燃气轮机叶片的动应变测量

发 布:2013/2/25 14:10:36查 看:4278

概述:
在燃气涡轮发动机的研发中,旋转风机、压缩机、涡轮叶片的动应变特性是至关重要的信息。通过研究一个特定的叶片形状的应变比,从关键点位置的应变即可推测出其他部位的应变,并检测出多种振型。在证实理论模型和确定运行安全参数(如:应力极限、挠度极限、套管间隙、长周期疲劳等)的过程中,动应变测量至关重要。
 

问题和挑战:
在燃气涡轮发动机热区做应变的精确测量极其困难。传统的箔式应变计不能承受燃气轮机热区的高温和腐蚀环境。通常耐超高温应变计通过焊接、粘结或火焰喷涂的方式安装到被测部件上。在高温和反复振动的情况下,应变计仅有数小时的使用寿命。测试中绝缘可能会变差,导致对地的泄漏。疲劳或脱层损坏的应变计可与测试件短路,无法继续使用。具有耐高温性能、高强度和防腐蚀保护的导线通常具有较高的电阻;而更糟糕的是,导线电阻会随温度显著变化。由于发动机振动,某些延长线会产生噪声信号,进一步污染数据。


滑环被用于连接到发动机旋转件。测试中需要越来越多的通道数,最简单的两线制接线方式,无疑是滑环信号连接的最佳方案。滑环自身具有被调制的触点电阻以及其它接触噪声源。通常,旋转部件上延长线的布线方式使静电屏蔽措施无法实施。


所有这些因素结合起来使燃气涡轮发动机的应变测量成为一项非常艰巨的任务。尽管利用简单的两线制惠斯登电桥的想法很诱人,但这种方法存在很多问题,不适合这类测量。


两线制惠斯登电桥的问题:

• 导线电阻会降低应变计的灵敏度,因此必须使用通道增益进行测量及补偿。现场多通道的电阻测量耗时、易出错,且成本高昂。如果导线电阻在测试过程中变化(如环境温度变化),将产生额外的测量不确定度。
• 单臂桥路的灵敏度相对双臂电桥下降百分之五十,需要额外6dB的通道增益。额外的增益放大信号的同时也放大了输入噪声,降低了整体的信噪比。
• 单臂桥路连接到远端应变计从电路结构上是不对称的,很容易拾取静电噪声,信号调理器的共模抑制比(CMRR)对抑制噪声不起作用。
• 应变计任一面上的绝缘击穿都将导致激励电流分流,直接造成应变计无法继续使用。


解决方案:

二十年来PFI公司与燃气轮机的领先制造商密切合作。我们可以自豪地说我们一直在推动最先进的燃气轮机动应变测量技术的发展,我们的产品已成为测试方案中不可或缺的一部分。在恶劣环境中,PFI独创的对称恒流激励技术在燃气涡轮发动机动应变测量领域遥遥领先。


PFI对称恒流激励技术的优势:

• 导线电阻对传递到应变片上的激励电流没有影响,在任何温度下不会降低应变计的灵敏度
• 由于恒流激励,信号调理器测量的是百分之百的应变信号,相比惠斯登电桥无需增加6dB的通道增益。
• 信号调理器的内外连接是完全对称的,共模抑制比(CMRR)抑制抵消掉拾取的噪声,与惠斯登电桥测量相比,信噪比能改善约30dB。
• 即使应变计的一端绝缘变差,甚至与被试件短路,对称恒流源仍能提供正常的激励,应变片仍可继续工作,数据不会丢失!

28458八通道对称恒流激励信号调理器
• 每卡8通道,每机箱128通道
• 程控对称恒流源,输出电压可达20V
• 使用程控滤波器时截止频率最高100kHz,旁路程控滤波器时具有190kHz全带宽
• 可编程增益达1024倍
• 两线屏蔽交流耦合输入接口
• 传感器开路、短路检测
• 即时报告传感器激励、电阻和对地泄漏电流的测量值


28144四通道宽带对称恒流或恒压激励传感器信号调理器
• 每卡4通道,每系统64通道
• 程控对称恒流激励或恒压激励
• 程控4阶或8阶滤波器,截止频率可编程达204.6kHz
• 程控增益达8192倍
• 程控桥路补偿,支持2-10线制连接
• 即时报告传感器激励、电阻、开路、短路和对地泄露电流的测量值


PFI对称恒流激励技术的用户:
• 通用电气
• 普惠
• 本田
• 美国空军研究实验室
• 霍尼韦尔
• 西门子
• 美国国家研究委员会
• 波音
• 美国宇航局
• 罗尔斯罗伊斯

动应变调理的完整解决方案,为您的需求量身打造
三种主机系统可供选择,PFI 28000信号调理系统可扩展以完成各种规模的动应变测量任务

(一)128通道动应变信号调理系统
• 使用28458八通道动应变调理插卡,可达128个通道
• 使用28144四通道双模式电桥或应变调理插卡,可达64个通道
• 16槽主机系统,插卡、控制器、电源和冷却只需要6U(10.5英寸)高的机柜空间

(二)64通道动应变信号调理系统
• 使用28458八通道动应变调理插卡,可达64个通道
• 使用28144四通道双模式电桥或应变调理插卡,可达32个通道
• 8槽主机系统,插卡、控制器、电源和冷却只需要3U(5.25英寸)高的机柜空间

(三)32通道动应变信号调理系统
• 使用28458八通道动应变调理插卡,可达32个通道
• 使用28144四通道双模式电桥或应变调理插卡,可达16个通道
• 4槽主机系统,插卡、控制器、电源和冷却只需要2U(3.5英寸)高的机柜空间

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