Blade Tip Timing and Blade Tip Clearance Measurement System Based on Magnetoresistive Sensors

L'accurato controllo del gap esistente fra componenti statici e rotanti è un aspetto di vitale importanza per il corretto funzionamento di ogni macchinario rotante. Nei motori aeronautici, perdite aerodinamiche fra punta della pala e casing comportano rilevanti perdite in efficienza. Questo gap deve quindi essere il più piccolo possibile, ma abbastanza da evitare contatti.Un modo per misurare e monitorare il "blade tip gap" va sotto il nome di tecnica Blade Tip Clearance (BTC). La misura delle vibrazioni delle palette e delle frequenze naturali è un'altro aspetto cruciale dello sviluppo di turbine a gas e motori aeronautici. Per più di 50 anni, tale misura era condotta installando estensimetri sulle palette e trasmettendo i segnali con un sistema telemetrico. La tecnica Blade Tip Timing (BTT) (per esempio misurare il tempo di arrivo delle palette con sensori di prossimità montati sul carter a differenti posizioni angolari) è correntemente adottata dai principali costrutturi di turbomacchine come rimpiazzo per il classico sistema di estensimetri, grazie al funzinamento non-intrusivo.Tuttavia, i motori aeronautici presentano delle condizioni di lavoro che rendono quasi impossibile l'applicazione di una strumentazione in-service. I recenti studi si focalizzano sullo sviluppo di nuovi sensori, nuovi metodi di analisi dei dati e la realizzazione di uno standard per questo tipo di misure. In questa tesi è stato progettato, realizzato e ottimizzato un sistema di misura BTC & BTT simultaneo, utilizzando sensori magnetoresistivi. Un sistema BTC & BTT simultaneo permette la misura del gap tra punta della paletta e carter e, allo stesso tempo, la misura delle vibrazioni delle palette. Diverse tipologie di sensori sono state proposte e correntemente adottate nei test di turbomacchine: sensori ottici, capacitivi, microonde e a correnti indotte. I sensori sviluppati in questo lavoro si basano sulla magnetoresistività. Hardware e software dedicati sono stati progettati ad hoc. Due test esterni presso Fogale Nanotech in Francia e all'istituto di ricerca militare (ITWL) in Polonia sono qui presentati. L'intera catena di misura è stata caratterizzata e l'innovativa strumentazione basata sugli elementi magnetoresistivi ha evidenziato ottime performance e potenzialità per la realizzazione di un prodotto professionale.