Ett telemetri system för en turboladdare
Ett examensarbete utfört i samarbete med Scania CV AB
Nils Ennerfors
SKOLAN FÖR INDUSTRIELL TEKNIK OCH MANAGEMENT INSTITUTIONEN FÖR HÅLLBAR PRODUKTIONSUTVECKLING
Ett telemetrisystem för en turboladdare
av
Nils Ennerfors
Examensarbete TRITA-ITM-EX 2018:467 KTH Industriell teknik och management
Hållbar produktionsutveckling Kvarnbergagatan 12, 151 81 Södertälje
Ett telemetrisystem för en turboladdare
Nils Ennerfors
Godkänt
2018-07-12
Examinator KTH
Mark W. Lange
Handledare KTH
Mark W. Lange
Uppdragsgivare
Scania CV AB
Företagskontakt/handledare
Janakiraman Thiyagarajan
Sammanfattning
Detta examensarbete har gått ut på att undersöka möjligheten till implementerande av ett trådlöst mätsystem för en turboladdare samt sedan ta fram en basinstallation för det valda systemet.
Genom att tillämpa användningen av ett trådlöst mätsystem till Scanias turboaggregat så kan mätvärdena som erhålls användas till fortsatta designförbättringar och verka som en kontroll av Scanias turboleverantörer. Arbetet har behandlat studier i olika trådlösa mätsystem och sedan utse det som passar Scanias turboaggregat bäst, detta blev då telemetrisystemet. Arbetet fortsatte med etablering av kontakt med leverantörer och senare matcha Scanias krav och begränsningar med leverantörens föreslagna system. Arbetet har också hanterat framtagandet utav CAD- modeller, ritningar för en monteringslösning till telemetrisystemet. Detta betydde att konstruera inom turboaggregatets begränsningar och driftområden så att monteringslösningen kan hantera de hårda förhållanden systemet kommer utsättas för vid drift. Arbetet resulterade med en
framtagen offert och en systembeställning av ett 2 kanalsystem, även framtogs två stycken olika monteringslösningar som kan användas för fästa av telemetrisystemet i turboaggregatet.
Nyckelord
Lastbil, turbo, telemetrisystem, CAD
TRITA-ITM-EX 2018:467
A telemetry system for a HD turbocharger
Nils Ennerfors
Approved
2018-07-12
Examiner KTH
Mark W. Lange
Supervisor KTH
Mark W. Lange
Commissioner
Scania CV AB
Contact person at company
Janakiraman Thiyagarajan
Abstract
The aim of this thesis has been to investigate the feasibility of a wireless measurement system for a HD turbocharger, and then implementing a base installation for the selected system. By applying the usage of a wireless measurement system to one of Scania’s turbochargers, the measurement values that obtained can be used for design improvements and as a verifier of Scania’s turbo suppliers. The thesis has covered studies in different wireless measurement system and later choosing one that fits Scania’s turbochargers best, this became the telemetry system. The thesis has also covered the development of CAD-models and drawings for a
mounting solution to the telemetry system. This meant designing within the turbochargers design limits and operating areas so that the mounting solution could deal with the harsh condition the system will be exposed to. The thesis resulted in ordering the 2 channel telemetry system and a development of two different mounting solution that can be used to fasten the telemetry system within the turbocharger.
Key-words
Truck, turbo, telemetry system, CAD
1 (67)
Förord
Detta examensarbete är skrivit av Nils Ennerfors på uppdrag från Scania CV AB. Jag läser nu sista delen av programmet maskinteknik inriktning innovation & design på KTH i Södertälje. Detta
examensarbete omfattar 15hp och arbetades med i 10 veckor Scanias avdelning som hanterar forskning och utveckling.
Jag skulle tacka: Mina handledare på Scania, Janakiraman Thiyagarajan och Per Inge Larsson för bra handledning, samtliga personer på NMG som engagerat sig och hjälpt mig med examensarbetet samt så skulle jag även vilja tacka Mark W. Lange på KTH för bra vägledning genom projektperioden.
2 (67)
Innehållsförteckning
1 Introduktion ... 6
1.1 Bakgrund: ... 6
1.2 Problembeskrivning: ... 6
1.3 Syfte ... 7
1.4 Mål ... 7
1.5 Avgränsningar ... 7
1.6 Lösningsstrategi ... 8
1.7 WBS – Work Breakdown Structure ... 9
2 Litteraturstudie ... 11
3 Metod ... 13
3.1 Förstudien ... 13
3.2 Marknadsundersökning samt systemsållning ... 13
3.3 Systemval ... 13
3.4 Inköpsbegränsning ... 13
3.5 Preparering för systembeställning ... 13
3.6 Systembeställning ... 14
3.7 Infästning och instrumentationsöversikt ... 14
3.8 Monteringsskisser ... 14
3.9 CAD ... 14
4 Förstudie: ... 17
4.1 Turboaggregat ... 17
4.1.1 Laddluftkylare ... 18
4.1.2 EGR – Exhaust gas recirculation (avgasrecirkulation) ... 19
4.1.3 Komponenter vid kompressordelen: ... 19
4.2 Befintliga trådlösa mätningssystem: ... 20
4.2.1 Telemetrisystem ... 20
4.2.2 Släpringssystem (Slip ring system) ... 22
4.2.3 Vridmomentssensor ... 23
4.2.4 Blade tip timing ... 24
5 Driftscenario ... 27
6 Systemsållning ... 29
6.1 Förklaring av kriterier kesselring-matris: ... 29
6.2 Resultat kesselrings-matris: ... 29
7 Infästnings- och instrumentationsöversikt ... 31
7.1 Placering av telemetrisystemet ... 31
7.2 Fixering av systemet på ett STT turboaggregat ... 32
7.3 Tidigare fästdetaljer som kan tillämpas ... 33
8 Begränsningar ... 35
9 Systembeställning ... 41
9.1 Budgetofferter ... 41
3 (67)
10 Infästningskoncept för telemetrisystemet ... 45
10.1 Koncept 1, inloppsinfästning: ... 45
10.2 Koncept 2, omslutande inloppsinfästning: ... 47
11 CAD av infästningskoncept ... 49
11.1 Alternativ geometri ... 52
11.2 Montering av systemet i turboaggregatet ... 54
12 Resultat ... 57
12.1 Mätsystemet ... 57
12.2 Det beställda systemet ... 57
12.3 Monteringslösningen i CAD ... 57
12.4 Monteringshänvisning ... 57
13 Slutsats ... 59
14 Diskussion ... 61
Källförteckning ... 62
Figur- och tabellförteckningar ... 63
Bilaga I: Kesselring matris ... 64
Bilaga II: Samtliga systempriser ... 65
Bilaga III: Systemplanering ... 67
4 (67)
5 (67)
6 (67)
1 Introduktion
Scania CV AB är idag pionjärer inom lastbilstillverkning, de har sin basis i Södertälje söder om Stockholm, här finnes även avdelningen som hanterar forskning och utveckling (FoU).
