Rozwijamy ludzi i doskonalimy kompetencje

BAZA WIEDZY

DŹWIĘKI I ULTRADŹWIĘKI W DIAGNOSTYCE

Uszkodzone mechanicznie urządzenie zwykle wydaje jakieś dźwięki, które są doskonałym przekaźnikiem informacji o uszkodzeniach. Można je wykrywać, a także analizować. Z drugiej strony diagnosta może posługiwać się przyrządem generującym dźwięki (ultradźwięki), które – po odbiciu – wracają do miernika. Analiza sygnału także pozwala na stwierdzenie prawidłowości lub usterki działania maszyny.

Jednym z nośników informacji o stanie maszyn, urządzeń czy instalacji jest emitowany przez nie sygnał akustyczny. Emisje akustyczne są następstwem m.in. pęknięć zmęczeniowych, uderzeń, tarcia, turbulencji, utraty materiału, kawitacji lub wycieków i dotyczą przede wszystkim urządzeń obrotowych znajdujących się w zakładach przemysłowych. Na skutek różnego rodzaju uszkodzeń maszyny i urządzenia zaczynają wydawać niepokojące dźwięki, takie jak stuki, uderzenia, warkot itp.

Usterki urządzeń i instalacji przemysłowych można często wykryć za pomocą monitorowania zmian emisji hałasu. To prawda, że doświadczeni mechanicy często „słyszą” niewłaściwe działanie maszyny. Jednak całkowite poleganie na wychwytywaniu słuchem usterek jest sprawą dosyć ryzykowną. Z pewnością jednak bardziej obiektywne informacje na temat działania maszyn i urządzeń można otrzymać dzięki zastosowaniu nowoczesnych narzędzi diagnostycznych.

Od dźwięków słyszalnych do niesłyszalnych

Urządzenia mechaniczne mogą wydawać różnego rodzaju dźwięki, które są ściśle związane z przenoszeniem się drgań cząsteczek materii w materiałach stałych, płynnych i gazowych.  Oprócz dźwięków słyszalnych, których częstotliwość wynosi od 16 Hz do 20 000 Hz, wyróżnia się jeszcze infradźwięki (poniżej 16 Hz) oraz ultradźwięki (powyżej 20 kHz). Warto dodać, że infradźwięki emitowane są w głównej mierze przez maszyny i urządzenia przepływowe, takie jak sprężarki, silniki wysokoprężne, wentylatory przemysłowe, natomiast ultradźwięki m.in. przez: zgrzewarki, narzędzia pneumatyczne, płuczki ultradźwiękowe oraz sprężarki.

Źródła hałasu

Fizycznymi przyczynami generowania hałasu mogą być źródła mechaniczne (drgania, uderzenia, tarcie), elektryczne (magnetyczne), technologiczne (procesy skrawania i przecinania, zmiana spójności materiałów, procesy pękania) oraz aero- i hydrodynamiczne (przepływy, kawitacja).

Przykładowo w przypadku maszyn elektrycznych (silniki, prądnice) można mówić o trzech głównych rodzajach hałasu: pochodzenia mechanicznego – spowodowany niewyważeniem wirnika, drganiami łożysk (zwłaszcza tocznych) oraz tarciami i uderzeniami szczotki o komutator – pochodzenia magnetycznego, a także o hałasie związanym z opływem powietrza chłodzącego wirnik.

Z kolei zakłócenia akustyczne podczas pracy sprężarek tłokowych pochodzą przede wszystkim od pulsacji czynnika na wlocie oraz od drgań korpusu i poszczególnych części maszyny. Natomiast poziom hałasu i drgań pomp do tłoczenia płynów (zębate, tłoczkowe i odśrodkowe) wzrasta bardzo silnie z chwilą wejścia tłoczonego płynu w stan kawitacji.

Jeśli chodzi o przekładnie zębate, to warto zauważyć, że podczas przenoszenia mocy przez układ dwu zazębiających się powierzchni powstają zakłócenia dźwiękowe, powodami których są: uderzenia zazębiających się części zębów, tarcie wzajemnie przesuwających się powierzchni zębów, drgania powietrza lub oleju wytłaczanego z przestrzeni między zębnej, a także drgania zębów i innych elementów przekładni pod wpływem dodatkowych sił wymuszających.

