Print

Diagnostické metody – základ preventivní údržby podle technického stavu

-- 14.09.2012

Znát skutečný technický stav strojů a zařízení je důležité a užitečné z mnoha důvodů, jedním z nich je zajišťování jejich spolehlivého, bezpečného a hospodárného provozu. Na spolehlivý, bezpečný a hospodárný provoz strojů a zařízení má nejvýraznější vliv, kromě jejich inherentních vlastností, způsob provozu a údržba, kterou je nutno vykonávat tak, aby výroba byla omezována co nejméně nebo vůbec ne. To vede k preventivnímu vykonávání údržby, pro niž je nezbytná znalost skutečného okamžitého technického stavu daného objektu i prognóza jeho vývoje v nejbližším období. Zde má své nezastupitelné místo technická diagnostika.

Základní pojmy

Diagnostická metoda je postup vhodně využívající poznatky a postupy vědy, techniky i praxe k dosažení vlastního cíle, tj. nejčastěji k získání objektivních hodnot diagnostických signálů odrážejících aktuální technický stav zkoumaného objektu. Za součást diagnostické metody bývá považován také postup (způsob) analýzy a interpretace dat získaných diagnostikou. Strukturní parametr je ukazatel, který charakterizuje fyzikální, chemické nebo geometrické vlastnosti prvků daného objektu.

Příklad: elektrický odpor, vodivost, tvrdost, pružnost, kyselost, oxidační stabilita, rozměr, průhyb, vzájemná poloha. Diagnostický parametr (diagnostický signál) je ukazatel, který charakterizuje technický stav, a to zpravidla nepřímo. Může být souhrnný nebo detailní. Souhrnný diagnostický signál charakterizuje celý objekt nebo jeho značnou část. Detailní diagnostický signál charakterizuje jeden prvek nebo skupinu prvků.
 
Příklad:

• příkon je souhrnný diagnostický signál; charakterizuje mechanický stav, tj. seřízení, opotřebení, ale také zatížení;

• emitované vibrace jsou souhrnným diagnostickým signálem; charakterizují mechanický stav, tj. seřízení, opotřebení či jiné poškození, souosost, nevyváženost, ale také provozní stavy;

• tlak (ve vhodném místě) je detailní ukazatel; charakterizuje např. seřízení pojistného ventilu, zatížení, těsnost;

• napětí (elektrické) je detailní ukazatel; charakterizuje např. přechodové odpory spojů, izolační stav obvodu.

Diagnostické metody a jejich základní možnosti

Defektoskopie

Úkolem defektoskopie je zjišťování existence, umístění a velikosti vad materiálu, vnitřních i povrchových. Mezi defektoskopické metody se řadí akustická emise, metoda magnetická, metoda kapilární, metoda ultrazvuková, metody prozařovací (rentgenové, radiační). Akustická emise je fyzikální jev doprovázející deformační, lomové, případně fázové přeměny v materiálu při jeho dynamickém nebo tepelném namáhání. Tyto přeměny emitují elastické vlnění, které lze detekovat a využít jako diagnostický signál. Jedná se tedy o nedestruktivní pasivní diagnostickou metodu. Je vhodná například pro monitorování únavových procesů tlakových zařízení, detekci materiálových vad vznikajících během provozu, detekci mikrotrhlin a jejich šíření. V přeneseném smyslu se pojmem akustická emise rozumí diagnostická metoda založená na využití tohoto jevu. K akustické emisi dochází ve zdroji akustické emise při uvolnění energie vlivem působení vnitřních nebo vnějších sil.

Akustická emise je vyvolána nevratnými dislokačními a degradačními procesy v mikrostruktuře a makrostruktuře materiálu, kavitačními procesy, turbulencí při úniku kapaliny nebo plynu, degradací dielektrika aj. Při vzniku časově oddělených emisních událostí vzniká nespojitá akustická emise v podobě jednotlivých, časově oddělených impulzů, které mají obvykle charakter tlumených kmitů. Trvání impulzu bývá od několika nanosekund do několika milisekund. Typickým zdrojem nespojité akustické emise je aktivní, tj. měnící se trhlina. Při časově neoddělených emisních událostech vzniká spojitá akustická emise v podobě trvalého, vlivem interferencí zkresleného signálu, který má tedy náhodný charakter.

