VŠB – Technická univerzita Ostrava
Fakulta strojní
Katedra výrobních strojů
a konstruování
Metody technické diagnostiky
teorie a praxe
Jan Blata | Janusz Juraszek
VŠB - Technická univerzita Ostrava
Fakulta strojní
Katedra výrobních strojů a konstruování
Metody technické diagnostiky
teorie a praxe
Jan Blata
Janusz Juraszek
Publikace je vytvořena v rámci
Operačního programu přeshraniční spolupráce 2007–2013 Česká republika
– Polská republika. Odborným zaměřením projektu je Program profesní
přípravy specialistů – lídrů transferu inovací a moderních technologií
do firem na polsko-českém pohraničí č. PL.3.22/2.3.00/09.01517
a je spolufinancovaný z Evropské unie v rámci Evropského
fondu pro regionální rozvoj
Ostrava 2013
Vydala: Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava
© Jan Blata, Janusz Juraszek
ISBN 978-80-248-2997-5
Recenze: doc. Ing. František Helebrant, CSc.
1
ÚVOD
Použití metod technické diagnostiky a údržby jsou jednou z nezbytností pro včasnou
identifikaci vznikajících poruch nebo pro zajištění bezpečného, ekonomického a ekologického
provozu strojních zařízení. Úkolem metod technické diagnostiky je včasná identifikace
vznikající závady, což umožní vysokou bezpečnost a spolehlivost strojních zařízení. Včasné
odhalení vznikající závady umožní také naplánování a provedení opravy s dostatečným
předstihem a také ve vhodném termínu.
Aplikací technické diagnostiky a údržby je v první řadě dosahováno bezpečnosti provozu,
resp. ochrana pracovníků před nenadálými vlivy poškození stroje a současně je dosahováno
ekonomicko-ekologického provozu. Pro zajištění těchto úkolů je využíváno velké množství
metod technické diagnostiky. Bohužel žádná metoda není stoprocentní nebo použitelná na
všechny zařízení nebo za všech provozních podmínek, proto velmi často dochází ke
kombinaci jednotlivých metod a tím ke zvýšení pravděpodobnosti včasné identifikace
vznikající poruchy a tím zabránění ohrožení zdraví a života obsluhy, výpadkům výroby,
primárním a druhotným škodám na zařízení.
1
2
HISTORICKÝ VÝVOJ DIAGNOSTIKY
V případě historického vývoje technické diagnostiky a údržby lze zahrnout veškerá počínání,
které mají za následek odhalení vznikající poruchy nebo prodloužení životnosti nejrůznějších
technických nástrojů. Mezi prvopočáteční metody můžeme zahrnout nejrůznější subjektivní
smyslové způsoby, např. detekce poslechem, hmatem, zrakem apod., které byly používány od
pradávna, až k moderním způsobům diagnostiky využívajících měřící a počítačové techniky.
Slovo diagnóza má původ již v řečtině, kde DIA-GNOSIS znamená skrze poznání. Původně
bylo využíváno pouze v lékařství, teprve později bylo použito také ve spojitosti s technickými
aplikacemi. Proto si v technických oborech můžeme pod pojmem DIAGNÓZA představit, že
se jedná o okamžitou analýzu technického stavu strojních zařízení, resp. vyhodnocení
provozuschopnosti objektu. Nejdůležitějšími úkoly potom jsou:
Detekce
zjištění přítomnosti vznikající poruchy
Lokalizace
určení místa, vadné části nebo uzlu vznikající poruchy
Specifikace
stanovení příčiny vznikající poruchy, důvod vzniku poruchy
Predikce
určení prognózy zbytkové životnosti pro naplánování vhodného termínu
opravy a zajištění potřebných logistických úkonů
Současně s rozvojem diagnostiky a jejich nástrojů docházelo k rozvoji údržby. Provádění
údržby můžeme rozčlenit do několika kategorií, (podrobněji viz lit.[1]).
První způsob údržby je oprava po poruše – není použito žádných diagnostických nástrojů.
Většinou je využívána pouze na nenáročné, levné strojní zařízení, které nezpůsobí při jeho
poruše škody, zejména pak výpadek technologických celků, případně zastavení výrobní linky.
Jejich cena je zpravidla nízká, případně je dostupná náhrada. Diagnostika těchto zařízení by
nebyla finančně přínosná.
Dalším způsobem údržby je metoda plánovaných preventivních oprav – řídí se předem
stanoveným časovým cyklem, při kterém jsou provedeny předem naplánované údržbové
práce. Časový interval je stanoven na základě zkušeností s podobnými nebo stejnými
strojními zařízeními. K preventivní údržbě nebo opravě dojde na základě časových plánů, bez
ohledu na aktuální stav, resp. opotřebení strojního zařízení, vše je řízeno pevným časovým
harmonogramem.
Další metodou je systém diferencované proporcionální péče – strojní zařízení jsou rozděleny
do několika skupin podle různých vlastností a důležitosti, čímž je zajištěn rozdílný přístup
k jednotlivým skupinám. Systém bere v úvahu důležitost daného zařízení a možnosti vlivu
případného výpadku na provoz daného podniku.
2
Systém diagnostické údržby – je prvním systémem, který bere v úvahu skutečný technický
stav strojních zařízení. Využívá metody technické diagnostiky pro objektivizaci skutečného
technického stavu strojních zařízení. Stroje jsou pod systematickou kontrolou a k odstávkám
dochází pouze v případě dosažení mezní životnosti.
Systém prognostické údržby – tento systém plynule navazuje na předchozí systém a rozšiřuje
jej o možnost predikce, kde dochází k predikci, resp. ke stanovení zbytkové životnosti
strojních zařízení. Zbytková životnost je určována za pomocí tzv. trendové analýzy.
Systém automatizované údržby – systém hojně využívá výpočetní techniku. Vzhledem k jeho
náročnosti je použití výpočtové techniky podmínkou. Systém je zpravidla rozdělen do
několika modulů, které obsahují celou řadu postupů.
Poslední možností je systém totálně produktivní údržby (Total Productive Maintenance TPM) – je komplexní strategií, nástrojem, který umožňuje a podporuje zlepšování stavu
zařízení za účelem maximalizace efektivity a kvality výroby. TPM je přístup k údržbě, který
byl vyvinutý v Japonsku, umožňující firmám dosáhnout téměř 100% využitelnosti strojů
a zařízení ve vztahu k potřebě. Účelem je totální efektivnost při využívání strojů a zařízení,
vytvoření totálního systému údržby zahrnující preventivní a produktivní údržbu a totální účast
všech pracovníků (nejen obsluhy a údržbářů). Principy TPM lze také rozdělit do následujících
bodů:
 Maximalizace celkové účinnosti zařízení
 Odstranění zdrojů znečištění a obtížně přístupných míst
 Autonomní mazání strojů
 Výcvik a trénink pro kontrolu celého zařízení
 Samostatné provádění inspekce a údržby
 Řízení pracoviště s ohledem na celkovou efektivnost zařízení
 Další zlepšování pracoviště
3
3
ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ METOD TECHNICKÉ DIAGNOSTIKY
 Vibrodiagnostika
Je jednou z nejpoužívanějších metod pro diagnostiku
technického stavu strojních zařízení, je hojně
používána především pro širokou možnost aplikace
na
různorodých
strojních
zařízeních.
Pro
vyhodnocení stavu využívá vibrační signál, který je
dále
zpracován
a
analyzován.
Pro
měření
a následnou analýzu vibračního signálu využíváme
rychlost, zrychlení nebo výchylku vibrací.
 Tribodiagnostika
Tribodiagnostika
využívá
informací
obsažených
v mazivu strojních zařízení. Předmětem zájmu jsou
dvě hlavní oblasti. V prvním případě dochází ke
zjišťování
stavu
degradace
samotného
maziva,
v druhém případě se z maziva určuje celkové
poškození,
resp.
technický
stav
provozovaného
zařízení.
 Termodiagnostika
Zabývá se měřením a analýzou teploty a teplotních obrazců, pro objektivizaci technického
stavu zařízení, budov apod. Pro měření teploty lze využít celou řadu nejrůznějších druhů
dotykových teploměrů, případně provádět bezdotykové měření za pomoci infračervených
teploměrů nebo pro zhotovení teplotních obrazců lze použít termovizní kamery. S rozvojem
termovizních kamer získávají termovizní měření stále širší uplatnění v nejrůznějších
oblastech, např. ve strojírenském, automobilovém, stavebním, hutním a potravinářském
průmyslu, ve zdravotnictví, u záchranných, policejních a vojenských složek a v řadě dalších
oblastech a aplikacích.
4
 Akustická diagnostika
Určitá podobnost s vibrodiagnostikou,
sleduje projevy závad strojních zařízení za
pomoci vyhodnocení akustického signálu.
Pojmem hluk je označován jakýkoliv
nežádoucí
zvuk
ve
slyšitelném
frekvenčním pásmu od 20 Hz do 20 kHz.
Pohybující se části stroje budí vibrace
a tyto vibrace způsobují pohyb částic vzduchu a tím k šíření akustického signálu, který je dále
měřen, analyzován a vyhodnocen. Často je sledováno také působení hluku na lidský
organizmus, hlučnost zařízení, hygienicko-technické hledisko.
 Elektrodiagnostika
Jedná
se
o
elektrických
technickou
zařízení
za
nejrůznějších metod. Velmi
využito
pro
identifikaci
diagnostku
pomoci
často
je
poruch
elektrického proudu, napětí, odporu apod.
často se také pro odhalení elektrických
závad využívají již zmíněné metody, např.
pro odhalení přechodového odporu ve spoji termodiagnostika nebo pro odhalení nesymetrie
elektromagnetického pole vibrodiagnostika apod.
5
 Jiné metody a postupy
Jedná se o řadu metod a postupů pro objektivizaci technického stavu strojních zařízení, tak
i pro prodloužení jejich životnosti. Mezi tyto metody lze zahrnout údržbu strojních zařízení,
vyvažování, ustavování, mazání, nedestruktivní zkoušení, provozní tvary kmitů, rezonance
atd.
Pro objektivizaci technického stavu strojních zařízení můžeme použít rozličných
diagnostických metod. Tyto metody můžou dávat bohužel i rozdílné výsledky. Pro různé
strojní zařízení a různé provozní podmínky nelze použít některé metody nebo jejich výsledky
můžou být často zkreslené nebo zavádějící. Pro získání odpovídajících výsledků je vhodné
kombinovat jednotlivé metody, čímž se podstatně zpřesní identifikace technického stavu
strojních zařízení. V případě kombinací jednotlivých metod potom hovoříme o tzv.
multiparametrické diagnostice.
Na obrázku (obr. 3-1) je znázorněn trend průběhu opotřebení, tzv. vanová křivka, na které
můžeme pozorovat postupný průběh opotřebení v průběhu času. V první oblasti – oblasti
záběhu dochází na začátku provozu k výraznému opotřebení, což je způsobeno vzájemným
záběhem a slícováním jednotlivých součástí zařízení. Toto opotřebení se postupně snižuje
s postupným záběhem součástí, až se ustálí na běžném provozním opotřebení – oblast
běžného provozu. Při dosažení poslední fáze – oblast doběhu dochází opětovně
k postupnému zvyšování opotřebení až k prudkému nárůstu. Tato oblast je charakterizována
procesy stárnutí, projevuje se výraznou degradací materiálu a intenzita poruch výrazně
narůstá. Pokud nedojde zavčasu k odhalení rozvíjející se poruchy a nedojde včas k odstavení
zařízení, dojde ke vzniku havárie celého zařízení, s čímž souvisí řada negativních faktorů
(bezpečnost, ekonomičnost provozu apod.).
