DE102009019920A1

DE102009019920A1 - Method for determining axial position of blade of rotor in gas turbine of aircraft, involves comparing actual and theoretical vibration patterns, and determining vibration mode and axial position of blade based on result of comparison

Info

Publication number: DE102009019920A1
Application number: DE200910019920
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Zielinski; Gerhard Ziller
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2010-11-11

Abstract

The method involves measuring vibration of a blade (18) of a rotor (12) in a rotor operation at set of axial measuring positions. An actual vibration pattern is determined from the measurement of the vibration of the blade. The actual vibration pattern is compared with theoretical vibration patterns that are representative for different vibration modes and axial positions of the blade. The vibration mode and the axial position of the blade are determined based on a result of the comparison. An independent claim is also included for a measuring device for determining vibration of a blade of a rotor of a turbo machine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer axialen Position einer Schaufel eines Rotors, insbesondere eines Rotors einer Gasturbine, und eine Messvorrichtung zur Bestimmung von Schwingungen einer Schaufel eines Rotors einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine.The The invention relates to a method for determining an axial position a blade of a rotor, in particular a rotor of a gas turbine, and a measuring device for determining vibrations of a blade a rotor of a turbomachine, in particular a gas turbine.

Es sind Messvorrichtungen bekannt, mit Hilfe derer Schaufelschwingungen eines Rotors, insbesondere eines Flugzeugtriebwerksrotors, bestimmt werden. Auf diese Weise können beispielsweise Schwingspannungen in der Schaufel berechnet werden, wobei die Messung zur Sicherheit während des Betriebs des Triebwerks oder zur Triebwerkserprobung bei Produktion oder Instandsetzung des Triebwerks dient. Die Messvorrichtung besteht dabei aus einem Sensor, der die Schwingungsauslenkung der Schaufel an einer bestimmten axialen Position der Schaufel misst. Aufgrund von temperaturbedingten Längenänderungen des Gehäuses und/oder der Rotoren sowie aufgrund von Verformungen der Schaufel im Betrieb durch Fliehkraft und aerodynamische Last kann sich die axiale Position der Schaufel relativ zur axialen Position des Sensors verändern. Diese Veränderung der axialen Position führt zu einer Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Schaufelschwingungen, beispielsweise bei Bestimmung der Schwingungsamplitude und nachfolgenden Berechnungen, beispielsweise der Schwingspannung der Schaufel.It are known measuring devices by means of which blade vibrations a rotor, in particular an aircraft engine rotor, are determined. That way you can for example, oscillatory stresses in the blade are calculated, the measurement being for safety during operation of the engine or for engine testing during production or repair of the engine. The measuring device consists of a Sensor that determines the vibration deflection of the bucket at a particular measures the axial position of the blade. Due to temperature-related changes in length of the housing and / or the rotors and due to deformations of the blade in operation by centrifugal force and aerodynamic load, the axial position of the blade relative to the axial position of the sensor change. This change the axial position leads to an inaccuracy in the determination of the blade vibrations, for example, when determining the vibration amplitude and subsequent Calculations, for example, the vibration voltage of the blade.