Typickým zdrojem spojité akustické emise je kavitace, plastická deformace povrchů při tření, únik kapalin nebo plynů. Magnetická metoda se nejčastěji používá pro kontrolu svárů, návarů a strojních součástí. Využívá se principu změny rozložení magnetického pole v místě vady. Místem s největším gradientem jsou místa, kde je materiál přerušen trhlinou. Magnetizace se provádí nejčastěji ručními střídavými nebo permanentními magnety či zdroji proudu pro magnetizaci. Po zmagnetování součásti a nanesení feromagnetického prášku se prášek soustředí v místě největšího gradientu pole a takto zvýrazněná vada je pozorovatelná zrakem. Fluorescenční varianta magnetické metody používá magnetický prášek v suspenzi, která je fluorescenční. Po zmagnetování a nanesení fluorescenční feromagnetické suspenze jsou pod UV lampou trhliny okamžitě viditelné.

Kapilární metoda se rovněž používá pro zjišťování otevřených povrchových vad, jako jsou trhliny, zdvojeniny, póry aj. Použití je stejné jako u metody magnetické. Před zahájením kapilární zkoušky musí být zkoušený povrch očištěn a odmaštěn, aby penetrant mohl vniknout do trhlin. Na zkoušený povrch se nanese penetrant, který vniká do otevřených povrchových vad zkoušené součásti. Doba působení penetrantu je dána zkušebním postupem podle druhu a povrchu materiálu. Přebytek penetrantu se ze zkoušeného povrchu odstraní a nanese se vývojka. Vývojka absorbuje penetrant, který zůstal ve vadách, a tak vady zviditelní. Fluorescenční varianta metody používá penetrant, který pod UV lampou světélkuje a tak vady zviditelňuje. Ultrazvuková metoda se používá pro zjišťování vad materiálu v jeho objemu. Vada (nehomogenita) představuje rozdílné prostředí oproti okolnímu homogennímu materiálu.

Na rozhraní těchto dvou prostředí pak dochází k odrazu a lomu ultrazvukových vln, čehož se využívá k indikaci vad. K defektoskopii se používají impulzní ultrazvukové přístroje. Ultrazvuková sonda vysílá do zkoušeného materiálu ultrazvukové pulzy, které se na rozhraních různých prostředí odrážejí a jsou sondou zpětně přijímány, přeměněny na elektrické impulzy a přivedeny na obrazovku přístroje, kde zobrazí echa, jejichž výška  je závislá na velikosti odrazné plochy a poloha je úměrná vzdálenosti místa odrazu od povrchu. Při interpretaci výsledků ultrazvukové zkoušky se získaná echa porovnávají s echy získanými na etalonech s umělými (a známými) vadami.

Protože přirozené vady mají povrch členitější než umělé vady etalonu, je rozptyl odražených ultrazvukových větší a echem zobrazená vada se tedy jeví menší, než ve skutečnosti je. Prozařovací metody se používají pro zjišťování vad materiálu v jeho objemu. Využívají interakci procházejícího ionizujícího záření s hmotou zkoušeného materiálu. Na vadách se mění intenzita procházejícího záření, takže lze tímto způsobem vady (nehomogenity) zviditelnit. Objemové vady (dutiny, vměsky) jsou dobře zjistitelné, plošné vady (trhliny, studené spoje) jsou zjistitelné v omezené míře, záleží na jejich orientaci vzhledem k ose svazku záření. Nejstarším používaným zdrojem záření je rentgenka emitující rentgenové záření, které má spojité spektrum obdobně jako viditelné světlo. Intenzitu záření lze v určitém rozsahu regulovat.

Dalším používaným zdrojem ionizujícího záření jsou zdroje gama záření, které poskytují nespojité (čárové) spektrum. Ionizující záření vzniká rozpadem radioaktivních jader použitého izotopu radioaktivního prvku. Intenzitu záření těchto zdrojů nelze regulovat, je zcela určena použitým prvkem a postupně klesá. Rychlost poklesu je dána poločasem rozpadu použitého izotopu. Jak rentgenové záření, tak záření gama jsou nebezpečné. Proto při práci s těmito zdroji záření musí být přísně dodržovány podmínky bezpečné práce a k nakládání se zdroji ionizujícího záření je nutné povolení Státního úřadu pro jadernou bezpečnost.

Vibrodiagnostika

Vibrace jsou projevem všech pracujících mechanických částí strojů, jsou jejich reakcí na působení vnitřních a vnějších sil. Většina závad rotačních strojů se projevuje nadměrnými vibracemi. Proto je lze využít jako diagnostické signály charakterizující mechanický stav stroje. Každá mechanická závada generuje vibrace svým specifickým způsobem. To lze využít při určování jejich příčiny, tedy druhu závady. Vibrace jsou považovány za nejlepší provozní parametr, podle kterého je možno posuzovat nevyváženost, nesouosost, nedostatečně tuhé základy, ohnuté hřídele, nadměrné opotřebení ložisek, ulomení lopatek rotorů apod. Celkové vibrace představují celkovou vibrační energii měřenou v určitém frekvenčním rozsahu.