Vanovou křivku s jejími oblastmi můžeme mimo tribologii s průběhem opotřebení sledovat
také v jiných oblastech, např. obdobný vývoj můžeme sledovat ve vibrodiagnostice, kde je
sledován průběh vibrací, v termodiagnostice, kde je obdobný průběh teploty, v akustice, kde
podobným způsobem kopíruje vanovou křivku akustický signál apod. Pro objektivizaci
technického stavu můžeme využít různé metody technické diagnostiky, například
vibrodiagnostiku, která dokáže dle použité metody odhalit teprve vznikající poškození (obr.
3-2) nebo dokonce poškození ještě před jeho projevem na povrchu materiálu, resp. již při
vzniku pod povrchem, kdy dochází ke spojování mikrotrhlin. Toto vznikající poškození
vydává vysokofrekvenční signál, který je možné zachytit při aplikaci vhodných metod
diagnostiky. V případě vibrodiagnostiky lze použít řadu vibrodiagnostických metod, např.
vysokofrekvenční metody např. metoda SEE (Spectral Emitted Energy) nebo HF (High
Frequency Emision) a řada dalších. Tyto metody dokážou velmi brzy upozornit na vznik
poškození nebo na problémy s mazáním, čistotou maziva apod.
6
Obr. 3-1 Vanová křivka průběhu opotřebení
Obr. 3-2 Doběh - konečná fáze vanové křivky, možnosti identifikace
7
4
VIBRODIAGNOSTIKA
Každé zařízení pracující na principu rotačního, posuvného nebo jiného pohybu, produkuje při
svém provozu vibrace. Velikost a projev těchto vibrací souvisí s pracovními podmínkami
strojních zařízení a také s jeho technickým stavem, proto je možné určovat technický stav
těchto zařízení při sledování vibrací. Účelem sledování vibrací rotujících strojních zařízení je
určení jejich technického stavu, resp. odhalení vznikající závady ještě v jejich počátku, což
umožní zabezpečení strategického plánování a řízení údržby, resp. umožní včasné
naplánování vhodné odstávky zařízení, zajištění náhradních dílů a řadu dalších logistických
úkonů.
Nadměrné vibrace mají výrazný vliv na dynamické namáhání stroje a tím na výrazné zkrácení
životnosti těchto zařízení. Vibrace stroje mají také původ v některých provozních parametrech
jako je nevyváženost, nesouosost, málo tuhá konstrukce, praskliny v konstrukci, uvolnění,
rezonance konstrukce apod.
4.1
Základní vztahy
Obr. 4-1: Harmonického kmitání se znázorněním maximální amplitudy, střední kvadratické a absolutní
hodnoty [1]
Okamžitá výchylka:
t

x  X max  sin 2π   X max  sin 2π  f  t   X max  sin ωt 
 T
[mm]
(4-1)
Pro úpravu vzorce bylo použito:
1
T
…
frekvence kmitání
[Hz]
(4-2)
ω  2π  f
…
úhlová rychlost
[rad·s-1]
(4-3)
X max
…
maximální výchylka – amplituda výchylky
f
8
Rychlost:
v
dx

 ω  X max  cos ωt   Vmax  cos ωt   Vmax  sin ωt 
dt

π

2
[mm·s-1]
(4-4)
[mm·s-2]
(4-5)
[mm]
(4-6)
[mm]
(4-7)
[mm]
(4-8)
Vmax … maximální rychlost, maximální amplituda rychlosti
Zrychlení:
a
dv d 2 x

 ω 2  X max  sinωt   A max  sinωt   A max  sinωt  π 
dt dt 2
A max … maximální zrychlení, maximální amplituda zrychlení
Střední absolutní hodnota výchylky:
T
X ave 
1
 x  dt
T 0
Střední kvadratická hodnota výchylky (Efektivní hodnota - RMS):
T
X RMS 
1
 x 2  dt
T 0
Pro harmonický pohyb platí:
X RMS 
π
1
 X ave 
 X max  0,707  X max
2 2
2
Efektivní hodnota - RMS (root mean square value) hodnota je významná tím, že obsahuje
informaci o výkonu kmitání. Tato hodnota vznikla původně v elektrotechnice jako porovnání
mezi výkonem stejnosměrného a střídavého proudu.
Některé výrazy často používané při měření vibrací:

Špička (peak) - vzdálenost mezi vrcholem amplitudy (Xmax) a nulovou úrovní signálu.
Špička – špička (peak - to - peak) - vzdálenost mezi nejnižším a nejvyšším vrcholem vlny
(2· Xmax).
Průměrná hodnota (Average) - vzhledem k neideálnímu sinusovému průběhu je průměrná
hodnota nenulová (nebo také střední absolutní hodnota) (0,637 · Xmax).
Celkové vibrace (Overall) - číslo reprezentující množství energie obsažené v pásmu mezi
dvěma frekvencemi.
9
4.2
Základní veličiny
Ve vibrodiagnostice jsou měřeny a následně vyhodnocovány dle nejrůznějších metod tři
základní veličiny: rychlost, zrychlení a výchylka vibrací. Rychlost vibrací se využívá pro
identifikaci poruch projevujících se v nízkých nebo středních frekvencích, velmi často se
sleduje rychlost vibrací ve frekvenčním pásmu 10 - 1000 Hz. V tomto pásmu se velmi často
projevuje nevývaha, nesouosost, uvolnění a řada dalších. Pro základní provozní vyhodnocení
mohutnosti rychlosti vibrací soustrojí slouží např. norma ČSN ISO 10816, viz obr. 5-2.
Sledování zrychlení vibrací je důležité pro včasnou identifikaci poruch projevujících se ve
vysokých frekvencích, zpravidla v jednotkách až desítkách kHz, kde se projevují počáteční
projevy závady ložisek, převodů, mazání apod. V případě zrychlení se můžeme velmi často
setkat mimo jednotky mm/s2 také s jednotkou g nebo G, kdy se jedná o veličinu odvozenou ze
soustavy SI a vycházející z gravitačního zrychlení, kde g = 9,81 m/s2. Poslední veličinou je
výchylka vibrací (µm), tato veličina má úzký rozsah použití, velmi často se ale využívá pro
monitorování technického stavu turbín, za pomoci snímání vibračního signálu
z bezdotykových sond pracujících na principu vířivých proudů. Na obr. 4-2 je znázorněn
fázový vztah, rozdíl mezi jednotlivými veličinami, je třeba si uvědomit, že výchylka
a zrychlení jsou vzájemně v proti fázi a rychlost je vůči těmto veličinám posunuta o 90°.
Na následujícím grafu (obr. 4-3) je zobrazeno rozdělení signálu do několika kategorií.
V případě signálu se jedná o časovou funkci, která dle určitých zákonitostí má určitý vztah
k opakovatelnosti signálu, případně se jedná pouze o náhodný signál. V jednoduchosti lze
popsat rozdělení signálů následovně [1]:
 Deterministický signál – jeho průběh lze předvídat, resp. je možné jej jistými způsoby
popsat nebo definovat (např. matematickým způsobem).
 Stochastický signál – jedná se o náhodný signál, průběh signálu se nedá předvídat.
 Přechodový signál – signál, který je časově omezen, obvykle krátkého trvání, např.
impuls při rázové zkoušce, impuls od valivého elementu při přechodu vady.
 Periodický signál – je tvořen harmonickými signály o frekvencích, které jsou
násobkem základní frekvence (harmonické – celé násobky a subharmonické –
částečné násobky). Má široké uplatnění např. ve vibrodiagnostice, kde dochází
k rozkladu a analyzování signálu.
 Kvasiperiodický signál – signál je také složený z harmonických signálů
s frekvencemi, které jsou násobky alespoň dvou základních frekvencí se vzájemným
poměrem o velikosti, která je rovna iracionálnímu číslu.
 Stacionární a nestacionární signál – průběh signálu je ustálený charakter, potom
hovoříme o stacionárním signálu nebo se signál v čase mění, je nestacionární.
Kritérium stacionárnosti ovšem závisí na délce záznamu signálu – průběh signálu se
může jevit jako stacionární za dlouhý časový úsek a nestacionární za krátký časový
úsek.
10
zrychlení
1
rychlost
výchylka
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0°
45°
90°
135°
180°
225°
270°
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1
Obr. 4-2 Fázové porovnání zrychlení, rychlosti a výchylky
Obr. 4-3 Diagram rozdělení signálu
11
315°
360°
4.3
Snímače vibrací
Mechanické kmitání je proměnný děj, při kterém vykonávají hmotné body vratný pohyb
kolem klidové polohy. Pro sledování mechanického kmitání, resp. vibrací a její převod na
elektrickou veličinu, která se dále zesiluje a zpracovává, slouží snímače vibrací. Pro rozdílné
podmínky a aplikace jsou vytvořeny různé druhy snímačů vibrací, které se můžou lišit např.
rozsahem frekvence, rezonančními vlastnostmi, dynamickým rozsahem, přesností, hmotností,
citlivostí, cenou apod. Pro základní rozdělení snímačů je možné uvést dva základní druhy:
 Seismická zařízení, která se normálně připevňují na konstrukci stroje a jejichž výstup
je mírou absolutních vibrací konstrukce.
 Snímače relativní výchylky, které měří relativní vibrační výchylku mezi rotujícími
a nerotujícími díly strojního zařízení.
Další rozdělení můžeme provést pomocí měřené veličiny, tj. zrychlení, rychlost, výchylka.
 Snímače výchylky vibrací, měří změnu vzdálenosti nebo polohy vůči referenční
poloze. První typy byly konstrukčně velmi jednoduché, kde se výchylka zařízení
zaznamenává za pomoci mechanického pákového mechanismu (obr. 4-4). Tyto
snímače se v současnosti prakticky nevyskytují, ovšem měření výchylky vibrací je
stále využíváno, např. za pomoci bezdotykové sondy, které převážně pracují na
principu vířivých proudů. Výstup této sondy je přímo úměrný relativní výchylce
vibrací mezi rotujícími a nerotujícími díly stroje, zpravidla mezi hřídelí a domkem
stroje. Zde dochází ke snímání relativní výchylky stroje za pomoci dvou sond
vzájemně posunutých o 90° (viz obr. 4-5), resp. ke snímání vzdálenosti mezi dvěma
díly stroje.
V případě sondy pracující na principu vířivých proudů, prochází cívkou generovaný
vysokofrekvenční střídavý proud, který generuje vysokofrekvenční magnetické pole.
Je-li v tomto magnetickém poli vložen elektricky vodivý materiál (hřídel rotoru), jsou
v materiálu generovány vířivé proudy, které jsou nadále snímány a dále zpracovávány.
Tyto snímače jsou velmi často použity u velkých turbosoustrojí, kde se velmi často
využívá orbitální analýzy pro vyhodnocení technického stavu těchto turbín. Pro
vytvoření orbity je využito sloučení obou signálů ze sond.
Praktické znázornění pohybu hřídele a s tím i související orbitální analýza je
zobrazena na obr. 4-6, kde lze pozorovat tvar orbity v různých místech na hřídeli. Dle
výsledného tvaru orbity lze potom odhalit některé druhy poruch. Pro měření výchylky
je velmi často použito také jiných snímačů, např. akcelerometrů a velometrů a posléze
je ze změřené veličiny (rychlost, zrychlení) proveden následný matematický přepočet
(integrace) na výchylku.
12
Obr. 4-4 Mechanický pákový snímač výchylky [9]
Obr. 4-5 Umístění snímačů na principu vířivých proudů pro měření relativního pohybu hřídele [1]
13
Obr. 4-6 Znázornění orbitální analýzy na rotoru turbokompresoru [1]
Obr. 4-7 Bezdotyková sonda na principu vířivých proudů [3]
 Snímače rychlosti vibrací jsou založeny na principu indukce napětí při změně
magnetického pole. Indukované napětí je závislé na rychlosti změny magnetického
pole. Snímač rychlosti je také seismické zařízení, které generuje napěťový signál
úměrný mechanické vibrační rychlosti tělesa. Snímač rychlosti se skládá z cívky, ve
které se díky pohybujícímu magnetu indukuje elektrické napětí. Nevýhodou těchto
snímačů jsou větší rozměry, hmotnost, vyšší cena a také omezení horního kmitočtu,
řádově do 2 až 3 kHz.
