Zero Gap Detection

ANSTREIFVERSUCHE MIT ACOUSTIC-EMISSION-SENSOR
Zero Gap Detection
Im Schleuderbunker von Sulzer werden verschiedene Anstreifversuche durchgeführt. Dabei fährt eine
Probe in den Drehkreis einer rotierenden Schaufel. Um die gewünschte Eindringtiefe zu bewerkstelligen,
ist es wichtig, den ersten Kontakt zwischen Probe und Schaufel noch während des Versuchs zu detektieren, um den Probenvorschub rechtzeitig zu stoppen. Mit Hilfe eines Acoustic-Emission-Sensors lässt sich
eine sehr genaue Eindringtiefe erreichen.
Abradable-Prüfstand
im Schleuderbunker
Auf dem Abradable-Prüfstand kann das Schnittverhalten verschiedener Abradable-Schichten
untersucht werden. Dabei können Probenvorschubgeschwindigkeit, Temperatur, Schnittgeschwindigkeit und Eindringtiefe variiert werden. Die Kenntnis des Schnittverhaltens trägt zur
Entwicklung effizienter Turbinen mit möglichst kleinem Spalt zwischen Rotor und
Gehäuse bei.
Bestimmung der
Eindringtiefe
Um die vorgegebene Eindringtiefe einzuhalten, ist der Zeitpunkt des ersten Kontakts zwischen Schaufelspitze und Abradable-Substrat entscheidend. Eine Kalibrierung für die
Kontaktposition bei stehendem Rotor ist unsicher, da die Fliehkraft und die Rotorlagerung
einen grossen Einfluss auf den Drehkreis der Schaufelspitze haben.
Zero Gap Detection
Normalerweise wird zur Bestimmung des ersten Kontakts (zero gap) ein Beschleunigungssensor in der Nähe des Substrats verwendet, aber dieser ist recht unempfindlich und
spricht nicht unbedingt bei dem ersten Kontakt an. Dieses Problem tritt vor allem dann auf,
wenn das Substrat weich und die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufel oder die Vorschubgeschwindigkeit niedrig ist.
Abbildung 1:
Schematischer Aufbau
des Prüfstands
Acoustic-EmissionSensor
Mit Hilfe eines Acoustic-Emission-Sensors auf der Substratrückseite werden hochfrequente
Körperschallwellen gemessen, welche auch bei einem leichten Kontakt zwischen Schaufel
und Substrat entstehen. Damit spricht dieser Sensor wesentlich früher an als ein Beschleunigungssensor und die vorgegebene Eindringtiefe wird sehr genau eingehalten.
Vergleich
In Abbildung 2 ist ein Vergleich zwischen gemessenem Beschleunigungssignal
(Grenzfrequenz 20 kHz) und gleichzeitig am gleichen Ort gemessenem Acoustic-EmissionSignal (Frequenzbereich 210 kHz bis 1 MHz) dargestellt. Der Beschleunigungssensor
erfasst die Vibrationen des Prüfstands und das Ereignis des Anstreifens ragt nicht aus dem
Vibrationssignal heraus. Der Acoustic-Emission-Sensor hingegen zeigt auch bei diesem
weichen Material und dem langsamen Vorschub den Beginn des Anstreifens an.
Abbildung 2: Vergleich Beschleunigungssensor (oben)
mit Acoustic-Emission-Sensor
(unten)
Ausblick
Es ist vorgesehen, das Signal des Acoustic-Emission-Sensors in die Steuerung des
Prüfstands zu integrieren, sodass die vorgegebene Eindringtiefe automatisch eingehalten
wird und nicht manuell überwacht werden muss.
Ihre Ansprechpersonen:
Dr. Hans-Rudolf Graf
+41 52 262 82 40
[email protected]
Dr. Frank May
+41 52 262 21 56
[email protected]
www.sulzer.com
A10109 en (5.2014), Copyright © Sulzer
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