Narzędzia / rozwiązania do ciągłego monitoringu stanu oleju i maszyn

Po przedstawieniu w dwóch poprzednich artykułach niniejszego cyklu problematyki związanej z:

• miejscem diagnostyki olejowej w strategii utrzymania ruchu opartej o znajomość stanu technicznego eksploatowanych urządzeń (CbM – Condition-based Maintenance)
• rodzajami procesów zużycia postępujących w pracujących maszynach
• oceną głównych cech użytkowych układu tribologicznego (degradacji środka smarnego, poziomu zanieczyszczeń układu tribologicznym oraz poziomu zużycia maszyny ograniczających jej funkcje użytkowe)

nadszedł czas na wskazanie praktycznych rozwiązań wpisujących się w powyższe zagadnienia.

W ramach działań prowadzonych w obszarze utrzymania ruchu zgodnie z zasadami CbM, kluczowym zagadnieniem jest pozyskanie informacji o aktualnym stanie technicznym eksploatowanych urządzeń. Aby te informacje pozyskać podejmowane są  czynności cykliczne (inspekcje okresowe, pomiary periodyczne) oraz stosowane są rozwiązania działające w sposób ciągły.

Diagnostyka olejowa wykonywana w oparciu o procedury cyklicznego poboru próbek i ich badanie laboratoryjne jest stosowana od dziesiątków lat, choć i tutaj w dalszym ciągu świadomość potrzeby podejmowania takich działań jest daleko niewystarczająca. Natomiast rozwiązania, które w sposób ciągły dostarczają informacje o stanie technicznym kompletnego układu tribologicznego są w dalszym ciągu nieznane i postrzegane jako bardzo egzotyczne. Brak jest również wiedzy, jak takie informacje wykorzystywać. Celem niniejszego artykułu jest uzupełnienie wiedzy właśnie w tym zakresie.

Cele prowadzenia ciągłej diagnostyki olejowej można zdefiniować w następujący sposób:

• wczesne wykrywanie fizycznej i chemicznej degradacji oleju
  • prawidłowa lepkość (jakość smarowania)
  • zawartość w oleju odpowiednich dodatków
  • podatność na utlenianie (starzenie w czasie)
• wczesne wykrywanie zanieczyszczeń w oleju
  • zawartość cząstek (ilość, wielkość)
  • zawartość wody (roztwór, emulsja, wolna woda)
  • zawartość gazów (powietrze rozpuszczone, wolne powietrze, mgła)
• wczesne wykrywanie procesów zużycia w maszynach prowadzących ich awarii
  • wczesna detekcja poziomu zużycia maszyny
  • wykrywanie charakteru procesów zużycia (zmęczenie, adhezja, ścieranie, korozja), analiza RCA
  • inspekcja maszyny podczas pracy.

W dalszej części niniejszy artykuł prezentuję technikę pomiarową, rozwiązania sprzętowe i programowe  opracowane i wdrożone przez firmę ATTEN2, a oferowane na rynku polskim przez firmę VIMS.

Technika pomiarowa:

Technika pomiarowa wykorzystywana w rozwiązaniach firmy ATTEN2 należy do technik optycznych
wykorzystujących, w zależności od typu sondy pomiarowej:

• obrazowanie przepływającego oleju (medium) – zaawansowane cyfrowe przetwarzanie i analiza obrazów (zdjęć) przy wykorzystaniu metod statystycznych, uczenia maszynowego oraz sztucznej inteligencji
• spektrometrię w świetle ultrafioletowym, widzialnym i w bliskiej podczerwieni (UV-VIS-NIR)

Czujniki na bieżąco prowadzą analizę przepływającego przez nie medium oraz generują stosowne informacje diagnostyczne.

• Licznik cząstek z dyskryminacją i odrębnym zliczaniem pęcherzyków powietrza zawartych w oleju

Zanieczyszczenie oleju cząstkami stałymi większymi od 4 mikronów jest określane ilościowo i klasyfikowane według wielkości tych cząstek przy użyciu kodów ISO 4406, które definiują jego klasę czystości. Klasa czystości środka smarowego (oleju) jest określana za pomocą trzech liczb wskazujących przedziały ilościowe cząstek o wielkościach >4μm, >6μm oraz >14μm. Sonda na bieżąco mierzy aktualną klasę czystości oleju i jednocześnie dokonuje pomiaru i podaje ilości cząstek w kolejnych trzech przedziałach wielkości cząstek:  >21μm, >38μm oraz >70μm. Dodatkowo rozpoznawane i zliczane są pęcherzyki powietrza zawarte w oleju.

• Poziom degradacji oleju

Parametr OD podawany w % jest zagregowanym wskaźnikiem (estymatą) specyficznym dla konkretnego typu oleju. Algorytm wyliczający na bieżąco parametr OD% bierze pod uwagę zmiany w czasie własności fizyko-chemicznych oleju, w tym zmiany lepkości, jego podatność na oksydację, zmiany liczby kwasowej oraz zużycie dodatków.

