KR102121004B1 - 회전 블레이드에 가해지는 진동을 측정하는 터빈 엔진 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터빈 엔진 어셈블리에 관한 것으로, 어셈블리는 하우징 및 하우징 내에서 회전 가능한 블레이드 휠을 포함한다. 블레이드 휠은 하우징과 대향하는 헤드부를 구비한 적어도 하나의 블레이드(20)를 포함한다. 상기 어셈블리는 헤드부가 자석을 포함하고, 하우징이 제1 전도체 및 제2 전도체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 각각의 전도체는, 브레이드 휠이 회전할 때, 하우징과 대향하는 헤드부의 자석에 의해 유도되며, 블레이드의 헤드부가 받는 진동을 나타내는 전압을 단자 사이에 발생시키는데 적절하다. 제1 전도체는 블레이드 휠의 회전축을 중심으로 연장되며 2개의 서로 대향하는 단부를 포함하는 제1 중앙부를 포함하고, 제2 전도체는 상기 두 단부 사이에서 제1 중앙부에 의해 획정된 공간을 통과하는 제2 중앙부를 포함한다.
Description
본 발명은 회전 이동식 블레이드의 분야에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 회전시 지속되는 블레이드 진동의 특성화 분야에 관한 것이다.
임펠러는 복수의 블레이드 또는 베인을 포함하는 허브이다. 터빈 엔진의 설계 및 인증 중에, 케이싱에서 이러한 회전 이동식 임펠러가 터빈 엔진의 모터의 작동 범위에서 여기될 가능성이 있는 적절한 주파수를 구비하는지 여부를 입증하는 것이 필요하다.
또한, 상기 작동 범위에서 식별된 적절한 모드에 대해 연관된 진동 제한의 수준을 정량화하는 것이 필요하다.
작동시 블레이드에 의해 유지되는 진동을 특성화하는 제1 공지 기술은 임펠러에 부착된 변형 게이지를 사용하는 것이다. 주파수 영역에서 블레이드를 특성화하고, 소재 표면의 미세-변형을 측정하여 소재 내의 제약을 계산하는 것이 가능하다.
그러나, 상기 제1 기술은 많은 단점을 포함한다.
첫째로, 특히, 장비가 고압 터빈으로 이루어질 때, 베인에 부착된 게이지는 잠재적으로 매우 높은 온도와 관련된 (대략 100,000g의) 큰 원심력을 받는다. 그 결과, 게이지의 수명은 제한된다.
둘째로, 게이지를 배치하는 것은 (특히, 게이지가 배치되는 시멘트의 소성에 대한)세부 사항 및 시간에 있어서 상당한 노하우를 요구한다.
셋째로, 고정 마커에서 이동식 임펠러 수송부에 내장된 게이지로부터 오는 신호를 구비하는 것이 필요하다. 이를 위해, 모터 샤프트 상의 연결 와이어는 회전 컬렉터에 안내되어야 한다.
노이즈 측정을 발생시키는 와이어의 길이 및 컬렉터의 회전 연결 이외에, 모터 상에 있는 회전 컬렉터의 통합에 대한 예비 연구는 오래 걸리고 비용이 많이 든다.
고정 마커에서 회전 베인과 대향하게 위치되는 광학 프로브의 사용에 기초한 제2 기술은 전술한 단점을 제거하기 위해 제안되었다.
상기 제2 기술은 베인의 두 진동 상태(진동이 존재 또는 진동이 없는)에 대한 광학 프로브의 확산되는 진행 시간을 측정한다. "팁 타이밍"으로 지칭되는 이러한 측정 방법은 베인 팁에서 대체 움직임의 진폭을 다시 계산한다. 모드 형상에 대한 지식은 베인의 제약 수준에 대하여 베인의 팁에서 이동 수준에 둔다.
그러나, 제2 기술은 측정된 진동에 대한 주파수 정보를 생성하지 않는다. 베인 팁에서 전반적인 이동 수준은 베인 모드가 여기되는지 알 수 없이 제2 기술에 의해 식별된다. 진동 감시 목적을 위해, 이러한 제한은 크게 불리할 수 있다.
또한, "팁 타이밍" 과정은 때때로 기록된 이동 수준에 책임있는 여기 순서의 식별을 허용하지 않아 애매모호하다.
