Разбиране на телеметрията при измерване на вибрации
Телеметрия е технологията за предаване на измервателни данни от отдалечени или недостъпни по друг начин места - преди всичко от въртящи се компоненти - към стационарно оборудване за запис и анализ. При въртящите се машини телеметрията дава възможност за измерване на валове, ротори и лопатки, при които пряката кабелна връзка е невъзможна, тъй като частта се върти. Цялостната система се състои от сензори на въртящата се част, въртяща се електроника за кондициониране и предаване на сигнала, въртящо се захранване и стационарен приемник, който улавя предаваните данни. Това е технологията, която дава възможност за специализирани измервания, като например деформация на вала (напрежение на усукване), острие вибрация чрез тензометрични датчици и температурата на ротора - всеки параметър, който изисква сензорен елемент, монтиран върху движещ се компонент. Телеметрията е сложна и скъпа, но осигурява възможности за измерване, които не могат да бъдат сравнени с никой стационарен сензор.
1. Видове телеметрични системи
Преобладават четири семейства системи, които се различават по начина, по който сигналът пресича границата между въртящите се и неподвижните рамки.
Телеметрия на пръстена за приплъзване
Най-старият и надежден подход.
- Принцип: Въртящите се пръстени са свързани със сензорите, а неподвижните четки приемат сигналите.
- Канали: много канали са практични, обикновено 4-64.
- Честотна лента: DC до MHz - отлично.
- Надеждност: доказана, добре разбираема технология.
- Ограничения: четките се износват, контактът генерира шум и скоростта е ограничена.
- Приложения: Изследвания, развойни тестове, мониторинг на производството
FM/AM радиотелеметрия
- Принцип: въртящ се предавател, който излъчва FM- или AM-модулирани сигнали.
- Канали: обикновено 1-16.
- Честотна лента: DC до 100 kHz на канал.
- Предимства: няма контакт и износване.
- Ограничения: енергоемки, с ограничен брой канали и податливи на смущения.
Цифрова безжична телеметрия (модерна)
- Принцип: цифрово кодиране чрез Wi-Fi, Bluetooth или собствени протоколи.
- Канали: много, мултиплексирани в една връзка.
- Честотна лента: зададена от скоростта на предаване на данни.
- Предимства: гъвкав и надежден, с корекция на грешките и с по-ниска мощност от аналоговия FM за еквивалентна производителност.
- Тенденция: се превръща в стандарт за новите системи, тясно свързан с по-широкото движение към безжичен мониторинг на състоянието.
Оптична телеметрия
- Данните се предават чрез модулирана светлина - инфрачервена или видима.
- Постигната е висока честотна лента, а връзката е устойчива на радиочестотни смущения.
- Изисква се ясна видимост, така че е подходящ за специализирани инсталации.
2. Приложения
Телеметрията се усложнява навсякъде, където интересуващият ни параметър се намира на самия ротор.
Измерване на торсионни вибрации
- Деформационните датчици, прикрепени към вала, измерват директно напрежението на срязване.
- Това измерване е невъзможно без телеметрия.
- Това е от решаващо значение за оборудване, задвижвано от двигател, при което има силно усукване.
- Той потвърждава прогнозите на усукващ анализ модел.
Измерване на напрежението на острието
- Деформационните датчици върху лопатките на турбината или компресора отчитат действителното работно напрежение.
- Използва се при тестване на разработки и отстраняване на неизправности, особено около резонанс на лопатките.
- Той потвърждава безконтактността на синхронизиране на върха на острието измервания и допълва прогнозите на собствена честота на лопатките на турбината проучване.
Температура на ротора
- Термодвойките на намотките на ротора или компонентите следят за топлинните условия.
- Те откриват прегряване и потвърждават ефективността на охладителните системи.
Вибрация на вала
- Акселерометрите, монтирани директно на вала, улавят истинския ротор латерален и аксиален вибрации, а не движение на лагера и корпуса.
- Това е запазено за научни изследвания и специално отстраняване на неизправности и може да разкрие поведението на ротора - като например развитие на пукнатина на вала - които сензорите на корпуса пропускат.
3. Методи за захранване
Получаване на захранване на на ротора е също толкова голямо предизвикателство, колкото и получаването на данни от Четири метода са често срещани.
- Батерии: първични клетки (обикновено 1-5 години) или акумулаторни пакети - най-простият вариант, но с ограничен живот и подмяна, свързана с прекъсвания на поддръжката.
- Мощност на пръстена за приплъзване: мощност, пренасяна чрез плъзгащи се пръстени за неограничено време на работа, на цената на сглобка на плъзгащ се пръстен; често срещана наред с телеметрията на данни от плъзгащи се пръстени.
- Индуктивно свързване: безжичен пренос на енергия през въздушна междина - въртяща се намотка приема енергия от неподвижна намотка без контакт или износване, макар че е ограничен до приблизително под 10 W.
- Събиране на енергия: възстановяване на вибрационна енергия (пиезоелектрическа) или използване на топлинни градиенти (термоелектрическа), за да се допълнят или заменят батериите и да се осигури автономна работа.
4. Предизвикателства
Въртящата се среда е враждебна за електрониката, а архитектурата на двойната рамка добавя свои собствени трудности.
- Ротационна среда: Центробежните сили действат върху електрониката заедно с температурните цикли, вибрациите на компонентите и маслената мъгла или други замърсявания.
- Сложност на системата: координирането на въртящи се и неподвижни части е свързано с предизвикателства, свързани със синхронизацията, времето и калибрирането, както и с по-високи разходи в сравнение с неподвижните сензори.
- Поддръжка: батериите трябва да бъдат подменени, а сензорите или електрониката могат да се повредят; достъпът до тях обикновено изисква спиране на машината, така че резервните модули се държат под ръка.
5. Съвременни разработки
Няколко тенденции непрекъснато намаляват разходите и разширяват обхвата на телеметрията.
- MEMS и миниатюризация: по-малки и по-леки електронни устройства, които консумират по-малко енергия и издържат по-добре на удари и вибрации, което открива нови приложения.
- Обработка на цифрови сигнали на ротора: обработване на данните на въртящата се платформа и предаване само на резултатите - спектър на FFT, а не на суровата форма на вълната - което намалява изискванията за широчина на честотната лента и мощност.
- Стандартизация: индустриалните безжични стандарти, като WirelessHART и ISA100, подобряват оперативната съвместимост, а с увеличаването на мащаба намаляват разходите.
Струва си да се има предвид телеметрията в перспектива. За по-голямата част от рутинната работа - балансиране, диагностика на лагери, мониторинг на състоянието - стационарни сензори, монтирани на корпусите на лагерите, са напълно достатъчни, а преносим двуканален анализатор като този на Балансет-1а измерва амплитудата и фазата при работна скорост без никакви въртящи се уреди. Телеметрията влиза в употреба само когато истинският параметър не може да бъде достигнат от неподвижната рамка - напрежението на усукване на вала, деформацията на лопатките или температурата на ротора - което е точно нишата, която тя запълва при разработването на турбомашини, изследванията на усукването и напредналите роторна динамика характеристика. Като допълнение към постоянните онлайн наблюдение, той разширява измерването до места, до които останалите инструменти просто не могат да достигнат.
