Разумевање телеметрије у мерењу вибрација
Дефиниција: Шта је телеметрија?
Телеметрија је технологија за пренос података мерења са удаљених или неприступачних локација — посебно са ротирајућих компоненти — на стационарну опрему за снимање и анализу. У контексту ротирајућих машина, телеметрија омогућава мерења на вратилима, роторима и лопатицама где су директне жичане везе немогуће због ротације. Системи укључују сензоре на ротирајућим деловима, ротирајућу електронику за кондиционирање и пренос сигнала, ротирајуће изворе напајања и стационарне пријемнике који снимају пренете податке.
Телеметрија је неопходна за специјализована мерења као што су напрезање вратила (торзионо напрезање), вибрације лопатица помоћу мерних инструмента за напрезање, температура ротора и било који параметар који захтева сензорски елемент монтиран на ротирајућу компоненту. Иако је сложена и скупа, телеметрија пружа јединствене могућности мерења које нису доступне преко стационарних сензора.
Врсте телеметријских система
1. Телеметрија клизних прстенова
Најстарији и најпоузданији:
- Принцип: Ротирајуће прстенове повезане са сензорима, стационарне четке примају сигнале
- Канали: Могуће је више канала (типично 4-64)
- Пропусни опсег: DC до MHz (одлично)
- Поузданост: Доказана технологија
- Ограничења: Трошење четкица, бука од контакта, ограничења брзине
- Applications: Истраживање, развојно тестирање, праћење производње
2. FM/AM радио телеметрија
- Принцип: Ротирајући предајник емитује FM или AM модулисане сигнале
- Канали: Типично 1-16 канала
- Пропусни опсег: DC до 100 kHz по каналу
- Предности: Без контакта, без хабања
- Ограничења: Гладни снагом, ограничени канали, потенцијалне сметње
3. Дигитална бежична телеметрија (модерна)
- Принцип: Дигитално кодирање, WiFi, Bluetooth или власнички протоколи
- Канали: Много канала је мултиплексирано
- Пропусни опсег: Зависи од брзине преноса података
- Предности: Флексибилно, робусно, исправљање грешака
- Снага: Нижи од аналогног ФМ-а за еквивалентне перформансе
- Трендови: Постаје стандард за нове системе
4. Оптичка телеметрија
- Подаци се преносе путем модулисане светлости (инфрацрвене или видљиве)
- Потенцијал високог пропусног опсега
- Имуно на РФ сметње
- Захтев за линију вида
- Специјализоване апликације
Апликације
Мерење торзионих вибрација
- Мерачи напрезања на вратилу који мере напон смицања
- Директно мерење немогуће без телеметрије
- Критично за опрему коју покреће мотор
- Валидира моделе торзионе анализе
Мерење напрезања лопатице
- Мерачи напрезања на лопатицама турбине или компресора
- Мери стварни оперативни стрес
- Тестирање развоја и решавање проблема
- Валидира време врха сечива мерења
Температура ротора
- Термопарови на намотајима ротора или компонентама
- Прати термичке услове
- Детекција прегревања
- Ефикасност система хлађења
Вибрације вратила
- Акцелерометри монтирани директно на вратило
- Права вибрација ротора у односу на кућиште лежаја
- Истраживање и специјално решавање проблема
Методе напајања
Батерије
- Примарне батерије (типично 1-5 година)
- Пуњиве батерије
- Најједноставнији, али ограничен живот
- Замена током прекида одржавања
Снага клизног прстена
- Снага се преноси кроз клизне прстенове
- Неограничено време рада
- Захтева склапање клизног прстена
- Уобичајено са телеметријом података клизних прстенова
Индуктивна спрега
- Бежични пренос енергије преко ваздушног зазора
- Ротирајућа завојница прима енергију од непокретне завојнице
- Без контакта, без хабања
- Ограничена снага (обично < 10W)
Сакупљање енергије
- Енергија вибрација жетве (пиезоелектрична)
- Термални градијенти (термоелектрични)
- Допуњује или замењује батерије
- Омогућава аутономни рад
Изазови
Ротирајуће окружење
- Центрифугалне силе на електронику
- Циклус температуре
- Вибрација самих компоненти
- Уљна магла, контаминација
Сложеност система
- Ротирајуће и стационарне компоненте
- Синхронизација и време
- Изазови калибрације
- Виша цена од стационарног сензора
Одржавање
- Замена батерије
- Кварови сензора/електронике
- За приступ је потребно искључивање машине
- Потребни резервни модули
Модерни развој
MEMS и минијатуризација
- Мања, лакша електроника
- Мања потрошња енергије
- Отпорнији на ударце/вибрације
- Омогућава нове апликације
Дигитална обрада сигнала
- Обрада на ротирајућој платформи
- Преноси резултате (FFT), а не сирове податке
- Смањује потребе за пропусним опсегом и снагом
Стандардизација
- Индустријски бежични стандарди (WirelessHART, ISA100)
- Побољшање интероперабилности
- Нижи трошкови због обима
Телеметрија омогућава мерења вибрација и стања на ротирајућим компонентама до којих стационарни сензори не могу да досегну, пружајући приступ критичним параметрима као што су торзионо напрезање вратила, напрезање лопатица и температуре ротора. Иако сложени и скупи, телеметријски системи пружају јединствене могућности мерења неопходне за специјализоване примене у развоју турбомашина, торзионој анализи и напредној карактеризацији динамике ротора.