 Nejpoužívanějšími snímači vibrací jsou akcelerometry, měřenou veličinou je
zrychlení, které se dle potřeby může početně převést na rychlost nebo výchylku
vibrací. Akcelerometry jsou v podstatě seismické zařízení, které vyhodnocují absolutní
vibrace měřeného zařízení. Velkého rozšíření dosáhly akcelerometry díky své
jednoduché konstrukci a nižší ceně. V akcelerometrech je využit tzv. piezoelektrický
jev, tzn. že na stěnách piezoelektrického krystalu (jednoho nebo více) se při působení
14
síly na krystal vytváří na stěnách elektrický náboj, který se dále měří a vyhodnocuje.
Protože je elektrický náboj úměrný síle a hmota snímače je konstantní, je tedy
elektrický náboj úměrný zrychlení - akceleraci.
Frekvenční rozsah a charakteristika akcelerometrů závisí na seismické hmotnosti
použitého závaží působícího na krystal. Při zvyšování seismické hmotnosti se
zmenšuje frekvenční rozsah (maximální frekvence), ale zvětšuje se citlivost snímače.
Současně se zvyšováním hmotnosti dochází ke zvětšování rozměrů a také vzrůstá
hmotnost celého snímače. Dle směru působící síly můžeme rozdělit akcelerometry na
tlakový, smykový a ohybový.
Obr. 4-8 Indukční snímač rychlosti [9]
Obr. 4-9 Tlakový akcelerometr [1]
15
Obr. 4-10: Smykový akcelerometr [1]
Obr. 4-11 Řez smykovým akcelerometrem
Příklady praktického využití snímačů:
 Měření vibrací – především v technické diagnostice pro identifikaci technického
stavu strojních zařízení.
 Automobilový průmysl – aktivace airbagů, systémy jízdní stability.
16
 Měření a detekce seismické aktivity.
 Měření zrychlení (akcelerace), pohybu a rychlosti.
 Měření odstředivé síly.
 Měření náklonu apod.
Některé vlastnosti důležité pro volbu akcelerometrů:
Dynamický rozsah - je to ± maximální amplituda, kterou lze změřit, než se snímač poškodí.
Je uváděn v násobcích g (gravitační zrychlení 9,81 m·s-2).
Frekvenční odezva - je určena hmotností snímače, piezoelektrickými vlastnostmi krystalu
a rezonanční frekvencí krytu snímače. Je to frekvenční rozsah, v němž výstupní hodnota
signálu akcelerometru má dovolenou odchylku ±5%.
Horní frekvenční limit - je to frekvence, kdy výstupní signál překročí dovolenou odchylku.
Souvisí to vždy s mechanickou rezonancí daného snímače.
Dolní prahová frekvence - je to frekvence, při níž výstupní signál začíná klesat nebo jeho
přesnost překračuje dovolenou mez. Není to zcela nulový signál, avšak citlivost velmi rychle
s nižší frekvencí klesá.
Rušení - elektronické rušení je generováno v obvodech zesilovače. Toto frekvenční rušení
může být buď širokopásmové nebo spektrální. Úrovně šumu jsou specifikovány v "g" např.:
0,0025 g; 2 – 25000 Hz. Šum obvykle klesá s frekvencí a rušení na nízkých frekvencích tak
bývá větším problémem než na frekvencích vysokých.
Rezonanční frekvence - je to frekvence, na níž dochází k rezonanci snímače. Výsledkem je
podstatné zkreslení měření. Frekvenční měření se snímači zrychlení se provádějí pod touto
rezonanční frekvencí.
Citlivost - je to výstupní napětí snímače při měření určité síly vyjádřené v "g".
Akcelerometry se převážně vyrábějí s citlivostí 10 mV/g nebo 100 mV/g. Frekvence
střídavého výstupního napětí odpovídá frekvenci vibrací. Výstupní úroveň napětí odpovídá
amplitudě vibrací. Akcelerometry s nízkou úrovní výstupu se používají k měření vyšších
úrovní vibrací, zatímco akcelerometry s vysokou úrovní výstupu jsou používány k měření
nízkých úrovní vibrací.
Teplotní vliv (citlivost na teplotu) - je to výstupní napětí na stupeň Celsia měřené teploty.
Snímače jsou teplotně kompenzovány s cílem udržení změn výstupního signálu v daných
limitech v daném rozsahu teploty.
17
Teplotní rozsah - je to teplotní rozsah, ve kterém je snímač schopen pracovat, aniž by
hrozilo poškození snímače. Typický rozsah je -50 až 120 °C.
Pro výběr snímače zrychlení je důležité brát ohled také na další otázky:
-
Jaká je amplituda a frekvence měřených vibrací?
Jaký je rozsah teploty dané instalace a jaké je okolí?
Jaká je velikost a tvar (vibračního, frekvenčního) signálu, který se má měřit?
Je v dané oblasti vysoká úroveň elektrického, elektromagnetického rušení?
Je povrch, kde má být umístěn snímač, uzemněn?
Je třeba použití přístrojů pro nevýbušné prostředí?
Poznámky k předcházejícímu:
Hmotnost akcelerometrů by měla být mnohem menší než hmotnost monitorovaného objektu
řádově min. 10 x menší. Dynamický rozsah akcelerometru má být větší než je předpokládaný
rozsah amplitudy. Frekvenční rozsah akcelerometru má odpovídat předpokládanému rozsahu
frekvence, popř. je volen dle zařízení nebo dle potřeby sledovat určité děje (projevy závad,
vysokofrekvenční metody atd.). Citlivost akcelerometru by měla být dostatečná, aby výstupní
signál byl kompatibilní s navazujícími měřícími a vyhodnocovacími přístroji a metodami. Pro
měření vibrací s vysokou amplitudou se použije snímač s nízkou citlivostí a naopak snímač
s vysokou citlivostí použijte k měření vibrací s malou amplitudou.
Obr. 4-12 Příklad rozličných druhů snímačů vibrací
18
4.4
Umisťování snímačů, provozní pokyny
Aby provedená měření nepřinášela zkreslené nebo zavádějící hodnoty, je třeba respektovat
některé provozní zásady, které v případě jejich nerespektování způsobí zkreslení změřených
hodnot. Při provádění následného vyhodnocení, na základě chybných nebo zkreslených dat, se
můžeme dopustit špatného provedení analýzy technického stavu a to může mít ve výsledku
katastrofální následky, proto je třeba mít na paměti některé následující zásady.
Pro získání odpovídajících dat je při měření důležité nejen použití vhodných snímačů
a veškerého měřícího zařízení, ale také způsob umísťování těchto snímačů. Jedním
z nejdůležitějších je volba správného měřícího místa pro měření, respektive místa pro
umístění snímače. Poloha snímače musí být volena vhodně s ohledem na šíření signálu
z ložisek, tzn. snímač musí být umístěn co nejblíže měřenému místu, protože při jeho šíření
dochází se zvětšující se vzdáleností k jeho útlumu. Snímač neumisťujeme na přechodech mezi
materiály, ale měříme přímo na konstrukční části, která je přímo v kontaktu s ložiskem. Proto
je velmi často důležité znát konstrukční uspořádání celého stroje, abychom snímač neumístili
do jiné konstrukční části, která není s přímým spojením s ložiskem a kde dochází k útlumu
nebo zkreslení vibračního signálu vlivem přechodů mezi jednotlivými materiály.
Znalost konstrukce celého stroje je důležitá i pro následující vyhodnocení a hledání závady,
resp. pokud chceme stanovit patřičnou diagnózu, tak musíme vědět, jaké konstrukční části se
u daného stroje vyskytují a jaký je jejich standardní poruchový projev. Měření je třeba
provádět v pravidelných intervalech, vždy na stejných místech, aby bylo možné správné
porovnání s předchozími měřeními. Měření je také nutné provádět za stejných podmínek, jako
tomu bylo při předchozích měřeních. Mezi tyto podmínky lze zahrnout především otáčky
stroje, jeho zatížení apod. Snímač není také vhodné umisťovat na znečištěné, popř. silně
lakované nebo barvené povrchy. Dbáme na čistotu dosedací plochy snímače, protože každá
nečistota nebo materiál vyskytující se mezi snímačem a vlastním materiálem strojních
zařízení může vést ke zkreslení nebo útlumu signálu. Např. u magnetického přichycení
snímače se můžeme setkat poměrně často se zmagnetováním volných ocelových pilin z okolí
a následnému přichycení ke spodní straně snímače, což má potom výrazný vliv na zkreslení
měření.
Snímače umisťujeme a měření provádíme obvykle v každém měřícím bodě v horizontálním,
vertikálním a axiálním směru (viz obr. 4-13). Měření v těchto směrech je důležité pro správné
vyhodnocení a identifikaci jednotlivých poruch. Na obr. 4-13 je znázorněno umísťování
snímačů ve všech třech směrech, tj. vertikálním, horizontálním a axiálním směru. Můžeme
zde také pozorovat směr, který je pod úhlem 45°. Tento směr se používá pouze pro orientační
pochůzku, kdy dochází k měření jen jednoho směru a provedené měření nemůže dosáhnout
kvality měření se třemi směry v jednom měřícím místě (vertikálním, horizontální a axiálním
směru). Na obrázku chybí v prvním měřícím místě L1 axiální směr, je to z důvodu většinou
nestandardního umísťování snímače, protože u elektromotorů bývá zadní část motoru
zakrytována. Měření na krytu v žádném případě nedoporučuji, jako relativně vhodné se jeví
umístění snímače v axiálním směru na patku elektromotoru. Při měření se můžeme velmi
19
často setkat s nejvýraznějšími vibracemi v horizontálním směru. Velmi často jsou tyto
horizontální vibrace umocněny konstrukčním provedením strojního zařízení, protože v tomto
směru bývá konstrukce většinou poddajnější.
Při umisťování snímačů musíme také dbát na bezpečnost při měření. Snímače umisťujeme
v dostatečné vzdálenosti od rotujících součástí, umísťujeme na vhodných, dostupných
a bezpečných místech. Při umisťování snímače do měřícího bodu pokládáme snímač nejprve
šikmo, tak abychom s ním zbytečně neklepli, aby nedošlo k poškození snímače, teprve poté
položíme snímač celou plochou na měřenou plochu.
Mimo jiné je měření, resp. frekvenční rozsah měření ovlivněn způsobem připevnění snímačů.
V následující tabulce (tabulka 1) je uvedeno omezení horní hranice frekvence při měření
vibrací za použití jednotlivých způsobů uchycení. Je třeba si uvědomit, že každé uchycení
snímače má své omezení a podle zvoleného způsobu uchycení pak musíme brát ohled na
rozsah frekvenčního spektra, které budeme vyhodnocovat. Například měření za pomoci ruční
sondy je omezeno již při dosažení 1 kHz. Omezení je dáno vlastní hmotou ruky (svaly, kůže
atd.), které mají nízkou rezonanční frekvenci, proto nelze dosáhnout vyšších rezonančních
frekvencí za pomoci tohoto způsobu měření. Obdobné je to i v ostatních případech.
