Клизни прстен ултра велике брзине преноси сигнале сензора или ограничену електричну снагу између стационарне опреме и ротирајућег мерног система који ради при захтевној брзини.
Ови уређаји се такође описују као ротациони предајници када је њихова главна намена преношење термоелемента, мерача напрезања, обртног момента, притиска, вибрација, енкодера или других мерних канала, а не значајне снаге машине.
Максимални број обртаја у минути је само један део спецификације. Исправна одлука такође зависи од система осовине, трајања рада, убрзања, резонанце, спреге, баланса, архитектуре сензора, грешке мерења, електричних канала, температуре, контактне технологије, ограничења материјала, складиштења и методе валидације.
Инжењерски принцип:Изаберите ротирајући систем преноса из комплетних механичких и мерних захтева - не само од броја обртаја у минути и броја канала.
Читаоци којима је потребан шири увод могу почети са БиТуне-омводилица са клизним прстеном велике брзине. Овај чланак се фокусира на специјализоване апликације за мерење велике брзине и доказе потребне пре него што се одобри дизајн.
Шта клизни прстен чини ултра великом брзином?
Клизни прстен ултра велике брзине користи механичку и контактну архитектуру развијену за одобрени радни омотач велике брзине. Обично даје предност ниској инерцији и стабилности сигнала у односу на пренос снаге велике струје.
Не постоји универзални број обртаја на којем свака апликација постаје „ултра велика брзина“. Мали ротациони предајник који ради на великом броју обртаја може створити другачије механичко стање од већег склопа који ради спорије. Пречник лежаја, ротирајућа маса, крутост осовине, спојница, маса кабла, убрзање, температура и потребна тачност сигнала утичу на резултат.
Стандардни производ не треба екстраполирати изван његовог одобреног радног опсега. БиТунеова расправа о томе да листандардни клизни прстен се може користити при великој брзинипружа додатни контекст.
Одвојите три услова брзине
| Спеед Цондитион | Значење | Потребне информације |
|---|---|---|
| Континуирана радна брзина | Нормална брзина са пуним потребним механичким, електричним и мерним перформансама | Трајање, оптерећење, температура, вибрације и потребан животни век |
| Краткотрајна максимална брзина | Више одобрена радна тачка | Максимално трајање, понављање, почетна температура, хлађење и захтев за сигналом |
| Опстанак или пролазна прекорачење брзине | Ненормалан или контролисан догађај који може захтевати само механички интегритет | Максимална брзина, трајање догађаја, понашање при искључивању и инспекција након догађаја |
Оцена брзине преживљавања не треба да се третира као дозвола за пуну прецизност сензора, континуирану струју или поновљене операције.
Прегледајте комплетан систем осовине
Ротациони предајник, спојница, осовина, носач, кабл, конектор и причвршћени ротор чине један динамички систем. Оштар пораст вибрација унутар уског опсега брзине може указивати на резонанцију, али такође може бити резултат флексибилности подршке, неравнотеже, неусклађености, кретања кабла, лабавости или подешавања мерења.
Тестирање брзином би стога требало да евидентира број обртаја у минути, амплитуду вибрације, садржај фреквенције, референцу фазе или осовине, температуру, обртни момент, грешку у сигналу и динамички отпор, уместо да тестира само коначну максималну брзину.
ИСО 21940-11:2016, заједно са својимАмандман из 2022, успоставља процедуре и концепте резидуалне неуравнотежености за роторе са крутим понашањем. За целу машину и ротирајућу границу још увек мора да се изабере одговарајући захтев за равнотежу.
Одаберите архитектуру мерења пре бројања канала
Број проводника се не може дефинисати док пројекат не одлучи како ће се ротирајући сензори повезати са стационарним мерним системом.
Директан пренос сигнала ниског нивоа
У директној архитектури, сензорска побуда и излази ниског нивоа пролазе кроз ротациони предајник до стационарних појачала или опреме за прикупљање података.
Ово држи активну електронику даље од ротора, али чини ротирајућу везу део буџета грешке мерења. Дизајн мора да узме у обзир отпор електроде, термичку ЕМФ, варијацију контактног отпора, материјале проводника, заштиту, референтну земљу, напон заједничког мода, мерни опсег и температурне градијенте.