본 발명의 목적은 회전시 베인에 의해 지속되는 진동의 특성화를 허용하는 것으로, 특히, 베인에 의해 지속되는 진동 속도를 정량화하는 것이다.
이를 위해, 제1 관점에 따르면, 터빈 엔진용 어셈블리는 케이싱 및 상기 케이싱에 회전으로 이동 가능한 임펠러를 포함하되, 상기 임펠러는 케이싱과 대향하는 팁을 갖는 적어도 하나의 베인을 포함하고, 상기 어셈블리는, 팁이 자석을 포함하고, 케이싱이, 대향하는 팁의 자석에 의해 유도되며, 임펠러의 회전시 베인의 팁에 의해 지속되는 진동을 나타내는 전기 전압을 단자 사이에서 발생하도록 구성된 제1 전도체 및 제2 전도체를 포함하는 것을 특징으로 하며, 제1 전도체는 임펠러의 회전축을 중심으로 연장되며, 2개의 대향 단부를 포함하는 제1 중앙부를 포함하고, 제2 전도체는 상기 두 단부 사이에서 제1 중앙부에 의해 획정된 공간을 통과하는 제2 중앙부를 포함한다.
제2 관점에 따르면, 제1 관점에 따른 터빈 엔진용 어셈블리의 베인의 진동을 측정하는 방법이 제안되고, 상기 방법은,
- 케이싱에서 임펠러의 회전을 개시하는 단계,
- 케이싱과 대향하는 베인의 팁에 포함된 자석에 의해 유도되는 각각의 전기 전압을 각각의 전도체의 단자에서 측정하는 단계,
- 자석의 속도를 결정하는 단계,
- 측정된 두 전압 및 결정된 자석의 속도에 기초하여 베인의 팁에 의해 지속되는 축 방향 진동 속도를 계산하는 단계를 포함한다.
자석은 자기장을 생성한다. 회전으로 이동 가능한 임펠러는 케이싱에 대하여 회전을 개시할 때, 상기 자기장은 자석이 고정된 베인의 팁과 대향하게 위치되는 케이싱의 각각의 전도체에 전류를 유도한다. 각각의 전류는 대응하는 전도체의 단자까지 퍼지고, 상기 단자에서 나타나는 전압을 초래한다. 각 전도체의 단자에서의 전압은 베인에 의해 지속되는 진동을 특성화하는 것이 가능하다. 또한, 제안된 터빈 엔진용 어셈블리에서 2개의 전도체의 상호 배열은 두 전압을 획득하는 것이 가능하며, 상기 두 전압으로부터 베인의 팁에서 축 방향 진동 속도가 결정될 수 있다.
이에 따라, 제안된 터빈 엔진용 어셈블리는 임펠러 상에서 직접적인 측정의 제한을 극복하고, 진동을 특성화하기 위해 베인에 연결된 이동식 마커에 무거운 계기 장비를 방지하는 것이 가능하다. 계기 장비는 계측 베인의 축 방향 진동을 정량화하기 위해 상기 이동식 마커에서 최소이고(오직 하나의 자석이 베인 내에 통합됨), 케이싱(케이싱 상에 또는 케이싱 내에 2개의 전도체의 삽입)에 연결된 고정 마커에서 또한 최소이다.
제1 관점에 따른 어셈블리는 하나 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합이 이루어진 이하의 특징부에 의해 보완될 수 있다.
제1 중앙부는 임펠러의 회전축을 중심으로 자석의 경로면으로 연장될 수 있고, 제2 중앙부는 상기 경로면에 수직으로 연장될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 전도체의 단자에서 측정된 전압은 경로면 외부에서 이루어진 자석의 진동을 나타내고, 상기 전압은 회전축을 중심으로 베인의 회전 움직임에 독립적이다(베인이 임의의 진동을 받지않는 완벽한 상황에서, 자석이 중앙부의 일부와 대향할 때 전도체의 단자에서 전압은 최소가 될 것이다).
또한, 제1 중앙부는 임펠러의 회전축의 점을 중심으로 하는 원의 일부를 형성할 수 있고, 제2 중앙부는 상기 원의 한 점에서 경로면을 통과할 수 있다. 케이싱이 원통형인 임펠러와 대향하는 내부면을 구비하는 경우에, 이러한 실시예는 구현하는 것이 간단하고, 또한, 상기 실시예에서, 자석에 의해 생성된 자기장은 동일한 길이를 갖는 전도체의 중앙부의 각각의 부분에 영향을 미친다.