Es sind Verfahren zur Bestimmung von Schwingungen einer Schaufel bekannt, bei denen eine Korrektur der axialen Position von Schaufel und Sensor mit Hilfe eines theoretischen Modells erfolgt. Des weiteren sind Messvorrichtungen bekannt, bei denen versucht wird, das Problem zu umgehen, beispielsweise durch optische Messvorrichtungen, die eine Lichtschranke bilden, deren Lichtstrahl durch die Vorderkante und Hinterkante der durchlaufenden Schaufeln abwechselnd unterbrochen und wieder freigegeben wird. Eine solche optische Messvorrichtung ragt in den Strömungskanal des Triebwerks hinein und ist bei längerem Betrieb anfällig gegenüber Verschmutzungen.It are known methods for determining vibrations of a blade, where a correction of the axial position of the blade and sensor done with the help of a theoretical model. Furthermore are Measuring devices are known in which an attempt is made to solve the problem to circumvent, for example by optical measuring devices, the one Photoelectric sensor form whose light beam through the front edge and Trailing edge of the continuous blades alternately interrupted and is released again. Such an optical measuring device protrudes into the flow channel of the engine and is prone to contamination over prolonged use.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung einer axialen Position einer Schaufel eines Rotors zu schaffen sowie eine Messvorrichtung zur Bestimmung von Schwingungen einer Schaufel eines Rotors einer Strömungsmaschine, die eine Bestimmung einer axialen Position der Schaufel ermöglicht.task The invention is a method for determining an axial To provide position of a blade of a rotor and a measuring device for determining vibrations of a blade of a rotor of a Flow machine, which allows a determination of an axial position of the blade.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Bestimmung einer axialen Position einer Schaufel eines Rotors, insbesondere eines Rotors einer Gasturbine, gelöst, mit den folgenden Verfahrensschritten. Eine Messung von Schwingungsauslenkungen der Schaufel im Rotorbetrieb wird an mehreren axialen Messpositionen durchgeführt. Ein aktuelles Auslenkungsmuster wird aus der Messung der Schwingungsauslenkungen erstellt. Das erstellte, aktuelle Auslenkungsmuster wird mit theoretischen Auslenkungsmustern verglichen, die charakteristisch für verschiedene Schwingungsformen und axiale Positionen der Schaufel sind. Die Schwingungsform und die axiale Position der Schaufel werden anhand des Vergleichsergebnisses bestimmt. Das Verfahren ermöglicht auf diese Weise sowohl die Bestimmung der axialen Position, als auch die Bestimmung der Schwingungsform mit nur einer Messung und erlaubt eine flexible Ausführung der Messvorrichtung, insbesondere in Bezug auf die Art der verwendeten Sensoren. Die axiale Position der Schaufel kann für verschiedene Berechnungen von Schaufel- und Rotoreigenschaften verwendet werden.The The object of the invention is achieved by a method for determining a axial position of a blade of a rotor, in particular a Rotor of a gas turbine, solved, with the following process steps. A measurement of vibration deflections the blade in rotor operation is at several axial measuring positions carried out. A current deflection pattern becomes the measurement of the vibration deflections created. The created, current displacement pattern becomes with theoretical displacement patterns which are characteristic of different modes of vibration and axial positions of the blade. The waveform and the axial position of the blade are based on the comparison result certainly. The procedure allows in this way both the determination of the axial position, as Also, the determination of the waveform with only one measurement and allows flexible execution the measuring device, in particular with respect to the type of used Sensors. The axial position of the blade can be different Calculations of blade and rotor properties can be used.

Die Messung der Schwingungsauslenkungen kann über eine Laufzeitmessung erfolgen.The Measurement of the vibration deflections can be done via a transit time measurement.

Vorzugsweise erfolgt die Messung der Schwingungsauslenkungen im Bereich der Schaufelspitze. Die Messung der Schwingungsauslenkungen am radial äußersten Punkt der Schaufel ermöglicht die Messung entsprechend großer Auslenkungen, wodurch die Genauigkeit der Messung verbessert wird.Preferably the measurement of the vibration deflections takes place in the area of the blade tip. The measurement of the vibration deflections at the radially outermost Point of the bucket allows the Measurement correspondingly large Deflections, which improves the accuracy of the measurement.

Die Messung der Schwingungsauslenkungen erfolgt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung an wenigstens drei axialen Messpositionen, vorzugsweise wenigstens sieben axialen Messpositionen. Auf diese Weise wird die Bestimmung der axialen Position der Schaufel verbessert und es können komplexere Schwingungsformen der Schaufel bestimmt werden, insbesondere höhere Schwingungsmoden.The Measurement of the vibration deflections takes place in a preferred embodiment of the invention at least three axial measuring positions, preferably at least seven axial measuring positions. In this way, the Determining the axial position of the blade improves and it can be more complex Vibration modes of the blade are determined, in particular higher vibration modes.

