Meßtechnik für Messungen an Maschinenstrukturen in schneller Bewegung

Produktbeschreibung

Die vorliegende Arbeit systematisiert den technischen Aufwand für telemetrische Messungen an bewegten Maschinenteilen. Schwerpunkt ist der Teil einer Meßkette, der wegen der Relativbewegung der Maschinenteile zueinander zusätzlich entsteht. Die technische Realisierung notwendiger Trennstellen muß den Hilfsenergietransport zur Meßstelle hin sowie den Meßwerttransfer in entgegengesetzte Richtung entlang der Meßkette gewährleisten. Dabei sind im Übertragungsbereich ablaufende Bewegungen, die Übertragung von Hilfsenergie und Meßdaten sowie Positionen erforderlicher Trennstellen in der Meßkette maßgebliche Kriterien für die Lösung der Meßaufgaben. Dieser Systematisierung folgend, präsentiert die Arbeit ausgewählte Ergebnisse von Meßaufbauten für Entwicklungsarbeiten an thermischen Energiemaschinen – vornehmlich für Sekundärluftsysteme von Gasturbinen. Die mit unterschiedlicher Auflösung telemetrisch bereitzustellenden Meßdaten werden für relevante Größen wie Druck, Schalldruck, Temperatur, Wärmeübergang nebst Strömungsgeschwindigkeiten und Stoffaustausch ausgewertet.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort ……………….. III
Inhaltsverzeichnis………… V
Kurzfassung ……………. VII
Abstract………………..VIII
1 Motivation und Abgrenzung………… 1
2 Einführung …………………….. 2
2.1 Grundaufbau einer Meßkette……… 3
2.2 Übergang zur Messung an bewegten Maschinenteilen ………… 4
2.3 Begriff Telemetrie…………….. 5
3 Systematisierung ……………….. 7
3.1 Bewegung und Übertragung……….. 9
3.1.1 Bewegung……………………. 9
3.1.2 Übertragung………………… 12
3.2 Anordnung der Trennstelle……… 17
3.2.1 Meßeffekt im bewegten System ….. 18
3.2.2 Passive Technik ……………… 19
3.2.3 Aktive analoge Technik………… 21
3.2.4 Digitalisierung in der Trennstelle …… 23
3.2.5 Aktive digitale Technik …………….. 24
3.2.6 Digitale Technik mit Zwischenspeicher … 26
3.3 Weitere Aspekte ……………………… 28
3.3.1 Meßaufgabe und -verfahren……………. 28
3.3.2 Belastung …………………………. 29
3.3.3 Aufbau ……………………………. 30
3.4 Realisierung von Meßaufbauten an bewegten Maschinenteilen…… 31
3.5 Zusammenfassung ……………………… 34
4 Meßeffekt und passive Technik im bewegten System…………….. 35
4.1 Messungen mit 2D-LDA in einer rotierenden Kammer…………… 37
4.1.1 Meßaufbau und Auswertung………………………………. 37
4.1.2 Ergebnisse für drallarme axiale Zuströmung zu K2, radiale Ausströmung K1 …… 40
4.1.3 Ergebnisse für radiale Zuströmung Kammer 1 und axiale Ausströmung Kammer 2 …. 46
4.1.4 Zusammenfassung ……………………. 48
4.2 Wandtemperatur einer rotierenden Kammer gemessen anhand der Farbreaktion von Flüssigkristallen… 49
4.2.1 Meßaufbau………………………….. 49
4.2.2 Auswertung…………………………. 50
4.2.3 Auswertung instationärer Effekte …….. 54
4.2.4 Ergebnis und Zusammenfassung ………… 56
4.3 Bestimmung der Luftwechselzahl in einer rotierenden Kammer unter Verwendung von Zigarettenrauch… 57
4.3.1 Meßaufbau………………….. 58
4.3.2 Luftwechselzahl…………….. 59
4.3.3 Auswertung…………………. 60
4.3.4 Ergebnis und Zusammenfassung … 62
4.4 Einordnung…………………… 65
5 Messungen mit Telemetriesystem…… 67
5.1 Prinzipieller Aufbau eines digitalen Telemetriesystems……… 67
5.2 Kalibrierung der Druckmeßtechnik…………………………. 69
5.2.1 Druckzuleitung zum Sensor unter Fliehkrafteinfluß………… 69
5.2.2 Drucksensormembran im Fliehkraftfeld……………………. 71
5.2.3 Rotierende Drucksensorkalibrierung …………………….. 72
5.2.4 Zusammenfassung ……………………………………… 73
5.3 Strömung in rotierender radial durchströmter Kammer ……….. 74
5.3.1 Kernrotationsverhältnis β …………………………….. 74
5.3.2 Eindimensionales Modell ………………………………. 76
5.3.3 Experimentelle Untersuchungen zum Kernrotationsverhältnis β …. 80
5.3.4 Ergebnis………………….. 82
5.3.5 Wertung ………………….. 86
5.3.6 Zusammenfassung …………… 86
5.4 Einordnung………………….. 87
6 Messungen mit komplexem Telemetriesystem …………. 88
6.1 Prinzipieller Aufbau eines digitalen Telemetriesystems mit Zwischenspeicher …… 88
6.2 Akustische Messungen im rotierenden Ringraum ………………………………. 90
6.3 Wärmeübergangskoeffizientensensor für telemetrische Anwendungen………………. 96
6.3.1 Literatursicht………………………………………………………… 96
6.3.2 Anordnung zur Messung von Wärmeübergangskoeffizienten……………………… 99
6.3.3 Erprobung an längsangeströmter Platte ………………………………….. 102
6.3.4 Auswertung……………………………….. 104
6.3.5 Ergebnis…………………………………. 106
6.4 Rotierende Scheibe………………………….. 107
6.4.1 Instrumentierung………………………….. 107
6.4.2 Kalibrierung in der Längsplatte ……………. 109
6.4.3 Messungen an der freien Scheibe ……………. 110
6.4.4 Messungen am offenen Rotor-Stator-System ……. 114
6.4.5 Ergebnis…………………………………. 116
6.5 Einordnung…………………………………. 117
7 Zusammenfassung………………………………. 118
Literaturverzeichnis……………………………. 121
Zitierte, vom Autor betreute akademische Abschlußarbeiten…….. 126
Zitierte Berichte………………………………. 126
Veröffentlichungen mit eigener Beteiligung………… 127

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit systematisiert den technischen Aufwand für telemetrische Messungen an bewegten Maschinenteilen. Schwerpunkt ist der Teil einer Meßkette, der wegen der Relativbewegung der Maschinenteile zueinander zusätzlich entsteht. Die technische Realisierung notwendiger Trennstellen muß den Hilfsenergietransport zur Meßstelle hin sowie den Meßwerttransfer in entgegengesetzte Richtung entlang der Meßkette gewährleisten. Dabei sind im Übertragungsbereich ablaufende Bewegungen, die Übertragung von Hilfsenergie und Meßdaten sowie Positionen erforderlicher Trennstellen in der Meßkette maßgebliche Kriterien für die Lösung der Meßaufgaben. Dieser Systematisierung folgend, präsentiert die Arbeit ausgewählte Ergebnisse von Meßaufbauten für Entwicklungsarbeiten an thermischen Energiemaschinen – vornehmlich für Sekundärluftsysteme von Gasturbinen. Die mit unterschiedlicher Auflösung telemetrisch bereitzustellenden Meß- daten werden für relevante Größen wie Druck, Schalldruck, Temperatur, Wärmeübergang nebst Strömungsgeschwindigkeiten und Stoffaustausch ausgewertet.

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