Vibration measurement of large rotating machinery with MEMS accelerometer-based Internet of Things measurement device

Julkaisun otsikon käännös: Värähtelymittaus isoista pyörivistä koneista MEMS-kiihtyvyysantureihin perustuvalla esineiden internetin mittalaitteella

Ivar Koene

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Pyöriviä koneita käytetään laajasti erilaisissa käyttökohteissa, kuten voimalaitoksissa, tuulivoimaloissa, paperikoneissa ja laivojen voimalinjoissa. Jokaisessa edellä mainitussa kohteessa kunnonvalvonta on tärkeässä roolissa, jotta voidaan ennakoida koneen vikaantuminen ja optimoimaan huollon aikataulutus sekä koneen käyttö. Tyypillisesti koneiden kunnonvalvonta toteutetaan langallisilla värähtelyantureilla, joista yksi esimerkki on pietsosähköinen kiihtyvyysanturi. Näiden antureiden haasteena on kaapeloinnin kalleus ja työläys, mikä voi joissain tilanteissa rajoittaa niiden käyttöä. Tutkimuksessa keskityttiin kustannustehokkaiden ja helposti asennettavien antureiden käyttöön pyörivien koneiden kunnonvalvonnassa. Tutkimuksessa esiteltiin kolme prototyyppiä langattomista esineiden internetin (IoT) mittalaitteista, joissa on mikrosysteemikiihtyvyysanturi (MEMS-kiihtyvyysanturi) mittamaan värähtelyä. Ensimmäisellä prototyypillä tutkittiin MEMS-kiihtyvyysanturin soveltuvuutta suurten pyörivien koneiden poikittaisten värähtelyiden mittauksessa. Toinen prototyyppi oli avoimen lähdekoodin IoT-mittalaite, jossa oli pitkät mittaukset mahdollistava tiedontallennusjärjestelmä. Mittalaitetta operoitiin selainpohjaisella käyttöliittymällä, joka yhdessä tiedon tallennuksen kanssa mahdollisti laitteen itsenäisen käytön pelkällä selainyhteydellä. Kolmas prototyyppi kiinnitettiin suoraan pyörivään akseliin, mikä mahdollisti sekä vääntö- että poikittaisvärähtelyiden mittauksen. Akseliin kiinnitetyn prototyypin tueksi kehitettiin signaalinkäsittelymenetelmä, jolla pystyttiin erottamaan vääntö- ja poikittaisvärähtelyt toisistaan sekä edelleen jakamaan poikittaisvärähtelyt vaaka- ja pystysuuntaisiin värähtelyihin. Prototyyppien tutkimuksessa hyödynnettiin kolmea eri testiympäristöä: täysikokoista paperikoneen telaa, lineaarista toimilaitetta ja laivan voimansiirron pienoismallia. Paperikoneen telaa sekä laivan voimansiirron pienoismallia käytettiin värähtelyn mittaamisen tutkimiseen. Lineaarisen toimilaitteen avulla tutkittiin etenemisliikkeen mittaamista. Referenssiantureina käytettiin perinteisiä pietsosähköisiä kiihtyvyysantureita, pulssiantureita ja vääntöantureita. Tulokset osoittivat, että langattomat IoT-mittalaitteet ovat varteenotettava vaihtoehto värähtelyn mittaamiseen pyörivistä koneista. Nämä mittalaitteet voidaan asentaa jälkeenpäin olemassa oleviin koneisiin helposti sekä kustannustehokkaasti. Akseliin kiinnitetty prototyyppi pystyi mittamaan ja erottamaan vääntö- ja poikittaisvärähtelyt toisistaan, mikä mahdollistaa eri värähtelytyypeille tarkoitettujen erillisten antureiden korvaamisen yhdellä anturikokonaisuudella. MEMS-kiihtyvyysantureilla on kuitenkin haasteensa kohinatiheyden kanssa, mikä kuitenkin pienenee koko ajan MEMS-teknologian kehittyessä.
Julkaisun otsikon käännösVärähtelymittaus isoista pyörivistä koneista MEMS-kiihtyvyysantureihin perustuvalla esineiden internetin mittalaitteella
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Viitala, Raine, Vastuuprofessori
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0754-8
Sähköinen ISBN978-952-64-0755-5
TilaJulkaistu - 2022
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • kiihtyvyysanturi
  • vääntövärähtely
  • poikittaisvärähtely
  • kunnonvalvonta
  • esineiden internet

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Värähtelymittaus isoista pyörivistä koneista MEMS-kiihtyvyysantureihin perustuvalla esineiden internetin mittalaitteella'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä