Introductie
Vibratie-analyse was zeer lang de inspectietechniek die gekozen werd voor de lagerinspecties. Steeds vaker wordt ultrasound samen met vibratie-analyse toegepast om de inspecteur te helpen met het maken van een juiste diagnose op de mechanische assets.
Doordat ultrasound veelzijdig inzetbaar is, kan wanneer er nog geen vibratie analyse programma is, dit makkelijk geïmplementeerd worden voor verschillende applicaties en detecteert het zeer vroeg de “schade” in een lager. Wanneer vibratie-analyse door een externe firma elk kwartaal wordt uitgevoerd, kan ultrasound intern worden gebruikt om tussen deze inspecties door toch de conditie van het lager te volgen.
Een ander scenario waarin ultrasound beter ingezet kan worden dan vibratie-analyse is voor het monitoren van traag draaiende lagers.
Hoe werkt Ultrasound?
Bij alle in bedrijf zijnde assets, kunnen problemen ontstaan, zoals lekkages en elektrische ontladingen die een breed bereik van hoog frequent geluid produceren. Ultrasone instrumenten, ook wel ultrasone vertalers genoemd, detecteren en vangen deze hoog frequente geluidsgolven op. Hoog frequent geluid valt buiten het hoorbare bereik van de mens. Theoretisch gezien ligt het hoorbereik van de mens tussen de 20Hz en 20 kilohertz, met een gemiddeld bereik van ongeveer 16.5 kilohertz (kHz). Indien een inspecteur een instrument gebruikt waar de frequentie van kan worden versteld, dan zal de laagst instelbare frequentie 20 kilohertz zijn. Dit houdt in, dat het ultrasone instrument geluiden oppikt die buiten het hoorbare bereik van de mens liggen.
Er zijn drie bronnen van Ultrasound die ontstaan bij typische fabrieksapplicaties:
1.Turbulentie, dit ontstaat wanneer er gecomprimeerde lucht/gas lekkage ontstaat naar de atmosferische druk. Een andere situatie waarin turbulentie kan ontstaan is bij vacuüm, interne lekkende afsluiters of condenspotten.
2.Frictie, ontstaat b.v. in lagers. Gebrek aan smering in een lager veroorzaakt een toename van frictie doordat de ideale stress verdeling veranderd. Wanneer een lager beginnende lagerschade heeft (microscopisch) zal er ook een toename van frictie ontstaan. Met fout frequentie analyse kunnen we de locatie van de fout in het lager bepalen. (buitenring, binnenring, kooi of kogel).
3.Ionisatie wat veroorzaakt wordt door elektrische abnormaliteiten zoals corona, deelontlading en vonkvorming in elektrisch geladen apparatuur.
Ultrasone instrumenten geven zowel kwalitatieve als kwantitatieve informatie weer.
Kwalitatieve informatie wordt weergegeven in de vorm van een dB niveau wat zichtbaar is op het digitale scherm, of wanneer we naar een lager of lekkage luisteren.
Een aantal ultrasone instrumenten hebben de optie om analyses te doen in de FFT of tijdsdomein van het geluid wat is opgenomen van een lager door de inspecteur.
Hierdoor kunnen we de verschillende foutlocaties herkennen, net zoals gebrek aan smering.
Lagerinspectie met Ultrasound
Het monitoren van traag draaiende lagers is makkelijker dan u denkt. Doordat de meeste high end ultrasone instrumenten beschikken over een wijd bereik van gevoeligheid en frequentie tuning, is het mogelijk om naar de akoestische geluidskwaliteit te luisteren, dit is zeer effectief gebleken bij de traag draaiende lagers.
Bij zeer traag draaiende lagers (meestal minder dan 25rpm), zal het lager weinig tot geen akoestische geluid produceren. In dit geval is het zeer belangrijk niet alleen naar het geluid van het lager te luisteren, maar ook een geluidsopname te maken en deze te analyseren in de spectrum analyse software.
Wanneer er “knetterende” of “poppende” geluiden aanwezig zijn, dan kan dit een indicatie zijn van een onvolkomenheid. Bij lagersnelheiden boven de 25rpm is het mogelijk om een basiswaarde (baseline) decibel in te stellen en deze over tijd te trenden.
Om het meeste uit een ultrasound lager programma te halen, kunt u het beste routes creëren voor het verzamelen van data over tijd. Hierdoor kan de inspecteur basiswaardes en lager conditie alarm niveaus instellen. Deze manier noemen we ook wel de Historische Methode. Door gebruik te maken van deze methode, zal de inspecteur eerst een basiswaarde instellen in de software waar alle data van de metingen wordt verzameld. Nadat de route is gemaakt, moet de inspecteur de route uploaden naar het ultrasone instrument. Tijdens het verzamelen van de data om een historie op te bouwen, kan de inspecteur het beste het dB niveau en een geluidsopname opslaan. In het begin kan het nodig zijn om regelmatig data te verzamelen en zo een betrouwbare historiek op te bouwen waarmee we een goede basiswaarde kunnen vaststellen. Nadat de basiswaarde is vastgesteld kunnen we de alarm niveaus instellen.
Voor de meeste lagers is een toename van 8dB boven de basiswaarde een indicatie van gebrek aan smering. Een toename van 16dB boven de basiswaarde is een indicatie van beginnende visuele schade. Voor traag draaiende lagers, zullen deze alarm waardes hoogstwaarschijnlijk aangepast moeten worden omdat deze minder hoog frequente geluiden produceren in vergelijking met de sneller draaiende lagers. De alarm niveaus bij traag draaiende lagers zullen worden ingesteld volgens de verzamelde informatie van de historische trend (dB).
Nadat de basiswaardes en alarm niveaus zijn ingesteld, hoeven we bij de metingen die daarop volgen alleen maar de dB waarde op te slaan. Voor de metingen in de toekomst hoeven we alleen maar een geluidsopname te maken wanneer een laag- of hoog alarm wordt bereikt. Deze geluidsopname kan dan worden vergeleken met de geluidsopname van de basiswaarde. Dit is zeer belangrijk om zo de juiste diagnose te stellen van de lagerconditie. Met de spectrum analyse software, kan de inspecteur de basiswaarde en huidige geluidsopname vergelijken in het FFT spectrum of indien gewenst tot 4 verschillende geluidsopnames een vergeleiking te doen.
Smeren i.c.m Ultrasound
Studies hebben aangetoond dat het grootste deel van vroegtijdig lager falen veroorzaakt wordt door incorrecte smering. Dit kan gebeuren door verkeerd vet voor de verkeerde applicatie, vervuiling, oversmering of gebrek aan smering. In veel gevallen worden de meeste lagerschades veroorzaakt door smering. Ultrasound kan worden toegepast bij het voorkomen van over- en gebrek aan smering gerelateerde fouten. Uiteindelijk, wanneer ultrasound wordt toegepast tijdens het smeren van lagers, is het de bedoeling om de stap te maken naar conditie gebaseerde smering i.p.v. tijd gebaseerde smering.
Het concept is erg simpel. Het is gebaseerd op frictie. Wanneer een lager vet nodig heeft, zal er een toename van amplitude of dB zichtbaar zijn. Wanneer de specialist ultrasound gebruikt tijdens het smeren, zal indien het lager vet nodig heeft de intensiteit afnemen, dit is ook hoorbaar in de koptelefoon. De dB waarde zal tijdens het smeren terugzakken naar de basiswaarde. Zodra de dB waarde niet meer zakt moet de specialist stoppen met smeren. Als het lager al genoeg smeermiddel heeft dan zal tijdens het smeren de dB waarde toenemen. Wanneer we toch meer smeermiddel toevoegen terwijl het lager al “vol” zit dan zal zowel de druk als frictie toenemen in dat lager. Wat resulteert in meer geluid. In dit scenario, moet de specialist direct stoppen met het toevoegen van smeermiddel. Wanneer er smeermiddel wordt toegevoegd in een lager en er treed geen verandering op, dan raden we aan om een follow-up inspectie uit te voeren. Dit kan met ultrasound, of vibratie analyse worden gedaan. Als een lager schade heeft wat voorbij het smeeralarm ligt, dan zal er weinig tot geen verandering optreden met de dB waarde tijdens het smeren.
Conclusie
Airborne en structure-borne ultrasound is een absolute musthave geworden voor een onderhouds- en reliability programma. Door de verbeterde gevoeligheid en vermogen om kleine veranderingen in roterende assets waar te nemen door de toename van hoog frequent geluid te detecteren, is ultrasound ideaal om gebrek aan smering of vroegtijdige lagerschade op te merken in lagers. Bij het vertalen van hoog frequent geluid naar een hoorbare frequentie kunnen we door gebruik te maken van ultrasone instrumenten, luisteren naar een lager en zo een juiste diagnose stellen. Door het toepassen van conditie gebaseerde smering met ultrasound, kunnen we de levensduur van lagers verlengen. Als we op deze manier smeren, dan behoren lager falen, wat veroorzaakt wordt door over- of gebrek aan smering tot het verleden.