Vorzugsweise erfolgt die Messung der Schwingungsauslenkungen mittels kapazitiver oder induktiver Sensoren. Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann die Messung ferner mittels optischen Reflexionssensoren erfolgen. Auf diese Weise ist es möglich, die Sensoren im Gehäuse des Rotors anzuordnen, wodurch die Sensoren die Funktion des Rotors nicht beeinträchtigen.Preferably the measurement of the vibration deflections takes place by means of capacitive or inductive sensors. In an embodiment of the invention the measurement can also be carried out by means of optical reflection sensors. In this way it is possible the sensors in the housing to arrange the rotor, whereby the sensors the function of the rotor do not interfere.

Beim Vergleich kann ein erster Schritt, in welchem verschiedene Schwingungsformen berücksichtigt werden, und ein zweiter Schritt, in welchem verschiedene axiale Positionen der Schaufel berücksichtigt werden, vorgesehen sein. Dies ermöglicht beispielsweise einen einfachen Algorithmus zur Durchführung des Vergleichs.At the Comparison may be a first step in which different modes of vibration considered be, and a second step in which different axial Considered positions of the blade be provided. This allows for example a simple algorithm to carry out of the comparison.

Es ist möglich, dass bei der Erstellung des aktuellen Auslenkungsmusters über die Schwingungsauslenkungen aller Schaufeln des Rotors gemittelt wird. Auf diese Weise kann man auch bei kleinen Schwingungsauslenkungen und stark verrauschten Messungen die axiale Position und Schwingungsform der Schaufel bestimmen.It is possible that when creating the current displacement pattern over the fuss gungsauslenkungen of all blades of the rotor is averaged. In this way, it is possible to determine the axial position and vibration shape of the blade even with small vibration deflections and strongly noisy measurements.

Gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante ist die Bestimmung der axialen Position zur Korrektur einer Berechnung einer Schwingungsamplitude der Schaufel vorgesehen, insbesondere in einem Verfahren zur Bestimmung von Schwingspannungen der Schaufel. Somit ermöglicht die Bestimmung der axialen Position eine Verbesserung der Genauigkeit in der Bestimmung weiterer Schwingungseigenschaften der Schaufel.According to one preferred method variant is the determination of the axial position for correcting a calculation of a vibration amplitude of the blade provided, in particular in a method for determining oscillatory stresses of Shovel. Thus allows the determination of the axial position improves the accuracy in the determination of further vibration properties of the blade.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Messvorrichtung zur Bestimmung von Schwingungen einer Schaufel eines Rotors einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine, wobei im Gehäuse der Strömungsmaschine insgesamt mindestens drei Sensoren zur Schwingungsmessung an insgesamt mindestens drei verschiedenen axialen Messpositionen angeordnet sind. Eine solche Messvorrichtung ermöglicht die Messung von Schwingungsauslenkungen der Schaufel im Rotorbetrieb an mehreren axialen Messpositionen und ermöglicht die Bestimmung von verschiedenen Schwingungsformen sowie die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung der axialen Position der Schaufel.The Invention relates to this In addition, a measuring device for determining vibrations of a Shovel of a rotor of a turbomachine, in particular a gas turbine, wherein in the housing of the turbomachine in total at least three sensors for vibration measurement on a total of at least three different axial measuring positions are arranged. Such Measuring device allows the measurement of vibration deflections of the blade in rotor operation at several axial measuring positions and allows the determination of different Vibration forms and the implementation of the above-described Method for determining the axial position of the blade.

Vorzugsweise sind im Gehäuse der Strömungsmaschine insgesamt mindestens sieben Sensoren zur Schwingungsmessung an insgesamt mindestens sieben verschiedenen axialen Messpositionen angeordnet. Auf diese Weise wird ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der axialen Position ermöglicht, und es können komplexere Schwingungsmoden, insbesondere höhere Schwingungsmoden, bestimmt werden.Preferably are in the case the turbomachine a total of at least seven sensors for vibration measurement in total arranged at least seven different axial measuring positions. In this way, an improved method for determining the allows axial position, and it can more complex vibration modes, in particular higher vibration modes determined become.