Кондиционирање ротационог сигнала
Појачавање, завршетак моста, филтрирање, аналогно-дигитална конверзија или агрегација података могу се уместо тога инсталирати на ротирајућој страни.
Ово може смањити ефекат преноса веома малог аналогног сигнала кроз ротирајући интерфејс. Такође уводи ротирајућу масу, електричну снагу, топлоту, квалификацију електронике, комуникационе захтеве и додатне начине квара.
Фибер или бежични пренос
Пренос преко оптичких влакана обезбеђује електричну изолацију и имунитет на електромагнетне сметње, али захтева оптичке примопредајнике и одвојено решење за напајање за ротирајуће уређаје.
Бежична телеметрија уклања пут проводног сигнала, али уводи захтеве за постављање антене, снагу ротације, кашњење, синхронизацију, радио перформансе, сметње и губитак података.
Ниједна архитектура није универзално супериорна. За даље поређење дизајна фокусираних на сигнал, погледајте БиТуне-ов водич забрзи сигнални клизни прстенови.
Направите распоред канала и буџет за грешке мерења
Свако коло би требало да буде дефинисано функцијом, а не третирано као друга генеричка жица. Распоред канала треба да идентификује:
- Функција сензора или кола
- Материјал проводника
- Напон, струја, импеданса извора и побуда
- Амплитуда и пропусни опсег сигнала
- Заштита и уземљење
- Кабл и конектор
- Потребна тачност и дозвољено заношење
- Метода тестирања на нивоу апликације
БиТуне-ов водич задизајн канала са клизним прстеномобјашњава зашто су функција канала и раздвајање важнији од укупног броја контаката.
Буџет грешке термоелемента
Термопар генерише температурно зависан напон. Додатни спојеви, неусклађености материјала и променљиви температурни градијенти на ротирајућој путањи могу додати нежељени помак напона.
Почетна инжењерска процена може се написати као:
Приближна температурна грешка=Додатни помак напона ÷ Локална осетљивост термоелемента
Локална осетљивост мора да потиче из одобрене референтне табеле или података инструмента за стварни тип термоелемента и радну температуру.
Само за илустрацију, ако систем има локалну осетљивост од 40 микроволти по степену Целзијуса и комплетна ротирајућа путања додаје 20 микроволти, приближна додатна грешка је 0,5 степени. Ово је математички пример, а не универзална вредност термоелемента или тврдња о производу.
Коначна валидација треба да обухвати специфициране материјале термопарова, распоред референтних спојева, улаз у инструмент, температурне градијенте, брзину ротације и стабилизовано термичко стање.
Буџет за мерење напрезања и грешке моста
Систем мерача напрезања може захтевати побуду, сигнал, сензор, штит и путеве уземљења. Морају се навести конфигурација моста, отпор, побудни напон, излазна осетљивост, локација појачала, пропусни опсег и дозвољено померање нуле.
Илустративни сигнал пуне скале може се проценити као:
Пуни излаз моста=Осетљивост сензора у мВ/В × напон побуде
На пример, претпостављени мост од 2 мВ/В побуђен на 5 В производи излаз од 10 мВ пуне скале. Додатни помак од 10 микроволти представљао би 0,1% тог претпостављеног сигнала пуне скале. Ове вредности су само илустративне и морају бити замењене стварним подацима сензора и инструментације.
Симулатор стабилног моста помаже да се ротациони интерфејс одвоји од напрезања лепка, температуре сензора, структуралног оптерећења и понашања појачавача.
Кодери и дигитални подаци
За енкодере, ЦАН, RS-485, Етхернет или неки други дигитални интерфејс, дефинишите електрични стандард, брзину преноса података, кабл, завршетак, штит, референцу уземљења, контролер, уређај, максималну дужину везе и дозвољене грешке.
Континуитет сам по себи не доказује поуздану динамичку комуникацију. Стварни протокол треба тестирати док се склоп ротира под репрезентативном температуром и електричним оптерећењем.
Додатна разматрања дизајна су покривена у БиТунеовом чланку обрзи пренос података кроз клизне прстенове.