FoU arbetar dagligen med att utveckla Scanias lastbilar och motorer så de uppnår en hög och bra standard.
Figur 1: Exempel på en av Scanias lastbilar (Trailer.se, 2017)
Som sista del av högskoleingenjörsutbildningen inom maskinteknik på KTH behöver studenterna utföra ett examensarbete på 15hp för att uppvisa att läromålen uppfylls på kursplanen för utbildningen.
Examensarbetet kommer bestå av ca. 10 arbetsveckor på Scania, med en slutpresentation av examensarbetet samt en rapportinlämning. Examensarbetet kommer utarbetas på FoU, på en av avdelningarna på motorutveckling (NM) närmare bestämt NMGG som hanterar gasväxlingssystem och turboutveckling.
1.1 Bakgrund:
En turbo är en delmodul på en motor som arbetar med att öka verkningsgraden och minska bränsleförbrukning med hjälp av att förse motorns förbränningskammare med komprimerad luft.
Under drift av en lastbil eller buss så är turboladdarna utsatta för olika typer av belastningar (höga temperaturer och varvtal) där belastningstypen beror på applikation och körförhållhanden. För att se över dessa olika typer av belastningar krävs ett mätningssystem som kan mäta temperaturer och deformationer på roterande komponenter vid specifika ställen.
1.2 Problembeskrivning:
Detta examensarbete kommer gå ut på att specificera ett mätsystem som kan överföra signaler ifrån roterande komponenter på ett turboaggregat samt implementera en basinstallation för mätsystemet.
Mätsystemet skall anpassas utifrån från den budget Scania har erhållit samt för ett av Scanias turboaggregat.
7 (67)
1.3 Syfte
Syftet med examensarbetet är att:
1. Förbereda Scania CV AB, NMGG för användningen av mätsystemet genom att framställa en basinstallation.
2. Scania CV AB, NMGG skall kunna tillämpa mätsystemet som kontroll av komponenter på turboaggregatet så att Scania kan ställa krav och kontrollera turboaggregaten från deras leverantörer.
3. Scania CV AB, NMGG skall med hjälp av ett etablerat mätningssystem få bättre förståelse för turbo-komponenterna som sedan kan användas till fortsatta designförbättringar.
1.4 Mål
• Specificera ett mätsystem som kan överföra signaler från roterande komponenter på ett av Scanias turboaggregat
• Ta fram en basinstallation för ett mätningssystem som kan överföra signaler ifrån ett roterande system i form utav en turboladdare
• Presentera en CAD-modell över hur de olika komponenterna från systemet skall fästas i turboaggregatet.
• Presentera en manual över hur basinstallationen skall monteras i turboaggregatet
1.5 Avgränsningar
• Basinstallationen skall inte överstiga den budget som blivit bifogat för inköp av mätsystemet
• Mätsystemet skall anpassas utifrån ett STT turboaggregat och en DC13 148 motor
• Mätsystemet skall anpassas utifrån de begräsningar som anges i begränsningskapitlet
8 (67)
1.6 Lösningsstrategi
Arbetet kommer bestå av följande lösningsstrategi:
• Planering
o Sammanställning av all formalia för arbetet (problembeskrivning, mål, avgränsningar)
• Förstudie
o Hur fungerar ett turboaggregat?
o Vilka mätsystem används vid mätning på roterande komponenter?
• Systemsållning
o Vilket system är att föredra på ett turboaggregat?
• Leverantörsmöten
o Möte med de leverantörer som anses vara intressanta för arbetet samt systembeställning
• Infästning- och instrumentationsöversikt över tidigare arbeten
o Finns det några tidigare arbeten över mätning av roterande enheter
o Översikt över monteringsanordning för eddy-current sensorer på kompressorinloppet
• Scenarioöversikt
o Vilket scenario kommer systemet befinna sig i, hur kommer systemet belastas?
• Begränsningsöversikt
o Vilka begräsningar finns på monteringssidan, vilka mått skall konstruktionen förhålla sig efter?
• Skissframtagning
o Skisser skapas som förbereder konstruktionsarbetet
• Systembeställning
o När allt förarbete är det dags att beställa systemet
• Genomförandefas
o CAD-framställning utav hållare för systemet o Manualskrift
• Presentation/Rapportskrivning
9 (67)
1.7 WBS – Work Breakdown Structure
I detta examensarbete har det utnyttjats metoden work breakdown structure för att strukturera upp arbetet mer tydligt. Figuren visar de olika delarna som behandlats i projektet för att uppnå ett slutresultat.
Figur 2: WBS - Work Breakdown Structure
10 (67)
11 (67)
2 Litteraturstudie
Tidigare arbeten som hanterar trådlös överföring av signaler (mätdata) för roterande komponenter har gjorts på KTH men då för en axialturbin från Siemens Industrial Turbomachinery AB baserat i
Finspång i sydöstra Sverige. Huvudsyftet med detta arbete var att framställa ett redundant mätningssystem för en axialturbin samt att mäta spänningar på turbinblad och eventuella tryckskillnader som kan bidra till negationer i axialturbinen.
Här togs de uppmätta signalerna från de sensorer som är utplacerade på axialturbinen och skickas sedan till en mottagare med hjälp av höghastighetsbyggda släpringssystem. Här analyserades och undersöktes sedan signaler ifrån trådtöjningsgivare och tryckgivare placerade i axialturbinen på olika intressanta positioner.
Här roterade slipringsystemet samt rotorn ca. 300 varv, därmed en varvtalshastighet på rotorn omkring ca. 4500RPM, slipringssystemet utsattes även för en låg temperatur (30°C -80°C) då
axialturbinen endast kall-kördes. Axialturbinen roterades med hjälp av en kompressor med en effekt på 1MW samt ett max massflöde på 4,7kg/s.
(Fridh & Fransson, 2006)
12 (67)
13 (67)
3 Metod
Arbetssättet som tillämpats i detta examensarbete har helt baserats på den lösningsstrategi samt WBS som skapades i början av projektet. Genomförandet kommer täcka hur arbetet har gjorts på
examensarbetet från början till slut, med detta genomförandet så lyckades projektet komma fram till olika slutsatser och resultat.
3.1 Förstudien
Arbetet påbörjades med en förstudie över hur ett turboaggregat fungerar i förhållande med en motor, här togs det fram först information om hur ett turboaggregat fungerar samt om hur den samarbetar med motorn för att öka effekten och verkningsgraden. Viktiga komponenter i turboaggregatet på kompressorsidan förklarades för att de senare kommer beröras i arbetet. Förstudien fortsattes med att undersöka vad andra företag gjort inom området för trådlösa mätningssystem. En del arbeten hittades där företag utnyttjat släpringar och ”blade tip timing” som metod för att överföra trådlös mätdata.