Es ist möglich, dass die Sensoren jeweils eine Schwingungsauslenkung der Schaufel an einer axialen Messposition durch eine Laufzeitmessung bestimmen.It is possible, that the sensors each have a vibration deflection of the blade determine at an axial measuring position by a transit time measurement.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren so im Gehäuse der Strömungsmaschine angeordnet, dass die Sensoren nicht in einen Strömungskanal der Strömungsmaschine hineinragen und sich nicht negativ auf die Funktion der Strömungsmaschine auswirken.According to one preferred embodiment the sensors so in the housing the turbomachine arranged that the sensors are not in a flow channel of the turbomachine protrude and not negatively on the function of the turbomachine impact.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description and from the following drawings, to the reference is taken. In the drawings show:

1 eine Strömungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung; 1 a turbomachine with a measuring device according to the invention;

2 eine Draufsicht auf einen Teil eines Rotors der Strömungsmaschine gemäß 1; 2 a plan view of a portion of a rotor of the turbomachine according to 1 ;

3 eine schematische Darstellung einer Schwingung einer Schaufel des Rotors gemäß 2 mit einem aktuellen Auslenkungsmuster gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit drei axialen Messpositionen; 3 a schematic representation of a vibration of a blade of the rotor according to 2 with a current deflection pattern according to a method according to the invention with three axial measuring positions;

4 eine Schaufel des Rotors gemäß 2 bei verschiedenen axialen Positionen, sowie zugehörige theoretische Auslenkungsmuster gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit drei axialen Messpositionen; 4 a blade of the rotor according to 2 at different axial positions, as well as associated theoretical deflection pattern according to a method according to the invention with three axial measuring positions;

5 einen Vergleich des aktuellen Auslenkungsmusters gemäß 3 und der theoretischen Auslenkungsmuster gemäß 4; und 5 a comparison of the current displacement pattern according to 3 and the theoretical displacement pattern according to 4 ; and

6a bis 6c theoretische Auslenkungsmuster gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit sieben axialen Messpositionen. 6a to 6c theoretical deflection pattern according to a method according to the invention with seven axial measuring positions.

1 zeigt einen Teil einer Strömungsmaschine 10, die in der gezeigten Ausführungsform eine Gasturbine ist. Ein Rotor 12 ist um eine Achse 14 drehbar in einem Gehäuse 16 angeordnet. In einem Strömungskanal zwischen dem Gehäuse 16 und dem Rotorgrundkörper des Rotors 12 sind mehrere Laufschaufeln 18 am Rotor 12 angeordnet. 1 shows a part of a turbomachine 10 which is a gas turbine in the embodiment shown. A rotor 12 is about an axis 14 rotatable in a housing 16 arranged. In a flow channel between the housing 16 and the rotor body of the rotor 12 are several blades 18 on the rotor 12 arranged.

Im Bereich der Schaufelspitzen der Schaufeln 18 ist eine Messvorrichtung 20 vorgesehen. Die Messvorrichtung 20 besteht aus drei kapazitiven Sensoren, die an drei verschiedenen axialen Messpositionen 22, 24, 26 angeordnet sind (vgl. 3). Es können auch mehr als drei Sensoren vorgesehen sein, insbesondere können weitere Sensoren an verschiedenen Messpositionen in Umfangsrichtung oder an weiteren axialen Messpositionen vorgesehen sein. Insbesondere sind die Sensoren der Messvorrichtung 20 an sieben verschiedenen axialen Messpositionen positioniert.In the area of the blade tips of the blades 18 is a measuring device 20 intended. The measuring device 20 consists of three capacitive sensors operating at three different axial measuring positions 22 . 24 . 26 are arranged (see. 3 ). It is also possible to provide more than three sensors; in particular, additional sensors can be provided at different measuring positions in the circumferential direction or at further axial measuring positions. In particular, the sensors of the measuring device 20 positioned at seven different axial measuring positions.