또한, 자석은 임펠러의 회전축에 대하여 반경 방향 축선을 따라 자기장이 생성되도록 구성될 수 있고, 생성된 자기장은 반경 방향 축선을 중심으로 등방성을 띤다. 이러한 자기장의 배열에 의해, 베인의 축 방향 진동 속도는 2개의 전도체의 각각의 단자에서 측정된 전압비에 비례한다.
일반적으로, 2개의 전도체의 단자의 전압은 낮다. 이에 따라, 증폭기의 출력부에서 측정이 수행되기 때문에, 전압 증폭기는 전도체의 단자에 연결될 수 있다.
또한, 2개의 전도체는 임펠러와 대향하는 케이싱의 내부면에 위치되는 마모성 증착부에 적어도 부분적으로 내장될 수 있고, 마모성 증착부는 상자성 또는 반자성 소재로 이루어진다. 따라서, 자석의 자기 흐름은 거의 변형되지 않고, 자석에 의해 발생되는 전체 자기 흐름은 수행되는 측정에 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터빈 엔진용 어셈블리에 대한 부분 단면도이다.
도 2a는 도 1의 어셈블리의 개략적인 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 예시된 어셈블리 부분의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 베인에 의해 지속되는 진동을 측정하는 방법 단계의 흐름도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 터빈 엔진용 어셈블리의 다른 부재와 연관된 마커를 도시한다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 터빈 엔진용 어셈블리의 부재 사이의 전자기 상호 작용을 개략적으로 도시한다.
도 2a는 도 1의 어셈블리의 개략적인 사시도이다.
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도 3은 본 발명의 실시예에 따른 베인에 의해 지속되는 진동을 측정하는 방법 단계의 흐름도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 터빈 엔진용 어셈블리의 다른 부재와 연관된 마커를 도시한다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 터빈 엔진용 어셈블리의 부재 사이의 전자기 상호 작용을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 다른 특성, 목적 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 단순히 예시적이고, 비 제한적인 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다. 모든 도면에서 유사한 부재는 동일한 도면부호로 나타낸다.
도 1을 참조하면, 터빈 엔진용 어셈블리(E)는 케이싱(1) 및 상기 케이싱(1)에 대해 회전으로 이동가능한 임펠러(2)를 포함한다.
케이싱(1)은 임펠러(2)를 수용하는 공간을 획정하는 내부면(10)을 구비한다. 상기 내부면(10)은 예컨대, 원통형이다.
임펠러(2)는 회전축(도 1의 평면에 수직하는)을 따라 연장되는 모터 샤프트(24) 상에 장착된다. 임펠러(2)는 샤프트(24) 주위에 디스크(22) 및 복수의 베인을 포함한다. 각각의 베인은 각각의 팁에 의해 종료될 때까지 디스크(22)에서 실질적으로 반경 방향으로 연장된다. 상기 방식으로, 각각의 베인의 팁은 케이싱(1)에 대해 이동가능한 임펠러(2)에 의해 차지되는 각 위치에 관계없이, 케이싱(1)의 표면 부분과 대향한다.
도면부호 20으로 표시되는 임펠러의 베인 중 적어도 하나의 베인은 팁(21)에 자석(3)을 포함한다.
자석(3)은 디스크(22)와 일체인 베인(20)과 일체로 이루어지고, 이하에서 자석(3)의 움직임은 베인(20)의 팁(21)의 움직임을 나타내는 것으로 추정된다.
자석(3)에 의해 형성되는 자기장의 토폴로지는 여러 차례 감긴 솔레노이드와 유사하고, 자석(3)을 둘러싸고, 북극에서 남극으로 배향하는 토러스를 형성한다. 자석(3)은 임펠러(2)의 회전축에 대하여 반경 방향의 자기장을 형성하도록 구성된다.
도 2a를 참조하면, 케이싱(1)은 제1 전도체(4) 및 제2 전도체(7)를 포함한다.
각각의 전도체들(4, 7)의 단자는 동일하거나 또는 다른 전압 증폭기(5)의 입력부에 연결된다.