Упоредите контактне и преносне технологије
| Технологија | Одговарајућа употреба | Главна предност | Главно ограничење |
|---|---|---|---|
| Конвенционални брушени клизни прстен | Шири захтеви за снагом при одобреној брзини | Широк круг и струјни опсег | Хабање, остаци, варијације у контакту и одржавање могу се повећати са радом |
| Сигнални клизни прстен од племенитог метала | Ниски или дигитални сигнали у оквиру одобреног опсега брзине | Компактан проводни пут сигнала | Брзина и живот остају зависни од дизајна |
| Ротациони предајник течно-метални | Веома велика брзина и ниско проводљиво мерење | Нема конвенционалног интерфејса чврсте четке | Захтеви за материјал, оријентацију, температуру, складиштење, руковање и усклађеност |
| Ротациони спој са оптичким влакнима | Оптички подаци, висока ЕМИ или галванска изолација | Електрична изолација и ЕМИ имунитет | Захтева оптичку опрему и одвојену електричну енергију |
| Бежична телеметрија | Системи у којима су проводне путање података непожељне | Уклања сигналне контакте | Захтева ротирајућу снагу и валидацију радио-система |
Дизајни са течним металом и живом
Неки ротациони предајници са течним металом користе запечаћене проводне контакте на бази живе. Елиминисање конвенционалне чврсте четке не чини уређај оптички, индуктивно или бежично бесконтактним.
Пре него што одобрите производ натопљен живом, прибавите тачну декларацију о материјалу, дозвољену оријентацију, температурни опсег, захтеве за складиштење, упутства за транспорт, реаговање на оштећења, ограничења поправке, пут на крају животног века и документе о усклађености са циљним тржиштем.
БиТуне пружа засебне информације оживине клизне прстеновеиалтернативе клизних прстенова без живе.
Америчка агенција за заштиту животне средине наводи да висока изложеност живи може штетити органима укључујући мозак, бубреге и плућа. Запечаћени производ у нормалној употреби је другачији сценарио изложености од оштећене или отворене јединице, али контроле руковања и одлагања остају неопходне.
ЕУ РоХС оквир ограничава живу и друге опасне супстанце у електричној и електронској опреми, док се специфични изузеци и детаљи о примени могу променити током времена. Применљивост се мора проверити за тачан део, категорију опреме, циљно тржиште и тренутни статус изузећа.
Контролно спајање, поравнање, баланс и маса кабла
Користите одобрену спојницу
Одговарајућа флексибилна спојница може смањити пренос неусклађености машине и бочног оптерећења на ротациони предајник. То не уклања потребу за тачним поравнањем.
Спојница мора бити одобрена за максимални број обртаја пројекта, величине вратила, преносни обртни момент, торзиону крутост, неусклађеност, температуру, прикачену масу и захтеве равнотеже.
Дефинишите избочине и датуме поравнања
На цртежу машине треба да се наведу мерне локације и дозвољене вредности за радијално закретање вратила, закретање пилота, отпуштање чеоне прирубнице, концентричност, угаоно одступање, аксијални положај и бочно оптерећење.
Немојте копирати толеранцију са цртежа другог произвођача. Одобрена вредност мора да потиче од изабраног ротационог предајника, спојнице, носача и система осовине.
Успоставите границу равнотеже
Граница баланса може укључивати осовину предајника, спојницу, главчину, адаптер, причвршћиваче, конектор, ротирајући кабл и ожичење сензора.
Користан извештај о билансу треба да идентификује:
- Сваки укључен ротирајући део
- Брзина равнотеже и равни корекције
- Измерени резидуални дебаланс
- Коначна инсталирана конфигурација
- Свака мерна несигурност или ограничење монтаже
Компонента која је сама по себи балансирана може се понашати другачије након инсталирања асиметричног конектора или кабла.
Оптерећења контролног кабла и конектора
При ултра-великим брзинама, чак и мали конектор или кабл може утицати на дистрибуцију масе и вибрације. Причврстите ротирајуће ожичење на одобрену структуру ротора, независно подуприте стационарне каблове, спречите шибање, избегавајте оштре кривине у близини излаза и држите спољну напетост даље од предајника.
Сродне смернице за интеграцију доступне су у БиТунеовом чланку оизбор каблова са клизним прстеном.
Управљајте температуром, окружењем, складиштењем и животним циклусом
Могући извори топлоте укључују лежајеве, проводни интерфејс, побуду сензора, ротирајућу електронику, проводљивост осовине, суседне машине и ограничен проток ваздуха.