3.2 Marknadsundersökning samt systemsållning
Efter själva förstudien var klar påbörjades undersökning om vad marknaden erbjuder för typ av mätsystem för applicerande på roterande komponenter, detta för att hitta det mest lämpliga för företagets behov. Det hittades fyra olika typer av trädlösa mätningssystem och en stor del av dem tillämpades i fordons- och flygindustrin. Tillämpning av trådlösa mätsystem på turboladdare visade sig vara väldigt vanligt, men de flesta företag som använder denna mätmetod redovisar de inte för
allmänheten.
När ett lämpligt antal mätsystem tagits fram behövde de olika systemen sållas ut till ett som skall anpassas efter turboaggregatet. Urvalskriterier togs fram för att få ett bra system lämpligt till ett turboaggregat. Dessa kriterier var: Lågt antal huvuddetaljer, låg axelpåverkan, anpassad för höga varvtal, anpassad för många mätapplikationer och lätt monteringslösning. Dessa kriterier fördes sedan in i en kesselring-matris tillsammans med de olika systemen som hittades, systemen och kriterierna viktades sedan utifrån högst lämplighet för turboaggregatet. Av kesselring-matrisen översågs att telemetrisystemet var det mest lämpliga att applicera på turboaggregatet.
3.3 Systemval
Mätsystemet som valdes ut att beställas blev telemetrisystemet. Detta val var inte enbart baserat på den kesselring-matris som gjordes utan även översågs det att det vanligaste sättet bland turboleverantörer, inom bil- och lastbilsindustrin att ta ut mätdata ifrån turboladdare är utnyttjandet av telemetrisystem.
Att tillämpa ett mätningssystem som använts tidigare på turboladdare verifierar inte bara att systemet kan fungera utan även att systemet är en fungerande mätningsmetod.
3.4 Inköpsbegränsning
Vid examensarbetets början hade projektet en ekonomisk begränsning alltså en budget för inköp av systemet. Detta gjordes att vid varje leverantörsmöte behövde beställningen av systemet i helhet begränsas, totalt skedde två stycken leverantörsmöten. Inköpsbegränsningen gjorde i stort sett att telemetrisystemet som letades efter skulle vara en sorts ”off the shelf” produkt för att inte överstiga budgeten.
3.5 Preparering för systembeställning
Efter själva förstudien hade tagit sitt slut sattes fokus på preparering för systembeställningen. Den prepareringen som gjordes var att ta ut de begränsningar systemet måste förhålla sig efter samt ta ut det driftscenario som systemet måste förhålla sig till.
14 (67)
3.6 Systembeställning
Innan examensarbetets period hade företaget ordnat upp ett möte tidigt in på första arbetsveckan med leverantör A från Knivsta, detta för att tidigt få kontakt med ett företag som säljer trådlösa
mätningssystem.
Leverantör A är ett svenskt elektronikföretag som säljer mätsystem för industri och forskning, ett av dessa mätsystem de säljer är just telemetrisystem som utifrån matris och undersökning visat vara sig det mest lämpliga (mer om detta senare i rapporten). Arbetsmötet utfördes och information om leverantör A och om telemetrisystem gavs. Telemetrisystemet som leverantör A sålde var inte tillverkat i Sverige utan leverantör A var istället nordiska distributörer för ett företag som heter leverantör B.
Leverantör B har tidigare levererat system till företag som hanterar turboaggregat samt gasturbiner. Ett av de förhållningssätt som examensarbetet hade i början av arbetsperioden var att inte överstiga den budget som erhållits för projektet. Vid kontakt med leverantör B informerades det om att beställning av systemet kommer överstiga budgeten, detta gav följd till att andra leverantöralternativ undersöktes.
Efter ytterligare undersökning över andra specifika leverantörer hittades företaget och telemetrisystemsåterförsäljaren leverantör D med leverantör C som nordiska distributörer av leverantör Ds produkter. Vid kontakt visade det sig att leverantör C även hanterade beställningar där endast basvaror skall beställas och inte själva monteringen sker av samma bolag, detta gjorde att både leveranstiden och slutpriset ändrades. Vid kontakt med leverantör C togs fyra stycken budgetofferter fram för att vad leverantör C (leverantör D) kunde leverera till Scania. Det som skiljde de fyra
offerterna åt var antal kanaler på systemet (fler kanaler fler mätapplikationer), för framtida arbeten planerar Scania att utföra fler mätningar med flera givare därav krävs fler kanaler och därav
undersöktes detta alternativ.
3.7 Infästning och instrumentationsöversikt
En infästning- och instrumentationsöversikt gjordes detta för att få en överblick över vad som använts i tidigare arbeten och vad som kan utnyttjas till detta arbete. Det finns inga på Scania som skapat ett mätningssystem för turboaggregat på Scania men däremot har andra mätningar utförts. En av dessa mätningar var avståndsmätning på kompressorhjulet med en eddy-current sensor. Vid denna mätning användes en monteringslösning för en sensor, denna monteringslösning är fixerad vid
kompressorinloppet.
3.8 Monteringsskisser
När en översikt över begräsningar, tidigare instrumentation och infästningar gjorts, samt kontakt med leverantören genomförts var det dags att påbörja skissandet av hur de olika monteringarna för
systemet kunde se ut.
3.9 CAD
Efter monteringsskisserna var klara var det dags att konstruera en monteringslösningen i CAD, här gjordes konstruktionen i Catia v5. Konstruktionen gjordes utifrån åtanke till att utnyttja tidigare infästningspunkter och att tillämpa ett så smidigt monteringsätt av konstruktionen i turboaggregatet som möjligt.
15 (67)
16 (67)
17 (67)
4 Förstudie:
En förstudie genomfördes för att kunna få en inblick i ämnet trådlös mätteknik och att få större inlärning om hur ett turboaggregat fungerar i förhållande till en motor.
4.1 Turboaggregat
Då mätsystemet har sitt huvudsyfte i att placeras på ett turboaggregat är det rimligt att beskriva hur ett turboaggregat fungerar.
Ett turboaggregat tillämpas på Scanias lastbilsmotorer för att öka effekten från motorn. Det turboaggregatet gör är att komprimera in mer luft in i förbränningskammaren, detta gör att mer bränsle kan sprutas in i motorn vilket i sin tur ger högre effekt .
Ett turboaggregat består av tre stycken huvudmoduler, en kompressorkåpa, ett lagerhus samt ett turbinhus. I turbinhuset sitter det ett turbinhjul på en axel (turbinaxeln), samma axel går igenom lagerhuset till kompressorkåpan, på turbinaxeln (i kompressorkåpan) sitter ett kompressorhjul. I och med att turbin- och kompressorhjulet är belägna på samma axel betyder det att när turbinhjulet roterar, roterar även kompressorhjulet (Scania Utbildning, 2010).