또한, 어셈블리(E)는 전압 증폭기(들)(5)의 출력부에 측정 장치(6)를 포함한다. 측정 장치(6)는 상기 측정 장치(6)에 의해 측정된 전압 값에 관한 계산을 구현하는 수단을 포함한다.
도 2b를 참조하면, 제1 전도체(4)는 임펠러(2)의 회전축을 중심으로 턴 또는 턴의 일부를 형성하는 "중앙"부를 포함한다. 예컨대, 상기 중앙부(40)는 임펠러(2)와 대향하는 케이싱(1)의 내부면(10)에 고정된다.
중앙부(40)는 임펠러(2)의 회전축을 중심으로 다른 각 위치에 위치되는 2개의 단부(42, 42')를 포함한다.
또한, 전도체(4)는 중앙부(40)의 각각의 단부를 각각 연장하는 2개의 분기(44, 44')를 포함한다.
바람직하게, 중앙부(40)는 임펠러(2)의 회전축을 중심으로 케이싱(1)의 전체 원주에 걸쳐 연장되지 않지만, 임펠리의 회전축을 중심으로 360도 미만의 각 섹터에 의해 형성되는 원호를 형성한다. 두 단부(42, 42')는 중앙부(40)에 의해 커버되지 않는 케이싱(1)의 원주 부분의 범위를 정하고, 커버되지 않는 부분은 이하에서 "턴 개구부"로 지칭되며, 도면부호 46으로 표시된다.
분기(44, 44')들은 케이싱(1)에서 임펠러(2)의 회전축에 대하여 실질적으로 반경 방향 외부로 연장될 수 있다. 예컨대, 연장되는 단부(42)(또는 단부(42'))에서, 각각의 분기(44)(또는 분기(44'))는 중앙부(40)로 형성되되, 80도 내지 100도, 바람직하게는 90도의 각으로 형성된다.
중앙부(40) 및 상기 중앙부(40)를 연장한 분기들(44, 44')은 임펠러(2)의 회전축을 중심으로 베인(20)의 회전 중에, 자석(3)의 경로면과 일치하는 평면(도 2a 및 도 2b의 평면)으로 연장된다.
임펠러(2)가 자석(3)이 중앙부(40)의 점과 대향하도록 각 위치를 점유할 때, 베인(20)이 진동하여 중앙부(40)에 대하여 자석(3)에 의해 발생한 자기장의 상대적인 움직임은 분기들(44, 44')에 전류를 유도한다.
제2 전도체(7)는 제1 전도체(4)의 단부들(42, 42') 사이에 위치된 턴 개구부(46)을 통과하는 "중앙"부(70)를 포함한다.
상기 중앙부(70)는 제1 전도체(4)와 전기 접촉하지 않고, 임펠러(2)와 대향하는 케이싱(1)의 내부면(10)에 부착될 수 있다.
특히, 제2 전도체(4)는 자석(3)의 경로면의 점(P)을 통과하되, 상기 점(P)은 상기 단부 사이의 중간 위치와 같이, 서로 대향하는 두 단부들(42, 42') 사이에 위치된다. 상기 점(P)은 전도체(4)의 중앙부(40)로서 동일한 반경에 위치된다.
제2 전도체(7)의 중앙부(70)는 상기 제2 전도체(7)의 단자를 형성하는 두 분기들에 의한 양 단부에서 연장되어 증폭기(5)에 연결된다.
임펠러(2)가 자석(3)이 중앙부(70)의 점(P)과 대향하게 위치되도록 각 위치를 점유할 때, 자석(3)에 의해 생성되는 자기장은 상기 점(P) 부근에서 중앙부(70)의 부분에 전류를 유도한다.
바람직하게, 제2 전도체(7)의 중앙부(70)는 상기 점(P)의 부근에서 직선이고, 제1 전도체(4)가 연장되는 평면에 수직으로 배향되며, 상기 중앙부(70)는 임펠러(2)의 회전축(z)에 평행이다.
도 2a 및 도 2b의 예시된 실시예에서, 상기 점(P) 및 제1 전도체(4)의 중앙부(40)는 동일한 원의 일부를 획정하고, 상기 방식으로, 자석(3)과 중앙부(40)의 임의의 점 사이의 에어 갭 및 자석(3)과 상기 점(P) 사이의 에어 갭은 동일한 길이를 갖고, 자석(3)에 의해 생성된 자기장(B)은 전도체(4, 7)의 중앙부(40, 70)의 각각의 부분에 동일하거나 비슷한 영향을 미친다.
베인 진동을 측정하는 방법의 일반 원리
도 3은 자석(3)을 포함하는 베인(20)에 의해 지속되는 진동을 측정하는 방법 단계를 도시한다.
예비 단계(101)에서, 임펠러(2)는 회전축을 중심으로 회전된다. 상기 회전 설정은 베인(20)의 진동을 발생시킬 수 있다.
임펠러(2)의 회전축을 중심으로 베인(20)의 일 회전 주기는, 케이싱(1)에 대하여 이동 가능한 임펠러(2)의 각 위치의 각각의 범위에 대응하는 2개의 다른 위상 즉, 자석(3)이 중앙부(40)의 일부와 대향하는 위상 및 자석(3)이 두 단부(42, 42') 사이에 존재하는 턴 개구부(46)와 대향하는 위상을 포함한다.
자석(3)이 제1 전도체(4)의 중앙부(40)의 일부와 대향할 때, 중앙부(40)에 대하여 자석(3)에 의해 발생되는 자기장(B)에 대한 진동 움직임은 중앙부(40)에 제1 전류를 발생시키고, 분기(44, 44')에 의해 형성된 단자로 확산된다. 전압(U1)은 제1 전도체(4)의 두 단자 사이에서 발생된다.
유사하게, 자석(3)이 턴 개구부(46)와 대향하고, 이에 따라, 제2 전도체(7)의 중앙부(70)와 대향할 때, 중앙부(70)에 대하여 자석(3)에 의해 발생된 자기장(B)의 상대적인 진동 움직임은 중앙부(70)에 제2 전류를 유도하고, 상기 제2 전류는 제2 전도체(7)의 단자로 퍼진다. 제2 전도체(7)의 두 단자 사이에서 전압(U2)이 발생된다.
일반적으로, 전압(U1, U2)들은 매우 작고, 단계(102) 중에 증폭기(5)에 의해 증폭된다.
단계(103)에서, 측정 장치(6)는 증폭기(들)(5)에 의해 증폭된 전압(U1, U2)들을 획득한다.
단계(104)에서, 측정 장치(6)는 하나 및/또는 다른 측정 전압에 기초하여 베인(20)의 회전 속도를 결정한다.
이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 베인(20)의 회전 속도는 회전축을 중심으로 자석의 회전 기간으로부터 추론되고, 상기 기간은 측정된 전압에서 진동에 의해 나타내어진다.
단계(104)에서, 상기 측정 장치(6)는 2개의 측증된 전압에 기초하여 베인 팁에 의해 지속되는 축 방향 진동 속도를 계산한다.
전술된 두 단계 중에 자석(3)의 전자기 작용은 이하에서 설명될 것이다.
자석(3)이 중앙부(40)와
대향할
때 자석(3)의 전자기 작용
도 4를 참조하면, 고정 프레임(R)은 케이싱(1)과 연관되어 있고, 이동식 프레임(R')은 자석(3)과 연관되어 있다.
고정 프레임(R)은 중심(O), 도면부호 z로 나타낸 임펠러(2)의 회전축 및 자석(3)의 움직임을 포함하며 모터 축선에 직교하는 평면을 획정하는 x 및 y 축선에 의해 획정된다.
이동식 프레임(R')은 자석(3)의 위치를 나타내는 중심(O'), z 축선에 평행한 z' 축선, 직석(OO')에 의해 지지되는 x' 축선에 의해 획정되고, 마커(R')와 같은 축선은 직접 삼면체이다. 이동 가능한 프레임(R')은 고정 마커(R)에 대하여 각(θ)을 형성한다.
일반적으로, 마커(R')에서 점(M)의 R에서 R' 프레임의 변경 법칙은 이하의 관계가 적용된다.
도 5를 참조하면, 제1 전도체(4)의 중앙부(40)의 점은 점(M)으로 간주되고, 아래의 식으로 나타낼 수 있다.