Obr. 4-13 Možnosti umístění snímačů na motoru
20
Tabulka 1 Vliv připevnění snímače vibrací na způsobu připevnění [1]
Metoda připevnění
Vliv na výkonnost snímače
(např. snímače s rezonancí 30 kHz)
Pevný šroubový spoj
V tomto rozsahu snímače nedochází k žádnému snížení
rezonanční frekvence snímače v důsledku připevnění
Izolovaný šroubový spoj
Pokud je pro zabránění vzniku zemních smyček a jiných
vlivů použit tuhý nevodivý materiál, jako je podložka ze
slídy, montážní rezonanční frekvence je mírně snížená asi
na 28 kHz
Přilepení tuhým lepidlem
Rezonance je snížená asi na 28 kHz
Přilepení měkkým epoxidem Rezonance je snížená asi na 8 kHz
Připevnění
permanentním Rezonance je snížená asi na 7 kHz
magnetem
Ruční sonda se snímačem
Rezonance je značně závislá na přítlaku a zkušenostech
obsluhy. Metoda není doporučena pro měření nad 1 kHz
4.5
Rychlá Fourierova transformace FFT
Rychlá Fourierova transformace (FFT- Fast Fourier Transformation) je nejpoužívanější
analytickou metodou, která ve vibračním signálu dokáže vyhledat periodické děje, které
posléze zobrazí ve frekvenčním spektru a přiřadí jim patřičnou frekvenci. FFT je využita při
diagnostice strojů s periodickým rotačním pracovním cyklem, kde je vibrační signál způsoben
těmito periodickými ději. Frekvenční rozklad (frekvenční spektrum), je rozklad časového signálu
na množství sinusových signálů s příslušnou amplitudou a počáteční fází. Tento frekvenční
rozklad potom dává diagnostikovi významný nástroj pro identifikaci technického stavu strojních
zařízení.
V původním časovém signálu, který je složen z řady vibračních dějů (viz obr. 4-14), je velmi
náročné identifikovat jednotlivé složky, ze kterých je složen. Proto je mnohem jednodušší
využít frekvenční spektrum. Problematiku složeného časového signálu lze vysvětlit za
pomoci obr. 4-14, kde lze vidět skládání časového signálu, který je složen z celé řady
periodických dějů. Velmi často bývá nejdominantnějším signálem harmonický signál
způsobený nevyvážeností, která se projevuje na otáčkové frekvenci. Další signál, který se
v tomto případě vyskytuje jako druhý ve frekvenčním spektru, je signál způsobený vadou
ložiska. Posledním signálem, ze kterého je časový signál složen, je signál způsobený
zubovým převodem, resp. zubovou frekvencí.
Zjednodušeně lze konstatovat, že nevyváženost se projevuje vlivem odstředivé síly od
nevývažku, za jedno otočení hřídele proběhne právě jeden vibrační harmonický signál.
U ložiska dochází ke vzniku signálu při přechodu valivých elementů přes vadu v ložisku,
čímž je způsobeno mnohem více vibračních impulzů. Počet vibračních impulzů je závislý na
počtu valivých elementů a na geometrii celého ložiska apod. Pro výpočet vad v ložisku
existují vzorce pro výpočet poruchových frekvencí jednotlivých komponent. Proto lze dle
frekvence usuzovat na poruchu vnitřního a vnějšího kroužku, poruchu valivého tělíska,
21
případně klece ložiska. Tyto frekvence udává většina výrobců k jednotlivým typům ložisek,
takže velmi často není nutné použití vzorců. Posledním vibračním signálem, který tvoří
výsledný složený časový signál, je signál tvořený záběrem ozubených kol, tzv. zubová
frekvence. Zubová frekvence je dána součinem frekvence otáčení hřídele a počtu zubů
ozubeného kola na dané hřídeli. Zubová frekvence je stejná pro spoluzabírající kola, protože
právě jeden zub na hnacím hřídeli “narazí“ do zubu na hnaném hřídeli.
Obr. 4-14 Zobrazení vibrací soustrojí, jejich skládání a zobrazení ve frekvenčním spektru [1]
4.6
Příklad jednoduchého skládání signálu
Pro pochopení skládání jednoduchého signálu je vytvořen tento jednoduchý příklad. Jedná se
o ideální teoretický případ (v reálném případě je signál složen z celé řady signálů), kde
dochází ke skládání signálu pouze od nevývahy na rotoru elektromotoru a zubové frekvence
způsobené ozubeným převodem.
Vstupní hodnoty:
Elektromotor s otáčkami n1 = 3000 min-1
Frekvence otáčení
Jednostupňová převodovka: n1 = 3000 min-1
22
z1 = 10, z2 = 30
z1, z2 … počet zubů pastorku, kola
převodový poměr
[-]
(4-9)
Pozn.: počet zubů z1, z2 je volen s ohledem na jednoduchý výpočet, v praxi je pro rovnoměrné
opotřebení zubů volen na jednom ozubeném kole sudý a na druhém lichý počet zubů.
Nesprávná montáž a základní únavové poškození zubů se ve frekvenčních spektrech projevuje
na zubové frekvenci fz12.
fz12 = z1 . fR1 = z2 . fR2
fz12 = 500 Hz
[Hz]
(4-10)
fR1, fR2 … rotorová frekvence pastorku, kola
Na obr. 4-15 je zobrazen v horní části časový signál od elektromotoru, způsobený nevývahou,
ve střední části je vyobrazen časový signál od ozubených kol s poloviční amplitudou.
Všechny signály jsou v časovém měřítku 0,1 s. Ve spodní části je potom zobrazen složený
časový signál vzniklý sčítáním a odčítáním dvou předchozích signálů. Na tomto příkladu je
pro lepší orientaci v problematice jednoduchým způsobem demonstrováno skládání signálu.
Obr. 4-15 Signál nevývahy, signál zubové frekvence a výsledný složený signál, délka záznamu 0,1 s
23
4.7
Základní poruchy a jejich projevy [4]
4.7.1 Nevyváženost
Nevyváženost zařízení vzniká již při samotné výrobě a je způsobena hmotou, která je
nesouměrně umístěna mimo osu rotace. Nevyváženost způsobuje vznik mechanického
kmitání, které má za následek velké namáhání celého stroje. Nevyváženost je nejběžnějším
jevem mající v praxi za následek vznik velkého dynamického namáhání, čímž dochází
k razantnímu zkrácení životnosti celého zařízení. Hodnota celkové rychlosti vibrací
způsobená nevyvážeností je výrazně závislá na otočkách, resp. stoupá s kvadrátem otáček.
Zdvojnásobíme-li otáčky, zvětší se hodnota vibrací na čtyřnásobek, proto je třeba brát také
v úvahu otáčky zařízení, při kterých bude dané strojní zařízení pracovat.
4.7.2 Statická nevyváženost
Vyskytuje se výjimečně, většinou je přítomna pouze u rotujících kotoučů, kde průměr kotouče
je podstatně větší, než jeho šířka (tenké kotouče pily, brzdy atd.). Statická nevyváženost má
posunutou centrální osu setrvačnosti (COS) oproti ose rotace (OR), vzájemně jsou spolu ale
rovnoběžné (obr. 4-16).
Obr. 4-16 Statická nevyváženost [4]
Projev ve frekvenčním spektru vibrací:
Statická nevyváženost se projevuje výraznou amplitudou na otáčkové frekvenci v radiálním
směru na obou ložiskách s nulovým nebo malým fázovým posuvem ( 30o). Tato amplituda
bývá ve většině případů dominantní a je přítomná na základní rotorové frekvenci. Fázový
24
rozdíl mezi horizontálním a vertikálním směrem je přibližně 90 ( 30o). Přítomnost
harmonických násobků otáčkové frekvence ukazuje na vysokou nevyváženost nebo na
vymezování vůlí v ložiskách.
4.7.3 Momentová nevyváženost (dvojicová nevyváženost)
V případě momentové nevyváženosti jsou osy rotace (OR) a centrální osa setrvačnosti (COS)
různoběžné, ale osy se protínají v těžišti rotoru. Při otáčení rotoru působí dvojice setrvačných
sil od nevývažků na rotor a způsobují vibrace. V klidovém stavu se rotor jeví jako vyvážený,
nevývaha se projevuje až při pohybu a to dvojicí sil, které způsobují momentové namáhání
(obr. 4-17).
Obr. 4-17 Momentová nevyváženost [4]
Obr. 4-18 Příklad frekvenčního spektra s nevývahou statickou nebo momentovou
25
Projev ve frekvenčním spektru vibrací:
Momentová nevyváženost se projevuje výraznou amplitudou v radiálním směru na obou
ložiskách (viz obr. 4-18) s nulovým nebo malým fázovým posuvem ( 30o). Tato amplituda
bývá ve většině případů dominantní a je přítomná na základní rotorové frekvenci. Fázový
rozdíl mezi horizontálním a vertikálním směrem je přibližně 90 ( 30o). Přítomnost
harmonických násobků otáčkové frekvence ukazuje na vysokou nevyváženost nebo na
vymezování vůlí v ložiskách.
4.7.4 Dynamická nevyváženost
V praxi se ve většině případů vyskytuje dynamická nevyváženost, která již v sobě kombinuje
statickou a momentovou nevyváženost. Hlavní osa setrvačnosti neprotíná osu rotace v těžišti,
ale k protnutí dochází mimo těžiště (obr. 4-19).
Obr. 4-19 Dynamická nevyváženost [4]
Projev ve frekvenčním spektru vibrací:
Dynamická nevyváženost se také projevuje výraznou amplitudou na otáčkové frekvenci
v radiálním směru na obou ložiskách, při velké nevyváženosti se může vytvořit amplituda na
druhém násobku otáčkové frekvence (obr. 4-20). Pro odstranění nevyváženosti je třeba
vyvažovat ve dvou rovinách. Fázový rozdíl mezi vibracemi v horizontálním směru na
vnitřním a vnějším ložisku se může pohybovat od 0 do 180. Fázový rozdíl ve vertikálním
směru musí být shodný s fázovým rozdílem v horizontálním směru.
26
Obr. 4-20 Projev dynamické nevyváženosti ve spektru vibrací
4.7.5 Úhlová a rovnoběžná nesouosost
Velká část strojních zařízení je provozována se špatným ustavením nebo se špatnou, popř.
poškozenou spojkou. Špatné ustavení nejvíce působí na spojku, což vede k velkému
tepelnému i silovému namáhání spojky i k dodatečné deformaci hřídelů, zvyšování namáhání
ložisek, převodovek a následnému zvyšování vibrací. Tyto vibrace se dále přenášejí do
celého soustrojí a způsobují tak podstatné zvýšení vibrací, což vede k druhotnému poškození
celého soustrojí.
 Rovnoběžná nesouosost, kdy původní osy rotací hřídelí před smontováním byly
rovnoběžné (obr. 4-21). Při smontování hřídelů dojde k výraznému namáhání hřídelí
i namáhání dalších součástí, případně spojky. Projevuje se velkými radiálními vibracemi.
Nebývá výjimkou, že druhý harmonický násobek bývá často větší než otáčková složka.
S rostoucím přesazením hřídelů se generují ve spektru amplitudy s čtvrtým až osmým
harmonickým násobkem.
27
Obr. 4-21 Znázornění rovnoběžné nesouososti při rovnoběžném přesazení hřídelů
Obr. 4-22 Typický projev rovnoběžné nesouososti v radiálním směru s vyznačením otáčkové složky
ve frekvenčním spektru
 Úhlová nesouosost, kdy původní osy rotací hřídelů před smontováním byly
nerovnoběžné, ale protínaly se (obr. 4-23). Projevuje se velkými axiálními vibracemi. Ve
spektru může dominovat amplituda na první, druhé nebo také třetí harmonické frekvenci.
Fázový rozdíl na obou stranách spojky je opačný, tudíž fázový rozdíl je 180°.
28
Obr. 4-23 Znázornění úhlové nesouososti
Obr. 4-24 Typický projev úhlové nesouososti v axiálním směru s vyznačením otáčkové složky
ve frekvenčním spektru
29
5
5.1
METODY PRO HODNOCENÍ TECHNICKÉHO STAVU
Trendování vibrací
Je jednou z nejpoužívanějších a současně nejjednodušších metod. Pro dosažení odpovídajících
výsledků je třeba provádět měření v pravidelných intervalech a porovnání těchto hodnot
s předchozím trendem. Jako sledovaná hodnota bývá často využito měření rychlosti vibrací,
teploty apod. Při vytváření trendu v průběhu času dochází k tvorbě tzv. vanové křivky (viz
obr. 3-1) a sledování vývoje měřené hodnoty. Pokud dochází ke zvyšování měřené hodnoty
oproti ustálenému stavu, znamená to, že stroj se vyskytuje v závěrečné části životnosti a s tím
souvisí blížící se porucha strojního zařízení. Praktické vyobrazení takového trendu je na obr.
5-1, kde můžeme sledovat roční průběh celkové efektivní rychlosti vibrací a v závěru je
patrné zhoršování technického stavu. Pro určení varovných nebo limitních hodnot rychlosti
vibrací můžeme využít např. některé normy. Jako provozní norma pro určení doporučených
limitních hodnot nám může sloužit např. norma ČSN ISO 10 816 (obr. 5-2), dle těchto hodnot
a také dle zkušeností můžeme nastavit alarmové hodnoty, které nás při překročení této
hodnoty budou varovat o zhoršujícím se technickém stavu strojního zařízení.
Ve vibrodiagnostice provádíme měření a trendování rychlosti, zrychlení nebo výchylky
vibrací. Při sledování těchto veličin je třeba mít na paměti, že předchozí norma je pouze
informativní, protože nelze zahrnout všechny podmínky, které mají vliv na výslednou
veličinu. Např. nelze stejně hodnotit vibrace stejných typů čerpadel, ale dopravujících
rozdílné médium (voda x kaly). Závislost vibrací je možné také pozorovat se změnou otáček,
zatížení apod. Proto je nutné, aby měření vždy probíhala za stejných podmínek.
Na obr. 5-3 je znázorněn rozdíl mezi měřením celkové efektivní rychlosti vibrací v zatíženém
a nezatíženém stavu. Jak je patrné, tak dochází k výrazné změně rychlosti vibrací se změnou
otáček, ale i se změnou zatížení. V tomto případě dosahuje rozdíl hodnot mezi nezatíženým
a zatíženým stavem skoro 100 %. Proto je nutné pro správné porovnání změřených hodnot
provádět měření vždy za stejných podmínek, tj. za stejných otáček i zatížení apod. V grafu
můžeme také sledovat výrazné rozkolísání hodnot v nezatíženém stavu, což je způsobeno
drobnou rezonancí některých dílů konstrukce. V tomto případě jsou dominantní vibrace
v zatíženém stavu, to nemusí být ovšem pravidlem. Zda budou vibrace výraznější v zatíženém
nebo nezatíženém stavu je závislé na řadě faktorů. Mezi tyto faktory lze zahrnout konstrukční
provedení celého stroje, druh zatížení, vůle v ložiskách apod. Pokud budeme sledovat
celkovou hodnotu zrychlení vibrací, tak zrychlení má ve srovnání s rychlostí vibrací velkou
výhodu a to v tom, že nedochází ke změně hodnoty zrychlení se zatížením (obr. 5-4). To nám
poskytuje velkou výhodu oproti rychlosti vibrací, protože se nemusíme obávat zkreslení
měřené hodnoty vlivem zatížení. Je třeba ale dodržovat stejnou velikost otáček, protože
dochází ke změně zrychlení s otáčkami. Pro rozdílné hodnoty otáček lze ovšem provést
přepočet. V případě monitorování rychlosti vibrací se v této veličině nejvíce projevují
poruchy mechanického typu jako je nevyváženost, nesouosost apod. V případě zrychlení
30
vibrací se v této veličině nejvíce projevují problémy vysokofrekvenční jako je opotřebení
ložisek, ozubení atd.
Obr. 5-1 Roční průběh trendu rychlosti vibrací [6]
Obr. 5-2 Doporučené hodnoty celkové rychlosti vibrací [7]
31
Obr. 5-3 Rozběh zařízení - porovnání rozdílu hodnot rychlosti vibrací mezi zatíženým a nezatíženým
zařízením od nízkých po vysoké otáčky [4]
Obr. 5-4 Porovnání rozdílu hodnot zrychlení vibrací mezi zatíženým a nezatíženým zařízením [4]
32
5.2
Stanovení alarmových hodnot
Z předchozího je patrno, že pro určení technického stavu strojních zařízení je poměrně
vhodným parametrem sledování celkové hodnoty zrychlení vibrací a vytváření celkového
trendu v čase. Zrychlení není příliš závislé na zatížení, ale pouze na otáčkách a na technickém
stavu. Samozřejmě hodnota zrychlení může být ovlivněna některými vlivy, jako jsou nečistoty
v mazivu, tření způsobené při uvolnění součástí atd. Proto je vhodné pro odhalení falešných
indikací použití i jiných metod.
Na obr. 5-5 můžeme pozorovat celkové hodnoty efektivních hodnot zrychlení vibrací u tří
ložisek na stejném zařízení. Pro každé ložisko je znázorněn průběh zrychlení v závislosti na
otáčkách a také v zatíženém a nezatíženém stavu. V případě ložiska motoru se jedná o ložisko
s běžným opotřebením (přibližně v polovině životnosti bez větších známek pittingu). Průběh
hodnoty zrychlení je v závislosti na otáčkách skoro lineární. V případě ložiska lož.1 se jedná
o první známky pittingu, u dalšího ložiska lož. 2 je pitting o něco výraznější. Obě ložiska jsou
v poslední třetině životnosti.
Dle řady měření a na základě zkušeností lze potom definovat jednoduchou úsečku (alarmová
úsečka hodnoty zrychlení), kdy při jejím překročení je vysoká pravděpodobnost, že v ložisku
dochází k vývinu prvního pittingu (viz obr. 5-6). Tato alarmová hodnota (úsečka) má za úkol
v co největším předstihu upozornit na zhoršující se technický stav a na nutnost naplánování
opravy. Oblast využití této metody je výrazně omezena v nižších otáčkách, kdy rozdíl mezi
dobrým a špatným ložiskem je nevýrazný. Lze říci, že nemá příliš význam používat tuto
metodu pod otáčkami 500 až 600 min-1. Připomínám, že zrychlení vibrací může být ovlivněno
celou řadou faktorů, které můžou měření zkreslit nebo znehodnotit. Pro použití tohoto
způsobu je třeba znát konstrukční uspořádání celého stroje, abychom nevědomky nepřiřadili
monitorovanému dílu zrychlení, které vzniká v jiných dílech stroje a s monitorovaným dílem
nemá přímou souvislost.
Pro eliminaci některých vlivů lze použít některé postupy, které můžou omezit nesprávné
indikace, např. u znečištěného maziva nebo ložiska bez maziva lze provést domazání ložiska,
což vyloučí vliv těchto konkrétních faktorů. Frekvenční rozsah měřeného pásma lze volit
např. v pásmu 500 - 16 800 Hz, kde jsou odfiltrovány některé nízkofrekvenční zkreslující
děje.
33
Obr. 5-5 Stanovení alarmové hodnoty pro celkovou efektivní hodnotu zrychlení v pásmu od 500
do 16800 Hz v závislosti na otáčkách [4]
Obr. 5-6 Počáteční poškození ložiska [4]
34
5.3
Stanovení aktuálních otáček ze spektra vibrací
Jak z předcházejícího vyplývá, tak pro správné stanovení alarmových hodnot je třeba znát
správnou hodnotu otáček. Otáčky zařízení jsou jednou z nejdůležitějších informací pro
správnou identifikaci poruch strojních zařízení, např. nesouosost, nevyváženost apod. Často
bývá problematické stanovit správnou hodnotu aktuálních otáček. Jako nejjednodušší se jeví
získání hodnoty pravděpodobných otáček ze štítku zařízení. Pokud tento údaj chybí nebo
pracuje dané zařízení s proměnnými otáčkami, třeba za použití frekvenčního měniče, nezbývá
než otáčky změřit, např. za pomoci laserového snímače otáček, stroboskopu nebo za pomoci
mechanických snímačů. Velmi často není ani možnost provést tato měření z celé řady důvodů.
Proto nám často zbývá poslední varianta a to zjištění aktuálních otáček za pomoci rozboru
spektra rychlosti vibrací.
Pro nejjednodušší orientační stanovení hodnoty otáček doporučuji, aby za otáčkovou
frekvenci byla brána první amplituda ve frekvenčním spektru rychlosti vibrací vyšší než 0,5
mm/s (měřeno v efektivní hodnotě). Hodnota amplitudy s velikostí 0,5 mm/s byla stanovena
pro eliminaci subharmonických (celočíselný podíl základní frekvence) amplitud nacházejících
se ve spektru. U většiny zařízení také doporučuji, aby tato hodnota frekvence byla vyšší než
10 Hz, což by mělo eliminovat výraznou část rušivých jevů.
Často se můžeme také setkat s přítomností subharmonických a interharmonických složek ve
frekvenčním spektru o poměrně vysoké amplitudě. Tyto složky se vyskytují velmi často ve
spojitosti při problémech se základy, rámem, měkkou patkou apod. Podle předchozího může
chybně dojít k jejich záměně s otáčkovou frekvencí. Jednou z možností jak eliminovat tuto
chybu je např. možnost analýzy postranních pásem, kde jsou postranní pásma mezi sebou
i základní frekvencí (např. zubová frekvence a její násobky apod.) vzdáleny o otáčkovou
frekvenci. Na obr. 5-7 je zobrazeno spektrum s řadou frekvencí. Může se jednat o harmonické
násobky otáčkové frekvence, ale i interharmonické násobky. Z obrázku není zprvu patrno, zda
otáčkovou složkou je dominantní amplituda na frekvenci 45,5 Hz nebo první amplituda na
frekvenci 22,75 Hz, která má nižší hodnotu.
Pro správné určení otáčkové frekvence můžeme využít již zmiňovaná postranní pásma. Je
vhodné sledovat tyto postranní pásma o vyšších frekvencích, kde by neměly být již přítomny
interharmonické násobky a nemělo by tak dojít k chybné interpretaci frekvence. Po analýze
postranních pásem, které jsou od sebe vzdáleny právě o otáčkovou frekvenci (22,75 Hz),
můžeme konstatovat, že otáčkové frekvenci lze přiřadit první amplitudu ve frekvenčním
spektru (22,75 Hz).
Přítomnost řady harmonických, případně interharmonických
a subharmonických násobků bývá velmi často způsobeno velkým stupněm opotřebení,
prasklým rámem, základem, uvolněním apod.
Je třeba ještě podotknout, že pro správné vyhodnocení frekvenčního spektra a identifikaci
otáčkové frekvence je třeba jistá míra zkušeností a také znalost konstrukčního uspořádání
v analyzovaném zařízení. V opačném případě se můžeme opětovně dopustit milné
interpretace frekvenčního spektra.
35
Obr. 5-7 Spektrum rychlosti s označením otáčkové frekvence 22,75 Hz
5.4
Identifikace technického stavu při využití časového záznamu
Časový záznam je velmi často opomíjeným nástrojem. Řada diagnostiků časový záznam
a jeho vyhodnocení nevyužívá nebo využívá velmi málo. To je samozřejmě škoda, protože za
pomoci časového signálu lze identifikovat některé specifické závady, které za pomoci jiných
metod nelze identifikovat nebo pouze problematicky. Použití a správné vyhodnocení
časových záznamů, případně jejich kombinace s dalšími metodami vibrodiagnostiky, nám
může poskytnout cenný nástroj pro vyhodnocení technického stavu strojních zařízení.
Na obr. 5-8 je vyobrazen časový signál rychlosti vibrací s projevem poruchy přidírání rotoru.
V tomto případě dochází k místnímu tření rotoru o stator. Na obrázku lze pozorovat výrazný
rozdíl mezi ořezanou a neořezanou půlvlnou časového záznamu rychlosti vibrací. Identifikace
tohoto problému je za pomoci jiných metod poměrně náročná. Např. v tomto konkrétním
případě není viditelný problém ani ve frekvenčním spektru, viz obr. 5-8. Také např.
identifikace prasklého nebo ulomeného zubu u převodovky je za pomoci časového záznamu
poměrně jednoduchá, v časovém záznamu je možné pozorovat absenci chybějícího kontaktu
jednoho impulzu za otáčku. V tomto případě nedochází ke kontaktu zubu o zub a v záznamu
tak viditelně chybí jeden impulz.
36
Obr. 5-8 Znázornění časového záznamu vibrací s přidíráním rotoru elektromotoru [4]
Obr. 5-9 Znázornění frekvenčního spektra rychlosti s harmonickými násobky otáčkové frekvence s vadou
přidírání rotoru elektromotoru [4]
Na následujícím časovém signálu zrychlení (obr. 5-10) můžeme pozorovat přítomnost
vysokých špiček, které jsou způsobeny přechodem valivého elementu přes vznikající vadu
v ložisku. Přítomnost vysokých ostrých špiček nás může informovat o technickém stavu
ložiska, resp. o rostoucím počátečním poškození. Všimneme-li si pravidelného kolísavého
charakteru špiček v časovém záznamu, tak můžeme usuzovat na poškození vnitřního kroužku
ložiska. Je to dáno postupným zatěžováním a odlehčováním poškozeného místa při otáčení
vnitřního kroužku ložiska za jednu otáčku hřídele.
37
Obr. 5-10 Časový záznam se vznikajícím poškozením ložiska na vnitřním kroužku
5.5
Metoda Kurtosis
Pro tvorbu této podkapitoly byla využita literatura [2], [4], [11],[12].
Kurtosis – je to matematická metoda, která vyhodnocuje statistické rozdělení amplitud chvění
se zřetelem na odchylku od normálního rozdělení, většinou ve frekvenčním rozsahu 2,5 – 80
kHz. Kurtosis faktor se většinou sleduje v pěti frekvenčních pásmech. Výsledné hodnocení je
provedeno formou K – faktoru.
Kurtosis faktor je založen na předpokladu, že nepoškozené ložisko generuje pouze náhodný
šum, který má normální (Gaussovo) rozdělení. Pokud se začne zvětšovat poškození ložiska,
začne se zvětšovat také množství vyšších špiček a v tom případě již nejsou splněny úvodní
předpoklady a metoda začne reagovat na vznikající poškození.
Zjednodušeně lze říci, že v principu je metoda Kurtosis v podstatě výpočet špičatosti signálu,
který je použitelný jako indikátor normálního rozdělení (hodnota = 3). Pokud hodnota faktoru
narůstá, znamená to i vzrůstající poškození ložiska.

KA 

 ( x  x) . p( x)dx

4
[-]
4

x - amplituda signálu, x – střední hodnota, p(x) – pravděpodobnost (x),
 - standardní odchylka vůči nulovému signálu
38
(5-1)
Obvyklé měření je prováděno v pásmech:
• K1 2,5 – 5 kHz
• K2 5 – 10 kHz
• K3 10 – 20 kHz
• K4 20 – 40 kHz
• K5 40 – 80 kHz
5.6
Crest faktor
Pro vyhodnocení technického stavu ložisek je celá řada metod. Jednou z jednoduchých metod,
které lze využít pro identifikaci technického stavu ložisek je Crest faktor. Výpočet tohoto
faktoru je poměrně jednoduchý a je vyjádřen poměrem PEAK/RMS. Velkou výhodou této
metody je velmi brzká reakce na již prvopočáteční poškození ložiska. Ovšem výraznou
nevýhodou je snižování číselné hodnoty Crest faktoru s výraznějším rozvinutím poškození.
Na obr. 5-11 můžeme sledovat vývoj této hodnoty v průběhu poškození ložiska.
V prvopočátku poškození ložiska se jeho hodnota výrazně zvyšuje a velmi brzy upozorňuje na
počátek vzniku poškození. S postupným nárůstem poškození se ale jeho hodnota snižuje, což
je pro pozdější identifikaci poruchy nepříznivé.
Praktické znázornění průběhu hodnot v závislosti na poškození je vyobrazen na obr. 5-12. Zde
je znázorněna reakce Crest faktoru ve srovnání s ostatními metodami. Tato metoda jako první
začne reagovat na prvopočáteční poškození a dosáhne alarmové hodnoty, která je zvolena pro
velmi včasnou identifikaci vznikajícího poškození na hodnotu v rozmezí 3,5 - 4. Ihned
v začátcích dosahuje několikanásobku této alarmové hodnoty v porovnání s ostatními
metodami, u kterých je reakce velmi pozvolná. Výrazná reakce Crest faktoru je způsobeno
vznikem drobných, ale ostrých trhlin v materiálu ložiska. Vývoj hodnot ostatních metod je
v porovnání s Crest faktorem poněkud pozvolnější s pozdější schopností identifikace, ale
vesměs nedochází k poklesu identifikačních hodnot, ale k jejich postupnému nárůstu.
Při průchodu valivého elementu přes ostrou hranu trhliny dochází k velkému nárůstu špičkové
hodnoty oproti celkové energii vibrací, což je zaznamenáno jako skoková změna Crest
faktoru. Kolísání této hodnoty je způsobeno vznikem nových ostrých trhlin a jejich
opětovným postupným zahlazováním.
Na obr. 5-13 je znázorněn průběh opotřebení ložiska, kdy postupně dochází k vývoji prvního
pittingu a prvních prasklinek. Při přechodu valivých tělísek ložiska dochází k inicializaci
velmi krátkých rázových dějů, které se v časovém záznamu zrychlení projevují vznikem
vysokých ostrých špiček. Dalším provozem dochází k postupnému zahlazování těchto hran,
což se projevuje zase snižováním špičkových hodnot, ale s rozvinutím poškození ložiska
postupně roste celková energie vibrací. Postupně dochází ke vznikání nových prasklinek
39
a jejich následnému zahlazování, což má za následek výkyvy špičkových hodnot zrychlení
vibrací v časovém záznamu a skokovou změnu Crest faktoru.
Obr. 5-11 Zobrazení vývoje Crest faktoru v průběhu životnosti ložiska [11]
Obr. 5-12 Graf vývoje hodnot jednotlivých metod v závěrečné fázi životnosti ložiska [4]
40
Obr. 5-13 Průběh postupného poškození ložiska v časovém signálu zrychlení vibrací
5.7
Nesymetrie elektromagnetického pole
Problém nesymetrie elektromagnetického pole může být způsoben celou řadou příčin. Mezi
tyto příčiny lze zahrnout prakticky veškeré důvody, které způsobí vznik nerovnoměrného
působení elektromagnetického pole, tzn. proměnná vzduchová mezera, zkrat vinutí,
přechodové elektrické odpory v jedné fázi, nekvalitní výroba atd. Pro identifikaci tohoto
problému lze využít frekvenční spektrum rychlosti, kde se tato závada projeví na dvojnásobku
síťové frekvence, tj. 100 Hz. Amplituda na této frekvenci roste se zvětšující se nesymetrií
elektromagnetického pole. Je možné také pozorovat závislost amplitudy nesymetrie
magnetického pole při zvětšování zátěže, resp. při zatěžování elektromotoru se velikost
amplitudy zmenšuje, proto je vhodné analyzovat tuto poruchu nejlépe při nezatíženém
elektromotoru, kdy se porucha nejvíce projeví.
Pro odhalení této závady ve frekvenčním spektru je nutné mít také vhodné nastavení
frekvenčního spektra, protože při nesprávném nastavení může splynout amplituda způsobená
nesymetrií elektromagnetického pole s harmonickým násobkem otáčkové frekvence. Proto
bych doporučil pro analýzu frekvenčního spektra rychlosti nastavení spektra pro sledování
nižších frekvencí s vyšším rozlišením. Pro pozorování těchto nízkoharmonických dějů můžu
doporučit jako vhodné nastavení frekvenční spektrum s rozsahem od 1 do 800 Hz (nebo lépe
i s nižším 1 - 400 Hz), s počtem čar až 3200 (pro lepší odlišení harmonických násobků
otáčkové frekvence a dvojnásobku síťové frekvence).
41
Jako orientační doporučení nám může sloužit tabulka 2, která vznikla na základě autorova
dlouhodobého monitorování strojních zařízení a na základě jeho zkušeností. Je také třeba brát
na zřetel, že při použití frekvenčního měniče bude frekvence nesymetrie elektromagnetického
pole na dvojnásobku frekvence generované měničem. Také velikost této amplitudy se
podstatně zvětší, proto u motorů řízených frekvenčním měničem nedoporučuji použití této
tabulky!
Tabulka 2 Doporučené maximální efektivní hodnoty rychlosti vibrací na síťové frekvenci pro identifikaci
nesymetrie elektromagnetického pole motorů, měřeno bez zatížení, bez frek. měniče [4]
Elektromotory bez frekvenčního
do 1 kW
měniče
Maximální doporučené efektivní
hodnoty rychlosti vibrací na 0,4 mm/s
dvojnásobku síťové frekvence
do 5 kW
do 75 kW
0,6 mm/s 1 mm/s
nad 75 kW
1,2 mm/s
Na obr. 5-14 je frekvenční spektrum rychlosti vibrací, kde můžeme pozorovat jednotlivé
velikosti amplitud na různých frekvencích. Můžeme zde pozorovat tři významné amplitudy
vibrací. První amplituda je ve spektru na otáčkové frekvenci a je tvořena nevyvážeností celé
soustavy. Její frekvence je 24,7 Hz (1482 min-1) a její velikost je v porovnání s ostatními
podstatně menší, což bude mít na celkové vibrace poměrně malý vliv. Nejvýraznější podíl
budou mít dvě nejvýraznější amplitudy a to druhá amplituda ve spektru, která je také největší
a vyskytuje se na dvojnásobku otáčkové frekvence (49,4 Hz). Tato amplituda je způsobena
nesouosostí celé soustavy. Poslední třetí amplituda se vyskytuje na frekvenci 100 Hz. V tomto
případě se nejedná o harmonický násobek otáčkové frekvence, ale jedná se o dvojnásobek
síťové frekvence. Její velikost je způsobena elektrickými problémy elektromotoru, resp.
nesouměrností elektrického pole. V blízkosti této frekvence můžeme sledovat také malý,
skoro neviditelný čtvrtý násobek otáčkové frekvence, který nás může utvrdit v tom, že se
nejedná o harmonický násobek otáčkové frekvence, ale o projev elektrického charakteru, resp.
o projev nesouměrnosti elektromagnetického pole, který je způsobený nerovnoměrnou
mezerou mezi rotorem a statorem elektromotoru.
Pro odlišení těchto často velmi blízkých frekvencí je třeba mít již zmíněné podrobné nastavení
frekvenčního spektra. V případech blízkosti dvou frekvencí můžeme často sledovat
v časovém signálu kolísání vibrací, které vedou ke vzniku tzv. záznějových vibrací (viz obr.
5-15). Vznik záznějových vibrací je způsoben sčítáním a odčítáním amplitud blízkých
frekvencí. Celý děj je doprovázen poměrně nepříjemným akustickým efektem, který má
kolísavý charakter a projevuje se postupným zeslabováním a zesilováním signálu.
Jak již bylo řečeno, tak blízkost harmonických násobků otáčkové frekvence nemusí být
rozeznána a může splynout s amplitudou od nesymetrie elektromagnetického pole, proto je
vhodné ověření diagnózy, zda se s určitostí jedná o elektrické problémy. Pro ověření můžeme
42
velmi jednoduše použít doběh elektromotoru, respektive odpojení elektromotoru od elektrické
sítě, čímž se vyloučí vliv elektrických problémů. Na obr. 5-16 je znázorněn doběh
elektromotoru za pomoci kaskády frekvenčních spekter rychlosti. Nezatížený motor postupně
zpomaluje z otáček 1498 min-1 až do zastavení. Okamžik vypnutí přívodu elektřiny je
znázorněn v kaskádě frekvenčních spektrech modře a lze velmi názorně sledovat okamžitou
absenci amplitudy na 100 Hz frekvenci ve spektru vibrací, včetně jejich násobků. První
amplituda ve spektru je způsobena nevyvážeností a její útlum je postupný, protože její
velikost je určena odstředivou silou nevývažku, resp. kvadratickou závislostí na otáčkách.
