TERMOGRAFICKÉ MĚŘENÍ LOPATEK ROTAČNÍHO STROJE "FROTOR"

Transkript

1 TERMOMECHANIKA TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ VÝZKUMNÁ ZPRÁVA TERMOGRAFICKÉ MĚŘENÍ LOPATEK ROTAČNÍHO STROJE "FROTOR" Autoři: Ing. Pavel Litoš Ing. Jiří Tesař Číslo projektu: Číslo zprávy: Odpovědný pracovník Doc. Ing. Milan Honner, Ph.D. Vedoucí odboru: Ředitel: Doc. Ing. Milan Honner, Ph.D. Prof. Ing. Josef Rosenberg, DrSc. PLZEŇ, LISTOPAD 2006

2 1. Úvod Infračervená termografie se používá k zobrazování teplotních polí. Termovize umožňuje získat viditelnou informaci o rozložení teplotního pole na povrchu snímaného objektu na základě vyhodnocování velikosti zářivého toku vyzařovaného z povrchu měřeného objektu. Termovizní měření je tedy nedestruktivní, bezkontaktní měření a zobrazování teplotního pole. Veškerá měření lze provádět za provozu, bez jakéhokoliv poškození měřeného objektu. Cílem provedených prací bylo měření teplotního pole lopatek rotačního stroje FROTOR. Jedná se o rotační stroj s oběžnými dvojkřídly, zejména pro expanzní pohonné jednotky a kompresory. Ve většině případů mají dosud ve světě uvedené a používané rotační stroje velké nevýhody a to především značné třecí odpory mezi rotujícími lopatkami a statorovou skříní. Tento nedostatek ve velké míře odstraňuje unikátní rotační stroj s oběžnými dvojkřídly - FROTOR. 2. Způsob měření Termovizní systém Teplotní pole bylo měřeno infračervenou kamerou Flir ThermaCAM TM SC2000 s 24 objektivem. Infrakamera používá 320x240 nechlazených mikrobolometrických detektorů v ohniskové rovině pracujících na vlnových délkách 7,5 13 μm. Citlivost měření je menší než 0,1 C. Termovizní kameru je možné připojit k počítači. To umožňuje kompletní ovládání kamery a dynamické ukládání termogramů s frekvencí až 50 Hz. Technická specifikace kamery: Rozsah měřených teplot objektu: - 40 až C Přesnost měření: ± 2 % Teplotní citlivost: < 0.1 C Zorné pole (H x V): 24 x 18 Typ detektoru: FPA, nechlazený mikrobolometr 320 x 240 pixelů Spektrální rozsah: 7,5-13 μm Průběh měření Před okno (průzor) rotačního stroje byla postavena termokamera na stativu a propojena s řídícím počítačem. Během provozu nebylo možno provádět měření z důvodu možného znečištění kamery. Rotační stroj byl v provozu 20 minut při otáčkách 600 až 800 ot/min. Poté 2

3 byla kamera odkryta a proběhlo snímání první z osmi lopatek. Další lopatky byly snímány po pootočení tak, že se daná lopatka nacházela přibližně uprostřed průzoru. Teplota na lopatce byla změřena dotykovým teploměrem. Výpočtem v programu TermaCAM TM Researcher 2001 (FLIR Systems) byla poté určena emisivita povrchu lopatky ε = 0,3. Na jednotlivé lopatky byla použita plošná analýza teplot (obdélník pokrývající lopatku - viz. obr.9) a jako výsledná použita průměrná teplota (viz. tab. 1). 3. Výsledky měření Termogramy jednotlivých lopatek Na sérii obr. 1 až obr.8 jsou ukázány termogramy jednotlivých lopatek vyhodnocené pro emisivitu ε = 0,3. Teploty na termogramech mají vypovídací hodnotu pouze v oblasti průduchu, kde má povrch uvažovanou hodnotu emisivity. Ostatní části stroje mají jinou emisivitu, protože povrch není kovově lesklý jako povrch vnitřního válce, a tedy skutečné teplotní pole se liší od hodnotu uvedených na termogramech.. Obr.1: Lopatka č. 1 Obr. 2: Lopatka č. 2 Obr. 3: Lopatka č. 3 Obr. 4: Lopatka č. 4 3

4 Obr. 5: Lopatka č. 5 Obr. 6: Lopatka č. 6 Obr. 7: Lopatka č. 7 Obr. 8: Lopatka č. 8 Teploty lopatek Průměrné teploty jednotlivých lopatek vyhodnocené z termogramů jsou v Tab.1. Příklad vyhodnocení lopatky č. 5 je ukázán na obr.9. Teploty lopatek se liší a pohybují se mezi cca 30 C a 80 C. Nejvyšších teplot dosáhly lopatky č. 1 a č. 5 - cca 75 C, lopatky č. 4 a č. 8 - kolem 62 C. Obr. 9: Termogram s emisivitou ε = 1 a plošnou analýzou lopatky č. 5 s lokální emisivitou ε = 0,3. 4

5 Tab. 1: Průměrné teploty na jednotlivých lopatkách Číslo lopatky Průměrná teplota ( C) 1 73,6 2 31,0 3 36,7 4 60,5 5 76,7 6 39,0 7 52,0 8 65,4 5. Závěr Termovizní měření ukázalo odlišnou teplotu jednotlivých lopatek v rozmezí 30 až 80 C. Stanovené průměrné teploty lopatek jsou ovlivněny odlišností skutečné emisivity jednotlivých lopatek od průměrné hodnoty ε = 0,3 uvažované pro kvantitativní vyhodnocení. Vinou nepříznivého charakteru povrchu vnějšího pláště rotačního stroje nebylo možné provést kvantitativní vyhodnocení jeho teplotního pole. 5