상기 관계는, 고정 마커에서 베인(20)의 팁에 있는 자석(3)이 고정된 중앙부(40)에 대하여 이동하거나 또는 이동 가능한 마커에서 중앙부(40)가 고정된 자석(3)에 대하여 이동하는 것을 등가로 나타낸다.
고정 프레임(R)에서 움직이지 않으며 중앙부(40)에 속한 전자를 고려하면, 회전 프레임(R')의 명백한 속도는 벡터 , 즉, 거리(r+e)일 때 고정 마커에서 회전 마커의 점이 갖는 속도일 것이고, e는 자석(3)과 중앙부(40) 사이의 에어 갭을 나타내고, r은 거리(OO')를 나타낸다.
상기 점(M)이 완전히 자석(3)의 축선(O'x')에 있는 것으로 고려되면, 전자에 적용되는 로렌츠 힘의 합력(Fl)은 도 5에 도시된 바와 같이 배향될 것이다.
상기 장치는 평면(O'x'z)에서 고려될 수 있고, 자기장(B)의 성분은 x' 및 z 성분만 고려될 수 있다. 회전 프레임에서 전자의 진행 속도는, 블레이드의 반경(r) 및 자석(3)과 회전 마커에서 점(M)의 횡 좌표 사이의 에어 갭(e)을 고려하여 거리(r+e)일 때 회전 마커에서 고정 점이 갖는 것이다. 전기 모터 필드(field)는 아래와 같이 표현될 수 있다.
자석(3)이 베인(20)의 진동을 받을 때, 베인(20)의 진동 움직임에 의해 발생되는 전기 모터 필드는 아래와 같다.
중앙부(40)에서 유도된 전류는 전기 모터 필드가 y 성분에 따라 배향될 때, 즉, 전도체의 축선에 배향될 때 측정 가능하다. 따라서, 측정 성분은 아래와 같다.
또한, 자석(3)이 중앙부(40)의 평면에 포함되는 것으로 가정하는 경우에, 상기 성분은 아래와 같다.
따라서, 자석(3)이 중앙부(40)의 평면에 있는 경우, z 축선(회전 축선)을 따라 진동 거동이 측정 가능한 유도 전류를 초래할 것이다. 진동이 없는 경우, 측정 가능한 신호가 없을 것이다.
세그먼트(AB)가 자기장의 영향 하에 있을 때 전도체(4)의 단자에서 측정되는 순간적인 전압(U1)은 다음과 같은 형태로 표현된다.
lAB는 자석(3)의 영향을 받는 세그먼트(AB)의 길이, Bx'는 자석(3)에 의해 발생되는 자기장의 반경 방향 성분, VVIBZ'는 z' 축선을 따라 자석(3)의 진동 속도 성분을 나타낸다.
자석이 턴 개구부와
대향할
때 자석(3)의 전자기 작용
자석(3)이 턴 개구부(46)와 대향할 때, 전도체(4)는 자석(3)의 자기장(B)의 영향에서 벗어나지만, 제2 전도체(7)의 중앙부(70)는 상기 자기장(B) 내로 진입되고, 전압(U2)이 발생되는데, 상기 전압(U2)은 아래와 식으로 표현된다.
lCD는 자석의 영향을 받는 중앙부(70)의 세그먼트의 길이, Bx'는 자석(3)에 의해 발생되는 자기장의 반경 방향 성분, Vrot는 자석(3)의 회전 속도를 나타낸다.
베인의
회전 속도의 결정
회전축을 중심으로 임펠러(2)의 회전 움직임에 의해 상당하는 전도체(7)의 전압(U2)이 발생된다.
베인(20)의 팁(21)과 일체인 자석(3)의 회전 속도(Vrot)는, 사전에 정해진 기간 중에 제2 전도체의 단저에서 전압 시간 신호(U2)의 획득을 연속적으로 수행함으로써 단계(104) 중에 측정 장치(6)에 의해 결정될 수 있고, 상기 신호는 복수의 전압 피크를 포함하고, 각각의 전압 피크는 베인의 각각의 회전 중에 턴 개구부(46)와 대향하는 자석의 흐름에 상당하다.