Metoda emisji akustycznej

Metoda badań emisji akustycznej bazuje na pomiarach drgań i dźwięków generowanych przez materiał. Dzieje się tak najczęściej wtedy, gdy obiekt poddawany jest obciążeniu (mechanicznemu lub termicznemu), na skutek czego dochodzi do zniekształceń, które pośrednio są źródłem dźwięku. Emisja akustyczna związana jest z gwałtownym uwolnieniem energii, która rozchodzi się po strukturze we wszystkich kierunkach. Co ważne, amplituda tych drgań maleje wraz z upływem czasu i wzrostem odległości od centrum, a na zasięg drgań mają wpływ właściwości materiału, kształt obiektu oraz otoczenie. Emitowane sygnały akustyczne mogą mieć charakter przejściowy i ciągły. Sygnały przejściowe rejestrowane są jako następstwo np. pęknięć i bardzo łatwo można je odróżnić od szumu, gdyż są krótkotrwałe, mają charakter impulsowy, zaś po ich wygaśnięciu pomiar składa się tylko z szumu, który się odfiltrowuje. Z kolei sygnały ciągłe są wynikiem występowania wycieków i nieszczelności; mogą cechować się zmienną amplitudą i częstotliwością, jednak w odniesieniu do nich nie ma mowy o tendencji do wygaśnięcia do poziomu szumu.

Pomiary i analizy emisji akustycznej znajduje zastosowanie głównie w instalacjach pneumatycznych i hydraulicznych oraz w zbiornikach cieczy i gazów. Wykorzystanie tej metody badań nieniszczących umożliwia projektowanie optymalnych rozmiarów podstaw i samych instalacji, wykrywanie uszkodzeń (np. pęknięć, wycieków, korozji). W porównaniu do innych metod nieniszczących metoda ta pozwala na badanie obiektu w jego normalnych warunkach pracy, przede wszystkim pod obciążeniem, a także na detekcję powiększających się defektów. Do wad tego rozwiązania można zaliczyć nieczułość uszkodzenia o stałej wielkości (w wyjątkiem nieszczelności), konieczność analizy pomiarów przy użyciu specjalistycznego oprogramowania przez doświadczonego operatora oraz czułość systemów badań emisji akustycznej na szum.

Obecnie metoda ta jest uznawana za najodpowiedniejszą spośród innych metod do badań okresowych dużych urządzeń a ponadto bardzo dobrze uzupełnia inne metody diagnostyczne.

Diagnostyka oparta na ultradźwiękach

Badania ultradźwiękowe są jedną z kluczowych metod oceny stanu technicznego maszyn, urządzeń i ich elementów. Metoda ultradźwiękowa polega na detekcji sygnałów, wywołanych przez fale ultradźwiękowe przechodzące przez dane obiekty. Sygnały te zawierają informacje o nieciągłościach obiektów. W oparciu o obserwację fal przechodzących przez badany materiał lub fal odbitych w materiale można wykryć wady, określić zarówno ich położenie, jak i wymiar oraz rodzaj.

Zobrazujmy to na przykładzie łożysk. Faktem jest, że każde pracujące łożysko emituje ultradźwięki, które różnią się od siebie w zależności od stanu technicznego łożyska. Inny dźwięk emitowany jest, gdy łożysko jest w pełni sprawne, a inny – kiedy jest uszkodzone mechanicznie (uszkodzona jest bieżnia wewnętrzna lub zewnętrzna, elementy toczne itd.) lub niepoprawnie zamontowane. Dzięki pomiarowi i rejestracji ultradźwięków i w dalszej kolejności – właściwej interpretacji wyników przeprowadzonych pomiarów możliwa jest diagnostyka różnych stanów łożysk.

Aparatura do badań metodą ultradźwiękową

Sprzęt do badań ultradźwiękowych znajduje się w ofercie wielu firm działających na polskim rynku.  Przykładem jest firma UE Systems, która zajmuje się produkcją szerokiego spektrum detektorów ultradźwiękowych mierzących ultradźwięki powietrzne i strukturalne. Detektory te stosowane są przede wszystkim do detekcji wycieków, analiz problemów mechanicznych i inspekcji elektrycznych, przyczyniając się do zmniejszenia strat energii, optymalizacji procesów produkcyjnych i zwiększenia efektywności utrzymania ruchu. W ofercie firmy znajduje się wiele typów urządzeń: od najprostszych, które warto mieć na swoim wyposażeniu i używać jako wsparcie dla codziennej pracy służb utrzymania ruchu, do bardzo zaawansowanych, mających wiele funkcjonalności wielozadaniowych detektorów pozwalających na cyfrową analizę i obróbkę rejestrowanych plików dźwiękowych. Najbardziej rozbudowanym detektorem jest Ultraprobe 15.000 – niewielkie urządzenie o wielkich możliwościach. Urządzenie pozwala na stworzenie ścieżek zbierania danych o łożyskach, analizowanie i tworzenie ścieżek punktów smarowania, dokonywanie inspekcji odwadniaczy parowych i urządzeń elektrycznych oraz tworzenie raportów, szukanie wycieków i tworzenie raportów ich kosztu rocznego. Do urządzenia dołączone jest bezlicencyjne i bezpłatne oprogramowanie DMS i Spectralyzer do zarządzania danymi i tworzenia raportów stanu badanych urządzeń.

Skontaktuj się z nami

Nowe pole

Biuro

ul. Puszkarska 9
30-644 Kraków

Godziny pracy

Pn – Pt: 9:00 – 17:00

Kontakt

+48 668 814 023
biuro@bewise.com.pl