超音波狀態監測入門須知-獻給剛要起步的檢測新手!

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這是使用超音波狀態監測技術的入門指引,獻給剛在這個領域起步的新手

原文作者:UE Systems公司行銷副總裁Alan Bandes

前言

所謂“狀態監測(CBM)”是一種維護過程,在過程中,對工廠設備的狀態或“健康”進行監視,以期發現即將故障的最早跡象。設備可以使用複雜精密的儀器儀錶進行監測,例如振動、紅外線分析設備或超音波技術。

超音波技術採用高頻聲波,拾取機械、電氣和流體系統中一般難以識別的可能的性能異常信號。

狀態監測計劃可改善設備利用率及降低能耗

一個有效的狀態監測計劃,提供幾個優點 - 從改善設備的可用性到顯著的降低能耗。而所使用的儀器儀錶 - 作為狀態監測過程中的一部份 - 應提供可優化設備停機時間、人力與物力排程及提高生產力與降低總成本所需的重要且精準的資料。
點擊參考UE超音波檢測系統系列介紹:由於能源成本的提高,也使用超音波儀器定位故障的蒸汽疏水閥及壓縮空氣洩漏。

設備是否健康,意味著在達成生產目標與全面混亂之間的差別。舉例來說,假如有一個關鍵軸承在生產運行中故障,後果可能是個災難 - 可能的設備損壞、停止生產、產品損壞、必須訂購以進行維修的零件及浪費的可觀工時。狀態監測計劃,透過主動與嚴謹的方法,預測故障的可能性,並依延後此種可能性的需求,來管理維護方式。

狀態監測最常使用的技術

一個狀態監測計劃,不須要非常複雜,也不需要大筆投資購買用於在監測過程中將記錄的資料有效的進行分析、報告、製作趨勢圖形的儀器儀錶。

狀態監測最常使用的技術,尤其是對泵浦及其它旋轉機械而言,就是振動分析 – 測量軸承箱或旋轉軸。可將振動位準與已建立的標準進行比較,以評估嚴重性。使用傅利葉演算法、頻率與諧波,可幫助找出振動的原因及指示消除振動的方法。例如,隨著轉速增加的高位準振動,可能是不平衡的跡象,可透過對機械設計的修改而加以矯正。

另一種狀態監測法是熱顯像或紅外線檢測 - 偵測及測量與熱有關的紅外線輻射。過度的熱能是元件故障的指標,尤其是在電氣接點與終端的劣化中及在軸承故障的後期階段所表現的。

振動及紅外線分析,還可由另一項檢測技術來補其不足 - 空中傳播/結構傳播超音波檢測技術。超音波是由磨擦、電離與擾動所產生,這是為何超音波儀器在測試機械、電氣與流體系統時那麼有用的原因。超音波儀器可以辨識出機械故障的早期警訊、定位電氣齒輪中的電弧、電痕、電暈及偵測各類型的洩漏。 

選擇符合應用所需的儀器,狀態監測計劃不必很複雜,也不需要龐大的投資!

大多數超音波儀器屬於輕量、可攜式。它們將操作設備所產生的高頻音,轉降至可經耳機聽見的範圍及可在顯示面板上以分貝的強度位準提供檢視。有些超音波儀器可記錄測試資訊,有些則內建錄音和資料記錄功能。

點擊參考防爆等級類比式超音波檢測器介紹

可供查看聲音位準及同時聆聽音質的功能,強化了監測效果 - 檢測員可從發生在分貝位準的增加或他們沿著檢查路線蒐集資料時音質的變化,而快速識別出設備內部的變化,例如軸承。超音波還可讓操作員檢測出藉由振動分析或紅外線技術不總是能發現或看到的故障狀態,例如封閉式開關設備及變壓器。

透過超音波感測高頻音,有其獨具的優點。聲音發射侷限於起源點,所以很容易識別或監測出問題聲音的位置,沒有來自其它機械元件的串音干擾。在監測時,可以偵測及預測達到關鍵故障階段前的微小變化及趨向。

由於摩擦是造成軸承故障的主要因素之一,軸承潤滑計劃可藉由超音波技術加強。有許多潤滑計劃是基於“預防性”維護,設備是按照時間排程進行潤滑,有預定施加的潤滑量。假如依照此方法而沒有考量關於施加狀態的任何反饋,可能導致過度潤滑或潤滑不足,最終導致故障。

為避免發生此問題,許多維護部門如今改採超音波狀態監測結合預防性維護程序。

為了落實一項有效的計劃,除了採用的技術外,也必須建立能有效率運用可用人力的策略。

文件資料極其重要。記錄所有測試資料的方法及分析該記錄資料的方法,對任何狀態監測計劃的成功與否,都是關鍵。

檢查路線必須規劃,要能管理,且合乎邏輯。一個檢查路線應考量邏輯順序,讓檢查員不致於浪費時間。檢查的時程,應依關鍵性、故障的可能性及安全性的準則進行安排。

關於安全問題,假如儀器是要用在可能的爆炸性或反應性環境中,請尋找本質安全防爆等級儀器(如上圖所示)

使用例如可拆開的模組之類的配件,也很聰明,萬一它的感測器(儀器探頭)卡在轉動設備中時,可輕易將它從偵測器的前面拉出。

數位式或類比式?-依用途選擇

在選擇超音波儀器時,也應考慮到您的用途。舉例而言,假如聲音分析很重要,儀器就應具備錄音功能及由頻譜分析軟體所支援。若是用於檢測不需要資料的瑕疵問題,那麼,基本的類比式儀器 就可滿足您的用途。假如儀器是要用於測試空傳的超音波發射例如氣體洩漏及結構傳播超音波的設備例如閥門、泵浦與馬達,那麼,頻率調諧功能有助於使細微的聲音更加明顯。 參考數位觸控式超音波檢測系統UP15000介紹

圖:UE數位觸控式超音波檢測系統 Ultraprobe 15000 Touch

假如資料對於製作趨勢及報告很重要,請尋找具備資料記錄功能的數位式儀器。隨儀器配備的軟體是一項重要的特點。請務必考量軟體是否能支援您的超音波狀態監測計劃:軟體是否能顯示符合您應用所需的所有相關資訊和資料欄位?是否須要產生趨勢圖形?是否想要將資料匯出到其它程式例如MS Excel?假如您期望能整合測試資料與聲音分析,該軟體能做到嗎?

最後及最重要的一點是,在購買儀器時,要考量公司的聲譽。有些供應商提供便宜的產品,但不了解這些類型儀器的限制。假如您需要簡單或精密型探頭,供應商應該能幫助您滿足您的檢測需求。

請尋找瞭解技術及對產品支援有名聲的信譽卓著的供應商。

超音波狀態監測的優點很多,最初的投資成本相當低,但投資回報卻可能很大。為了幫助您往前推動您的計劃,建議參加訓練課程,可以尋找涵蓋所有重要應用及能提供實行一項成功計劃所需資訊的認證課程。當選擇用於監測設備的技術時,先詢問您所選擇的公司有關訓練的機會,以確保實施一個高品質的超音波狀態監測計劃。

※ 關於UE超音波檢測儀器,歡迎參考https://www.pdic.com.tw/ue.htm,更歡迎您進一步洽詢。

(本文圖片及內容編譯自http://www.uesystems.com/resources/articles-and-announcements General區的What you need to know about ultrasound CbM)

2019-10-09