1

1.2.MOŻLIWOŚCI BADAŃ STANU MASZYN A DIAGNOSTYKA WA

Zanim przejdziemy do zgłębiania podstaw diagnostyki WA przyjrzyjmy się wszelkim możliwym metodom badań stanu maszyn, konstrukcji i ich elementów. Metod takich jest wiele i można je podzielić na dwie kategorie (patrz tab.1.1). Metody stymulacyjne, które dla uzyskania oceny wymagają specjalnego bodźca - stymulatora, np. źródła światła, fali ultradźwiękowej, pola magnetycznego, promieniowania rentgenowskiego itp. Metody te zwane nieniszczącymi ( ang. NDT = non destructive testing ) w większości można stosować jedynie do oddzielnych elementów maszyn i konstrukcji. Druga grupę metod, bazująca na obserwacji procesów resztkowych towarzyszących funkcjonowaniu maszyn można już nazwać biernymi metodami diagnostycznymi. Najprostszy rodzaj tych badań diagnostycznych to analiza produktów zużycia zawartych w olejach smarnych lub hydraulicznych. Istnieje tu wiele dobrze opanowanych technik szczegółowych (bliżej patrz np. [3] ), z których jedynie spektrograficzna analiza oleju (ang. = SOA spectrometric oil analysis ) pozwala rozróżnić typ uszkodzenia, przy bardzo drogim wyposażeniu typu laboratoryjnego.

Tabela 1.1 Ważniejsze metody badań stanu maszyn, konstrukcji

i ich elementów [3, 4]

Nazwa metody Istota Obszar zastosowania

Ograniczenia

Badania wizu- alne - endoskopowe - holograficzne -penetracyjne barwne lub fluorescencyjne

Ogląd optyczny przez układ socze-wek lub włókno światłowodu Rekonstrukcja frontu falowego z 3-wymiarowego obrazu dyfrakcyjnego Wnikanie w wady widzialnych lub fluoryzujących chemikaliów

Nieruchome elementy maszyn i konstrukcji

�

�

Tylko wady po-wierzchniowe konieczny bez- pośredni dostęp

� � , wady rzędu milimetrów

Magnetyczne - proszkowe - wiroprądowe

Koncentracja ferro proszku w okolicach wad i uszkodzeń Zmiana amplitudy i fazy prądu w okolicy wady

Jw. z ferro materiałów Jw. lecz z materiałów przewodzą-cych

� -, wady rzędu milimetrów � -, wady rzędu milimetrów

MET

OD

Y S

TYM

ULA

CY

JNE

-Bad

ania

Nie

nisz

cząc

e (N

DT)

-

Radiografia - rentgenowska - izotopowa - neutronowa

Tłumienie, odbicie, rozproszenie wnikającej radiacji, , , lub stru-mienia neutronów

Nieruchome elementy maszyn i

konstrukcji

Drogie i ciężkie oprzyrządowanie, konieczny bezpieczny dostęp. Wady objętościo-we, minim. rozmiar wady 2-4 mm. Najmniejszy rozmiar wady rzędu mili-metrów

2

Ultradźwiękowa

Tłumienie, rozproszenie, odbicie, zmiana fazy, rezonansu, padającej fali akustycznej

�

Konieczny bezpośredni kontakt

Emisja akus-tyczna

Wymuszony rozwój mikrouszkodzeń (np. polem naprę-żeń) jest źródłem emisji akustycz-nej - fal transsieniowych o wy-sokiej częstotliwości.

�

Drogie oprzyrządowanie, mało doświadczeń

Badania produk- tów zużycia: - wkłady filtracyjne - korki mag-netyczne - ferrografia - analiza spektralna oleju-SOA - zliczanie cząstek

Olej smarny (ciecz robocza odfiltrowana, odwirowana) daje produkty zużycia do badań ilościo-wych Przechwytywanie dużych magnetycznych cząstek zużycia w oleju (cieczy roboczej) j.w. lecz wszystkie cząstki Analiza spektrograficzna małych cząstek po spaleniu Bieżące zliczanie cząstek w układzie smarowania (hydrauliki)

Maszyny w ruchu, po pobraniu próbki oleju (cieczy) J.W., po wy-mianie korka jw. po po-braniu próbki oleju (cieczy) jw. możliwość rozróżnienia typów uszko-dzeń Maszyny w ruchu, odczyt bieżący

Trudności w lokalizacji uszkodzeń � - tylko ferromateriały, duże cząstki

�

Drogie oprzyrządowanie Droga i kłoptliwa instalacja

Diagnostyka termiczna - termografia - termometria

Analiza obrazu w podczerwieni Punktowy pomiar temperatury, termoparą lub tp.

Nagrzewające się nieruchome elementy ma-szyn i instalacja Łożyska ślizgowe, kadłuby ma-szyn ener-getycznych

Konieczny dostęp bezpośredni Trudności w instalacji, duża bezwładność

3

Diagnostyka wibroakusty-czna - drgania - hałas

Analiza drgań związanych z funkcjonowaniem maszyny (pod-zespołu) jw. analiza hałasu

Maszyny(pod-zespoły) w

ruchu. możliwość

badań bezkontakto-

wych �

BRAK ISTOTNYCH OGRANICZEŃ

Wrażliwość na zakłócenia postronne

- pulsacja medium - emisja aku-styczna

Analiza pulsacji medium w prze-strzeniach roboczych maszyn Odbiór i analiza fal akustycznych w materiale generowanych przez naturalny rozwój mikrouszkodzeń

Podzespoły maszyn przepły-wowych (silniki spalinowe) pompy itp.) Elementy ma-szyn (konstrukcji) pod obciążeniem roboczym

Trudny dostęp do obszaru pomiaru

Drogie oprzyrządowanie

Diagnostyka termiczna ma duże zastosowanie przy wykrywaniu uszkodzę izolacji

cieplnej, a duże usługi oddaję tu kamery termowizyjne. Natomiast w badaniach diagnostycznych maszyn odpowiedzialnych stosuje się pomiar temperatury łożysk ślizgowych, kadłubów maszyn energetycznych ze pomoce zamontowanych na stałe termopar itp. Z punktu widzenia diagnosty temperatura nie jest dobrym nośnikiem informacji o stanie maszyny gdyż dotyczy jedynie punktu zamontowania termopary, zaś szybkość temperaturowej reakcji na zmiany stanu nadzorowanego elementu nie jest duża. Inaczej ma się rzecz ze zjawiskami wibroakustycznymi, do których zaliczamy drgania, hałas, pulsacje medium roboczego i emisję akustyczną wywołaną obciążeniem roboczym (to ostatnie zjawisko wywołane obciążeniem testowym, np. przyłożonym naprężeniem próbnym, trzeba zaliczyć już do grupy badań nieniszczących - NDT). Tutaj, jak już wspominaliśmy, zwłaszcza przy obserwacji drgań maszyn, z jednego procesu możemy ocenić stan całej maszyny i jej głównych podzespołów, jako że szybkość przekazywanych informacji i jej zróżnicowanie (różnorodność). Jest ogromna (porównaj rys.1.2). Jedyną i istotne trudnością, w diagnostyce wibroakustycznej, w tej bezdemontażowej metodzie oceny stanu maszyny w trakcie realizacji jej zadania, jest nieznajomość kodu przetwarzania stanu technicznego w generowany proces WA. Złamanie tego kodu, czyli ekstrakcja pierwotnych sygnałów i WA symptomów zużycia jest jednym z naczelnych ze dań diagnostyki WA maszyn.

4

Zarysowany tu pokrótce przegląd metod badań stanu maszyn, konstrukcji i ich elementów przedstawiony jest bardziej szczegółowo i metodycznie w tabeli l.l. Podobny przegląd, lecz już ukierunkowany na diagnostykę maszyn, przedstawia rysunek 1.3, gdzie metody diagnostyki WA odróżniono dużymi literami. Jak widać z rysunku, każdy element konstrukcji maszynowej traktowany oddzielnie lub w funkcjonującej maszynie może być zbadany ze pomocą diagnostyki WA lub ultradźwiękowych metod badań nieniszczących. Widać więc potencjalnie duża siłę obiektywnego wnioskowania o stanie maszyny jaka kryje się za stosowaniem tych metod.

5

6