Figur 3: Figur över de olika komponenterna i ett turboaggregat (Turbochargers Plus, 2018) Cykeln för förbränningsluften i en turbo går till på följande sätt:
18 (67)
a) Avgaserna går ifrån förbränningsrummet i motorn till turbinhuset på turbon. När avgaserna träffar turbinhjulet börjar det rotera (full effekt = ca. 120 000 RPM, avgastemperatur ca. 600°C), då
kompressorhjulet sitter belägen på samma axel drivs även det igång.
b) När gaserna använts går de ur ut turbinutloppet, en del avgaserna går vidare till avgasröret och en del går vidare till EGR:en (Exhaust Gas Recycling, mer om detta nedan).
c) Det roterande kompressorhjulet (som sitter på samma axeln som turbinhjulet) komprimerar omgivande luft som kommer in från kompressorinloppet på kåpan och tvingar det vidare till en laddluftkylare.
d) Då luften komprimeras höjs även temperaturen på luften och behöver då kylas ner (hög densitet
Hög temperatur), detta görs i laddluftkylaren (mer om laddluftkylare nedan).
e) Luften skickas vidare från laddluftkylaren och med luften från EGR:en till förbränningskammaren på motorn och därmed tillförs i förbränningsprocessen.
(Eriksson & Nielsen, 2014)
Figur 4: Cykel, luft/avgaser genom turboaggregat 4.1.1 Laddluftkylare
När luft pressas samman till en högre densitet höjs även luftens värme. Ju högre temperatur luft har ju lägre densitet har luften. När luften trycks in i motorn gäller det att luften har en hög densitet för att få förbränningsprocessen effektivt, dvs så mycket luft som möjligt. Därför behövs laddluftkylaren. Då kompressorn höjer densiteten och värmen i luften sänks den i laddluftkylaren och därefter tillförs i förbränningscykeln (Scania Utbildning, 2010).
19 (67)
4.1.2 EGR – Exhaust gas recirculation (avgasrecirkulation)
Avgasrecirkulation, är huvudsakligen en metod som används för att minska de farliga kväveoxiderna i avgaserna. Det EGR:en gör är att återföra en del av avgaserna med inloppsluften från laddluftkylaren, det som händer då är att syrehalten i förbränningsrummet sänks. Detta resulterar i en lägre
förbränningstemperatur och detta leder då till bildandet av kväveoxiderna minskar. EGR:en kyler samt kontrollerar mängden avgas som skickas in i förbränningskammaren (Scania Utbildning, 2010).
4.1.3 Komponenter vid kompressordelen:
I detta kapitel beskrivs viktiga komponenter vid kompressordelen på turboaggregatet, dessa komponenter kommer behandlas i rapporten och därför är viktiga att förklara.
4.1.3.1 Ported Shroud
För att förklara vad proted shrouden är till för på ett turboaggregat måste kompressor surge först förklaras. Kompressor surge är en störning i luftflödet på en turboladdare, detta sker när lufttrycket efter kompressorn är lägre än vad kompressorn erhåller vid drift, vid en allvarlig kompressor surge kan turboaggregatet skadas. En teknik för att öka motverkan till kompressor surge är att implementera en ported shroud, alltså ett typ av portat hölje. Det detta hölje gör är att leda en del av den omgivande luften igenom en port som sedan återcirkulerar luften till inloppet (Garret by Honeywell, 2012).
4.1.3.2 Noise Baffel
En noise baffel är en typ av ”ljudbaffel” placerad på kompressorinloppet för att minska ljudet från turboaggregatet vid drift (Scania Utbildning, 2010).
20 (67)
4.2 Befintliga trådlösa mätningssystem:
Det finns en mängd olika sätt att få signaler och mätvärden ifrån olika system. Men det finns färre antal av system som överför signaler ifrån roterande system. Då ett mätsystem för ett turboaggregat skall framtas är det därför rimligt att undersöka flera olika trådlösa mätningssystem och se över det mest passande för ett turboaggregat.
4.2.1 Telemetrisystem
Ett telemetrisystem är en automatiserad mätningsmetod för att samla data ifrån svåråtkomliga platser eller roterande komponenter på exempelvis turboaggregat eller gasturbiner.
Dataöverföringen i systemet sker helt trådlöst, detta gör att inga sladdar behöver kopplas in mellan den roterande delen och den fasta delen på systemet (Honeywell, 2004-2018). Ett telemetrisystem består utav en stationär del och roterande del. Som helhet består systemet av tre stycken huvuddelar som inkluderas i den stationära och roterande delen, dessa huvuddelar är en sändare, en mottagare samt en utvärderingsenhet. Sändardelen tar emot signalerna ifrån givarna (exempelvis trådtöjningsgivare eller temperaturgivare) placerade i turboaggregatet och sedan skickar över signalen till mottagaren,
mottagaren skickar sedan vidare signalerna för vidarebehandling och analys i en ”evaluation unit”
alltså en utvärderingsenhet. Sändaren på den roterande delen kan antingen strömförsörjas via ett batteri, genom ihop byggnad av en liten generator eller genom induktiv strömningsförsörjning från den stationära delen. Ett telemetrisystem kan överse ett stort antal av mätapplikationer. Det som styr antal mätapplikationer på systemet är antal kanaler som levereras med systemet, exempelvis vid 2-kanaler så kan systemet hantera 2 stycken mätvärden, exempelvis temperatur och vibration. För att mäta
temperaturer eller utmattning på turbinblad är det vanligast att det görs ett gnistbearbetat hål i turbinaxeln som sedan används för att dra igenom sladdarna från givarna till sändaren. Det är även vanligast att montera den roterande delen på kompressorhjulet och mottagaren i kompressorinloppet detta då de utsätts för minst temperatur (Manner Sensortelemetrie, 2011).
Ett telemetrisystem är vanligt att tillämpa på turboaggregat, detta då telemetrisystemet kan vid höga varvtal bibehålla en god signalöverföringsförmåga mellan sändare och mottagare. Det finns många olika företag som tillämpat telemetrisystem för turboladdare, exempelvis: Honeywell, BorgWarner, Ford, Cummins, ABB Switzerland och flera (Manner Sensortelemetrie, 2011).
21 (67) Figur 5: Exempel på telemetrisystem på kompressorhjul
Stationär del (mottagare)
Roterande del (sändare)
Kompressorhjul
22 (67)
4.2.2 Släpringssystem (Slip ring system)
Ett släpringsystem är en elektromekanisk anordning som har möjligheten att överföra elektriska signaler från en roterande till en fast struktur. Ett släpringssystem används oftast i generatorer och växelströmssystem där energi behöver överföras från en roterande till en fast komponent (Honeywell, 2004-2018).
Ett släpringssystem består av en stationär grafitborste alternativt kolborste, denna borste släpar mot utsidan av en metallring vid rotation. När metallringen roterar så överförs den elektriska signalen via grafitborstarna. Slipringsystemet kan anpassas efter användning, antingen kan grafitborstarna vara roterande och metallringen stationär eller tvärtom. Slipringssystemet är ett system som utnyttjats väldigt länge då det är en väldigt simpel och billig anordning att framställa. Detta system går även att framställa trådlöst då istället för borstarna på de roterande systemet ersätts det med spolar som kan sedan med hjälp av magnetfältet överföra de signaler som skapas. Om inte systemet är trådlöst kan det behöva en passiv kylning av borstarna som roterar mot ytan. Släpringssystem har tidigare tillämpats på gasturbiner, vanligt vid lägre varvtal (<10 000RPM) (Steffen, 2016 ).
