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摘要
制造商，分銷商和發(fā)電公司面臨許多挑戰(zhàn)。 每個領(lǐng)域的最大挑戰(zhàn)之一是延長關(guān)鍵設(shè)備的使用壽命和提高性能，運營效率和不間斷的正常運行時間以確保高質(zhì)量的產(chǎn)品。 不幸的是，即使生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展并且對某些產(chǎn)品的需求增加，許多大型制造商已經(jīng)看到熟練維護人員和總體人力的減少。 工業(yè)維護部門的任務(wù)是用更少的資源做更多事情：更少的時間，更少的資金，更少的技術(shù)人員。
每年，像這樣的機構(gòu)花費數(shù)百萬美元監(jiān)控用于設(shè)備生產(chǎn)和分配的關(guān)鍵組件。 預(yù)防性的維護（PM）被廣泛接受，以幫助避免不合時宜的停機并延長關(guān)鍵設(shè)備上軸承和其他旋轉(zhuǎn)部件的使用壽命。PM計劃將定期安排的活動納入維護計劃，以延長設(shè)備的使用壽命。
大多數(shù)項目管理計劃的主要限制之一是其主觀性趨勢，嚴(yán)重依賴過度勞累的維護技術(shù)人員的專業(yè)知識和設(shè)備制造商的建議。 通常，這些類型的程序不允許影響任何給定設(shè)備的無數(shù)變量。 例如，典型的PM可能需要技術(shù)人員在視覺上檢查軸承是否有磨損跡象，或者僅需要施加半泵潤滑劑。 盡管這些操作有用并且通常是必要的，但它們并不完全有效，并且通常缺乏更加細(xì)微的方法來在故障發(fā)生之前對其進(jìn)行診斷。
本文將提出一種預(yù)防性維護的替代解決方案，并描述超聲波聲學(xué)監(jiān)聽技術(shù)如何用于開發(fā)制造業(yè)和工業(yè)的全面，交鑰匙預(yù)測維護（PdM）過程。
用于預(yù)測性維護的超聲波（PdM）
通過監(jiān)控關(guān)鍵組件的狀況以預(yù)測可能導(dǎo)致不必要的停機的故障，預(yù)測性維護比PM更進(jìn)一步。 過去，這些程序?qū)嵤┢饋硗ǔ：馨嘿F，難以學(xué)習(xí)并且執(zhí)行起來很麻煩。 然而，趨勢正在發(fā)生變化，許多工業(yè)組織正朝著更具預(yù)測性的維護系統(tǒng)邁進(jìn)。 這部分是因為缺乏人力和時間來解決維護問題使得PdM比以往任何時候都更加重要，但也因為現(xiàn)有的技術(shù)和實施方法比最近的技術(shù)和方法更具成本效益和易于學(xué)習(xí) 過去。
雖然PdM傳統(tǒng)上是通過振動分析，紅外線或石油分析等杰出技術(shù)進(jìn)行的，但最簡單且最具成本效益的PdM方法之一已被證明是超聲波聽覺。 雖然大多數(shù)人只知道諸如醫(yī)學(xué)超聲之類的超聲傳輸技術(shù)，但是超聲聲學(xué)收聽是用于泄漏檢測，非加壓容器測試，電氣故障檢測和關(guān)鍵部件的基于狀況的監(jiān)測的不太常見的方法。 單個高質(zhì)量的超聲波檢測設(shè)備可用于所有這些應(yīng)用。 這些設(shè)備重量輕，堅固耐用且無破壞性。 當(dāng)與用于數(shù)據(jù)收集的直觀軟件應(yīng)用程序配對時，可以使用超聲波硬件來開發(fā)有效的交鑰匙PdM程序。
為什么是超聲波？
人類聽覺量表的最高端約為20kHz。 高質(zhì)量的超聲波探測設(shè)備以40kHz的頻率收聽，并通過降噪耳機將更高頻率的聲音轉(zhuǎn)換為人類聽覺范圍。 在40kHz，超聲波由摩擦，沖擊，湍流或放電產(chǎn)生。這給了技術(shù)人員聽到壓縮氣體和真空泄漏，萌芽機械故障，蒸汽疏水閥和閥門故障以及電氣故障的好處，即使工業(yè)環(huán)境非常嘈雜。