Měřením celkových vibrací stroje nebo jeho části (rotoru) a porovnáním této hodnoty s její normální úrovní (normou) získáme informaci o stavu stroje. Vyšší než „normální“ úroveň celkových vibrací znamená, že „něco“ není v pořádku. Frekvenční rozsah, v němž se budou měřit celkové vibrace, závisí také na typu použitého měřicího (monitorovacího) zařízení. Některé přístroje mají předdefinovaný frekvenční rozsah, některé umožňují volbu frekvenčního rozsahu. Proto je velmi důležité, aby při porovnávání naměřených hodnot bylo mimo jiné zajištěno, že byly naměřeny ve stejném frekvenčním rozsahu. Ze stejného důvodu je také poněkud problematické porovnávání hodnot vibrací naměřených na různých strojích. Lepším způsobem je vyhodnocování změn hodnot vibrací stejného stroje v čase (vyhodnocení časového trendu).

Základní možnosti a charakter vibrací

Termodiagnostika

Teplota je dalším z možných diagnostických signálů, jehož hodnota je v korelaci s technickým stavem diagnostikovaného objektu. Tento princip je možno aplikovat na celou řadu objektů, včetně strojů a jejich konstrukčních částí. Měření teploty je snadné, rychlé a dostatečně přesné, může být prováděno i bezkontaktně (dálkově), kontinuálně či periodicky. Proto může teplota vhodně zvoleného místa stroje či jeho mechanismu sloužit také jako diagnostický signál první úrovně, který snadno a rychle ukáže, zda je možno (nutno) očekávat nějakou závadu. 

V tom případě pak je na místě použít průkaznější, ale zpravidla také dražší či časově náročnější diagnostiku. Bezkontaktní měření teploty se tedy může velmi dobře uplatnit jako první kontrolní měření, jehož cílem je pouze rozhodnutí o provedení či neprovedení další kontroly. Teplotní měření se používají ke zjištění jak místa, tak velikosti ztrát energie. Často jsou používána k tomu, aby se předešlo poruchám v dodávce energie, aby se zjistila místa úniku tepla. Měření teploty je možno použít ke kontrole účinnosti mechanismů, elektrického odporu v různých místech elektrických obvodů, průtoku kapaliny nebo plynu v různých místech tepelných výměníků, zatížení katalyzátorů spalovacích motorů, okamžitého stavu mazání kluzných uložení, nastavení mechanických vůlí třecích elementů, celistvosti tepelně izolačních plášťů a krytů apod.

Ve všech těchto případech se může bezkontaktní měření teploty uplatnit jako první filtr pro zachycení již existujících či vznikajících provozních problémů. V současnosti jsou na trhu kvalitní a cenově dostupné přístroje pro měření teploty, jež využívají jak kontaktní, tak bezkontaktní způsoby měření. Bezkontaktní přístroje využívají princip měření emitovaného záření v infračerveném pásmu a měří tedy povrchové teploty. J

Tribotechnická diagnostika

Olejová náplň stroje je v kontaktu s mnoha mechanismy, funkčními plochami strojních součástí i s okolním prostředím. V oleji se proto objevují částice materiálu uvolňované při jejich opotřebení, vnikající do něj jako nečistoty zvenčí, vznikající přímo v oleji. Po rozboru vhodně a správně odebraného vzorku jsou získány údaje, které lze vyhodnotit jejich porovnáním s jejich limitními hodnotami, pokud jsou známy.

Získá se tak poměrně jednoduše odpověď na otázku, zda je zkoušený olej nadále použitelný nebo zda dochází k nadměrnému opotřebení stroje. U stanovení stavu vlastního oleje je tento postup vyhovující, limity  jednotlivých ukazatelů jsou většinou známé. Při sledování opotřebení strojů je situace jiná. Zde je velmi důležité a účelné sledovat časové trendy obsahů jednotlivých prvků. Jako varovná hodnota pak neslouží překročení limitní hodnoty diagnostického signálu, ale náhlá změna v průběhu sledovaného trendu.