Figur 6: Förenklad skiss över ett slipringssystem
23 (67)
4.2.3 Vridmomentssensor
Vridmomentssensor alternativt torque sensor är en elektronisk anordning som används för att mäta och se över vridmomentet på en roterande axel. En vridmomentssensor är baserad på
trådtöjningsgivare som vid ändrar sin resistans när axeln utsätts för torsion översätter den detta till ett vridmoment. Storleken på resistansen som skapas av givarna är direkt proportionell mot vridmomentet vilket gör att vid ökad resistans kan sensorn avläsa ett ökat vridmoment i axeln den är placerad på.
Figur 7: Vridmomentssensor (Transducer Techniques, 2018)
24 (67)
4.2.4 Blade tip timing
Blade tip timing - BTT ((turbin) bladtipps tajmning ) är ett typ av system för vibrationsmätning av turbinbladen i gasturbiner och turboaggregat. Blade tip timing är även en metod som är mer känt som NSMS – Non-Intrusive Stress Measurement (System), ”Icke-störande spänningsmätningssystem”, metoden har funnits väldigt länge och blev patenterad redan år 1949 (Hardigg, 1949). Detta görs genom att analysera tiden när en bladtipp passerar en sensor (eddy current mm), sensorn är fixerad i höljet av kompressorkåpan på turboaggregatet eller höljet på gasturbinen. Om turbinbladet inte vibrerar kommer tidsintervallet då varje turbinbladstipp passerar sensorn vara konstant, om det vibrera kommer intervallet fluktuera. Med hjälp av differensen i tiden kan detta sedan avgöra
vibrationen (frekvensen) i turbinbladet och därmed räkna ut deformationen över tid och livslängden av turbinbladet. Blade tip timing används endast som mätsystem av vibrationer på exempelvis
gasturbinblad och kan inte användas vid temperaturmätning eller andra mätscenarion (Janicki, et al., 2014).
Figur 8: Översiktsbild över blade tip timing (Zheng, et al., 2015)
25 (67)
26 (67)
27 (67)
5 Driftscenario
Då Mätsystemet inte kan anpassas för drift utifrån alla möjliga scenarion som kan åstadkommas vid körning behöver detta avgränsas så att ett typ av mätsystem kan väljas. Vissa mätsystem är anpassade efter specifika temperaturområden eller rotationshastigheter och därför bör detta tas i åtanke vid systembeställning. Alla motorer som finns på Scania framhäver inte samma driftscenario vid
turboaggregatet, detta betyder att systemet behöver anpassas utifrån ett antal kriterier för att passa just en motor.
När mätsystemet körs är det meningen att det körs med en specifik motor samt en specifik turbo, detta för att Scania skall kunna mäta vad som händer med de olika komponenterna under drift. Mätsystemet har därför begränsas efter följande motor och turboaggregat:
• DC13 148, 13liters dieselmotor
• STT – Turboaggregat
Vid drift med en DC13 148 och med ett STT – turboaggregat utsätts kompressorinloppet för följande scenario:
• Inloppstemperatur: ca. 25°C (beroende på klimat vid drift), även vid kompressor surge, (Scania Utbildning, 2010)
• Max avgastemperatur vid turbinhus under drift: ca. 600°C, (Scania Utbildning, 2010)
• Massflöde vid kompressorinlopp vid 1900RPM i motorvarvtal: ca. - kg/min, (Scania Intern Rapport, 2015)
• Rotation turbin-, kompressorhjul vid max effekt ca. 120 000RPM, (Scania Utbildning, 2010)
• Vibration i turbin- och kompressorblad vid drift: - kHz, (Scania Utbildning, 2010)
Figur 9: Turboaggreagets temperaturområden
28 (67)
29 (67)
6 Systemsållning
För att hitta det bästa mätsystemet för ett turboaggregat gäller det att sålla ut det mätsystemet som egenskapsmässigt passar bäst ihop med STT turboaggregatet och Scanias (NMGG:s) krav. För att sålla ut en av de olika mätsystem utnyttjades sållningsmetoden kesselrings-matrisen. Olika urvalskriterier sattes upp baserat på vad som ansågs mest lämpligt. Se bilaga I för kesselring matrisen.
6.1 Förklaring av kriterier kesselring-matris:
Lågt antal huvuddetaljer: Har systemet ett lågt antal huvuddetaljer, ju fler detaljer, ju krångligare systemet blir att montera. Fler huvuddetaljer kan även bidra till ökning av obalans vid drift och minskade av massflöde vid inloppet.
Låg axelpåverkan: Hur stor påverkan har systemet på axeln? Kräver systemet kontakt med axeln för överföring av signaler eller sker den överföringen trådlöst? Vid kontakt av systemet blir de hög axelpåverkan vilket kan betyda högre tröghetsmoment vid rotation.
Anpassad för höga varvtal: Hur pass väl anpassad är metoden mot höga varvtal? Ett turboaggregat har en arbetsdrift på ca. 100 000 RPM vilket kan utsätta systemet för oerhörda g-krafter. Är systemet byggt för detta?
Anpassad för många applikationer: Är systemet gjort för att hantera många applikationer? Ju fler applikationer systemet kan hantera ju fler värden kan det läsas ut vid drift.
Lätt monteringslösning: Hur lätt monteras telemetrisystemet? Hänger mycket ihop med första urvalskriteriet. Ju lättare telemetrisystemet monteras ju lättare blir det att utföra en mätning av turboaggregatet.
6.2 Resultat kesselrings-matris:
Utifrån kesselrings-matrisen kan det observeras tydligt att de två bästa metoderna för ett turboaggregat är telemetrisystem och blade tip timing. Detta då de har en låg axelpåverkan då de är en trådlös
signalöverförning vid drift samt de är anpassade för höga varvtal. Det som urskilde blade tip timing ifrån telemetrisystem var kriteriet ”anpassad för många mätapplikationer”. Här kan endast blade tip timing mäta vibrationerna på de förbipasserande bladen medans ett telemetrisystems kanaler kan anpassas utifrån mätapplikationer och därav anpassas för ett stort antal mätapplikationer.
30 (67)
31 (67)
7 Infästnings- och instrumentationsöversikt
Då telemetrisystemet blev utsållat och utvalt ifrån resten av de olika mätsystemen skall det bestämmas var på turboaggregatet telemetrisystemet kan placeras och fixeras vid drift. För att kunna fästa
telemetrisystemet på turboaggregatet behöver information tas fram om; Vilken är den mest lämpliga placeringen? Hur fixeras systemet på turboaggregatet? Vad finns det för nuvarande fästdetaljer att återanvända?
