タービン・ターボチャージャ ブレード先端タイミング及びクリアランス計測

タービン・ターボチャージャ
ブレード先端タイミング及びクリアランス計測
直径 5cm∼4m
Hood Technology Corp.
Hood River, OR. USA
日本代理店
三協インタナショナル㈱
東京本社TEL 03‐3662‐8100 大阪TEL 06‐6372‐5843 名古屋TEL 052‐709‐1781
Hood Tech社 会社概要
・1993年設立
・von Flotow：1984年スタンフォード大学より
博士号取得、
マサチューセッツ工科大学
航空宇宙工学準教授
・Mercadal ：1990年マサチューセッツ工科
大学より博士号取得
・従業員 : 18名
・力学と制御
・製品：STACIS、ATMA、MH53、ALTICAM
SUPERWEDGE
・ターボ機械ロータおよび翼の力学および測定
・製品：NSMS：THE HOOD KIT
・特許：約25件
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ターボ機械翼振動モニタ：
1998年∼現在
事業拡大の基盤
・試験システム（世界中で20のシステムをサポート）
・試験サービス（年間約30件）
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Hood Techのデータフロー
エンジン室に電源不要
ケーブルの長さが数百メートル
3チャンネル
BVSI ボード
システム構成（3∼30チャンネル）
3内部チャンネル
/スロット。
30-チャンネル
システムがアッセ
ンブルされていま
す。
3チャンネルのプリアンプ（容量型、渦電流、
またはオプティカル）
プリアンプ1台につき3つのセンサ（容量型、
渦電流、またはオプティカル式）
PCIまたはPXIコンピュータ、取得ソフトウェア、
1スロットあたり3つの内部カウンタ／タイマ
取得ソフトウェア
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一般的な試験結果
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翼同期振動
翼非同期振動
ロータの変形（LCF亀裂）
翼の変形（HCF亀裂）
異物損傷（FOD）
ロータ力学
スプールのねじれ
サージ
軸方向のスプール力学
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実績の概要
・ガス温度：最大1050℃
・ロータ速度：最大20万rpm
・リム速度：最大800m／秒
・直径：5cm∼4m
・たわみ：3μm∼2cm
・翼数：最大100万翼／秒
・マルチスプール：あり
・チャンネル数：1データシステムあたり
30チャンネル
真空スピンチャンバー、ガスタービン、
蒸気タービン、ターボチャージャー
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最小：直径5cmのタービン
オプティカルスポットプローブ
温度＝650℃（ディーゼル排気）
20万RPM
3μmと10μmの同期共振
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直径12cmの軸流圧縮機
オプティカルスポットセンサ
温度＝600℃
104 EOの同期共振
4μmの振動振幅
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多数の軸流圧縮機
・オプティカルスポットプローブ
・渦電流プローブ
・オプティカルラインプローブ
・同期、各種EO
・250μm未満の非同期フラッタ
・温度：最大650℃
高圧遠心圧縮機
数台の高圧タービン
・オプティカルスポット
プローブ
・渦電流プローブ（冷却）
・光学ラインプローブ
・同期
・100μm未満
・ガス温度1050℃
・センサ温度450∼800℃
・軸方向オプティカルスポット
プローブ
・同期、高EO
・通常値25μm
・温度：600℃
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1stステージファン：直径35cm∼115cm
線形および非線形解析とのモード形状比較
複数のエッジ位置および緩衝器での測定
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200MWeガスタービン
・渦電流プローブ
・オプティカルスポットプローブ
・非同期：6NDフラッタ、
250μmの振動振幅
・25μmの同期共振、各オーダー
傾斜プローブホルダ
により先端部へのア
クセスが可能
直立プローブホルダ
により後端部へのア
クセスが可能
中間翼弦も同様
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直径2m∼4mのLP蒸気タービン
オプティカルおよび渦電流プローブ
軸方向および円周方向モードファミリー
起動時の同期共振
・軸方向（75μm）
・円周方向（150μm）
非同期の定常状態振動
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ピーク電圧からの先端クリアランス
（アナログセンサ）
パルス振幅は先端クリアランスに敏感
アナログセンサ：
・容量式
・渦電流
・マイクロ波
パルス振幅が先端ク
リアラスを示します。
このようなセンサの校正は常に困
難が伴う。
Hood Techはエンジン内校正技
術を開発しました。
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容量式：AC/DC
AC容量センサの例
・14,700rpmのF405Adour
ファンステージで使用
・信号：
‐ゼロ交差での勾配： 0.2 V/μs
‐ノイズ： 0.35 Vpp
‐タイミング精度： 1.75μs
‐分解能（22インチファン）：
27.5 mil
・DC：汚れや油に不適、イオン化の影響を受けやすい、
高温時に低周波ノイズ
・AC：汚れや油に不適、高温に対応、ただし先端タイミングには
ノイズが大きすぎる。
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ACおよびDC渦電流センサ
F405 Adourファンステージ@14,700 RPM
GDATS：15MHz励起
Hood Technology：永久磁石
ゼロ交差での勾配：0.6∼0.8V/μs
ノイズ（内部）：10mV∼70mVpp
タイミング精度：10ns∼120ns
分解能（22インチファン）：0.17∼2.2mils
ゼロ交差での勾配：0.5V/μs
ノイズ（内部）：2mV∼5mVpp
タイミング精度：4ns∼10ns
分解能（22インチファン）：0.06∼0.17mils
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Hoodの先端タイミングデータシステムが
ピーク電圧を取得
・ピーク電圧は先端クリアランス（アナログセンサ用）を示す。
・取得する情報は1翼あたり32ビット：高速A/D取得、データ再構築は不要。
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オプティカル先端クリアランスセンサ
(パルスタイミング）
円錐角：20°
先に検知するセンサ
次に検知するセンサ
飛行時間（翼通過時間）は先端
クリアランスに校正
15μm分解能（80MHzクロック）
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オプティカル先端クリアランスセンサ
HPタービンのデータ：5μmの再現性（10回転平均）
校正リグを除き精度は実証できず。
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オプティカル先端クリアランスセンサ
先端クリアランス
測定再現性
先端クリアランス翼
1∼11
2連続スラム
オプティカルクリアランス
センサ
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今後望まれる技術：
・センサの改善
○ 長期の使用寿命
○ 設置がより簡単（小型化）
○ より長いレンジ
○ 低コスト化
○ 1回転あたり（1センサあたり）でより多くのサンプル
○ （先端クリアランスの）校正の簡易化
・データシステム
○ 飛行試験データシステム（間に合わせのケースが頻繁すぎる）
○ これまで以上に自主的なデータ整理
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