Забележите температуру на дефинисаним тачкама уместо да пријавите једну необјашњиву вредност кућишта. Корисне локације могу укључивати амбијентални ваздух, интерфејс за монтажу, подручје лежишта, кућиште, конектор, оптерећени проводник и ротирајућу електронику.
За мерења на термопаровима и микроволтним нивоима, промена температурних градијента око спојева проводника може бити важна колико и максимална температура кућишта.
Влажност, кондензација, прашина, уље, расхладна течност, хемикалије, вакуум, притисак, надморска висина и вибрације такође треба да буду укључени у спецификацију пројекта. БиТуне-ов водич заутицаји животне средине на перформансе клизног прстенапружа даљу позадину.
Складиштење и поновно покретање
Добављач треба да дефинише дозвољени период складиштења, оријентацију, температуру, влажност, периодичне провере, електричне провере пре поновне употребе и услове који захтевају фабрички сервис.
Јединица која се чува неколико година не би требало аутоматски да се третира као еквивалентна недавно произведеном и тестираном производу.
Без одржавања није без прегледа
Производ можда неће захтевати подмазивање на терену или подешавање четкице, а да и даље захтева проверу каблова, праћење вибрација, поређење отпорности, преглед температуре, сервис произвођача и контролисано руковање на крају радног века.
Користите степенасто пуштање у рад и мерљиве критеријуме прихватања
Ротациони предајник ултра велике брзине не би требало да се подиже директно на максимални број обртаја. Придржавајте се захтева за инсталацију специфичних за модел и безбедносне процедуре одобрене машине.
- Потврдите конфигурацију.Проверите број дела, опцију брзине, распоред канала, контактну технологију, спојницу, подршку, ожичење, декларацију материјала и цртеж.
- Прегледајте механички интерфејс.Измерите одобрене датуме одступања и поравнања и потврдите распоред каблова, конектора, носача и заштите.
- Успоставите стационарну и основну линију мале брзине.Забележите отпор, изолацију, нулу сензора, шум сигнала, обртни момент, вибрације, температуру и кретање кабла.
- Повећајте брзину у дефинисаним фазама.У свакој фази забележите број обртаја у минути, спектар вибрација, редослед ротације, температуру, обртни момент, динамички отпор, излазни сигнал и грешке у комуникацији.
- Примените репрезентативно оптерећење.Поновите тест са стварном побудом сензора, истовремено активним каналима, ротирајућом електроником, саобраћајем података и термичким условима.
- Тестирајте максимално одобрено стање.Останите у оквиру одобреног трајања, температуре, убрзања и електричног оптерећења.
- Поновите након термичке стабилизације и издржљивости.Користите исте инструменте, каблове, филтере, софтвер, тачке мерења и границе прихватања.
БиТуне'супутства за инсталацијуи водите даљекако тестирати клизни прстенможе подржати процедуру специфичну за модел.
Матрица за механичко и електрично испитивање
| Тест Ареа | Потребни докази |
|---|---|
| Идентитет производа | Одобрени модел, опција брзине, канали, материјали и додаци |
| Димензије | Извештај о инспекцији осовине, прирубнице, омотача, монтаже и излаза каблова |
| Испадање и поравнање | Локације мерења, угао осовине, метода и резултати |
| Баланс | Укључени ротирајући делови, равни корекције и запис заосталих неравнотежа |
| Вибрације | Промена брзине, спектар, референца ротације, позиције сензора и тренд |
| Обртни момент и температура | Хладни и стабилизовани резултати са брзином, смером, оптерећењем и тачкама мерења |
| Статички отпор | Дефинисане прикључне тачке и четворожилно мерење где је то потребно |
| Динамички отпор | Необрађени траг, мерни опсег, брзина, оптерећење, температура и референца осовине |
| Изолација | Тестирајте напон, трајање, комбинације канала и резултат |
| Симулација сензора | Познато поређење улаза и излаза кроз комплетну ротирајућу путању |
| Стварни сигнал или протокол | Грешка сензора, прекид везе са уређајем, грешке у комуникацији или понашање опоравка |
| Поново се покреће издржљивост и складиштење | Иницијално и коначно поређење коришћењем исте границе теста |
Дефинишите услове мерења динамичког отпора
Резултат динамичког отпора је непотпун осим ако не каже:
- Метода мерења струје и напона
- Двожичне или четворожичне прикључне тачке
- Интервал узорковања и опсег мерења
- Филтрирање, изглађивање и праг догађаја
- Брзина, смер, температура и електрично оптерећење
- Задржавање необрађених података
- Референца за угао вратила или једном по обртају
Просечна вредност отпора може сакрити кратке сметње. Пријавите основну линију, просечну, варијацију од врха до врха, кратке догађаје и било који поремећај који се понавља под доследним углом осовине.