7.1 Placering av telemetrisystemet
På samtliga telemetrisystem för turboaggregat som hittats monteras sändaren på kompressorsidan av turboaggregatet, detta då de utsätts för minst temperatur och därmed låg yttre åverkan. Då
kompressordelen på turboaggregatet endast suger in omgivande luft hamnar temperaturen på ca. 25°C vid drift även då, ingen markant skillnad på temperatur uppstår vid eventuell kompressor-surge. Det är endast då luften komprimeras och uppnår en högre densitet samt skickas vidare i systemet som
temperaturen uppnår ca. 100°C. Turbinhuset där turbinhjulet är placerat utsätts åt andra sidan för en mycket högre temperatur, här på ca. 600°C, detta då det inte längre är omgivande luft utan avgaser från förbränningskammaren i motorn.
Utifrån denna information avgränsas placeringen i stort sett ner till placering på kompressorsidan. Det som kan komma skilja sig senare vid framtagning av monteringslösning är placering av
mottagarhållare.
Den största skillnaden mellan de olika systemen är fäste av mottagare samt mottagarplacering. Utifrån leverantörernas perspektiv så kan Scania i princip få en mottagare byggd helt utifrån Scanias
preferenser. De två vanligaste sätten att placera mottagaren är antingen radiellt gentemot sändaren eller axiellt gentemot sändaren. Vid placering av mottagaren radiellt mot sändaren så fästs mottagaren runt om sändaren och överför signalerna i radiell riktning, mottagaren fästs fast i kompressorinloppet (se figur _). Vid placering av mottagaren axiellt så fästs mottagaren mitt emot sändaren och överför signalerna axiellt, mottagaren fixeras med trebent stativ i kompressorinloppet (se figur _). Det trebenta stativet omsluter antingen kompressorinloppet eller kläms fast i sida på kompressorinloppet.
Figur 10: Axiell placering av mottagare
32 (67) Figur 11: Radiell placering av mottagare
7.2 Fixering av systemet på ett STT turboaggregat
För att placera telemetrisystemet på kompressorsidan på turboaggregatet finns det få och avgränsade fixeringsalternativ. Sändaren måste fästas på kompressorhjulet och mottagaren någonstans vid kompressorinloppet., utvärderingsenheten kommer placeras utanför turboaggregatet. Ju färre
huvuddetaljer en produkt har (i det här fallet en monteringslösning) ju lättare blir det att montera. För att minska antalet huvuddetaljer på monteringslösningen gäller det att utnyttja de fästpunkter som redan finns och att inte skapa nya.
För att utnyttja nuvarande fästpunkter blir därav en lämplig fästpunkt på slutet av turbinhjulsaxeln där en gänga finns belägen. Mottagaren skall för att kunna uppfylla funktionen och kunna överföra data placeras mitt emot sändaren med en luftspalt på ca. 3mm. Mottagaren kan inte som sändaren utnyttja nuvarande fästpunkter då det inte finns några, detta gör att mottagaren enda fixeringspunkt blir i kompressorinloppet på ett lämpligt monteringsätt (monteringsätt av mottagare undersöks senare i rapporten). Mottagaren som består av en antenn kommer lämpligast att dras igenom genomborrat hål på kompressorinloppet eller turboslangen.
33 (67)
7.3 Tidigare fästdetaljer som kan tillämpas
Tidigare arbeten om just monteringslösningar för telemetrisystem på turboaggregat finns inte på Scania. Det finns monteringslösningar för detta hos andra turboleverantörer men inte dokumenterat för allmänheten. Däremot har andra mätningar gjorts på Scania vid kompressorinloppet på
turboaggregatet där mätsystemet är tänkt att placera. En av dessa tidigare mätningar involverade avståndsmätningar på kompressorhjulet med en eddy-current sensor på en turbo (modell GT45).
Vid montering av sensorn på inloppet tillverkades en hållare i format av ett trebent stativ som kläms fast med tre stycken skruvar på kompressorinloppets väggar. Monteringslösningen fixerar sensorn mitt för kompressorhjulet och sitter kvar där vid drift, detta gör att en avståndsmätning på
kompressorhjulet kan åstadkommas.
För att kunna fästa mottagaren i kompressorinloppet i axiell riktning från sändaren behöver även mottagaren fästas i inloppet. Här är det då tänkt att utnyttja samma princip men justerad för just telemetrisystemets sändare.
Figur 12: Monteringslösning för eddy-current sensor
34 (67)
35 (67)
8 Begränsningar
För att leverantören skall kunna hitta det just korrekta systemet för turboaggregatet i fråga så gäller det att rätt begränsningar anges. Det gäller även att det föredragna monteringssättet presenteras så att komponenterna kan designas utifrån Scanias preferenser.
De turboaggregat som specificerats att systemet skall monteras på är en Scania Turbo, STT. Sändaren skall monteras på änden av turbinaxeln med hjälp av den ditsatta gängan, gängan på turbinaxeln är av gängstorlek M8 (vänstergängad). Själva sändaren på systemet får inte överstiga diametern 20mm och får inte understiga minimum diametern på 15mm detta för att inte öka kompressorhjulets excentricitet samt obalans vid drift. Höjden på den kvarstående turbinaxeln efter kompressorhjulet är 10mm utan ditmonterad kompressorhjulsmutter.
De begränsningar som finns för systemet för systemet styrs av storleken på kompressorinloppet och de komponenter som sitter monterade på kompressorn. Vid inloppet på kompressorkåpan monteras en turboslang (laddluftslang), denna slang gör att turboaggregatet kan suga in omgivande luft och sedan komprimera luften i kompressordelen på turboaggregatet. Turboslangen gör att höjden på mätsystemet inte får överstiga ett relativt mått på 100mm. Begränsningen i bredd avgörs av ”ported shroud sleeven”, som sitter belägen i kompressorkåpan innan inloppet, här är begränsningen i bredd för ported
shrouden 67mm. Inloppet har också en begränsning i bredd, inloppsdiametern på kompressorinloppet är 97,5mm.
Vid drift av systemet kommer noise baffel alltså en ljudbaffel monteras bort då för att inte blockera monteringen för mottagaren på telemetrisystemet.
För att förhindra resonans mellan vibrationen (frekvensen) i kompressor- och turbinbladen samt bandbredden på telemetrisystemet måste dessa frekvenser skilja sig åt. En vanlig bladvibration på kompressor- och turbinblad ligger mellan 5-10kHz därför gäller det att anpassa en bandbredd utifrån detta. För att uppnå ett säkert marginal skall bandbredden på systemet vara på ca. 50kHz.
36 (67) Figur 13: Begränsning inloppsdiameter
37 (67) Figur 14: Turbinaxelns begränsningar
38 (67) Figur 15: Begränsning höjd
39 (67) Figur 16: Noise Baffel kompressorinlopp
40 (67)
41 (67)
9 Systembeställning
När alla begränsningar tagits fram, ett scenario har specificerats samt placeringen av systemet angetts så var det dags att be leverantören om budgetofferter som kan passa Scanias preferenser. Den
leverantör som valdes att behandlas var tyska leverantör D med de svenska representanterna ifrån leverantör C. Här återgavs 4 olika budgetofferter, detta för att överse vilka typer av system Scania och NMGG kan köpa in då budgeten hade en gräns på - SEK. Det som skiljer systemen åt är antal kanaler, fler kanaler - fler antal givare kan appliceras.
