Entwicklung und Test eines Hochtemperatur-Sensorsystems für den Einsatz an Turbomaschinen

Hochtemperaturmagnetlager in Turbomaschinen erfordern Lagesensoren, die den Umgebungsbedingungen ebenfalls dauerhaft standhalten und den Lagereglern hinreichend genaue und störungsfreie Informationen über die Rotorpositionen kontinuierlich zur Verfügung stellen. Ausgehend von den Einsatzbedingungen wurden mögliche Messprinzipien untersucht. In einem zweiten Schritt erfolgte die Recherche zu temperaturbeständigen Werkstoffen für die Sensorkomponenten und auf Basis einer Marktanalyse wurde deren Verfügbarkeit geprüft. Im Anschluss wurde ein kombinierter induktiver Radial-Axial-Lagesensor als Prototyp für den Einsatz am Magnet- und Fanglagerprüfstand MFLP ausgelegt. Dazu wurde ein analytischer Auslegungsalgorithmus für schnelle Auslegungsrechnungen erstellt und in MATLAB umgesetzt. Aufbauend auf den Ergebnissen der Auslegung wurde der Sensor konstruiert und gefertigt. Parallel dazu wurde eine Sensorelektronik entwickelt. Das Paper beschreibt die Auslegung und Konstruktion des Sensors und die Entwicklung der dazugehörigen Elektronik.High-temperature magnetic bearings in turbomachinery require position sensors that can also withstand the ambient conditions permanently. This measurement system continuously provide the position controllers with sufficiently accurate and interference-free information about the rotor positions. Based on the operating conditions, suitable measurement principles were investigated. Furthermore suitable temperature-resistant materials for the sensor components were identified and their availability was checked based on a market analysis. Subsequently, a combined inductive radial-axial position sensor was developed. The demonstrator was designed for air gap measurements at the MFLP - a test rig for magnetic and backup bearings. For this purpose, an analytical design algorithm for fast design calculations was created and implemented in MATLAB. Based on the design results, the sensor was designed and manufactured. In parallel, sensor electronics were developed. The paper describes the design and construction of the sensor and the development of the associated electronics