Diagnostika měřením provozních parametrů

Změny technického stavu stroje se  samozřejmě projeví na jeho provozních parametrech, které tedy mohou sloužit  jako diagnostický signál. Takovým parametrem může být např. výkon, příkon, spotřeba energie (paliva), průtok, rychlost, zrychlení, tlak, teplota, otáčky, napětí, proud, izolační odpor apod. Proto, aby bylo možno hodnoty provozních parametrů porovnávat a činit relevantní závěry, je velmi důležité sledovat a zaznamenávat okolní podmínky, za kterých byly parametry zjištěny (zaznamenány). Hlavní výhodou tohoto diagnostického přístupu je to, že lze využívat všechna čidla a snímače, které slouží pro sledování provozních stavů strojů, že sledování je (může být) kontinuální a že provoz strojů není nijak ovlivňován ani přerušován.

Subjektivní diagnostika

Subjektivní diagnostika je založena na individuálních schopnostech lidí (jejich smyslů) vnímat provozní projevy diagnostikovaného objektu a rozpoznat odchylky od normálního stavu. K těmto účelům lze využít:

• zrak, kterým je možno sledovat vizuální projevy diagnostikovaného objektu, tj. například unikání provozních hmot, barvu, drsnost, změny vzhledu povrchu, přítomnost cizích těles, lomy součástí apod.;

• sluch, kterým je možno sledovat zvukové projevy diagnostikovaného objektu, tj. kmitání ve slyšitelném rozsahu; pomůckou je technický stetoskop;

• hmat, kterým je možno sledovat chvění, vůle v uložení, teplotu, drsnost povrchu diagnostikovaného objektu;

• čich, kterým je možno sledovat přítomnost zapáchajících látek, přehřívání izolací a třecích obložení.

Trendy vývoje technické diagnostiky

V současnosti je zcela zřetelný trend permanentního sledování hlavních funkcí a částí strojů tzv. palubní diagnostikou. Palubní diagnostika může tvořit první stupeň v systému údržby podle stavu zařízení. Z pohledu způsobu stanovení diagnózy je zřetelný trend využívání signálů vznikajících při běžném provozu strojů či jejich částí. Tyto signály jsou snímány snímači, které jsou součástí konstrukce již z výroby. V současné době jsou tyto signály většinou využívány jen pro řízení funkce strojů.

Je však zřejmé, že jsou nositeli diagnostické informace a že se postupně uplatní také jako diagnostické signály. Z pohledu postavení diagnostiky v systému údržby je zřetelný trend směřující ke zcela bezdemontážním nepřímým způsobům, jež budou během provozu permanentně vykonávány jako běžná funkce palubního řídicího systému. Získané výsledky budou podnětem pro přípravu i vykonání potřebné preventivní údržby. Budou také evidovány pro zpětnou rekonstrukci provozu, bude-li to třeba, např. z legislativních důvodů (povinné prohlídky a kontroly) nebo při stanovení odpovědnosti (havárie, úrazy, pojistné události).

Závěr

Správná, přesná a spolehlivá diagnóza je bezesporu velmi užitečná pro přípravu údržby, její plánování i provedení. Sama o sobě však nemůže být cílem, ale musí být posuzována vždy v kontextu hlavní činnosti, pro jejíž podporu má sloužit. Z tohoto pohledu je nutné i technickou diagnostiku správně rozvíjet, plánovat a optimalizovat ji zároveň s celým systémem údržby tak, aby poskytovala spolehlivé podklady pro správnou a přesnou diagnózu a přispívala tak k vytváření celkového pozitivního efektu. Rozvoj senzorové techniky i možností elektroniky umožňuje stále cílenější a individuálně přizpůsobené diagnostické sledování každého stroje, nejen strojů klíčových. To je současným stavem i trendem tohoto oboru.

Josef Pošta působí na Technické fakultě ČZU v Praze. Kontaktovat jej můžete na posta@tf.czu.cz

 

Autor: Josef Pošta, Technická fakulta ČZÚ


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2016
2016-09-08 - 2016-09-09
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Konference Smart Cities 2016
2016-09-13 - 2016-09-13
Místo: Hotel Olšanka, Praha 3
Webinář: Prediktivní údržba
2016-09-13 - 2016-09-13
Místo: webinář
Webinář: Trendy v IIoT III
2016-09-13 - 2016-09-13
Místo: webinář
Konference SMART HOME ve světě Internetu věcí
2016-09-14 - 2016-09-14
Místo: Grandior Hotel Prague, Na Poříčí 42, Praha, konferenční sál C + D

Katalog

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Štětkova 1638/18
14000 Praha 4
tel. +420739552216

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2016 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI