Ultrazvuk jako klíčová součást prediktivní údržby

Osvědčená technologie

Řada nežádoucích jevů ve výrobních zařízeních je doprovázena vznikem ultrazvuku, a to jak šířícího se vzduchem, tak materiálem jejich konstrukcí. Existují dva hlavní zdroje diagnostického ultrazvuku. Prvním je turbulentní proudění plynů a kapalin. Tento ultrazvuk vzniká při úniku médií netěsnostmi spojů nebo trhlinami v materiálu. Zdrojem takového ultrazvuku jsou i elektrické výboje. Druhým zdrojem ultrazvuku je valivé tření. Ultrazvuk se tedy generuje při chodu valivých ložisek.

Pod pojem diagnostický ultrazvuk zahrnujeme v případě průmyslové diagnostiky akustické signály ve frekvenčním rozsahu od 20 do 100 kHz, nad hranicí lidské slyšitelnosti. Výhodou ultrazvuku je jeho snadná směrová lokalizace a možnost selektivního filtrování a tím odlišení od rušivých zvuků v ostatních částech akustického spektra.

Proto byla vyvinuta celá řada ultrazvukových detekčních přístrojů, které pomáhají zjišťovat ultrazvuk nežádoucích jevů v chodu průmyslových zařízení. Je zřejmé, že včasná detekce netěsnosti, zvýšeného valivého tření nebo výskytu výboje zachytí vznikající vadu v počátečním stadiu, a tak se předejde rozsáhlým škodám způsobených jejím plným rozvinutím.

Typické aplikace

Zjišťování úniků je založeno na vzniku ultrazvukového signálu při turbulentním proudění. Pokud nastane porušení těsnosti tlakové soustavy, dochází téměř vždy k turbulenci a je generován ultrazvuk. Bylo zjištěno, že většina spektrálních složek tohoto ultrazvukového signálu se nachází v pásmu mezi 30 a 50 kHz. Na stejném principu funguje opačný jev, a to porušení vakuového systému. Intenzita ultrazvuku se mění s tlakovým rozdílem netěsnosti a se vzdáleností. Může být proto měřítkem velikosti netěsnosti. Diagnostika úniků se používá při kontrole rozvodů tlakového vzduchu, páry a technických plynů. Zde se nejvíce uplatňuje ultrazvuk šířící se vzduchem. Při kontrole netěsností ventilů, odvaděčů kondenzátu a při hledání úniků z potrubí uložených ve zdech nebo v terénu se spíše uplatní diagnostika pomocí ultrazvuku šířícího se materiálem.

Ultrazvuková diagnostika valivých ložisek je velmi metodicky propracovaná. Využívá se srovnávacího měření, zjišťování trendu a spektrální analýzy ultrazvuku. Ultrazvukový signál se snímá kontraktně a je tak možné provádět diagnostiku chodu rychloběžných i pomaloběžných ložisek. Se zvyšující se intenzitou ultrazvuku lze postupně usuzovat na nedostatečné mazání ložiska, poté na mikroskopické defekty v oběžných drahách, následně na velká poškození typu „pitting“, která přecházejí v havárii ložiska. Prediktivní diagnostika chodu ložisek dokáže odhalit jejich vznikající závady dostatečně včas, aby bylo možné zajistit opravu nebo výměnu vadného ložiska, než dojde k jeho zničení a následným škodám na zařízení a ztrátám kvůli neplánované odstávce technologie.

K detekci výbojů, ať se jedná o korónový, doutnavý, jiskrový nebo obloukový výboj, je také možné použít ultrazvukových přístrojů, protože ultrazvuk je průvodním jevem elektrických výbojů. Ty mohou vznikat na komponentech rozvodů vysokého napětí, v transformátorech, odpojovačích a v rozvaděčích. Předností detekce ultrazvukového signálu výbojů je, že mohou být indikovány výboje v počátečním stadiu degradace vysokonapěťového komponentu, na kterém vzniká korónový výboj. To je výhoda před sledováním termokamerou, která diagnostikuje výboj až tehdy, kdy dochází k tepelné destrukc. Také je možné ultrazvukem detekovat výboj v krytém transformátoru nebo rozvaděči. Zde je výhoda ve varování obsluhy před možností úrazu elektrickým proudem při odstranění krytu. Také v tomto případě má termodiagnostika omezené možnosti.

Přístrojové vybavení

Americká společnost UE Systems je světovým průkopníkem v oblasti průmyslové ultrazvukové diagnostiky již od roku 1973. Ultrazvukové detektory značky Ultraprobe zahrnují celou řadu modelů od jednoduchých analogových indikátorů ultrazvuku až po sofistikované digitální ultrazvukové analyzátory pro komplexní posuzování stavu průmyslových zařízení. Přístroje Ultraprobe se dodávají v sadách určených pro detekci ultrazvuku šířícího se vzduchem nebo materiálem konstrukcí, případně v kombinovaných a speciálních sadách, v nabídce je i provedení jiskrově bezpečné.

Ultraprobe 3000 je základní digitální ultrazvukový detektor s pamětí. Pistolové provedení s přehledným displejem a rotačním ovladačem zaručuje snadné a pohodlné ovládání. Výměnné skenovací a kontaktní sondy a řada dalších příslušenství umožňují provádět diagnostiku všech typů včetně kontroly na velké vzdálenosti i nablízko.

Nejvyšší model Ultraprobe 15000 představuje komplexní digitální diagnostické ultrazvukové zařízení. S velkým barevným dotykovým displejem nabízí tento přístroj rozsáhlé možnosti vlastního snímání ultrazvuku pomocí různých specializovaných snímacích sond, záznam průběhu ultrazvuku do paměti a jeho analýzu přímo v přístroji. Ultraprobe 15000 má několik přednastavených režimů pro všeobecnou diagnostiku, pro kontrolu úniků, pro diagnostiku ventilů a odvaděčů kondenzátu, pro posuzování ložisek a pro detekci elektrických výbojů.

Všechny digitální přístroje Ultraprobe spolupracují s programy Ultratrend DMS a UE Spectralyzer, které představuje dokonalý nástroj pro dokumentaci a archivaci provedené diagnostiky.

V současné době také nabývají na významu systémová diagnostická zařízení 4Cast a OnTrak, která umožňují trvalý 24/7 dohled nad klíčovými výrobními prostředky.

Ultrazvuková diagnostika představuje silný nástroj průmyslové prediktivní údržbu. V kombinaci s vibrodiagnostikou a termodiagnostikou umožní dokonalou péči o základní prostředky výrobce, významnou měrou přispívá k prodloužení životnosti strojů a zařízení a pomáhá při hledání úspor ve výrobních technologiích.