• Morfologia cząstek – rozpoznawanie kształtu cząstek

Analiza kształtu cząstek większych od 20 mikronów jest prowadzona z wykorzystaniem zaawansowanej techniki analizy obrazu, gdzie aktualny kształt cząstek jest porównywany z referencyjną bazą obrazów cząstek wpisanych w pamięć sondy pomiarowej. Identyfikacja kształtu cząstek, które powstają w układzie mechanicznym maszyny jako wynik oddziaływania sił określonego typu (zmęczenie, ścieranie, adhezja, inne) skutkujących adekwatnym typem zużycia elementów maszyny, wychodzi poza typowy obszar diagnostyki olejowej i zdecydowanie wpisuje się w technikę diagnostyki maszynowej, a także może stanowić istotny element procesu identyfikacji pierwotnej przyczyny ewentualnej usterki (analiza typu RCA – Root Cause Analysis).

• Pomiar zawartości wody w oleju

Wynik pomiaru zawartości wody zawartej w oleju jest podawany na dwa sposoby: jako pomiar względnej zawartości wody w % oraz jako wartość bezwzględna podawana w PPM.

Sprzęt i oprogramowanie

Rodzina rozwiązań firmy Atten2 opiera się na dwóch grupach sond pomiarowych współpracujących z oprogramowaniem bazodanowo – analitycznym oraz aplikacją prezentującą wyniki analizy w spójny i przejrzysty sposób.

Grupa pierwsza sond pomiarowych – Oil_Health/Moisture – to urządzenia dedykowane pomiarom, analizie i diagnostyce parametrów olejów (płynów) decydujących o ich klasie oraz przydatności do eksploatacji.

Druga grupa sond – Oil_Wear – to urządzenia dedykowane pomiarom i analizie urządzeń/maszyn wykonywanej przez pryzmat przepływającego przez nie oleju (płynu), jego stanu oraz zawartości w nim cząstek stałych oraz pęcherzyków gazu (powietrza).

Rodzaje sond pomiarowych

Rodzaje sond pomiarowych, z podziałem na sondy dedykowane analizie oleju (płynu) Oil Health/Moisture oraz analizie oleju wraz z urządzeniami Oil Wear podaje poniższa tabela:

Dostępne są również pre-konfigurowane autonomiczne urządzenia pomiarowe SMK (SMK – Smart Monitoring Kit) wyposażone w sondy Oil Wear odpowiedniego typu do bezpośredniej zabudowy na obiekcie, wyposażone w narzędzia pozwalające na bezpośredni lokalny przekaz informacyjny (ekran prezentujący wyniki prowadzonej diagnostyki) oraz wyjście komunikacyjne do zewnętrznego systemu nadrzędnego.

Dla maszyn mobilnych (koparki, ciężarówki, zwałowarki) oraz wielkogabarytowych maszyn górniczych pracujących w trudnych warunkach przeznaczone jest urządzenie RSMK (Rugged Smart Monitoring Kit). Komunikacja pomiędzy systemem diagnostycznym, a centrum nadzoru jest w takim przypadku realizowana z wykorzystaniem sieci bezprzewodowych/sieci telekomunikacyjnych (GSM).

Oprogramowanie i prezentacja wyników:

Wyniki prowadzonej analizy są zapisywane w dedykowanej bazie danych i następnie prezentowane
w aplikacji. Oprogramowanie może być instalowane na komputerach lokalnych lub może być wykorzystane oprogramowanie chmurowe udostępniane przez producenta rozwiązania, a także dane z sond pomiarowych mogą być przekazywane bezpośrednio do oprogramowania zewnętrznego (SCADA, DCS, inne) za pomocą otwartych protokołów komunikacyjnych.

Przykładowe ekrany aplikacji chmurowej, instalowanej lokalnie oraz zewnętrznej zamieszczono poniżej.

Podsumowanie

Zalety ciągłej diagnostyki olejowej jako techniki CbM ukierunkowanej na monitorowanie stanu technicznego maszyn:

• Monitorowanie chwilowego zachowania maszyny
• Analiza tendencji (trendów) zmian parametrów maszyny
• Korelacja sposobu działania maszyny z jej stanem
• Bieżące monitorowanie stanu (poziomu degradacji) środka smarnego
• Eliminacja błędów w pobieraniu próbek, utrzymywanie spójności procesu pomiarowego
• Precyzyjne diagnozy w zakresie stanu maszyny i stanu oleju
• Optymalizacja gospodarki olejowej (wymiana oleju gdy jest taka potrzeba)
• Nie jest wymagana specjalistyczna wiedza, aby w pełni wykorzystać informacje, których nam dostarcza