Comprensione della telemetria nella misurazione delle vibrazioni
Definizione: Che cos'è la telemetria?
Telemetria è la tecnologia per la trasmissione di dati di misura da posizioni remote o inaccessibili, in particolare da componenti rotanti, ad apparecchiature fisse di registrazione e analisi. Nel contesto delle macchine rotanti, la telemetria consente misurazioni su alberi, rotori e pale dove i collegamenti cablati diretti sono impossibili a causa della rotazione. I sistemi includono sensori su parti rotanti, componenti elettronici rotanti per il condizionamento e la trasmissione del segnale, alimentatori rotanti e ricevitori fissi che acquisiscono i dati trasmessi.
La telemetria è essenziale per misurazioni specialistiche come la deformazione dell'albero (stress torsionale), la vibrazione delle pale con estensimetri, la temperatura del rotore e qualsiasi parametro che richieda l'installazione di un elemento di rilevamento su un componente rotante. Sebbene complessa e costosa, la telemetria offre capacità di misurazione uniche, non disponibili tramite sensori fissi.
Tipi di sistemi di telemetria
1. Telemetria ad anello scorrevole
Il più antico e affidabile:
- Principio: Anelli rotanti collegati a sensori, spazzole fisse raccolgono segnali
- Canali: Sono possibili più canali (tipicamente 4-64)
- Larghezza di banda: DC a MHz (eccellente)
- Affidabilità: Tecnologia comprovata
- Limitazioni: Usura delle spazzole, rumore da contatto, limitazioni di velocità
- Applicazioni: Ricerca, test di sviluppo, monitoraggio della produzione
2. Telemetria radio FM/AM
- Principio: Il trasmettitore rotante trasmette segnali modulati FM o AM
- Canali: Tipici 1-16 canali
- Larghezza di banda: CC a 100 kHz per canale
- Vantaggi: Nessun contatto, nessuna usura
- Limitazioni: Affamato di energia, canali limitati, potenziali interferenze
3. Telemetria digitale wireless (moderna)
- Principio: Codifica digitale, WiFi, Bluetooth o protocolli proprietari
- Canali: Molti canali multiplexati
- Larghezza di banda: Dipende dalla velocità dei dati
- Vantaggi: Flessibile, robusto, correzione degli errori
- Energia: Inferiore alla FM analogica per prestazioni equivalenti
- Tendenze: Diventare standard per i nuovi sistemi
4. Telemetria ottica
- Dati trasmessi tramite luce modulata (IR o visibile)
- Elevato potenziale di larghezza di banda
- Immune alle interferenze RF
- Requisito di linea di vista
- Applicazioni specializzate
Applicazioni
Misurazione delle vibrazioni torsionali
- Estensimetri sull'albero che misurano lo sforzo di taglio
- Misurazione diretta impossibile senza telemetria
- Fondamentale per le apparecchiature azionate dal motore
- Convalida i modelli di analisi torsionale
Misurazione dello stress della lama
- Estensimetri sulle pale della turbina o del compressore
- Misura lo stress operativo effettivo
- Test di sviluppo e risoluzione dei problemi
- Convalida temporizzazione della punta della lama misurazioni
Temperatura del rotore
- Termocoppie sugli avvolgimenti o sui componenti del rotore
- Monitora le condizioni termiche
- Rilevamento del surriscaldamento
- Efficacia del sistema di raffreddamento
Vibrazione dell'albero
- Accelerometri montati direttamente sull'albero
- Vibrazione reale del rotore rispetto all'alloggiamento del cuscinetto
- Ricerca e risoluzione dei problemi speciali
Metodi di alimentazione
Batterie
- Batterie primarie (tipicamente 1-5 anni)
- Batterie ricaricabili
- La vita più semplice ma limitata
- Sostituzione durante le interruzioni di manutenzione
Potenza dell'anello di contatto
- Potenza trasferita tramite anelli collettori
- Tempo di funzionamento illimitato
- Richiede il montaggio dell'anello di contatto
- Comune con la telemetria dei dati dell'anello collettore
Accoppiamento induttivo
- Trasferimento di potenza wireless attraverso l'intercapedine d'aria
- La bobina rotante preleva energia dalla bobina fissa
- Nessun contatto, nessuna usura
- Potenza limitata (tipicamente < 10W)
Raccolta di energia
- Raccolta dell'energia delle vibrazioni (piezoelettrico)
- Gradienti termici (termoelettrici)
- Integra o sostituisce le batterie
- Consente il funzionamento autonomo
Sfide
Ambiente rotante
- Forze centrifughe sull'elettronica
- Cicli di temperatura
- Vibrazione dei componenti stessi
- Nebbia d'olio, contaminazione
Complessità del sistema
- Componenti rotanti e fissi
- Sincronizzazione e temporizzazione
- Sfide di calibrazione
- Costo più elevato rispetto al rilevamento stazionario
Manutenzione
- Sostituzione della batteria
- Guasti dei sensori/elettronica
- Richiede l'arresto della macchina per l'accesso
- Sono necessari moduli di riserva
Sviluppi moderni
MEMS e miniaturizzazione
- Elettronica più piccola e leggera
- Minore consumo energetico
- Più robusto agli urti/vibrazioni
- Abilita nuove applicazioni
Elaborazione del segnale digitale
- Elaborazione su piattaforma rotante
- Trasmettere i risultati (FFT) non i dati grezzi
- Riduce la larghezza di banda e il fabbisogno energetico
Standardizzazione
- Standard wireless industriali (WirelessHART, ISA100)
- Miglioramento dell'interoperabilità
- Costi inferiori grazie alla scalabilità
La telemetria consente di misurare le vibrazioni e le condizioni di componenti rotanti, laddove i sensori fissi non riescono a raggiungere i sensori, fornendo accesso a parametri critici come lo stress torsionale dell'albero, la deformazione delle pale e le temperature del rotore. Sebbene complessi e costosi, i sistemi di telemetria offrono capacità di misurazione uniche, essenziali per applicazioni specializzate nello sviluppo di turbomacchine, nell'analisi torsionale e nella caratterizzazione avanzata della dinamica del rotore.
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