Die Sensoren der Messvorrichtung 20 sind im Gehäuse 16 angeordnet, so dass sie in das Gehäuse 16 integriert sind und nicht in den Strömungskanal der Strömungsmaschine 10 hineinragen.The sensors of the measuring device 20 are in the case 16 arranged so that they are in the housing 16 are integrated and not in the flow channel of the turbomachine 10 protrude.

Die Sensoren sind darauf ausgerichtet, eine Laufzeitmessung der Schaufeln 18 zu ermöglichen und somit eine Schwingungsauslenkung der Schaufeln 18 zu messen.The sensors are designed for this purpose, a transit time measurement of the blades 18 to allow and thus a vibration deflection of the blades 18 to eat.

2 zeigt eine Detailansicht des Rotors 12 mit mehreren Schaufeln 18 in einer Draufsicht aus radialer Richtung. Ein Verfahren zur Bestimmung der axialen Position der Schaufeln 18 des Rotors 12 wird im Folgenden anhand einer der in 2 gezeigten Schaufeln 18 erläutert. 2 shows a detailed view of the rotor 12 with several blades 18 in a plan view from the radial direction. A method for determining the axial position of the blades 18 of the rotor 12 becomes in the following one of the in 2 shown blades 18 explained.

3 zeigt eine schematische Ansicht der Schaufel 18 bei einer aktuellen Schwingung mit der durchgezogenen Linie und in der Grundposition der Schaufel 18 in der gestrichelten Linie. 3 shows a schematic view of the blade 18 in a current vibration with the solid line and in the basic position of the blade 18 in the dotted line.

Die punktierten Linien entsprechen einer ersten, vorderen axialen Messposition 22, einer zweiten, mittleren axialen Messposition 24 und einer dritten, hinteren axialen Messposition 26 der Sensoren der Messvorrichtung 20. Die Schwingungsauslenkungen der Schaufel 18 an den drei axialen Messpositionen 22, 24, 26 werden durch die Sensoren der Messvorrrichtung 20 gemessen und sind durch die Pfeile 28 dargestellt.The dotted lines correspond to a first, front axial measuring position 22 , a second, middle axial measuring position 24 and a third, rear axial measurement position 26 the sensors of the measuring device 20 , The vibration deflections of the blade 18 at the three axial measuring positions 22 . 24 . 26 be through the sensors of the measuring device 20 measured and are by the arrows 28 shown.

Anhand der Messung der Schwingungsauslenkungen der Schaufel 18 wird ein aktuelles Auslenkungsmuster 30 erstellt, welches im unteren Bereich von 3 gezeigt ist. Das aktuelle Auslenkungsmuster 30 enthält die Schwingungsauslenkungen der Schaufel 18, welche als Quadrate 32 dargestellt sind, mit den zugehörigen axialen Messpositionen 22, 24, 26. Die Pfeile 28 sind nur zur Veranschaulichung der Schwingungsauslenkungen in das aktuelle Auslenkungsmuster 30 eingetragen.Based on the measurement of the vibration deflections of the blade 18 becomes a current displacement pattern 30 created at the bottom of 3 is shown. The current displacement pattern 30 contains the vibration deflections of the blade 18 , which as squares 32 are shown, with the associated axial measuring positions 22 . 24 . 26 , The arrows 28 are only illustrative of the vibration deflections in the current displacement pattern 30 entered.

In einem folgenden Verfahrensschritt werden die aktuellen Auslenkungsmuster 30 mit zuvor bestimmten, theoretischen Auslenkungsmustern 34 verglichen.In a subsequent process step, the current deflection patterns 30 with previously determined, theoretical displacement patterns 34 compared.

Die Bestimmung der theoretischen Auslenkungsmuster 34 wird anhand von 4 erläutert. Aufgrund von temperaturbedingten Längenänderungen des Rotors 12 und/oder des Gehäuses 16 oder durch Fliehkraft und aerodynamische Last, durch welche die Schaufeln 18 im Betrieb der Strömungsmaschine 10 verformt werden, kann sich die axiale Position der Sensoren der Messvorrichtung 20 im Gehäuse 16 relativ zur Schaufel 18 des Rotors 12 verändern. In 4 sind drei verschiedene axiale Positionen der Schaufel 18 mit durchgezogener, punktierter und gestrichelter Linie gezeigt.The determination of the theoretical displacement pattern 34 is determined by 4 explained. Due to temperature-induced changes in length of the rotor 12 and / or the housing 16 or by centrifugal force and aerodynamic load through which the blades 18 during operation of the turbomachine 10 can be deformed, the axial position of the sensors of the measuring device 20 in the case 16 relative to the blade 18 of the rotor 12 change. In 4 are three different axial positions of the blade 18 shown with a solid, dotted and dashed line.