由于它涉及機械設(shè)備的維護，因此摩擦和沖擊是本文將考慮的超聲波的主要來源，因為它們是機械設(shè)備的副產(chǎn)品。例如，滾子軸承會產(chǎn)生摩擦，因為軸和滾珠圍繞軸承的中心滾動。反過來，這種摩擦?xí)a(chǎn)生聲音，但也會產(chǎn)生熱量。諸如不平衡，安裝不當(dāng)或軸承中的碎屑等問題會導(dǎo)致摩擦力增加。摩擦力的增加通常也會導(dǎo)致聲音和熱量的增加。隨著元件升溫，它會膨脹。最終，軸承會膨脹過多，卡住并導(dǎo)致設(shè)備失效。摩擦增加的另一個副產(chǎn)品是剝落：當(dāng)部件膨脹時，每個部件的顆粒被刮掉并造成進(jìn)一步的損壞。軸承通常經(jīng)過潤滑以減少摩擦，但潤滑不能完全阻止老化過程，導(dǎo)致軸承隨著時間的推移變得更加粗糙。
軸承和其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備的適當(dāng)潤滑是必不可少的，但它不是唯一的維護技術(shù)。40kHz的聆聽為技術(shù)人員提供了在機械設(shè)備發(fā)生之前診斷出現(xiàn)故障的獨特機會。 收集數(shù)據(jù)樣本并隨時間推移趨勢的軟件可以查明重大變化并標(biāo)記測試點以進(jìn)一步服務(wù)。 使用超聲波CBM，維護部門可以開發(fā)一個數(shù)據(jù)采樣和團隊管理通信的交鑰匙系統(tǒng)，可以極大地幫助關(guān)鍵設(shè)備的潤滑，維修和更換過程。
超聲監(jiān)測條件（CBM）
本文的其余部分將重點介紹一種稱為“基于條件的監(jiān)控”的PdM流程（CBM）或在某些情況下，“狀態(tài)監(jiān)測”（CM）。 使用超聲聽音裝置結(jié)合數(shù)據(jù)捕獲軟件進(jìn)行CBM超聲測試。 通過記錄被測組件的聲音特性，軟件將記錄先前測試或變化與設(shè)定閾值之間的任何變化。 這些變化特定于被測組件的條件，并且不與測量標(biāo)度或來自類似組件的聲音進(jìn)行比較（比較測試）。 任何重大變更都將觸發(fā)行動呼吁以進(jìn)行進(jìn)一步檢查或發(fā)出未決故障警告。
當(dāng)適當(dāng)?shù)某暀z測設(shè)備與諸如InCTRL的數(shù)據(jù)收集和分析軟件苆合時，使用CBM方法的測試結(jié)果是瞬間的，并且可以允許技術(shù)人員隔離源或可能用其他技術(shù)尚未檢測到的問題。 這為在損壞設(shè)備和導(dǎo)致停機之前發(fā)生糾正措施提供了時間。 超聲波CBM技術(shù)的另一個好處是早期檢測：研究表明，超聲波可以比其他常見的PdM技術(shù)（如紅外和振動分析）更快地檢測到異?，F(xiàn)象。 （見上圖2）
請考慮以下來自第三方評估團隊的摘要，將超聲波技術(shù)集成到一個擁有500多個站點的機構(gòu)中：（1）確定了100多個應(yīng)用程序，用于各個站點的各種設(shè)備，如鍋爐，熱交換器，壓縮機 ，電動機，泵，閥門和蒸汽疏水閥。 （2）該機構(gòu)的總節(jié)省每年約為370萬美元。 （3）超聲波整合與此成本規(guī)避的投資回報率約為15：1。 （4）由于診斷和故障排除所花費的時間減少而幫助每年人工節(jié)省約為45人。
該技術(shù)的另一個采用者-在這種情況下，一個大型聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料回收設(shè)施-正在使用InCTRL基于狀態(tài)的監(jiān)測（CBM）計劃取得巨大成功。 一名致力于使用超聲波的全職員工已經(jīng)使用超聲波技術(shù)和數(shù)據(jù)采集軟件，每月為1,300多個測試點提供近五年的趨勢。 從軟件收集的數(shù)據(jù)使維護部門能夠領(lǐng)先于潛在的設(shè)備故障，并定期避免意外停機。
本文的其余部分將逐步介紹為大型工業(yè)設(shè)施實施類似的超聲波CBM計劃。
第1步：識別關(guān)鍵組件
關(guān)鍵部件是指那些在生產(chǎn)失敗或有過早失效和/或需要頻繁更換的情況下可以關(guān)閉生產(chǎn)的部件。要識別這些組件，請使用您的CMMS程序生成過去工單的歷史報告，或跟蹤計劃外停機的歷史記錄以查明問題區(qū)域。要求幫助確定組件是否至關(guān)重要的問題：該組件的故障是否會導(dǎo)致工廠安全性降低？生產(chǎn)停止還是減少？產(chǎn)品缺陷？監(jiān)管違規(guī)？不利的環(huán)境影響？
如果對這些問題的答案都是肯定的，則應(yīng)定期監(jiān)測該組件。生成最關(guān)鍵組件的列表，并為每個組件分配單元ID號以進(jìn)行跟蹤。建議最初開始監(jiān)控大約20個組件。根據(jù)您組織的規(guī)模，此數(shù)字可能更高或更低。隨著時間的推移，隨著過程變得更自然并且您對測試設(shè)備有更多的經(jīng)驗，可以增加組件的數(shù)量。
第2步：制定檢查計劃表
檢驗計劃可以集成到當(dāng)前的PM或CBM程序中，也可以
設(shè)置為單獨的過程。 關(guān)鍵是經(jīng)常進(jìn)行檢查 – 每月一次 或兩次以獲得最佳結(jié)果。 如果使用當(dāng)前PM或CBM路 徑，請選擇在設(shè)備正常運行期間執(zhí)行的循環(huán)。 設(shè)備必須運行以獲得超聲波技術(shù)的結(jié)果。 例如，選擇軸承潤滑PM，要求軸承在潤滑時滾動。 向PM添加步驟以進(jìn)行超聲波CBM檢查。 如果要制定新的CBM計劃，請選擇一系列測試，以及頻率和指定的測試時間。 可以在諸如InCTRL的程序中自動設(shè)置測試間隔。
第3步：建立閾值
使用超聲波檢測設(shè)備和兼容的數(shù)據(jù)采集軟件（如InCTRL），獲取每個關(guān)鍵組件的初始基線讀數(shù)（InCTRL需要五個這樣的樣品）。 拍攝時，超聲波設(shè)備的靈敏度和增益設(shè)置
應(yīng)設(shè)置為盡可能低的設(shè)置。 這些設(shè)置應(yīng)該進(jìn)入錄音機，以便將來使用檢查時，在測試每個組件時使用相同的設(shè)置，然后可以正確地比較結(jié)果。 （重要的是要注意，在測試時，設(shè)置和操作條件，例如rpm和負(fù)載，每次都應(yīng)盡可能相似，因為任何變化都會影響讀數(shù)。）
建立閾值樣本和執(zhí)行檢查的個人應(yīng)熟悉設(shè)備，并能夠確定記錄是否會提供良好的起點。 系統(tǒng)制造商還應(yīng)提供確定良好基線的指南。 可以將未來的記錄與這些基線記錄進(jìn)行比較，以進(jìn)行設(shè)備狀況分析。
第4步：檢查和分析
按照檢查計劃的步驟和預(yù)定的設(shè)置和附件，定期檢查關(guān)鍵部件。 首次啟動程序時，請對每個組件進(jìn)行幾次（推薦四次）20秒長讀數(shù)/記錄。這將確保您獲得良好的記錄以進(jìn)行準(zhǔn)確的趨勢分析。 隨著您進(jìn)行檢查變得更加暢通，每個組件的讀數(shù)可以減少到一個或兩個。
錄制完成后，重播文件并查看超聲波信號的音頻和視覺特征，以評估和分析每個組件的條件。
將信號與基線和先前的記錄進(jìn)行比較。 在正常和異常情況下，組件的聲音和外觀存在非常明顯的差異。 例如，普通軸承通常會產(chǎn)生柔和的呼呼聲。
如果軸承潤滑不足，摩擦力會增加。 軸承的聲音強度會增加，并會發(fā)出強烈的刮擦聲。 信號的RMS（均方根）值也將增加，波形的高度將明顯增加。
第5步：文檔
在測試之前，應(yīng)記錄所有原始疑問。 在檢查期間，應(yīng)注意任何重大變化。 檢查后，應(yīng)打印并記錄每個記錄的波形文件顯示，以備將來參考和比較。 應(yīng)為每個關(guān)鍵部件建立可接受的參數(shù)。 任何需要特殊監(jiān)控，進(jìn)一步檢查或維修的狀況變化應(yīng)在適當(dāng)標(biāo)記的單獨文件中提交，以反映緊急情況。 如有必要，還應(yīng)生成工單。
第6步：行動
最后，采取必要措施來修復(fù)或糾正任何問題。如果一旦發(fā)現(xiàn)并警告問題跡象，若不采取行動，CBM計劃就沒有用處。 修復(fù)完成后，使用超聲波設(shè)備確保正確安裝任何新組件并確保設(shè)備正常運行。
通過適當(dāng)實施預(yù)測性維護計劃，可以避免不必要的成本并延長設(shè)備的預(yù)期壽命。 實施此類計劃的前期時間投入將大大超過故障排除，關(guān)閉和維修所節(jié)省的時間，以及生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量提高帶來的利潤增加。
除了使用超聲波技術(shù)進(jìn)行預(yù)測性維護之外，額外的好處還在于多功能性和多樣化的應(yīng)用機會。 高質(zhì)量的超聲波檢測設(shè)備也可用于故障排除可疑區(qū)域，驗證維修和正確的組件安裝，以及空氣和蒸汽審核。
遠(yuǎn)程聽力應(yīng)用
由于安全問題或難以接近，一些機械部件與傳統(tǒng)的超聲CBM方法不兼容。 在某些情況下，可以將拋物面附件與超聲接收器和CBM軟件一起使用，以便在遠(yuǎn)處收聽機械部件。 這種方法需要直接測量部件的位置，并且沒有來自壓縮氣體泄漏，電弧焊或其他來源的競爭超聲的直接氣氛。 與傳統(tǒng)的超聲CBM方法類似，條件的可重復(fù)性是最重要的，必須采取額外的步驟以確保記錄每個單獨的樣本重復(fù)距離和位置。
結(jié)論
通過依賴豁免報告，第4頁提到的PET回收設(shè)施能夠規(guī)避總計超過20萬美元的災(zāi)難性設(shè)備故障，不包括工時和生產(chǎn)損失。 僅這一個有價值的關(guān)鍵績效指標(biāo)（KPI）就是姊妹網(wǎng)站工廠經(jīng)理在其新工廠實施超聲波CBM的推動力。 在設(shè)施建設(shè)完成之前，他聘請了一名全職維護員工，專注于超聲波CBM，即使工廠在今年秋天晚些時候才能完全投入使用。 實際上，甚至在最終決定聘用新的維護主管之前，超聲波CBM技術(shù)人員就已經(jīng)上任。
將超聲波CBM作為PET回收設(shè)施日常運營不可或缺的組成部分的重點說明了該技術(shù)對公司企業(yè)目標(biāo)的必要性。 那個公司并不孤單。 超聲波CBM在許多工業(yè)領(lǐng)域有廣泛實施的無數(shù)機會。 從軍事到制造，從石化到發(fā)電，煤層氣，超聲波具有減少停機時間，增加產(chǎn)量，更好地分配資源和提高人員安全的無限潛力。
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