9.1 Budgetofferter
Totalt består en budgetoffert av 8st komponenter olika prissatta, kostnaden på alla dessa komponenterna ger ett total pris. Typiskt så består offerten av: Utvärderingsenhet, sändare,
conditioning (anpassning), mottagare, part(s) (infästning för sändare/mottagare), engineering design, studies project management (allmän ingenjörskostnad), customized connector connection (hane- kontakt sändare), customized connector socket (hona-kontakt sändare).
Utifrån de budgetofferter som gavs av lisab så kunde det fastställas att det billigaste systemet var ett 1- kanal system. Det visade sig att ju fler kanaler på telemetrisystemet bidrar till ett högre slutpris. De komponenter som ökar mest prismässigt då antal kanaler ökas är utvärderingsenheten och sändaren.
Med budgeten i åtanke (- SEK) så är 6-kanalsystemet ca. 116% över budgeten, 6-kanalsystemet (endast temperatur) ca. 17% över budgeten, 2-kanalsystemet (utan part(s)) ca. 16% över budgeten samt 1- kanalsystemet någon promille under budgeten. För samtliga offerter och priser på komponenter se bilaga II.
Tabell 1: Skillnad i slutpriset mellan de olika systemen
1ch 2ch 6ch only temp 6ch
Final price Price limit
42 (67) Tabell 2: Prisskillnad mellan komponenter
Reciever Transmitter Conditioning Pickup Part(s) Engineering design
Customized connector connection
Customized connector
socket 1ch 2ch 6ch only temp 6ch
43 (67)
44 (67)
45 (67)
10 Infästningskoncept för telemetrisystemet
Infästningen av telemetrisystemet på turboaggregatet kan göras på olika sätt, det är viktigt att undersöka många infästningskoncept så att vid senare tillfälle en beslut kan tas om vilket det mest lämpliga konceptet är och sedan basera konstruktionen på detta. Det största som kommer skilja sig mellan koncepten är fästet på kompressorinloppet då fästet på kompressorhjulet inte är lika flexibelt.
Samtliga av koncepten är tanken att placeras på kompressorsidan.
Vid framställning av infästningskoncept av telemetrisystemet så fanns det i åtanke om att framställa själva infästningen så att den bidrar till så lite excentricitet och obalans som möjligt. Detta gjorde att vissa konstruktioner såg mer lämpad ut än andra.
10.1 Koncept 1, inloppsinfästning:
Totalt kommer infästningskonceptet bestå av tre stycken huvuddelar; En sändarbas som skall åtdras på kompressorhjulet med hjälp av de befintliga gängorna på turbinaxeln, ett sändarfäste som skall
bibehålla sändarens axiella position i sändarbasen, ett trebent stativ som skall fixera mottagaren radiellt och axiellt i inloppet.
Tanken att gängan på turbinaxeln utnyttjas för att fästa sändarbasen. Sändarbasen skall bestå av en yttersida som en sexkant för att kunna åtdra sändarbasen med en skiftnyckel. Andra delen av
yttersidan på sändarbasen skall övergå till en cylinder med omgivande gänga för att fästa sändarfästet.
Innersidan skall vara formad enligt sändaren och kontaktblecket. Kontaktblecket skall sitta fixerat i sändarbasen, med uttag för sladdar riktat neråt mot turbindelen på turbon. För att fästa sändaren i sändarbasen kommer ett sändarfäste tillverkas som fästs i sändarbasens yttergängor, detta fixerar sändaren till sändarbasen och bibehåller kontakten mellan kontaktblecket och sändaren under rotation.
Mottagaren för skall fästas med hjälp av samma princip som användes vid fäste i kompressorinloppet av eddy-current sensor. Fixeringen sker med tre stycken små skruvar som klämmer fast mottagarfästet i kompressorinloppet.
Sladden från mottagare leds sedan ut ur urborrat hål, antingen på turboslangen eller vid kompressorinloppet.
46 (67) Figur 17: Konceptskiss 1, montering av telemetrisystemet
47 (67)
10.2 Koncept 2, omslutande inloppsinfästning:
Principen för sändarfäste är här densamma, däremot skiljer sig mottagarfäste.
Mottagarfästet skall fixeras omslutande runt kompressorinloppet. Här skall mottagarfästet fixeras även här med tre stycken skruvar. Fördelen med detta koncept är att monteringen av mottagaren blir mer stabil, däremot blir monteringen av turboslangen annorlunda då inloppet täcks och blir tjockare.
Figur 18: Konceptskiss 2, montering av telemetrisystemet
48 (67)
49 (67)
11 CAD av infästningskoncept
Utifrån konceptskissen, begränsningarna, scenarioöversikten och driftscenariot så kunde infästningskonceptet konstrueras i CAD. Här framställdes de tre huvuddelarna, sändarbasen,
sändarfästet samt mottagarfästet. Tanken med infästningen är att sändarfästet fixerar sändarbasen och sändaren med hjälp av en gänga. För att lämpligt åtdra sändarbasen till turbinhjulsaxeln och
sändarfästet till sändarbasen används antingen en fast nyckel av storlek 0 eller en blocknyckel.
Figur 19: Mottagarhållaren
Det bilden ovan visar är hållaren för mottagaren (pickup:en), hållaren består av tre ben som fixerar mottagaren i mitten av kompressorinloppet. Hållaren kläms fast mot kompressorinloppets väggar med hjälp av tre stycken mindre skruvar.
Figur 20: Sändarbasen
50 (67) Figur 21: Sändarfästet
Figur 22: Alla delar för infästningskonceptet
51 (67) Figur 23: Hopmonterad monteringslösning
52 (67) Figur 24: Monteringslösning placerad i turboaggregatet
11.1 Alternativ geometri
Om vid balansering att Scania tycker att utformningen på monteringslösningen är svår att balansera eller bidrar med obalans så har en annan typ av monteringslösning konstruerats. Denna typ utnyttjar inte sig av en sexkant som åtdragningsmöjlighet utan istället är konstruerad utifrån att åtdras med haknyckel.
53 (67)
Spår för haknyckel Spår för haknyckel
54 (67)
11.2 Montering av systemet i turboaggregatet
1. Montera av kompressorkåpan från turboaggregatet genom att ta bort v-klamman 2. Ta bort muttern från turbinhjulsaxeln som fixerar kompressorhjulet i axiell riktning 3. Åtdra sändarbasen med hjälp av en skiftnyckel i storlek 0 alternativt blocknyckel i lämplig
storlek
4. Placera sändaren i sändarbasen och se till så att sändaren får kontakt med kontaktblecket 5. Trä över sändarfästet över sändaren och åtdra sändarfästet i sändarbasen med hjälp av en
skiftnyckel i storlek 0 alternativt blocknyckel i lämplig storlek
6. Montera tillbaka kompressorkåpan och fixera den med hjälp av v-klamman 7. Montera fast mottagaren i mottagarfästet, montera därefter fast mottagarfästet i
kompressorinloppet, fixera det med de tre skruvarna som finns belägna runt om fästet 8. Påbörja förberedelse för provning
55 (67)
56 (67)
57 (67)
12 Resultat
I detta kapitel presenteras de resultat som uppnåtts i examensarbetet.
