Dołącz do czytelników
Brak wyników

Nowoczesne technologie diagnostyczne w utrzymaniu ruchu

Artykuł | 11 grudnia 2020 | NR 5
0 76

Diagnostyka w ostatnim okresie stała się bardzo ważnym obszarem utrzymania ruchu. Stosowane metody diagnostyczne na przestrzeni lat uległy wyraźnym zmianom, bardzo szybko ewoluując od bardzo prostych i prymitywnych do obecnie stosowanych zaawansowanych metodologii.

Upowszechnienie komputerowej techniki obróbki danych i bardzo wyrafinowanych metod obliczeniowo-symulacyjnych umożliwiających szybką analizę sygnału diagnostycznego, odfiltrowanie jego zakłóceń, porównanie z zapisem w „banku informacji” i postawienie diagnozy zwiększa prawdopodobieństwo trafionych wyników częstokroć do prawie 100%. Niestety, przewidywanie prawdopodobnego czasu eksploatacji od daty diagnozowania do wystąpienia potencjalnej usterki nie jest już tak doskonałe, ale rozbieżności pomiędzy rzeczywistością a prognozą udaje się już sprowadzić do akceptowalnych granic, najczęściej poprzez zagęszczanie pomiarów diagnostycznych w obszarach podwyższonego ryzyka wystąpienia usterki. Każda z tych metod ma swoje odmienne zastosowania, co oczywiście nie wyklucza stosowania ich razem, w celu kompleksowego diagnozowania stanu technicznego obiektów. Zauważalne staje się pojawienie nowych trendów rozwojowych, bazujących na najnowszych zdobyczach e-technologii. Pojawia się już obecnie w literaturze światowej pojęcie „e-maintenace” jako nowo rodzącej się gałęzi utrzymania ruchu opartej na szerokim monitoringu i kontrolingu z diagnozowaniem bazującym na wyrafinowanych analizach statystycznych danych czy metodach modelingowych, możliwych tylko przy zastosowaniu najnowszych zdobyczy w dziedzinie zbierania, rejestracji, archiwizacji, przetwarzania i przesyłu danych. Firmy serwisowe zaczynają konkurować w oferowaniu w pakiecie swoich usług diagnostykę na wysokim, światowym poziomie. Dlatego rodzaj oferowanych usług staje się głównym wyróżnikiem wielu firm zajmujących się inżynierią mechaniczną. Szerokim frontem i w błyskawicznym tempie wkraczają technologie GSM, stając się istotnym narzędziem wspierającym diagnostykę, umożliwiającym realizację coraz to bardziej wyrafinowanych zadań w krótkim czasie. Kolejnym trendem stającym się obecnie standardem w przemyśle jest zdalny monitoring i kontrola parametrów pracy maszyn poprzez czujniki, montowane w różnych konfiguracjach w zależności od oczekiwań z wykorzystaniem technologii tzw. chmury („cloud computing”) w oparciu o oprogramowanie typu SCADA HMI i przy wykorzystaniu programów wizualizacyjnych (np. InTouch) i archiwizacyjnych (np. Historian). Nowoczesna SCADA to już nie tylko wizualizacja i archiwizacja danych procesowych. Jest to coraz częściej rozbudowane narzędzie raportowe, pozwalające na dokonywanie skomplikowanych analiz, kontroli jakości oraz diagnostyki całego układu, łącznie z automatycznym powiadamianiem serwisu o wszelkich nieprawidłowościach w procesie itd.

Najważniejsza jednak wg mnie jest zmiana w podejściu do tematu właściwego serwisu i niezawodności urządzeń. Diagnostyka zdobyła wreszcie właściwe uznanie w branżach zajmujących się utrzymaniem ruchu i serwisem w fabrykach. Służby serwisowe zostają zmuszone do kreatywnego myślenia, w jaki sposób zastosować najnowszą technologię do poprawy jakości swoich obsług, optymalnego zautomatyzowania utrzymanie maszyn i zapewnienia optymalnej opieki nad sprzętem przez cały okres jego użytkowania.

Poniżej ze względów objętości artykułu skrótowe omówienie kilku wybranych nowoczesnych metod diagnostycznych.

Wibrodiagnostyka: Order Tracking (analiza rzędów)

Analiza rzędów (order tracking) stanowi potężne narzędzie do badań stanu maszyn przy zmiennej prędkości obrotowej. Daje nam możliwość powiązania występujących zjawisk z konkretnymi prędkościami obrotowymi. Do celów analizy rzędów wykonujemy pomiary hałasu, drgań oraz prędkości obrotowej. Wynikiem pomiarów i analiz są: mapy rzędów (podobne do spektrogramów), cięcia (slice) konkretnych rzędów względem prędkości obrotowej, poziom ogólny (overall) względem prędkości obrotowej.

