Tip Timing

Das Tip Timing System wird zur berührungslosen Messung und Charakterisierung von Rotor-Laufschaufelschwingungen in Turbomaschinen eingesetzt und ermöglicht somit detaillierte Analysen von High Cycle Fatigue (HCF).

Einsatzgebiete

  • Messung und Charakterisierung von Schaufelschwingungen in Turbomaschinen im Betrieb
  • Crack detection
  • Erfassen von Mistuning

Beschreibung

Bei dem am TFD vorhandenen System handelt es sich um ein optisches Laser-Messverfahren, das nach dem Lichtschrankenprinzip arbeitet. Mehrere über den Umfang im Gehäuse montierte Sensoren senden einen Laserstrahl aus, der beim Passieren der Schaufeln von der Schaufelspitze reflektiert wird. Dieses Streulicht wird über Lichtleiter zu einem Detektor geleitet. Dadurch erfolgt die Messung der Ankunftszeit der Schaufeln an den Sensorpositionen. Treten nun Schaufelschwingungen auf, so weicht die Ankunftszeit durch ein, je nach Schwingungszustand, vor oder Nacheilen der ausgelenkten Schaufelspitze von der Ankunftszeit der nicht schwingenden Schaufel ab. Aus dieser zeitlichen Differenz kann die Auslenkung der Schaufel ermittelt werden. Durch den Einsatz von insgesamt acht Sonden können bis zu drei gleichzeitig auftretende Schaufelschwingungen erfasst werden. Mit der umfangreichen Online- und Offline-Analysesoftware können sowohl synchrone (forced response), als auch nicht-synchrone Schwingungen (flutter, stall/surge) detailliert ausgewertet werden. Außerdem eignet sich das System zur Detektion von Schaufelrissen (crack detection), da sich hierbei die Schwingungscharakteristik der Schaufel ändert und die wiederum erfasst werden kann.

Durch den Einsatz von Hochtemperatursonden können am Institut auch Messungen im Hochtemperaturbereich z.B. bei Turbolader-Turbinen durchgeführt werden.

Vorteile des Tip Timing Systems gegenüber herkömmlichen DMS-Messungen sind:

  • Non-invasiver Charakter des Systems, wodurch eine Beeinflussung des Schwingungssystems sowohl aus mechanischer, als auch aerodynamischer Sicht vermieden werden kann.
  • Erfassung aller Schaufeln ohne großen Instrumentierungsaufwand. Hierdurch ist das Messverfahren insbesondere auch für Mistuning-Untersuchungen geeignet.
  • Keine Telemetrie erforderlich, da die Sonden im Gehäuse montiert sind.

Das am Institut vorhandene System ist ein mobiles System, welches an allen Prüfständen des TFD eingesetzt werden kann.

Dieses Messverfahren ist in der Literatur auch unter den Bezeichnungen Non-Intrusiv Stress Measurement (NSMS),  Arrival Time Analysis (ATA), Blade Tip Timing (BTT) oder Berührungsloses Schaufelschwingungsmessung (BSSM) wiederzufinden.

Weitere Informationen zum eingesetzten Tip Timing System des TFD finden Sie auf der Herstellerseite von Agilis Measurement Systems, Inc.

Messgrößen

  • Resonanzfrequenz
  • Resonanzdrehzahl
  • Amplitude
  • Phase
  • Engine Order
  • Knotendurchmesser
  • Dämpfung
Bild - Prinzipskizze des Tip Timing Systems mit über dem Umfang verteilten Sonden Bild - Prinzipskizze des Tip Timing Systems mit über dem Umfang verteilten Sonden Bild - Prinzipskizze des Tip Timing Systems mit über dem Umfang verteilten Sonden
Prinzipskizze des Tip Timing Systems mit über dem Umfang verteilten Sonden
Bild - Mit Sonden bestückter Prüfstand des TFD mit Laser- und Detektorbox im Vordergrund; Zoom: Sonde (Ø 1,73 mm) mit Fitting und Sondenhalter (Messing) Bild - Mit Sonden bestückter Prüfstand des TFD mit Laser- und Detektorbox im Vordergrund; Zoom: Sonde (Ø 1,73 mm) mit Fitting und Sondenhalter (Messing) Bild - Mit Sonden bestückter Prüfstand des TFD mit Laser- und Detektorbox im Vordergrund; Zoom: Sonde (Ø 1,73 mm) mit Fitting und Sondenhalter (Messing)
Mit Sonden bestückter Prüfstand des TFD mit Laser- und Detektorbox im Vordergrund; Zoom: Sonde (Ø 1,73 mm) mit Fitting und Sondenhalter (Messing)
Bild - Typische Auswerte-Grafiken einer Schwingungsmessung mit Balkendiagrammen für Amplituden-, Frequenz- und Dämpfungsverteilung sowie Campbelldiagramm mit Phasenverlauf Bild - Typische Auswerte-Grafiken einer Schwingungsmessung mit Balkendiagrammen für Amplituden-, Frequenz- und Dämpfungsverteilung sowie Campbelldiagramm mit Phasenverlauf Bild - Typische Auswerte-Grafiken einer Schwingungsmessung mit Balkendiagrammen für Amplituden-, Frequenz- und Dämpfungsverteilung sowie Campbelldiagramm mit Phasenverlauf
Typische Auswerte-Grafiken einer Schwingungsmessung mit Balkendiagrammen für Amplituden-, Frequenz- und Dämpfungsverteilung sowie Campbelldiagramm mit Phasenverlauf

Ansprechpartner

Mona Amer, M.Sc.
Gruppenleitung
Aeroakustik / Aeroelastik und Windenergie
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen
Gebäude
Raum
202
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen
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Raum
202