Obr. 5-14 Frekvenční spektrum s vyznačením první a druhé otáčkové frekvence, včetně druhého násobku
síťové frekvence, měřeno na sestavě vývěvy
Průběh snižování otáček je zobrazen na obr. 5-17, kde můžeme pozorovat pozvolné snižování
otáček v průběhu doběhu až do zastavení. Pokud porovnáme průběh snižování otáček
s průběhem snižování celkové efektivní rychlosti vibrací při tomto doběhu (viz obr. 5-18), tak
je patrné, že k velkému poklesu vibrací dochází ihned po vypnutí elektromotoru, z čehož lze
usuzovat na vysoký vliv nesymetrie elektromagnetického pole na celkové vibrace
elektromotoru.
43
Obr. 5-15 Detail časového záznamu záznějových vibrací s vyznačením jedné otáčky hřídele (40,5 ms),
měřeno na sestavě vývěvy [4]
Obr. 5-16 Doběhový záznam frekvenčního spektra rychlosti vibrací samotného elektromotoru, měřeno
s odstupem 1s
44
Obr. 5-17 Doběh elektromotoru – průběh snižování otáček elektromotoru [4]
Obr. 5-18 Doběh – průběh celkové efektivní rychlosti vibrací elektromotoru [4]
5.8
Záznějové vibrace
Jak již bylo v předchozím řečeno, zázněje vznikají u amplitud s blízkou frekvencí, kdy
postupně dochází k jejich sčítání a odčítání, což se ve výsledku projevuje kolísáním vibrací
a to je zpravidla doprovázeno nepříjemným akustickým projevem. Pokud by se výsledný
signál skládal pouze ze dvou amplitud o stejné velikosti, tak by docházelo ke střídavému
kolísání vibrací od dvojnásobku amplitudy, až po úplný zánik vibrací. Frekvence střídavého
zesilovaní a zeslabování je u záznějových vibrací závislá na rozdílu frekvencí tvořících
zázněje, tzn. výsledná frekvence záznějového signálu bude rovna rozdílu frekvencí, ze
kterých je signál tvořen. Např. pokud bude signál tvořen dvěma blízkými frekvencemi
s hodnotami 50 Hz a 51 Hz, tak výsledný složený záznějový signál bude s frekvencí 1 Hz.
45
Na obr. 5-19 můžeme pozorovat praktický příklad průběhu záznějové frekvence, kdy dochází
ke snižování a zvyšování vibrací. Tento záznějový děj lze často odhalit i pouhým poslechem,
kdy je slyšet snižování a zvyšování hlučnosti zařízení, což může být posluchačem vnímáno
jako nepříjemný akustický vjem.
Obr. 5-19 Praktický příklad záznějových vibrací v časovém záznamu [4]
5.9
Praktické příklady diagnostiky čerpadel
V tomto případě byla řešena problematika nadměrných vibrací u několika horizontálních
čerpadel s výkonem asynchronního elektromotoru 55 kW a štítkovými otáčkami 1475 ot/min.
5.9.1 Horizontální čerpadlo 1
Na obr. 5-20 je zobrazena sestava čerpadla, u kterého docházelo k nadměrným vibracím.
V horizontálním směru dosahovala celková efektivní hodnota vibrací 12,2 mm/s (viz obr.
5-21). Dle ČSN ISO 10816 leží tato hodnota v pásmu D – hodnoty v tomto pásmu vibrací
jsou natolik nebezpečné, že mohou vyvolat poškození stroje. Vzhledem k tak vysokým
hodnotám rychlosti je třeba odstavit co nejdříve toto čerpadlo z provozu, aby nedošlo
k dodatečným škodám.
Rozebereme-li hodnoty v jednotlivých měřících místech a jednotlivých směrech, zjistíme, že
největších hodnot vibrací je dosahováno v horizontálním směru a postupným vzdalováním od
bodu ML1 dochází k útlumu vibrací. Předcházející nás může upozornit, že je třeba zaměřit se
na motor, nejlépe na bod ML1, případně také na kontrolu konstrukce, protože vibrace
v horizontálním směru jsou vysoké, což může mít souvislost také s tuhostí konstrukce.
46
Obr. 5-20 Celkový pohled na sestavu jednoho z čerpadel
Obr. 5-21 Zobrazení efektivních hodnot vibrací všech měřených bodů v pásmu 10-1000 Hz
47
Obr. 5-22 Frekvenční spektrum rychlosti vibrací motoru v bodě 1 v horizontálním směru (ML1H)
Rozborem frekvenčního spektra v měřícím bodě ML1H (obr. 5-22) objevíme vesměs pouze
otáčkovou frekvenci na hodnotě 24,75 Hz, hodnoty zrychlení ani jiné metody nepřinesly
přesvědčivého výsledku, pouze rozbory dalších spekter můžou ukazovat také na nesouosost.
Vzhledem k velikosti amplitudy a rozborem frekvenčního spektra je jasné, že se bude jednat o
mechanickou příčinu. Je třeba využit v tomto případě trochu zkušenosti a vizuálně
zkontrolovat celé uchycení motoru včetně základového rámu. V první řadě nás může
zaujmout přítomnost řady “ustavovacích podložek“, což může vypovídat o problémech
s ustavováním tohoto čerpadla.
Provedeme-li také měření na rámu čerpadla, tak zjistíme, že velikost vibrací je skoro totožná
jako na měřících bodech na elektromotoru, což by mělo znamenat, že šrouby nejsou uvolněny
a vibrace se přenášejí na celou konstrukci, proto je třeba hledat závadu dále v konstrukci. Pro
objektivizaci technického stavu rámu provedeme vizuální kontrolu. Vzhledem k velkému
znečištění celého rámu je nutné očištění kritických míst na rámu. Po očištění těchto kritických
míst a odstranění četné koroze, můžeme pozorovat četné praskliny ve svarech na U –
profilech. Tyto praskliny zapříčinily nízkou tuhost celého rámu, čímž byly zapříčiněny
vysoké vibrace elektromotoru, které se dále šíří na další díly sestavy.
Na následujících obrázcích (obr. 5-23, obr. 5-24) je zřetelně vidět rozsah poškození. Rám je
v zadní části poškozen výraznými trhlinami. Jejich přítomnost lze díky jejich velikosti
identifikovat již za pomoci hmatu, kdy lze identifikovat jejich rozevírání a zavírání.
Popraskání rámu má za následek nadměrné zvýšení vibrací, je třeba ale podotknout, že
48
konstrukční provedení tohoto rámu je nevyhovující. K vytvoření tohoto rámu nebo spíše
redukce za pomoci U-profilů došlo již před lety, kdy došlo k výměně starého robustního
motoru a místo něj byl použit menší motor o stejném výkonu, což bývá poměrně častý jev.
Aby došlo ke kompenzaci rozdílné výšky, tak byl vytvořen tento nevyhovující
poddimenzovaný rám, který má silnou tendenci k tvorbě trhlin. Pro odstranění tohoto stavu
byla doporučena oprava rámu – svaření rámu. Jistou velmi jednoduchou možností by také
bylo, kdyby se místo stávajícího spojení mezi šrouby a U-profily použilo delších šroubů, které
by byly spojeny s původním spodním rámem, což je otázka pouze vyvrtání otvorů a závitů.
Tato jednoduchá úprava by zajistila přenos síly až na spodní rám, čímž by nedocházelo
k cyklickému namáhání svarů a nehrozilo by tak praskání rámu.
Vzhledem k tomu, že provozovatel nedbal doporučení a neprovedl potřebnou nápravu, tak
můžeme na dalším grafu (obr. 5-25) sledovat zvýšení vibrací po uplynutí jednoho měsíce.
V některých místech došlo ke zvýšení vibrací až na dvojnásobek oproti původní hodnotě.
Zvýšení vibrací bylo zapříčiněno převážně díky dalšímu rozšíření trhliny, toto rozšíření
můžeme pozorovat na obr. 5-26. To je samozřejmě kritický stav, kdy výrazně hrozí nebezpečí
destrukce celého zařízení i s konstrukcí. Naštěstí tentokráte provozovatel vzal v úvahu vysoké
nebezpečí, které tato situace sebou přináší a přistoupil k opravě prasklého rámu. Oprava rámu
byla provedena sice pouze svařením prasklin, ale i tak došlo ke snížení vibrací. Vzhledem
k málo tuhé konstrukci a již zhoršenému technickému stavu ložisek, tak došlo ke snížení
rychlosti vibrací pouze na hodnotu 8 - 9 mm/s.
Obr. 5-23 Pohled na prasklinu rámu na levé zadní straně motoru
49
Obr. 5-24 Pohled na prasklinu rámu na pravé zadní straně motoru
Obr. 5-25 Zobrazení efektivních hodnot vibrací všech měřených bodů v pásmu 10-1000 Hz
50
Obr. 5-26 Zobrazení dalšího šíření trhliny v rámu
5.9.2 Horizontální čerpadlo 2
V případě druhého čerpadla se jedná o čerpadlo se stejnými parametry. Také v tomto případě
jsou hodnoty vibrací na vysoké úrovni. K největším vibracím dochází opětovně
v horizontálním směru obdobně jako v předchozím případě (viz obr. 5-27). Kontrola rámu ani
měření na rámu neobjevily závadu ani praskliny. Je třeba provést rozbor frekvenčních spekter.
Nejzajímavější spektra nalezneme v bodě ML2, kde můžeme pozorovat v horizontálním
směru velmi výraznou nevyváženost, která se projevuje na dvojnásobku otáčkové frekvence
(obr. 5-28).
Další spektrum, které stojí za zmínku je spektrum v axiálním směru (obr. 5-29). Rozbor
tohoto spektra je poněkud náročnější, mimo harmonické složky se ve spektru nachází řada
interharmonických násobků. Harmonické násobky ve spektru nám napovídají, že se jedná
o velkou úhlovou nesouosost. Řada chaotických interharmonických násobků svědčí
o výrazném poškození některého z dílů, v tomto případě zřejmě spojky. Pro potvrzení tohoto
tvrzení můžeme využít přímo za provozu např. stroboskop nebo i kvalitní fotoaparát. Tyto
způsoby umožní prozkoumat rotující díly i bez nutnosti zastavení celého čerpadla.
51
Obr. 5-27 Zobrazení efektivních hodnot vibrací všech měřených bodů v pásmu 10-1000 Hz
Pozorování spojky potvrdilo původní domněnku, že se jedná o poškození spojky. Na obr.
5-30 a obr. 5-31 můžeme sledovat poškozenou spojku již po zastavení. Na fotografiích lze
pozorovat předpokládané poškození spojky. V tomto případě se jedná o vážnou závadu, kdy
došlo k poškození nebo vypadnutí většiny silonových kroužků, což se projevuje velkými
vibracemi, které jsou podpořeny zvláště v horizontálním směru špatnou tuhostí rámu. Nízká
tuhost rámu a tím zvětšené vibrace kladou vysoké nároky na spojku, čímž dochází k rychlému
opotřebení spojky a to je také zřejmě příčina tohoto poškození. Protože spojka musí
kompenzovat nadměrné vibrace je její životnost výrazně omezena.
Pro správnou diagnostiku strojních zařízení je třeba přistupovat k měření komplexně a také
mít k dispozici co možná nejvíce informací o diagnostikovaném zařízení, např. otáčky, výkon,
provozní podmínky a jiné. Absence těchto dat může ve výsledku zapříčinit chybné
rozhodnutí. Identifikace poškozeného dílu je jenom část řešení. Aby nedocházelo
k neustálému opakování poruchy, je třeba navrhnout a realizovat také nápravné opatření, aby
bylo maximálně zabráněno opětovnému vzniku poruchy.
