Razumijevanje telemetrije u mjerenju vibracija
Definicija: Što je telemetrija?
Telemetrija je tehnologija za prijenos podataka mjerenja s udaljenih ili nepristupačnih lokacija - posebno s rotirajućih komponenti - na stacionarnu opremu za snimanje i analizu. U kontekstu rotirajućih strojeva, telemetrija omogućuje mjerenja na osovinama, rotorima i lopaticama gdje izravne žičane veze nisu moguće zbog rotacije. Sustavi uključuju senzore na rotirajućim dijelovima, rotirajuću elektroniku za kondicioniranje i prijenos signala, rotirajuće izvore napajanja i stacionarne prijemnike koji hvataju prenesene podatke.
Telemetrija je bitna za specijalizirana mjerenja poput naprezanja osovine (torzionog naprezanja), vibracija lopatica s mjeračima naprezanja, temperature rotora i bilo kojeg parametra koji zahtijeva senzorski element montiran na rotirajuću komponentu. Iako složena i skupa, telemetrija pruža jedinstvene mogućnosti mjerenja koje nisu dostupne putem stacionarnih senzora.
Vrste telemetrijskih sustava
1. Telemetrija kliznog prstena
Najstariji i najpouzdaniji:
- Načelo: Rotirajući prstenovi spojeni na senzore, stacionarne četke primaju signale
- Kanali: Moguće je više kanala (tipično 4-64)
- Propusnost: DC u MHz (izvrsno)
- Pouzdanost: Dokazana tehnologija
- Ograničenja: Trošenje četkica, buka od kontakta, ograničenja brzine
- Applications: Istraživanje, razvojno testiranje, dio praćenja proizvodnje
2. FM/AM radio telemetrija
- Načelo: Rotirajući odašiljač emitira FM ili AM modulirane signale
- Kanali: Tipično 1-16 kanala
- Propusnost: DC do 100 kHz po kanalu
- Prednosti: Bez kontakta, bez habanja
- Ograničenja: Veliki zahtjevi za snagom, ograničeni kanali, potencijalne smetnje
3. Digitalna bežična telemetrija (moderna)
- Načelo: Digitalno kodiranje, WiFi, Bluetooth ili vlasnički protokoli
- Kanali: Mnogi kanali su multipleksirani
- Propusnost: Ovisi o brzini prijenosa podataka
- Prednosti: Fleksibilan, robustan, ispravljanje grešaka
- Vlast: Niži od analognog FM-a za ekvivalentne performanse
- Trendovi: Postaje standard za nove sustave
4. Optička telemetrija
- Podaci se prenose putem moduliranog svjetla (IR ili vidljivog)
- Potencijal visoke propusnosti
- Imuno na RF smetnje
- Zahtjev za linijsku vidljivost
- Specijalizirane aplikacije
Primjene
Mjerenje torzijskih vibracija
- Mjerači naprezanja na osovini koji mjere naprezanje smicanja
- Izravno mjerenje nemoguće bez telemetrije
- Kritično za opremu koju pokreće motor
- Validira modele torzijske analize
Mjerenje naprezanja lopatice
- Mjerači naprezanja na lopaticama turbine ili kompresora
- Mjeri stvarno radno naprezanje
- Razvojno testiranje i rješavanje problema
- Potvrđuje vrijeme vrha lopatice mjerenja
Temperatura rotora
- Termoelementi na namotima rotora ili komponentama
- Prati toplinske uvjete
- Detekcija pregrijavanja
- Učinkovitost sustava hlađenja
Vibracije osovine
- Akcelerometri montirani direktno na osovinu
- Prave vibracije rotora u odnosu na kućište ležaja
- Istraživanje i posebno rješavanje problema
Metode napajanja
Baterije
- Primarne baterije (tipično 1-5 godina)
- Punjive baterije
- Najjednostavniji, ali ograničen život
- Zamjena tijekom prekida zbog održavanja
Snaga kliznog prstena
- Snaga se prenosi kroz klizne prstenove
- Neograničeno vrijeme rada
- Zahtijeva montažu kliznog prstena
- Uobičajeno s telemetrijom podataka kliznih prstenova
Induktivna spojka
- Bežični prijenos energije preko zračnog raspora
- Rotirajuća zavojnica preuzima snagu iz nepokretne zavojnice
- Bez kontakta, bez habanja
- Ograničena snaga (obično < 10 W)
Prikupljanje energije
- Energija vibracija žetve (piezoelektrična)
- Toplinski gradijenti (termoelektrični)
- Dopunjuje ili zamjenjuje baterije
- Omogućuje autonomni rad
Izazovi
Rotirajuće okruženje
- Centrifugalne sile na elektroniku
- Ciklusi temperature
- Vibracije samih komponenti
- Uljna magla, kontaminacija
Složenost sustava
- Rotirajuće i stacionarne komponente
- Sinkronizacija i mjerenje vremena
- Izazovi kalibracije
- Viša cijena od stacionarnog senzora
Održavanje
- Zamjena baterije
- Kvarovi senzora/elektronike
- Za pristup je potrebno isključivanje stroja
- Potrebni rezervni moduli
Moderni razvoj
MEMS i miniaturizacija
- Manja, lakša elektronika
- Manja potrošnja energije
- Otporniji na udarce/vibracije
- Omogućuje nove aplikacije
Digitalna obrada signala
- Obrada na rotirajućoj platformi
- Prenesi rezultate (FFT), a ne sirove podatke
- Smanjuje potrebe za propusnošću i energijom
Standardizacija
- Industrijski bežični standardi (WirelessHART, ISA100)
- Poboljšanje interoperabilnosti
- Niži troškovi zbog razmjera
Telemetrija omogućuje mjerenja vibracija i stanja rotirajućih komponenti do kojih stacionarni senzori ne mogu doći, pružajući pristup kritičnim parametrima poput torzijskog naprezanja osovine, naprezanja lopatica i temperature rotora. Iako složeni i skupi, telemetrijski sustavi pružaju jedinstvene mogućnosti mjerenja bitne za specijalizirane primjene u razvoju turbostrojeva, torzijskoj analizi i naprednoj karakterizaciji dinamike rotora.