Razumevanje ultrazvočne analize
Ultrazvočna analiza — imenovan tudi zračni in strukturni ultrazvok — je spremljanje stanja tehnologija, ki zazna visokofrekvenčne zvoke, ki so precej nad obsegom človeškega sluha. Ljudje običajno slišijo zvoke do približno 20 kilohercev (kHz); ultrazvočne naprave so zasnovane za zaznavanje zvokov v frekvenčnem pasu od 20 kHz do 100 kHz. Te visokofrekvenčne emisije nastajajo zaradi trenja, turbulenc in električnega iskrenja – treh pojavov, ki skoraj vedno spremljajo nastajajočo okvaro. Instrument zazna ultrazvok, ga pretvori v zvočni signal, ki se sliši prek slušalk, in izmeri njegovo intenzivnost (amplitudo), ki se prikaže kot raven v decibelih (dB). V bistvu inšpektorju omogoča, da »sliši« težave, ki so sicer popolnoma neslišne, kar ga naredi za močno dopolnilo k analiza vibracij in . termografija v sodobnem prediktivno vzdrževanje program.
1. Definicija: Kaj je ultrazvočna analiza?
V osnovi gre pri ultrazvočni analizi za zajemanje zvočne energije, ki je človeško uho ne more zaznati. Pri tem je pomembna fizika: ultrazvočni valovi imajo kratko valovno dolžino in so zelo usmerjeni, poleg tega pa se z oddaljenostjo in skozi trdne ovire hitro slabljajo. Prav to je tisto, kar naredi to tehniko tako uporabno za preglede – ker se zvok hitro izgubi, najglasnejši odziv zanesljivo kaže nazaj proti viru, kar inšpektorju omogoča, da z gotovostjo natančno določi mesto puščanja ali okvarjenega stika.
Ultrazvok nastaja povsod, kjer pride do trenja (suho ali poškodovano ležajno mesto), turbulenc (izpuščanje plina skozi majhno odprtino) ali električnega praznjenja (iskrenje, preboji in korona). Naprava zazna te emisije bodisi z zračnim senzorjem (ultrazvočnim mikrofonom) bodisi s kontaktnim senzorjem (valovodom, pritisnjenim ob površino za zajem zvoka, ki se prenaša po strukturi). Zajeti signal se nato obdela in inšpektorju prikaže kot zvočni ton in številčna vrednost v dB, tako da diagnoza združuje izurjeno uho z objektivno merjenjem, ki omogoča spremljanje trendov.
2. Kako deluje: Heterodiniranje
Osnovna tehnologija v ultrazvočnem instrumentu se imenuje heterodiniranje. Gre za elektronski postopek, ki zelo visokofrekvenčni, neslišen ultrazvočni signal natančno pretvori v signal z nižjo frekvenco znotraj slišnega območja, brez brez da bi se pri tem spremenil prvotni značaj zvoka. »Šumenje« uhajanja stisnjenega zraka v slušalkah še vedno zveni kot šumenje, »praskanje« električnega obloka pa kot praskanje. Prav ta zvest prenos zvoka je tisto, kar diagnozo naredi tako intuitivno: inšpektor se nauči prepoznati značilnosti vsake napake na sluh.
Heterodinacija deluje tako, da se vhodni ultrazvočni signal pomeša s stabilno referenčno frekvenco, ki se ustvari znotraj naprave. Pri tem nastane razlika v frekvenci, ki leži v slišnem pasu. Ker se prvotna razmerja med amplitudami ohranijo, ostane vrednost v decibelih na merilniku pomembna in ponovljiva količina, ki jo je mogoče beležiti in spremljati njene trende skozi čas – s čimer se subjektivno občutje »zveni slabše« spremeni v dokumentirano povečanje v dB, ki podpira odločitev o vzdrževanju.
3. Ključne aplikacije pri vzdrževanju
Ultrazvočna analiza je vsestranska tehnologija z več visokokakovostnimi aplikacijami:
a) Zaznavanje puščanja
To je najpogostejša in finančno najbolj donosna uporaba. Turbulentni tok plina – stisnjenega zraka, pare, dušika ali katerega koli drugega medija pod tlakom –, ki uhaja iz cevi, ventila ali posode, ustvarja veliko količino širokopasovnega ultrazvoka.
- Postopek: Inšpektor za pregled območja uporablja ročni ultrazvočni aparat z zračnim senzorjem. Ker je naprava zelo usmerjena, se z približevanjem k puščanju zvočni signal v slušalkah stopnjuje, vrednost v decibelih na merilniku pa se povečuje, kar inšpektorja pripelje neposredno do vira.
