWL) for the diagnosis of gas turbines. These sensors are suitable for a long-term operation at temperatures typical for gas turbines and can withstand vibrations that occur during the operation of jet engines. Measurement results have shown that turbine blade vibrations in a jet engine achieve an average amplitude of approximately 0.1 mm in nominal conditions and usually no higher than 0.4 mm in resonance conditions. ITWL conditioning methods using technologically advanced circuits for triggering and data acquisition make it possible to measure blade tip deflection with an accuracy of over 0.01 %. The obtained resolution is sufficient to estimate blade vibration frequency and identify the vibration mode shape.

PL

Bezdotykowe pomiary drgań łopatek wirnikowych turbin silników lotniczych charakteryzują małe amplitudy drgań łopatek i praca w wysokich temperaturach czynnika roboczego. Wysokotemperaturowe czujniki indukcyjne i algorytmy przetwarzania danych opracowane przez autorów w Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych pozwalają na diagnostykę łopatek turbin gazowych. Czujniki mogą pracować długotrwale w temperaturach typowych dla turbin gazowych. Mierzą również drgania rezonansowe występujące podczas pracy silników odrzutowych. Opracowane układy kondycjonujące wspierane przez zaawansowane technologicznie układy wyzwalania i rejestracji pozwoliły na uzyskanie w metodzie tip-timingu dokładności pomiaru lepszej od 0,01%. Uzyskana dokładność pozwala na rozpoznanie form drgań łopatek i ułopatkowanego wieńca łopatek.

8

Aspekty metrologiczne bezdotykowego diagnozowania wirujących łopatek sprężarki

Witoś M., Kowalski M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2008

|

Vol. 57, nr 2

289-299

PL

Przedstawiono podstawy teoretyczne stosowania elastycznego znacznika fazy - wirującej i drgającej łopatki sprężarki - do kompleksowego diagnozowania turbinowego silnika lotniczego (metoda tip timing). Wskazano na rolę numerycznych metod analizy w rozdzieleniu składowych sygnału pomiarowego (aperiodycznej i oscylacyjnej) oraz potrzebę weryfikacji istniejących algorytmów analizy danych, pochodzących z nierównomiernego próbkowania. Omówiono 15-letnie spostrzeżenia eksploatacyjne stosowania metody na samolotach TS-11 "Iskra".

EN

The paper presents theoretical background of using elastic key phasor-rotating and vibrating compressor blade - for complex jet engine diagnosis (tip timing method). The role of numerical methods of measurement signal decomposition onto parts (aperiodic and oscillation) is pointed. It also shows the need of existing algorithms (from irregular sampling) verification. Fifteen years' service knowledge of using mentioned method aboard T-11 "Iskra" is presented.