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] METODY STYMULACYJNE -Badania Nieniszczące (NDT)- Nazwa metody Istota Obszar zastosowania Badania wizualne - endoskopowe - holograficzne -penetracyjne barwne lub fluorescencyjne Magnetyczne - proszkowe - wiroprądowe Radiografia - rentgenowska - izotopowa - neutronowa Ogląd optyczny przez układ soczewek lub włókno światłowodu Rekonstrukcja frontu falowego z 3-wymiarowego obrazu dyfrakcyjnego Wnikanie w wady widzialnych lub fluoryzujących chemikaliów Koncentracja ferro proszku w okolicach wad i uszkodzeń Zmiana amplitudy i fazy prądu w okolicy wady Tłumienie, odbicie, rozproszenie wnikającej radiacji,,, lub strumienia neutronów Nieruchome elementy maszyn i konstrukcji Jw. z ferro materiałów Jw. lecz z materiałów przewodzących Nieruchome elementy maszyn i konstrukcji Ograniczenia Tylko wady powierzchniowe konieczny bez- pośredni dostęp, wady rzędu milimetrów -, wady rzędu milimetrów -, wady rzędu milimetrów Drogie i ciężkie oprzyrządowanie, konieczny bezpieczny dostęp. Wady objętościowe, minim. rozmiar wady 2-4 mm. Najmniejszy rozmiar wady rzędu milimetrów 1
Ultradźwiękowa Tłumienie, rozproszenie, odbicie, zmiana fazy, rezonansu, padającej fali akustycznej Konieczny bezpośredni kontakt Emisja akustyczna Wymuszony rozwój mikrouszkodzeń (np. polem naprężeń) jest źródłem emisji akustycznej - fal transsieniowych o wysokiej częstotliwości. Drogie oprzyrządowanie, mało doświadczeń Badania produktów zużycia: - wkłady filtracyjne - korki magnetyczne - ferrografia - analiza spektralna oleju- SOA - zliczanie cząstek Diagnostyka termiczna - termografia - termometria Olej smarny (ciecz robocza odfiltrowana, odwirowana) daje produkty zużycia do badań ilościowych 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) Analiza obrazu w podczerwieni Punktowy pomiar temperatury, termoparą lub tp. Maszyny w ruchu, po pobraniu próbki oleju (cieczy) J.W., po wymianie korka jw. po pobraniu próbki oleju (cieczy) jw. możliwość rozróżnienia typów uszkodzeń Maszyny w ruchu, odczyt bieżący Nagrzewające się nieruchome elementy maszyn i instalacja Łożyska ślizgowe, kadłuby maszyn energetycznych Trudności w lokalizacji uszkodzeń - tylko ferromateriały, duże cząstki Drogie oprzyrządowanie Droga i kłoptliwa instalacja Konieczny dostęp bezpośredni Trudności w instalacji, duża bezwładność 2
Diagnostyka wibroakustyczna - drgania Analiza drgań związanych z funkcjonowaniem maszyny (podzespołu) Maszyny(podzespoły) w ruchu. możliwość badań bezkontaktowych BRAK ISTOTNYCH OGRANICZEŃ - hałas jw. analiza hałasu Wrażliwość na zakłócenia postronne - pulsacja medium Analiza pulsacji medium w przestrzeniach roboczych maszyn Podzespoły maszyn przepływowych (silniki spalinowe) pompy itp.) Trudny dostęp do obszaru pomiaru - emisja akustyczna Odbiór i analiza fal akustycznych w materiale generowanych przez naturalny rozwój mikrouszkodzeń Elementy maszyn (konstrukcji) pod obciążeniem roboczym 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. 3
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. 4
5
6