12.1 Mätsystemet
Det rekommenderade trådlösa mätsystemet för roterande komponenter i ett turboaggregat var telemetrisystemet.
12.2 Det beställda systemet 2-kanal system
Utvärderingsenhet (reciever) Sändare (sensor signal amplifier) Conditioning
Mottagare (pick up) Part(s)
Engineering, design, studies, project management Customized Connector Connection
Customized Connector Socket Totalt pris
Detta system visade sig efter förhandling få en totalkostnad på 9% under budget.
12.3 Monteringslösningen i CAD
En monteringslösning framställdes i Catia v5 som skall användas till att fästa fast sändaren och mottagaren på kompressorhjulet respektive i kompressorinloppet.
12.4 Monteringshänvisning
En monteringshänvisning gjordes för att beskriva hur mätsystemet skall fästas i turboaggregatet.
Denna finns beskriven i kapitlet ”CAD av infästningskoncept”.
58 (67)
59 (67)
13 Slutsats
Det trådlösa mätsystem som beslutades att tillämpas på Scanias STT turboaggregat var ett telemetrisystem, detta då det var systemet som visade sig vara mest lämpat för ett turboaggregat.
Utifrån kesselrings matrisen och tidigare studie så kunde det synas att telemetrisystemet var att föredra då det kunde hantera en mängd olika mätapplikationer samtidigt om så behövs, det är mest flexibelt samt att systemet inte påverkade turboaggregatet vid drift då signalöverförning sker trådlöst.
Det system som beställdes till Scania var ett 2-kanal system med möjligheten att få ut signaler från två stycken givare samtidigt. Scanias budget var begränsad till - SEK och behovet av 2-kanal systemet var mycket stort så förhandlades priset ner till under budgeten vilket gjorde att systemet kunde köpas in.
För att få ner priset på systemet beslutades även att komponenten ”part(s)” tas bort, detta då
monteringslösningen för systemet kan framställas på Scania. Leveransen på systemet beräknas bli 8-9 arbetsveckor och leveranstiden på systemet börjar när ritningarna är godkända.
För att telemetrisystemet skall kunna monteras i turboaggregatet togs det fram en monteringslösning i Catia v5. Denna monteringslösning består av:
• En sändarbas som ska innehålla kontaktbleck och sändare, sändarbasen är tänkt att åtdras på turbinaxeln
• Ett sändarfäste som fixerar sändaren i sändarbasen samt ett mottagarfäste som håller mottagaren på plats i kompressorinloppet.
• En mottagarhållare som är tänkt att fixera mottagaren i kompressorinloppet mitt för sändaren med en luftspalt på ±3mm.
En alternativ monteringslösning för telemetrissystemet gjordes då om Scania i framtiden anser att den geometriska utformningen med en sexkant som åtdragningsgeometri inte fungerar ihop med
balansering av monteringslösningen. Denna lösning använder då sig av en haknyckel vid åtdragning och inte en skiftnyckel.
Den manual som skulle framställas togs fram mer som en monteringshänvisning över hur systemet kan monteras i turboaggregatet. Då leveranstiden på telemetrisystemet var på 8-9 veckor så kunde inte en typ av användar-/mjukvaruinstruktion framställas då systemet inte kunde bli levererat inom
projektperiodens tidsram. För att istället underlätta framtidlig montering av systemet i turboaggregatet med hjälp av monteringslösningen detta projekt framställt så gjordes en kortare
monteringshänvisning.
60 (67)
61 (67)
14 Diskussion
Om Scania bestämmer sig för att uppgradera systemet från 2-kanal system till exempelvis ett 6- kanalsystem så kan de då tillämpa samma pickup då det är en komponent som inte tekniskt skiljer sig från varandra då antal kanaler ökas. Det som måste bytas enligt leverantör är utvärderingsenhet och sändare detta då kretsarna i komponenterna ser helt annorlunda ut gentemot varandra.
För att kunna utföra HCF- och vibrationsmätningar på turbinsidan av turboaggregatet behöver trådarna från givarna på turbinhjulet dras till sändaren på kompressorsidan. Detta görs genom att gnistbearbeta ett genomgående hål igenom turbinaxeln med en storlek på ca. 1mm i diameter.
När det kompletta systemet levererats bör monteringslösningen fixeras i turboaggregatet med
sändaren och sedan balanseras i höghastighetsriggen. Balanseringen av monteringslösningen bör göras med sändaren fixerad i aggregatet, detta för att balanseringen skall bli helt korrekt från början och inte sedan avvika ifrån tidigare balansering då sändare fixeras i turboaggregatet. Rekommendationen är att påbörja balanseringen på ett lägre varvtal och sedan succesivt öka varvtalet tills rotationen uppnått det normala driftvarvtalet som riggen kommer användas vid. Vid framtida uppgraderingar av
monteringslösningen kan balansskruvar tillämpas för att enkelt kunna tillföra och ta bort olika massor, detta bidrar till att monteringslösningen inte behöver bearbetas. Om detta skall göras rekommenderas det att balansskruvarna placeras på insidan av sändarbasen.
För framtiden provningar som tillämpar telemetrisystemet och önskar en mottagare som inte täcker inloppet i samma grad som det kommer göra nu rekommenderas det att Scania köper in en mottagare som omsluter inloppet och överför signalerna från sändaren i radiell riktning. Genom att tillämpa en omslutande lösning för mottagaren så påverkar detta inte massflödet något.
Vid leverans av systemet och användandet skall påbörjas rekommenderas det att en komplett
mjukvaru- och användningsinstruktion framställs för att ge användaren tydliga rutiner över hur man utnyttjar systemet på bästa sätt. Denna mjukvaru-/användningsinstruktion skall tillämpas för att säkra en god arbetsmiljö och hindra felarbete.
Då detta examensarbete är något som skall användas som bas vid vidare arbete av telemetrisystemet är det viktigt att en framtida plan läggs upp för att vid ett senare tillfälle veta vad som skall uppgraderas om det skall uppgraderas, alltså en carry-over planering. Denna produktplanering finns i bilaga III.
På kompressorhjul som inte fästs med kompressormutter utan fästs med hjälp av ingående gänga så blir fästet för sändaren annorlunda (”boreless” kompressorhjul). Istället för att fästa sändarbasen på turbinhjulsaxeln så måste ett hål borras i kompressorhjulet och sedan gängas, därefter fästs
sändarbasen i det borrade hålet.
