Razumevanje telemetrije pri merjenju vibracij
Definicija: Kaj je telemetrija?
Telemetrija je tehnologija za prenos merilnih podatkov z oddaljenih ali nedostopnih lokacij – zlasti iz vrtečih se komponent – na stacionarno opremo za snemanje in analizo. V kontekstu vrtečih se strojev telemetrija omogoča meritve na gredeh, rotorjih in lopaticah, kjer neposredne žične povezave zaradi vrtenja niso mogoče. Sistemi vključujejo senzorje na vrtečih se delih, vrtečo se elektroniko za obdelavo in prenos signalov, vrteče se napajalnike in stacionarne sprejemnike, ki zajemajo prenesene podatke.
Telemetrija je bistvena za specializirane meritve, kot so deformacija gredi (torzijska napetost), vibracije lopatic z merilniki deformacij, temperatura rotorja in vsi parametri, ki zahtevajo senzor, nameščen na vrteči se komponenti. Čeprav je telemetrija zapletena in draga, ponuja edinstvene merilne zmogljivosti, ki jih ni mogoče doseči prek stacionarnih senzorjev.
Vrste telemetričnih sistemov
1. Telemetrija drsnih obročev
Najstarejši in najbolj zanesljivi:
- Načelo: Vrtljivi obroči, povezani s senzorji, stacionarne ščetke zajamejo signale
- Kanali: Možnih je več kanalov (običajno 4–64)
- Pasovna širina: DC v MHz (odlično)
- Zanesljivost: Preizkušena tehnologija
- Omejitve: Obraba ščetk, hrup zaradi stika, omejitve hitrosti
- Uporaba: Raziskave, razvojno testiranje, nekaj spremljanja proizvodnje
2. FM/AM radijska telemetrija
- Načelo: Vrteči se oddajnik oddaja FM ali AM modulirane signale
- Kanali: Tipično 1–16 kanalov
- Pasovna širina: DC do 100 kHz na kanal
- Prednosti: Brez stika, brez obrabe
- Omejitve: Požrešnost zaradi energije, omejeni kanali, morebitne motnje
3. Digitalna brezžična telemetrija (sodobna)
- Načelo: Digitalno kodiranje, WiFi, Bluetooth ali lastniški protokoli
- Kanali: Veliko kanalov je multipleksiranih
- Pasovna širina: Odvisno od hitrosti prenosa podatkov
- Prednosti: Prilagodljivo, robustno, odpravljanje napak
- Moč: Nižji od analognega FM za enakovredno zmogljivost
- Trendi: Postaja standard za nove sisteme
4. Optična telemetrija
- Podatki, ki se prenašajo prek modulirane svetlobe (IR ali vidne)
- Potencial visoke pasovne širine
- Imunsko na radiofrekvenčne motnje
- Zahteva glede vidnega polja
- Specializirane aplikacije
Aplikacije
Merjenje torzijskih vibracij
- Merilniki napetosti na gredi za merjenje strižne napetosti
- Neposredna meritev ni mogoča brez telemetrije
- Ključnega pomena za opremo, ki jo poganja motor
- Validira modele torzijskih analiz
Merjenje napetosti lopatice
- Merilniki napetosti na lopaticah turbin ali kompresorjev
- Meri dejansko obratovalno obremenitev
- Razvojno testiranje in odpravljanje težav
- Potrjuje čas konice rezila meritve
Temperatura rotorja
- Termočleni na navitjih rotorja ali komponentah
- Spremlja toplotne pogoje
- Zaznavanje pregrevanja
- Učinkovitost hladilnega sistema
Vibracije gredi
- Akcelerometri, nameščeni neposredno na gredi
- Prave vibracije rotorja v primerjavi z ohišjem ležaja
- Raziskave in posebno odpravljanje težav
Metode napajanja
Baterije
- Primarne baterije (običajno 1–5 let)
- Polnilne baterije
- Najpreprostejše, a omejeno življenje
- Zamenjava med vzdrževalnimi izpadi
Moč drsnega obroča
- Moč se prenaša skozi drsne obroče
- Neomejen čas delovanja
- Zahteva montažo drsnega obroča
- Skupno s telemetrijo podatkov drsnih obročev
Induktivna sklopka
- Brezžični prenos energije čez zračno režo
- Vrteča se tuljava prevzema moč iz mirujoče tuljave
- Brez stika, brez obrabe
- Omejena moč (običajno < 10 W)
Pridobivanje energije
- Energija vibracij žetve (piezoelektrična)
- Toplotni gradienti (termoelektrični)
- Dopolnjuje ali nadomešča baterije
- Omogoča avtonomno delovanje
Izzivi
Vrteče se okolje
- Centrifugalne sile na elektroniko
- Temperaturno nihanje
- Vibracije samih komponent
- Oljna meglica, onesnaženje
Kompleksnost sistema
- Vrtljive in stacionarne komponente
- Sinhronizacija in merjenje časa
- Izzivi pri kalibraciji
- Višji stroški kot stacionarno zaznavanje
Vzdrževanje
- Zamenjava baterije
- Okvare senzorjev/elektronike
- Za dostop je potrebna zaustavitev stroja
- Potrebni so rezervni moduli
Sodobni razvoj
MEMS in miniaturizacija
- Manjša, lažja elektronika
- Nižja poraba energije
- Bolj odporen na udarce/vibracije
- Omogoča nove aplikacije
Digitalna obdelava signalov
- Obdelava na vrtljivi platformi
- Prenos rezultatov (FFT), ne surovih podatkov
- Zmanjša pasovno širino in potrebe po energiji
Standardizacija
- Industrijski brezžični standardi (WirelessHART, ISA100)
- Izboljšanje interoperabilnosti
- Nižji stroški zaradi obsega
Telemetrija omogoča meritve vibracij in stanja vrtečih se komponent, do katerih stacionarni senzorji ne morejo doseči, kar zagotavlja dostop do kritičnih parametrov, kot so torzijska napetost gredi, deformacija lopatic in temperature rotorja. Čeprav so telemetrični sistemi kompleksni in dragi, ponujajo edinstvene merilne zmogljivosti, bistvene za specializirane aplikacije pri razvoju turbostrojev, torzijski analizi in napredni karakterizaciji dinamike rotorjev.