ИЕЦ 60512-2-1:2002дефинише метод контактног отпора на нивоу миливолта.ИЕЦ 60512-2-3:2002адресира варијације контактног отпора под одређеним динамичким условима, иИЕЦ 60512-2-5:2003адресира поремећај контакта. Ове методе конектора могу дати информације о плану тестирања, али брзина клизног прстена, оптерећење, пропусни опсег, трајање и границе прихватљивости и даље морају бити дефинисане за пројекат.
Поставите критеријуме за пролаз или пад пре тестирања
Одобрени план треба да дефинише брзину, трајање, убрзање, електрично оптерећење, конфигурацију сигнала, максималну вибрацију, максималну температуру, обртни момент, статички отпор, динамичке варијације, дозвољене грешке сензора или комуникације, услове искључивања и дозвољену промену после издржљивости.
ИСО 20816-1:2016пружа опште процедуре за процену мерења вибрација на комплетним машинама, али не поставља универзалну границу прихватљивости за сваку инсталацију ротационог предајника.
Не постоји једно ограничење шума, вибрација, отпора или грешке сигнала које одговара сваком клизном прстену ултра велике брзине. Вредности морају да произилазе из стварног сензора, ризика машине, радне обавезе, дизајна производа и захтева мерења.
Записи добављача се могу прегледати заједно са БиТуне-овиминформације о управљању квалитетом.
Илустративни дијагностички сценарио
Следећи пример је хипотетички и не представља резултат купаца или БиТуне оцену производа.
Систем за тестирање турбокомпресора користи ротациони предајник за два термопара, деформациони мост, ротирајући канал притиска, енкодер и нискострујну снагу за кондиционирање сигнала. Тестови мале брзине пролазе, али канал деформације развија поновљиво померање близу једне радне брзине.
Одмах замена ротационог предајника била би преурањена. Структурисана истрага би:
- Синхронизујте излаз деформације, динамички отпор, вибрације и угао осовине.
- Поновите мерење брзине са стабилним симулатором моста који замењује сензор.
- Упоредите хладно и термички стабилизоване резултате.
- Прегледајте једнократне и друге наредбе за вибрацију.
- Прегледајте спојницу, ослонац, масу кабла, конектор и излаз.
- Проверите напон побуде и уземљење појачала.
- Поновите тест након сваке контролисане промене.
Ако сметња остане са симулатором моста и понавља се под истим углом осовине, ротирајући пут или његова механичка интеграција постаје вероватнија. Ако нестане са симулатором, сензор, инсталација моста, структурно напрезање или топлотно окружење захтевају даљу истрагу.