Eine theoretische Berechnung der Schwingungsform der Schaufel 18 liefert eine Funktion 36 der Schwingungsauslenkung der Schaufel 18 in Abhängigkeit von der axialen Erstreckung der Schaufel 18. Eine Verschiebung der axialen Position der Schaufel 18 entspricht im Wesentlichen einer Verschiebung der Funktion 36 in Richtung der Ordinate.A theoretical calculation of the vibration shape of the blade 18 delivers a function 36 the vibration deflection of the blade 18 depending on the axial extent of the blade 18 , A shift in the axial position of the blade 18 essentially corresponds to a shift in the function 36 in the direction of the ordinate.

Im theoretischen Auslenkungsmuster 34 in 4 sind drei Funktionen 36 für eine Schwingungsform der Schaufel 18 bei drei verschiedenen axialen Positionen der Schaufel 18 gezeigt. Die Funktionen 36 sind entsprechend zu den drei verschiedenen axialen Positionen der Schaufel 18 mit durchgezogener, punktierter und gestrichelter Linie gezeigt.In the theoretical displacement pattern 34 in 4 are three functions 36 for a waveform of the blade 18 at three different axial positions of the blade 18 shown. The functions 36 are corresponding to the three different axial positions of the blade 18 shown with a solid, dotted and dashed line.

Die theoretischen Auslenkungsmuster 34 ergeben sich an den Schnittpunkten der Funktionen 36 mit den axialen Messpositionen 22, 24, 26. Die theoretischen Auslenkungsmuster 34 sind somit jeweils drei Schwingungsauslenkungen an den drei axialen Messpositionen 22, 24, 26 zugeordnet, welche in 4 durch zwei verschiedene Dreiecke und Rauten gezeigt sind.The theoretical displacement pattern 34 arise at the intersections of the functions 36 with the axial measuring positions 22 . 24 . 26 , The theoretical displacement pattern 34 are thus each three vibration deflections at the three axial measuring positions 22 . 24 . 26 assigned, which in 4 are shown by two different triangles and diamonds.

Der Vergleich des aktuellen Auslenkungsmusters 30 mit den theoretischen Auslenkungsmustern 34 ist in 5 gezeigt. Wie dort gut zu erkennen ist, erhält man die beste Übereinstimmung des aktuellen Auslenkungsmusters 30, welches mit den großen Quadraten gezeigt ist, mit demjenigen theoretischen Auslenkungsmuster 34, welches mit den Rauten gezeigt ist. Durch diese Übereinstimmung kann die axiale Position der Schaufel 18 bestimmt werden und entspricht in diesem Fall der in 4 mit durchgezogener Linie gezeigten axialen Position der Schaufel 18.The comparison of the current displacement pattern 30 with the theoretical displacement patterns 34 is in 5 shown. As can be clearly seen there, one obtains the best match of the current displacement pattern 30 , which is shown with the large squares, with that theoretical displacement pattern 34 which is shown with the diamonds. By this agreement, the axial position of the blade 18 be determined and corresponds in this case the in 4 shown in solid line axial position of the blade 18 ,

