Värmekamera – termografi
Termografering av skovlar är en rakt-på-sak-metod som används under utvecklingsarbete och vid underhåll.
Turbinens hölje har färdiga hål där man kan stoppa in en värmekamera med lång optisk ledare och titta direkt på skovlarna. Kameran sitter inte monterad på maskinen under drift, utan bara vid underhållsarbete.
Bilden visar den termiska profilen på mitten och kanten av en skovel i en SGT-750 när turbinen matar ut 38 MW. Skalan är i celsiusgrader. Man kan se temperaturen både i punkter och på ett område. Det är ett snabbt sätt att få ut mycket mätdata. Metoden kan också användas vid felsökning, för att se om skovlarna arbetar under högre temperaturer än det gängse. De blå områdena kyls med 480-gradig komprimerad luft, men utblåshålen i skovelns kant i det mörkblå området syns inte på termobilden.
Termofärg
En mera udda metod är att måla objektet med termofärg, som byter kulör efter den högsta temperatur den utsatts för. Färgen stör inte gasströmmen alls, men den är inte så noggrann, utan kan slå fel på +/– 25 grader. För att termofärg ska fungera korrekt krävs det att den kalibreras mot ett termoelement vid varje mätning.
Termokristaller
Det mest exotiska sättet att mäta temperatur är med termokristaller. De kräver ingen elektrisk anslutning och tål hur hög acceleration som helst.
Man köper bestrålade kiselkarbidskivor från Ryssland, slår sönder kiselskivorna i smulor, små som sandkorn, stoppar smulorna i de vita keramiska rören på bilden och försluter. Därefter kör man turbinen i en viss driftprofil i en viss tid, varvid den höga temperaturen förändrar kiselkarbidens atomstruktur. Förändringen blir kvar permanent. Efteråt använder man tandläkarverktyg, slipar fram sandkornen och skickar tillbaka dem till experter utomlands för analys.
När man neutronbestrålar kiselkarbid särar atomlagren på sig. När man sedan värmer kristallen kryper atomlagren närmare varandra igen. Genom att med röntgenkristallografi mäta hur nära varandra atomlagren ligger, kan man avgöra hur hög temperatur kristallen varit utsatt för, eftersom man alltid kör turbinen efter samma bestämda driftmönster.
Läs också: Uppkopplad på 10 000 meter – så funkar wifi på flygplan
Balansering, tip timing och axialspel
Vid höga varvtal är turbinbladen inte stela längre, utan ormar sig och vinglar eftersom de både är mekaniskt veka, har egenfrekvenser och sitter löst i skivorna. I bilden ovan roteras kompressorn i en balanseringsbänk och de åtta lasersensorerna mäter exakt när en skovel passerar. Det kallas tip timing och anger hur skovlarna svänger i olika riktningar under rotation.
Det händer en del olika saker i maskinen när den värms upp. Alla delar utvidgas och skivorna ökar i diameter och axiellt och det gäller att kunna mäta hur mycket delarna utvidgas och kommer närmare varandra. Det kritiska är turbinens skivor och ledskenor. Kommer de för nära varandra skär turbinen ihop. Avstånden mäts med kapacitiva givare.
Statiskt tryck
Det är enklast att leda ut trycket ur turbinens olika delar med slangar och mäta dem externt med tryckgivare. Denna bild av en mätrack visar en liten del av de 600 mätpunkter för tryck som tas ut.
Strömning
För att få reda på luftens rörelsemönster i turbinen sätter man in särskilda sonder som denna. Den har fem hål som vetter framåt mot luftströmmen och genom att jämföra trycket i de olika hålen kan man räkna fram vinkeln med vilken luften träffar mätsonden. Denna del är omkring 11 centimeter lång, med interna luftkanaler som kommer ut i foten åt höger, och hade varit absolut omöjlig att framställa utan 3D-printning.
Pulsationer
Dynamiskt gastryck eller tryckvariationer i form av stående vågor vid vissa egenfrekvenser kan ställa till problem i brännkammaren och till sist förstöra den genom vibration.
Luftvibrationerna mäts med en svenskutvecklad mätsond med piezoelektriska kristaller, som sitter monterad rätt in i brännkammarens 1300 grader Celsius. Sensorn klarar tryckvariationer upp till en bar i form av sinusvågor och ett grundtryck på 20-25 bar.
Flammans utseende
Man filmar flammans utseende med en kamera kyld med både vatten och kall kvävgas. Det yttre safirglaset längst fram på kameran duschas dessutom med kvävgas för att temperaturen ska hållas nere.
Senare, i produktion är det viktigt att kontinuerligt undersöka att lågan faktiskt brinner, eftersom motorn eldas precis på undre gränsen till att fungera med hänsyn till emissionskraven. Skulle man spruta in naturgas utan att den brann, kunde den tända senare och åstadkomma en explosion. För att undersöka detta och få snabba resultat använder man optiska flamvakter. Precis som i en flygmotor tänder man lågan med tändstift.
Detta var bara ett litet utsnitt av allt som mäts. De 1200 sensorerna lämnar mycket annan information, som vibrationer, varvtal, vridning, sträckning, gastryck, smörjoljetemperatur och -tryck, förflyttningar osv.