이에 따라, 즉각적으로 획득된 2개의 연속적인 피크 사이의 경과 기간은 베인의 회전 기간을 나타내고, 자석(3)의 회전 속도는 두 피크 사이의 경과 기간(또는 상기 기간의 평균) 및 임펠러의 회전 축을 중심으로 자석(3)의 반경 방향 위치(OO')(도 4에 도시)에 기초하여 상기 장치(6)에 의해 계산될 수 있다.
베인의
축 방향 진동 속도의 계산
전압(U1, U2)들에 대하여 이전에 획정된 관계를 결합함으로써, 이하의 식이 얻어진다.
자석에 의해 생성된 자기장이 자석의 축을 중심으로 등방성인 경우에, 자석의 영향 하에 회전 길이는 동일하다(lAB =lCD). 이에 따라, 이하의 식이 얻어진다.
단계(104) 중에, 자석(3)(및 베인(20))에 의해 지속되는 진동 속도의 축 방향 성분은 전압(U1, U2)들을 획정하는 식을 결합한 이하의 공식에 따라 계산된다.
바람직하게, 상기 식은 하나 또는 다른 전도체(4, 7)들에서 자기장의 임의의 측정을 생략하는 것이 가능하다(이러한 양들은 전술된 식에서 제거된다).
또한, 상기 추가적인 방법은 베인의 진동에 관하여 정성적이 아닌 정량적인 정보를 얻는 것이 가능하다.
더욱 정확하게, 회전에서 자기장의 진폭을 측정하지 않고, 진동 속도의 레벨이 제1 전도체의 단자에서 측정된 전압 신호로부터 확장되는 켐벨 다이어그램에 나타난 공진 주파수와 결합되는 것이 가능하다.
베인이 엔진 순서에 의해 자극될 때(nx 회전 속도, n은 정수), 전압(U1)은 증가한다. 제안된 어셈블리는 베인이 자극될 때 전압 정보를 진동 속도로 변환하는 것이 가능하다.
소재
전도체들의 각각의 중앙부(40, 70)는 임펠러(2)와 대향하는 케이싱(1)의 내부면(10) 상에 직접 위치될 수 있다.
변형으로서, 전도체들의 각각의 중앙부(40, 70)는 케이싱(1) 내부에 위치될 수 있지만, 각각의 중앙부(40, 70)와 자석(3) 사이에 위치된 케이싱(1)의 소재의 일부는 자석(3)에 의해 발생된 자기장을 중앙부(40, 70)로 양호한 전달을 촉진시키는 것을 보장한다. 실제로 상기 소재는 1에 가까운 투자율 값을 갖기 때문에, 상기 소재의 일부는 상자성 및 반자성 소재로 이루어지는 것이 보장될 수 있다. 따라서, 자석(3)의 자기 흐름은 약간 변형되기 때문에, 자석(3)에 의해 발생되는 전체 자속 흐름이 측정에 활용될 수 있다.
예컨대, 각각의 전도체(4, 7)는 임펠러(2)와 대향하는 케이싱(1)의 내부면(10) 상에 위치된 마모성 증착부의 전체 또는 일부에 내장되고, 상기 마모성 증착부는 상자성 또는 반자성 소재로 이루어진다.
또한, 자석(3)은 800℃ 내지 850℃의 퀴리점을 갖는 알루미늄-니켈-코발트(AlNiCo)를 포함한다(퀴리점은 소재가 자발 자화를 손실하는 온도이다).
바람직하게, 증폭기(5)는 3000까지의 이득을 얻는 정전류 형 증폭기일 수 있다. 대략 밀리 볼트의 측정 가능한 볼트를 생성하기 위해 전도체(4)의 단자에서 전압을 증폭하는 것이 가능하다.
전술된 터빈 엔진용 어셈블리(E)는 축방향 휠, 원심 일펠러, 고압 터빈, 자유 터빈 등의 케이싱과 유사한 고정된 구조물에서 회전으로 이동되는 모든 블레이드 유형에 적용될 수 있다.
또한, 이러한 어셈블리(E)를 포함하는 터빈 엔진은 특히, 항공기와 같은 모든 유형의 차량에 내장될 수 있다.