- Prednosti: Z odkrivanjem in odpravljanjem puščanja stisnjenega zraka lahko obrat prihrani deset ali celo sto tisoč dolarjev letno zaradi izgubljene energije. Stisnjeni zrak je eden najdražjih virov energije v tovarni, in že ena sama slišna puščina, ki ostane neopažena, vsako uro, ko kompresor deluje s polno močjo, da bi nadomestil izgubo, povzroča dodatne stroške.
b) Električni pregled
Električne napake, kot so iskrenje, sledenje in korona v srednje- in visokonapetostni opremi vsi oddajajo ultrazvok, pogosto še preden se v njih nakopiči dovolj toplote, da bi jih zaznala infrardeča kamera.
- Postopek: Inšpektor lahko zaprte električne omarice varno pregleda od zunaj. Ultrazvok, ki ga povzroča napaka, uhaja skozi zračne reže v tesnilih omarice, zato za odkrivanje napak ni treba odpirati omarice.
- Prednosti: To je odličen, brezdotični način za odkrivanje resnih električnih napak, še preden pride do obloka, kar neposredno izboljša varnost obrata. Prav tako je to idealna stopnja pregleda, ki jo je treba izvesti pred odpiranje okna za termografija, kar pomaga pri odločitvi, ali je ploščo sploh varno odpreti. Obe metodi dopolnjujejo druge neinvazivne tehnike, kot so nedestruktivno testiranje.
c) Mehanski pregled (mazanje glede na stanje)
Ultrazvok je prav tako zelo učinkovit pri ocenjevanju stanja ležajev z valjčnimi telesi ter pri usmerjanju prakse mazanja – področja, ki se pogosto imenuje akustično mazanje ali mazanje na podlagi stanja.
- Postopek: Na ohišje ležaja je nameščen kontaktni ultrazvočni senzor, ki zazna zvok, ki se prenaša po konstrukciji in ga ležaj oddaja med vrtenjem.
- Razlaga:
- Zdrav, dobro namazan ležaj bo oddajal nizek, enakomeren "sikajoč" zvok.
- Ležaj, ki potrebuje mazivo, kaže višjo vrednost dB. Serviser mazivo nanaša počasi in se ustavi takoj, ko se raven dB začne zniževati – s tem prepreči prekomerno mazanje, ki samo po sebi povzroča obraba ležaja in poškodbe tesnila.
- Ležaj z nastajajočo okvaro, kot je razpoka povzroča ponavljajoč se »praskanje« ali »pokanje«, ko se valjčni elementi udarijo ob napako, kar povzroča zelo zgodnje opozarjanje od okvara ležaja.
4. Ultrazvok v primerjavi z analizo vibracij
Za analizo ležajev, ultrazvok in analiza vibracij se med seboj dopolnjujeta, namesto da bi si konkurirala. Ultrazvok je pogosto boljši pri odkrivanju okvar v zelo zgodnji fazi (stopnja 1) in težav z mazanjem, saj je prvi znak okvare šibko visokofrekvenčno sevanje, še dolgo preden je okvara dovolj velika, da bi opazno premaknila ležaj. Analiza vibracij je boljša pri ugotavljanju natančne narave okvare v poznejši fazi – na primer pri razlikovanju med pogostost podaj žoge na zunanjem delu proge okvara zaradi pogostost podaj žoge v notranjem krogu napaka — ko se napaka pokaže v vibraciji spekter in prepoznaven prek frekvence napak ležajev. Mnogi analitiki vibracij uporabljajo analiza ovojnice da bi iz signala vibracij izločili prav te zgodnje udarce ležajev in s tem zmanjšali razliko med tema dvema metodama.
5. Vloga ultrazvoka v terenskem programu
Ultrazvok, infrardeča tehnologija, analiza olja in merjenje vibracij vsak na svoj način prikazujejo različne vidike stanja stroja, najboljši programi za zagotavljanje zanesljivosti pa te podatke združujejo. Ultrazvok v nekaj sekundah opozori na puščanje, iskrenje stika ali premalo mazano ležajno; merjenje vibracij nato oceni mehansko stanje in vam pove zakaj. Ko zaslon za navigacijo prikaže naraščajoči signal smeri ali povečano vrednost 1× neravnovesje, je logični naslednji korak namestitev pravega dvo-kanalnega merilnega instrumenta na stroj. Prenosni analizator in balansirni aparat, kot je Balanset-1A meri 1× amplituda in faza v lastnih ležajih stroja pri delovni hitrosti, zato lahko, ko ultrazvok opozori na težavo z vrtečim se strojem, ugotovite neravnovesje in ga popraviti na kraju samem – s čimer se zapre krog med odkrivanjem napake in popravilom, ne da bi bilo treba rotor poslati v servis.