Der Vergleich des aktuellen Auslenkungsmuster 30 mit den theoretischen Auslenkungsmustern 34 wird in zwei Schritten durchgeführt. Das aktuelle Auslenkungsmuster 30 lässt eine Vermutung auf die Schwingungsform der Schaufel 18 zu, da die Schwingungsform mindestens jeweils einen Knotenpunkt zwischen der ersten axialen Messposition 22 und der zweiten axialen Messposition 24 sowie zwischen der zweiten axialen Messposition 24 und der dritten axialen Messposition 26 aufweist. Je mehr axiale Messpositionen vorgesehen sind, desto einfacher ist die Bestimmung der Schwingungsform.The comparison of the current displacement pattern 30 with the theoretical displacement patterns 34 is done in two steps. The current displacement pattern 30 leaves a guess on the waveform of the blade 18 to, since the vibration form at least one node in each case between the first axial measuring position 22 and the second axial measuring position 24 and between the second axial measuring position 24 and the third axial measuring position 26 having. The more axial measuring positions are provided, the simpler the determination of the waveform.

In einem zweiten Schritt wird die axiale Position für die gewählte Schwingungsform variiert und diejenige axiale Position gewählt, bei denen das aktuelle Auslenkungsmuster 30 mit dem theoretischen Auslenkungsmuster 34 am besten übereinstimmt.In a second step, the axial position for the selected waveform is varied and that axial position is selected, in which the current deflection pattern 30 with the theoretical displacement pattern 34 best matches.

Die theoretischen Auslenkungsmuster 34 können auf einer Schwingungsform basieren, die durch das aktuelle Auslenkungsmuster 30 nahegelegt wird, beispielsweise aufgrund der Anzahl der Knotenpunkte der Schwingung. Es können aber auch alle bekannten Schwingungsformen der Schaufel 18 mit jeweils entsprechender Variierung ihrer axialen Position berücksichtigt werden.The theoretical displacement pattern 34 can be based on a waveform that is determined by the current displacement pattern 30 is suggested, for example, based on the number of nodes of the oscillation. But it can also all known forms of vibration of the blade 18 be taken into account with each corresponding variation of their axial position.

Vorteilhafterweise erfolgt der Vergleich des aktuellen Auslenkungsmusters 30 mit den theoretischen Auslenkungsmustern 34 in einer Steuerung, in der die theoretischen Auslenkungsmuster 34 abgelegt sind. Die Steuerung kann auch die Erstellung der theoretischen Auslenkungsmuster 34 übernehmen.Advantageously, the comparison of the current displacement pattern is performed 30 with the theoretical displacement patterns 34 in a control in which the theoretical displacement patterns 34 are stored. The controller can also create the theoretical displacement pattern 34 take.

Die Messung der Schwingungsauslenkungen der Schaufel 18 durch die Messvorrichtung 20 ermöglicht auf diese Weise gleichzeitig die Bestimmung der Schwingungsform und die Bestimmung der axialen Position der Schaufel 18. Mit diesen Informationen kann die Schwingungsamplitude der Schaufel 18 genauer berechnet werden, wodurch beispielsweise eine Berechnung von Schwingungsspannungen der Schaufel 18 verbessert wird.The measurement of the vibration deflections of the blade 18 through the measuring device 20 allows in this way at the same time the determination of the waveform and the determination of the axial position of the blade 18 , With this information, the vibration amplitude of the blade 18 be calculated more accurately, whereby, for example, a calculation of vibration voltages of the blade 18 is improved.

Die 6a, 6b und 6c zeigen verschiedene Schwingungsformen der Schaufel 18 für jeweils eine axiale Position der Schaufel 18. Es sind jeweils eine Funktion 36 der Schwingungsauslenkungen in Abhängigkeit von der axialen Erstreckung der Schaufel 18 und die zugehörigen theoretischen Auslenkungsmuster 34 (Rauten) gezeigt.The 6a . 6b and 6c show different forms of vibration of the blade 18 for each axial position of the blade 18 , There are each a function 36 the vibration deflections as a function of the axial extent of the blade 18 and the associated theoretical displacement patterns 34 (Diamonds) shown.

Für die theoretischen Auslenkungsmuster 34 sind dabei jeweils sieben Messpositionen vorgegeben. Die Schwingungsform in 6a entspricht einer Schwingungsmode mit zwei Knotenpunkten, die Schwingungsform in 6b entspricht einer Schwingungsmode mit einem Knotenpunkt, und 6c zeigt eine Schwingungsform einer Schwingungsmode ohne Knotenpunkt.For the theoretical displacement pattern 34 in each case seven measuring positions are given. The waveform in 6a corresponds to a vibration mode with two nodes, the waveform in 6b corresponds to a vibration mode with a node, and 6c shows a waveform of a vibration mode without node.