Claims (10)
- 케이싱(1) 및 상기 케이싱(1)에서 회전 이동 가능한 임펠러(2)를 포함하는 터빈 엔진용 어셈블리(E)로,
임펠러(2)는 케이싱(1)과 대향하는 팁(21)을 구비하는 적어도 하나의 베인(20)을 포함하는, 어셈블리에 있어서,
팁(21)은 자석(3)을 포함하고, 케이싱(1)은 제1 전도체(4) 및 제2 전도체(7)를 포함하되, 각각의 전도체(4, 7)는 상기 전도체의 단자 사이에 임펠러 회전 시 베인(20)의 팁(21)에 의해 지속되는 진동을 나타내며, 대향 팁(21)의 자석(3)에 의해 유도되는 전압을 생성하도록 구성되고, 제1 전도체(4)는 임펠러(2)의 회전축(z)을 중심으로 연장되며, 2개의 대향 단부(42, 42')를 포함하는 제1 중앙부(40)를 포함하고, 제2 전도체(7)는 상기 두 단부(42, 42') 사이에서 제1 중앙부(40)에 획정된 턴 개구부(46)을 통과하는 제2 중앙부(70)를 포함하고,
제1 중앙부(40)는 임펠러(2)의 회전축(z)을 중심으로 자석(3)의 경로면으로 연장되며, 제2 중앙부(70)는 상기 경로면에 수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는 터빈 엔진용 어셈블리. - 제1항에 있어서,
제1 중앙부(40)는 임펠러(2)의 회전축(z)의 점을 중심으로 하는 원의 일부를 형성하고, 제2 중앙부(70)는 상기 원의 한 점에서 경로면을 통과하는 것을 특징으로 하는 터빈 엔진용 어셈블리. - 제1항에 있어서,
자석(3)은 임펠러(2)의 회전축(z)에 대하여 반경 방향 축선을 따라 자기장을 생성하도록 구성되고, 생성된 자기장은 반경 방향 축선에 대해 등방성인 것을 특징으로 하는 터빈 엔진용 어셈블리. - 제1항에 있어서,
각각의 전도체의 단자에 연결된 전압 증폭기(5)를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 엔진용 어셈블리. - 제1항에 있어서,
2개의 전도체(4, 7)들은 임펠러(2)와 대향하는 케이싱(1)의 내부면(10) 상에 위치된 마모성 증착부에 적어도 부분적으로 내장되고, 상기 마모성 증착부는 상자성 또는 반자성 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터빈 엔진용 어셈블리. - 제1항에 따른 터빈 엔진용 어셈블리(E)의 베인(20)의 진동을 측정하는 방법으로,
- 케이싱(1) 내에서 임펠러(2)의 회전을 개시하는 단계(101),
- 전도체(4, 7)들의 각각의 단자에서 케이싱(1)과 대향하는 베인(20)의 팁(21)에 포함된 자석(3)에 의해 유도된 각각의 전압을 측정하는 단계(103),
- 자석(3)의 속도를 결정하는 단계(104),
- 측정된 두 전압 및 결정된 자석(3)의 속도에 기초하여 베인(20)의 팁(21)에 의해 지속되는 축 방향 진동 속도를 계산하는 단계(105)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 측정 방법. - 제6항에 있어서,
자석(3)의 속도를 결정하는 단계(104)는,
- 제2 전도체(7)의 단자에서 전압 시간 신호를 획득하는 서브 단계이되, 상기 신호는 적어도 2개의 연속적인 피크를 갖고, 상기 피크는 임펠러(2)의 회전축(z)을 중심으로 각각의 팁(21)의 회전 중에 제2 전도체(7)와 대향하는 자석(3)의 흐름에 대응하는, 전압 시간 신호를 획득하는 서브 단계,
- 임펠러(2)의 회전축(z)에 대하여 자석(3)의 반경 방향 위치 및 상기 피크 사이의 경과 기간에 기초하여 자석(3)의 속도를 계산하는 서브 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 측정 방법. - 제6항에 있어서,
진동 속도는 제1 전도체(4)의 단자에서 측정된 전압과 제2 전도체(7)의 단자에서 측정된 전압의 비로 결정된 자석(3)의 속도를 곱함으로써 계산(105)되는 것을 특징으로 하는 진동 측정 방법. - 제6항에 있어서,
측정 단계 이전에 케이싱(1)과 대향하는 베인(20)의 팁(21)에 포함된 자석(3)에 의해 유도된 각각의 전압을 증폭(102)하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 측정 방법. - 삭제
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