Решавање проблема са ултра-брзиним ротационим мењачем
| Уочени симптом | Могући узрок | Прва истрага |
|---|---|---|
| Вибрације се повећавају у уском опсегу брзине | Резонанција, флексибилност подршке, понашање спојнице, лабавост или кретање кабла | Прегледајте преглед пуне брзине, спектар, фазу и механичко подешавање |
| Доминира једнократна ротирајућа вибрација | Неравнотежа, ексцентрицитет, маса конектора или монтажа | Проверите границу равнотеже и истицање |
| Сигнал се мења једном по обртају | Локално стање контакта, отказивање, померање кабла или ефекат угла осовине | Синхронизујте сигнал и динамички отпор са углом осовине |
| Очитавање термоелемента се помера како се склоп загрева | Топлотни ЕМФ или променљиви температурни градијенти | Упоредите електрични помак са дефинисаним тачкама мерења температуре |
| Напрезање нула промена након загревања | Температура моста, побуда, уземљење, појачало или померање ротационе путање | Поновите са симулатором стабилног моста |
| Отпор се повећава након складиштења | Промена контактног система, контаминација или стање конектора | Пратите процедуру поновног пуштања у рад добављача |
| Мала брзина пролази, али максимална брзина не успева | Проблем равнотеже, резонанције, поравнања, спајања, кабла или маргине сигнала | Упоредите сваки резултат степенасте брзине |
| Неколико канала пропада заједно | Уобичајени кабл, конектор, уземљење или ротирајућа електроника | Сегментирајте дељени део система |
| Перформансе се мењају након одржавања | Промењен кабл, конектор, баланс, монтажа или уземљење | Упоредите инсталацију са одобреном основном линијом |
Контролна листа РФК клизног прстена ултра-велике брзине
| Категорија | Информације које треба обезбедити |
|---|---|
| Брзина и кретање | Континуирана брзина, краткотрајни максимум, стање прекорачења, трајање, убрзање, стартовања, преокрети, дневни сати и укупни број обртаја |
| Систем вратила | Димензије вратила, спојница, информације о критичној брзини, извлачење, поравнање, подршка, граница баланса, ротирајући каблови, заштита, обртни момент и вибрације |
| Електрични канали | Функција, материјал проводника, напон, струја, побуда, импеданса извора, уземљење, штит, конектор и резервни канали |
| Перформансе мерења | Тип сензора, ниво сигнала, пропусни опсег, тачност, дозвољено померање, померање, шум, стварни инструмент и тест на нивоу апликације |
| Контактирајте технологију и усклађеност | Технологија, декларација материјала, забрањене супстанце, циљна тржишта, транспорт, складиштење, поправка, одржавање и пут на крају животног века |
| Животна средина | Температура околине и окна, градијенти, хлађење, влажност, вакуум, притисак, уље, хемикалије, надморска висина, вибрације и удари |
| Валидација | Извештај о балансу, истрчавање, спектар вибрација, обртни момент, температура, отпор, ЕМФ, грешка сензора, стварни протокол, издржљивост, тест поновног покретања, необрађени подаци и извештаји |
ФАК
П: Да ли се ротациони предајник разликује од клизног прстена?
О: Ротациони предајник је врста ротирајућег електричног интерфејса. Термин се обично користи када је примарна сврха преношење мерних сигнала, а не значајне снаге машине.
П: Да ли без четкица значи потпуно бесконтактно?
О: Не. Дизајн може елиминисати конвенционалне чврсте четке док још увек користи проводљиву течност или други физички преносни медијум. Стварну контактну технологију треба експлицитно навести.
П: Може ли клизни прстен ултра велике брзине преносити сигнале термоелемента и мерача напрезања?
О: Да, када су материјали проводника, топлотна ЕМФ, побуда, варијације отпора, заштита, уземљење, пропусни опсег, температурни градијенти и тачност на нивоу примене укључени у спецификацију и валидацију.
П: Да ли завршни тест треба да користи праве сензоре?
О: Да. Симулатори помажу да се изолују појединачни делови система, али коначно одобрење треба да користи предвиђени сензор, кондиционер сигнала, контролер или опрему за прикупљање података под репрезентативном ротацијом и температуром.
П: Када треба размотрити прилагођено решење?
О: Инжењеринг по мери је прикладан када стандардни производи не могу да задовоље потребну комбинацију брзине, тачности сензора, материјала канала, монтаже, баланса, окружења, технологије контакта, усаглашености или документације за тестирање.
Коначна препорука
Изаберите клизни прстен ултра велике брзине из комплетног ротирајућег мерног система. Дефинишите динамику осовине, спојницу, границу равнотеже, профил брзине, архитектуру сензора, буџет грешке мерења, електричне канале, температуру, контактну технологију, усклађеност, складиштење, животни циклус и мерљиве критеријуме прихватања пре него што затражите понуду.
Пројекти који захтевају нестандардну брзину, канале за мерење ниског нивоа, специјалне материјале, ограничен простор за инсталацију или валидацију специфичну за пројекат могу се поднети преко БиТуне-ауслуге инжењеринга за клизне прстенове по мери. Укључите цртеж осовине, профил кретања, распоред канала, податке сензора, услове околине, циљна тржишта и захтеве за тестирање када контактиратеБиТуне инжењерски тим.