Das Verfahren zur Bestimmung der axialen Position der Schaufel 18 funktioniert besonders gut bei Schwingungsmoden mit einer starken, nicht-linearen Änderung der Schwingungsauslenkungen in Abhängigkeit der axialen Erstreckung der Schaufel 18, wie sie in den Schwingungsformen von 6a und 6b gezeigt ist.The method for determining the axial position of the blade 18 works particularly well in vibration modes with a strong, non-linear change in vibration deflections depending on the axial extent of the blade 18 as they are in the vibration modes of 6a and 6b is shown.

1010: Strömungsmaschineflow machine
1212: Rotorrotor
1414: Achseaxis
1616: Gehäusecasing
1818: Schaufelshovel
2020: Messvorrichtungmeasuring device
2222: erste axiale Messpositionfirst axial measuring position
2424: zweite axiale Messpositionsecond axial measuring position
2626: dritte axiale Messpositionthird axial measuring position
2828: Pfeilarrow
3030: aktuelles AuslenkungsmusterCurrent displacement pattern
3232: Quadratsquare
3434: theoretisches Auslenkungsmustertheoretical displacement pattern
3636: Funktionfunction

Claims

Method for determining an axial position of a blade ( 18 ) of a rotor ( 12 ), in particular a rotor of a gas turbine, characterized by the method steps: - Measurement of vibration deflections of the blade ( 18 ) in rotor operation at a plurality of axial measuring positions ( 22 . 24 . 26 ); - Create a current displacement pattern ( 30 ) from the measurement of the vibration deflections; - Compare the created, current displacement pattern ( 30 ) with theoretical displacement patterns ( 34 ) characteristic of different vibration modes and axial positions of the blade ( 18 ) are; Determining the vibration shape and the axial position of the blade ( 18 ) based on the comparison result.

Method according to claim 1, characterized in that that the measurement of the vibration deflections takes place via a transit time measurement.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the measurement of the vibration deflections in Area of the blade tip takes place.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement of the vibration deflections at at least three axial measuring positions ( 22 . 24 . 26 ), preferably at least seven axial measuring positions ( 22 . 24 . 26 ), he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the measurement of the vibration deflections means capacitive sensors, inductive sensors and / or optical reflection sensors he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in the comparison, a first step, in which different forms of vibration are taken into account, and a second step, in which different axial positions of the blade ( 18 ) are provided.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the creation of the current deflection pattern ( 30 ) about the vibration deflections of all blades ( 18 ) of the rotor ( 12 ) is averaged.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the axial position for correcting a calculation of a vibration amplitude of the blade ( 18 ) is provided, in particular in a method for determining oscillating stresses of the blade ( 18 ).

Measuring device ( 20 ) for determining vibrations of a blade ( 18 ) of a rotor ( 12 ) of a turbomachine ( 10 ), in particular a gas turbine, wherein in the housing ( 16 ) the flow machine ( 10 ) at least three sensors for vibration measurement at a total of at least three different axial measuring positions ( 22 . 24 . 26 ) are arranged.

Measuring device according to claim 9, characterized in that in the housing ( 16 ) of the turbomachine ( 10 ) a total of at least seven sensors for vibration measurement at a total of at least seven different axial measurement positions ( 22 . 24 . 26 ) are arranged.

Measuring device according to claim 9 or 10, characterized characterized in that the sensors are capacitive sensors, inductive Sensors and / or optical reflection sensors are.

Measuring device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the sensors each have a vibration deflection of the blade ( 18 ) at an axial measuring position ( 22 . 24 . 26 ) by a transit time measurement.

Measuring device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the sensors in the housing ( 16 ) of the turbomachine ( 10 ) are arranged so that the sensors are not in a flow channel of the turbomachine ( 10 protrude).