 

Rys. 1. Przykładowe mapy Order Tracking uzyskane przy użyciu oprogramowania SignalCalc

 

Jako przykład zestawu do pomiarów i analizy drgań niech posłużą analizatory drgań firmy Data Physics SignalCalc. Oferuje ona kompleksowe rozwiązania do pomiarów i analizy drgań. Są to dwie platformy sprzętowe – miniaturowe, zasilane z portu USB Quattro oraz wielokanałowy Abacus pozwalają na dopasowanie wielkości i konfiguracji sprzętu właściwie do każdego zastosowania. Analizatory drgań firmy Data Physics w połączeniu ze wzbudnikami elektromagnetycznymi SignalForce oraz ich kontrolerami SignalStar dają odbiorcy możliwość uzyskania kompletnych rozwiązań do pomiarów i testowania od jednego dostawcy. Oprogramowanie SignalCalc dostępne jest w formie modułów programowanych, które w zależności od przewidywanego zakresu zastosowań można odpowiednio dobierać na etapie zamówienia albo dowolnie rozszerzać w przyszłości. Analizatory te są przystosowane do badań strukturalnych, a w szczególności analizy modalnej. Oprogramowanie SignalCalc zawiera szereg rozwiązań pozwalających na wykonywanie tego typu testów strukturalnych. W pakiecie firma oferuje moduł diagnostyki dla maszyn obrotowych. Ten moduł to doskonałe narzędzie do pomiarów wszelkiego rodzaju mechanizmów, w których generowane są drgania związane z ruchem obrotowym. Uniwersalność analizatorów drgań pozwala również na wykrywanie zjawiska kawitacji, które występuje najczęściej w instalacjach rurociągów. Dostępne na rynku przyrządy przenośne pozwalają też na wyważanie wirników w łożyskach własnych, na obiekcie.

Ograniczeniem metody jest niska prędkość obrotowa, diagnostyka łożysk przy prędkościach poniżej 60 obrotów na minutę staje się niemiarodajna.

 

Tab. 1. Ważniejsze metody badań stanu maszyn, konstrukcji i ich elementów - metody stymulacyjne, Badania Nieniszczące (NDT)
NAZWA METODY ISTOTA POMIARU ZASTOSOWANIE OGRANICZENIA

Badania wizualne

  • endoskopowe
Ogląd optyczny przez układ soczewek lub włókno
światłowodu
Nieruchome elementy maszyn i konstrukcji Tylko wady powierzchniowe – konieczny
bezpośredni dostęp
  • holograficzne
Rekonstrukcja frontu falowego z 3-wymiarowego
obrazu dyfrakcyjnego
j.w.
  • penetracyjne barwne lub fluorescencyjne
Wnikanie w wady widzialnych lub fluoryzujących
chemikaliów
j.w., wady rzędu milimetrów
Magnetyczne
  • proszkowe
Koncentracja ferro proszku w okolicach wad
i uszkodzeń
j.w., z ferromateriałów j.w., wady rzędu milimetrów
  • wiroprądowe
Zmiana amplitudy i fazy w okolicy wady j.w., lecz z materiałów przewodzących
  • MPM (magnetycznej pamięci metalu)
Zmiana amplitudy i fazy w okolicy wady j.w. z ferromateriałów Koncentracje naprężeń na powierzchni
i wewnątrz materiału
Radiografia
  • rentgenowska
  • izotopowa
  • neutronowa
Tłumienie, odbicie, rozproszenie wnikającej radiacji
lub strumienia neutronów
Nieruchome elementy maszyn i konstrukcji Drogie i ciężkie oprzyrządowanie, konieczny
bezpieczny dostęp. Wady objętościowe,
min. rozmiar wady 2–4 mm
Ultradźwiękowe Tłumienie, rozproszenie, odbicie, zmiana fazy,
rezonansu, padającej fali akustycznej
Nieruchome elementy maszyn i konstrukcji Konieczny bezpośredni kontakt
Emisja akustyczna Wymuszony rozwój mikrouszkodzeń (np. polem
naprężeń) jest źródłem emisji akustycznej – fal
o wysokiej częstotliwości
Nieruchome elementy maszyn i konstrukcji Drogie oprzyrządowanie, rzadko stosowana
Badania produktów zużycia
  • wkłady filtracyjne
Olej smarny (ciecz robocza odfiltrowana, odwirowana)
daje produkty zużycia do badań ilościowych
Maszyny w ruchu, po pobraniu próbki
oleju (cieczy)
Trudności w lokalizacji uszkodzeń
  • korki magnetyczne
Przechwytywanie dużych magnetycznych cząstek
zużycia w oleju (cieczy roboczej)
j.w., po wymianie korka Tylko ferromateriały, duże cząstki
  • ferrografia
j.w., lecz wszystkie cząstki j.w. po pobraniu próbki oleju (cieczy) Tylko ferromateriały, duże cząstki
  • analiza spektralna oleju
  • SOA
Analiza spektrograficzna małych cząstek po spaleniu j.w. możliwość rozróżnienia typów
uszkodzeń
Drogie oprzyrządowanie
  • zliczanie cząstek
Bieżące zliczanie cząstek w układzie smarowania
(hydrauliki)
Maszyny w ruchu, odczyt bieżący Droga i skomplikowana instalacja
Diagnostyka termiczna
  • termografia
Analiza obrazu w podczerwieni Nagrzewające się nieruchome elementy
maszyn i instalacji
Konieczny dostęp bezpośredni
  • termometria
Punktowy pomiar temperatury, termoparą Łożyska ślizgowe, kadłuby maszyn energetycznych Trudności w instalacji, duża bezwładność
Diagnostyka wibroakustyczna
  • drgania
Analiza drgań związanych z funkcjonowaniem
maszyny (podzespołu)
Maszyny (podzespoły) w ruchu. możliwość
badań bezkontaktowych
Brak istotnych ograniczeń
  • hałas
j.w. analiza h...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy