Telemetrian ymmärtäminen värähtelymittauksessa
Määritelmä: Mitä on telemetria?
Telemetria on tekniikka mittausdatan siirtämiseen syrjäisistä tai saavuttamattomissa olevista paikoista – erityisesti pyörivistä komponenteista – kiinteisiin tallennus- ja analysointilaitteisiin. Pyörivien koneiden yhteydessä telemetria mahdollistaa mittaukset akseleilla, roottoreilla ja terillä, joissa suorat langalliset yhteydet eivät ole mahdollisia pyörimisen vuoksi. Järjestelmiin kuuluvat pyörivien osien anturit, pyörivä elektroniikka signaalin muokkaamiseen ja lähettämiseen, pyörivät virtalähteet ja kiinteät vastaanottimet lähetetyn datan sieppaamiseksi.
Telemetria on välttämätöntä erikoismittauksissa, kuten akselin venymän (vääntöjännitys), lavan värähtelyn mittauksessa venymäantureilla, roottorin lämpötilan mittauksessa ja kaikissa muissa pyörivään osaan asennettua anturielementtiä vaativissa parametreissa. Vaikka telemetria on monimutkaista ja kallista, se tarjoaa ainutlaatuisia mittausominaisuuksia, joita ei ole saatavilla kiinteiden antureiden avulla.
Telemetriajärjestelmien tyypit
1. Liukurengastelemetria
Vanhin ja luotettavin:
- Periaate: Antureihin kytketyt pyörivät renkaat, kiinteät harjat poimivat signaaleja
- Kanavat: Useita kanavia mahdollista (tyypillisesti 4–64)
- Kaistanleveys: DC MHz:iin (erinomainen)
- Luotettavuus: Todistettu teknologia
- Rajoitukset: Harjojen kuluminen, kosketuksesta johtuva melu, nopeusrajoitukset
- Sovellukset: Tutkimus, kehitystestaus, jonkin verran tuotannon seurantaa
2. FM/AM-radiotelemetria
- Periaate: Pyörivä lähetin lähettää FM- tai AM-moduloituja signaaleja
- Kanavat: 1–16 kanavaa tyypillisesti
- Kaistanleveys: DC jopa 100 kHz kanavaa kohden
- Edut: Ei kosketusta, ei kulumista
- Rajoitukset: Tehoa ahne, rajoitetut kanavat, mahdolliset häiriöt
3. Digitaalinen langaton telemetria (moderni)
- Periaate: Digitaalinen koodaus, WiFi, Bluetooth tai omat protokollat
- Kanavat: Monet kanavat multipleksoitu
- Kaistanleveys: Riippuu tiedonsiirtonopeudesta
- Edut: Joustava, kestävä, virheenkorjaus
- Teho: Matalampi kuin analoginen FM vastaavalla suorituskyvyllä
- Trendikäs: Uusien järjestelmien standardiksi tulossa
4. Optinen telemetria
- Moduloidun valon (infrapuna- tai näkyvän valon) kautta lähetetty data
- Suuri kaistanleveyspotentiaali
- Immuuni RF-häiriöille
- Näköyhteysvaatimus
- Erikoissovellukset
Sovellukset
Vääntövärähtelyn mittaus
- Akselin venymäanturit leikkausjännityksen mittaamiseksi
- Suora mittaus mahdotonta ilman telemetriaa
- Kriittinen moottorikäyttöisille laitteille
- Vahvistaa vääntöanalyysimallit
Terän jännityksen mittaus
- Turbiinin tai kompressorin lapojen venymäanturit
- Mittaa todellista käyttörasitusta
- Kehitystestaus ja vianmääritys
- Vahvistaa terän kärjen ajoitus mittaukset
Roottorin lämpötila
- Roottorin käämien tai komponenttien termoelementit
- Valvoo lämpöolosuhteita
- Ylikuumenemisen tunnistus
- Jäähdytysjärjestelmän tehokkuus
Akselin tärinä
- Suoraan akselille asennetut kiihtyvyysanturit
- Todellinen roottorin värähtely vs. laakeripesä
- Tutkimus ja erityinen vianmääritys
Virtalähdemenetelmät
Paristot
- Primaariparistot (tyypillinen käyttöikä 1–5 vuotta)
- Ladattavat akut
- Yksinkertaisin mutta rajallinen elämä
- Vaihto huoltoseisokkien aikana
Liukurengasteho
- Liukurenkaiden kautta siirretty teho
- Rajoittamaton käyttöaika
- Vaatii liukurengaskokoonpanon
- Yhteistä liukurengasdatan telemetrian kanssa
Induktiivinen kytkentä
- Langaton tehonsiirto ilmaraon yli
- Pyörivä kela ottaa virtaa paikallaan pysyvästä kelasta
- Ei kosketusta, ei kulumista
- Rajoitettu teho (yleensä < 10 W)
Energian keruu
- Sadonkorjuun värähtelyenergia (pietsosähköinen)
- Lämpögradientit (termoelektriset)
- Täydentää tai vaihtaa paristoja
- Mahdollistaa itsenäisen toiminnan
Haasteet
Pyörivä ympäristö
- Keskipakoisvoimat elektroniikassa
- Lämpötilasykli
- Komponenttien itse tärinä
- Öljysumu, kontaminaatio
Järjestelmän monimutkaisuus
- Pyörivät ja kiinteät komponentit
- Synkronointi ja ajoitus
- Kalibroinnin haasteet
- Korkeammat kustannukset kuin kiinteässä anturissa
Huolto
- Akun vaihto
- Anturi-/elektroniikkaviat
- Vaatii koneen sammuttamisen pääsyä varten
- Varamoduuleja tarvitaan
Nykyaikainen kehitys
MEMS ja miniatyrisointi
- Pienempää ja kevyempää elektroniikkaa
- Pienempi virrankulutus
- Kestää paremmin iskuja/tärinää
- Mahdollistaa uudet sovellukset
Digitaalinen signaalinkäsittely
- Käsittely pyörivällä alustalla
- Lähetä tulokset (FFT), ei raakadataa
- Vähentää kaistanleveyttä ja virrankulutusta
Standardointi
- Teollisuuden langattomat standardit (WirelessHART, ISA100)
- Yhteentoimivuuden parantaminen
- Alentaa kustannuksia skaalautuvuuden ansiosta
Telemetria mahdollistaa värähtely- ja kuntomittaukset pyörivistä komponenteista, joihin kiinteät anturit eivät yllä, tarjoten pääsyn kriittisiin parametreihin, kuten akselin vääntöjännitykseen, lavan venymään ja roottorin lämpötiloihin. Vaikka telemetriajärjestelmät ovat monimutkaisia ja kalliita, ne tarjoavat ainutlaatuisia mittausominaisuuksia, jotka ovat välttämättömiä erikoissovelluksissa turbiinikoneiden kehittämisessä, vääntöanalyysissä ja edistyneessä roottorin dynamiikan karakterisoinnissa.