52
Obr. 5-28 Frekvenční spektrum rychlosti vibrací v bodě ML2H v horizontálním směru
Obr. 5-29 Frekvenční spektrum rychlosti vibrací motoru v bodě 2 v axiálním směru (ML2A)
53
Obr. 5-30 Pohled shora na vadnou spojku s vypadanými silonovými kroužky
Obr. 5-31 Zobrazení Boční pohled na vadnou spojku s vypadanými silonovými kroužky
54
5.10 Spalovací motory
Se spalovacími motory se při klasické diagnostice setkáváme spíše zřídka, je ovšem třeba znát
jistá specifika, které použití těchto motorů sebou přináší. U elektromotorů bývá většinou
největší amplituda na otáčkové frekvenci. V případě spalovacích motorů tomu tak není.
Nejdříve si musíme uvědomit, co způsobuje nevětší vibrace. U spalovacích motorů to je
spalovací proces, resp. silné detonace, které vznikají v důsledku stlačení a zapálení nebo
vznícení směsi ve spalovacím prostoru, což je doprovázeno vznikem velkých vibrací.
U čtyřdobých (čtyřtaktních) motorů dochází ve spalovacím prostoru ke čtyřem pracovním
dobám: sání, stlačení (komprese), výbuch (expanze), výfuk. Tyto doby proběhnou právě za
dvě otáčky klikového hřídele. V jednom válci v motoru dojde k nejvýraznějšímu projevu
(výbuchu) za dvě otáčky motoru, což by se u jednoválcového motoru projevilo ve
frekvenčním spektru na 1/2 otáčkové frekvence. V případě dvouválcového motoru bude
nejvýraznější projev na otáčkové frekvenci, u čtyřválcového na dvojnásobku
a u šestiválcového na trojnásobku otáčkové frekvence apod. Pro vyjádření frekvence
spalování fsp, která je ve frekvenčním spektru způsobena zápaly lze stanovit jednoduchý
vzorec pro výpočet:
[Hz]
(5-2)
fsp … frekvence spalování
fn … otáčková frekvence klikového hřídele motoru
Tato frekvence je ve spektru většinou dominantní a svou velikostí amplitudy většinou předčí
i jiné projevy pocházející z motoru. Velikost amplitudy způsobené frekvencí spalování je
výrazná v nižších otáčkách, zatím co se zvyšujícími se otáčkami dochází k útlumu této
amplitudy, zatímco např. u amplitudy způsobené nevyvážeností dochází k jejímu nárůstu.
Působení těchto vibrací výrazně ovlivňuje chování celé soustavy. Je třeba brát v úvahu, že
budící síla, resp. frekvence této budící síly se dle počtu válců zvětšuje a ve srovnání
s otáčkovou složkou tak dochází mnohem dříve k vybuzení, resp. k dřívějšímu dosažení
rezonančních frekvencí soustavy.
Na obr. 5-32 je znázorněno frekvenční spektrum čtyřválcového motoru s dominantní
frekvencí na druhém násobku otáčkové frekvence. Toto frekvenční spektrum bylo změřeno
při volnoběžných otáčkách přímo na rámu stroje, tudíž až po útlumu vibrací při přechodu přes
silentbloky. I přes tento tlumící účinek jsou často přenášeny výrazné vibrace dále na celou
konstrukci, což je třeba mít na paměti při vyhodnocování technického stavu strojního zařízení.
55
Obr. 5-32: Frekvenční spektrum rychlosti vibrací čtyřdobého čtyřválcového motoru
Obr. 5-33 Frekvenční spektrum rychlosti vibrací čtyřdobého šestiválcového motoru
U dvoudobých (dvoutaktních) motorů dochází ve spalovacím prostoru ke vměstnání čtyř
pracovních dob do jedné otáčky klikového hřídele. Za jednu otáčku klikového hřídele tudíž
dojde k jednomu výbuchu ve spalovacím prostoru. Projevy i působení amplitudy na spalovací
frekvenci je analogické jako v předchozím případě. Potom vzorec pro výpočet frekvence
spalování bude:
[Hz]
fsp … frekvence spalování
fn … otáčková frekvence klikového hřídele motoru
56
(5-3)
6
REZONANCE
Každé zařízení, které je provozované v blízkosti vlastní rezonanční frekvence, je namáháno
neúměrně vysokými vibracemi, které můžou vést k poškození nebo zničení celého zařízení.
Běžné ocelové konstrukce mají většinou malé tlumení, proto u nich bývá zvýšení amplitudy
vibrací (zesílení) v rezonanční oblasti velmi výrazné. V podstatě se jedná o nucené kmitaní,
které může zapříčinit i malá budící sila a následně způsobit velké změny v kmitajícím
systému. Nastává v případě, když frekvence budící sily odpovídá vlastní frekvenci konstrukce
nebo časti stroje. Samotná rezonance vibrace nezpůsobuje, pouze v případě působení vibrací
na rezonanční frekvenci tyto vibrace výrazně zvyšuje. Proto je snaha konstruktérů vytvářet
soustrojí tak, aby bylo zařízení provozováno pod nebo mimo rezonanční oblast.
Každá část strojního zařízení má určitou tuhost a hmotnost, na těchto parametrech převážně
závisí vlastní frekvence a tím i vibrační chováni. Dalším faktorem, který není dobré zanedbat
je také třeni, které snižuje vibrace při rezonanci – tření můžeme zajistit určitou formu tlumení.
Většinou je ale úroveň tlumeni neznámá. Na obr. 6-1 je znázorněn vliv úrovně tlumení na
velikost vibrací – b2 přestavuje velké tlumení, b1 naopak male tlumeni. Při nízké úrovni
tlumení dochází k většímu nárůstu vibrací, je umožněna větší amplituda rozkmitání soustavy,
zatím co u většího tlumení je projev rezonance skoro nepatrný a identifikovaný je víceméně
pouze díky změně fáze.
Obr. 6-1 Vliv velikosti tlumení na velikost amplitudy vibrací [3]
Z hlediska charakteru vyvozených dynamických zatěžovacích účinků lze rozlišit:
 rotační stroje – zdrojem periodicky působících vibraci u těchto zařízeni je většinou
nevyvážená hmota rotujících součásti
57
 pístové stroje – zdrojem vibraci je periodický translační nebo rotační pohyb
pohyblivých součásti stroje
 zařízeni vyvozující rázy – zdrojem vibraci jsou silové pulzy (nárazy) v délce trváni
řádu jednotek až desítek milisekund, způsobené dopadající hmotou
 zařízeni, vyvozující mimořádná krátkodobá momentová zatíženi – momentové časové
funkce, které nastávají při poruchách či zkratu elektromotoru nebo generátoru nebo
nesprávném sfázovaní generátoru nebo špatný frekvenční měnič, které způsobuji
rozkmitáni konstrukce
6.1
Možnosti odstranění rezonance
V případě, že konstrukce byla navržena bez ohledu na rezonanční vlastnosti konstrukce, tak
může dojít k nadměrným vibracím celé konstrukce a dodatečným poškozením. Je tedy snahou
provést takové dodatečné zásahy, aby došlo ke snížení vibrací a ke zlepšení provozních
podmínek. Pro dodatečné možnosti můžeme použít následující možnosti:
 Konstrukční úpravy
 Změna parametrů rezonanční síly
 Jiné metody a způsoby
Konstrukční úpravy bývají jedním z nejpoužívanějších způsobů i přes to, že se velmi často
jedná o nejdražší a nejnáročnější způsob nápravy stávajícího stavu. Poměrně často se můžeme
setkat se vžitým názorem, že pokud jsou nadměrné vibrace, tak provedeme nápravu za
pomoci zesílení konstrukce. Často to není zrovna nejvhodnější řešení a v některých krajních
případech může celou situaci ještě zhoršit. Pro správnou nápravu stavu je třeba využít
patřičných konstrukčních a simulačních programů, za pomoci kterých je pak možné provést
vhodnou nápravu stávajícího stavu. Výsledkem může být vhodné umístění dodatečných
podpor, úprava některých profilů, zesílení, ale i ztenčení konstrukce, odstranění nebo přidání
konstrukčních částí a řada dalších způsobů.
Změna parametrů rezonanční síly, resp. vibrací, které působí na rezonanční frekvenci
a způsobující tak rezonanci konstrukce. Tyto způsoby velmi často patří k nejjednodušším
možnostem pro zabránění nebo omezení rezonance. Pokud je to možné, volíme změnu
frekvence působící síly tak, aby výsledná frekvence již nebyla v kolizi s rezonancí dané
konstrukce. Např. pokud je zdrojem budící síly elektromotor, tak můžeme použít pro změnu
frekvence budící síly frekvenční měniče, jiný elektromotor s jinými otáčkami apod. Další
způsob je omezení působící síly. Velmi často je zdrojem budící síly nevývaha, nesouosost,
případně další poruchy. Pokud odstraníme nebo omezíme tyto vibrace, tak i vibrace
konstrukce se můžou razantně snížit.
Jiné metody a způsoby, např. přeladění soustavy za pomoci pružin, tlumičů, silentbloků apod.
Z části se jedná o kombinaci předcházejících dvou způsobů.
58
6.2
Rezonanční módy konstrukce
Pro zjištění rezonančních frekvencí a znázornění tvarů vlnění konstrukce při dosažení
jednotlivých rezonančních frekvencí slouží tzv. modální analýza. Na následujících obrázcích
jsou jednoduchým způsobem prezentovány jednotlivé tvary rezonančních módu při dosažení
jednotlivých rezonančních frekvencí. Je třeba mít také na paměti, že teoreticky má každá
konstrukce nekonečně mnoho rezonančních frekvencí a že se tedy nejedná pouze o jedu
rezonanční frekvenci. Na následujících obrázcích (obr. 6-2, obr. 6-3 a obr. 6-4) jsou
znázorněny modální tvary jednoduchého kruhového nosníku za pomoci simulačního softwaru.
Je třeba si uvědomit, že pokud bychom dělali konstrukční úpravu, musíme vědět o jaký
rezonanční mód se jedná. V opačném případě by naše snaha o nápravu stávajícího stavu
nemusela mít kýženého výsledku. Na obr. 6-2 je znázorněn první rezonanční mód, kde
v případě konstrukční úpravy je vhodné umístění podpory přímo doprostřed, čímž bychom
dokázali účinně omezit vznikající nadměrné vibrace. V druhém případě (obr. 6-3) by tato
předchozí konstrukční úprava u druhého rezonančního módu neměla účinku. V tomto případě
je vhodné umístění podpor přímo do míst s největší amplitudou, tzn. dvě podpory ve
vzdálenosti ¼ na obou stranách od kraje. Na posledním obrázku (obr. 6-4) by opětovně
předchozí řešení nemuselo být tím nejvhodnějším, proto je nutné vědět, zda a v jakém
rezonančním módu, resp. tvaru je dané zařízení provozováno.
Pro správné určení rezonančního módu a jeho tvaru, je také nutné provedení odpovídajících
měření, která budou provedena na správných místech. Je řada metod, za pomoci kterých lze
určit rezonanční módy konstrukce, např. metoda PTK. Pro získání relevantních dat z měření
musíme brát v úvahu také vhodné umístění snímače. Pokud bychom umístili snímač
nevhodně, jako je tomu na obr. 6-5, tak bychom např. přímo v kmitnách naměřili skoro
nulovou hodnotu vibrací a následné vyhodnocení měření by neodpovídalo skutečnosti. Proto
je nutné při měření postupovat precizně.
Nejlepším způsobem pro odstranění rezonance a s tím souvisejícími problémy je zabývat se
touto problematikou již při návrhu konstrukce. Většina již základních softwarů má v sobě
modul pro zjištění rezonančních frekvenci (např. Autodesk Inventor), kde ověření rezonance
je vesměs jednoduchou záležitostí, samozřejmě záleží na náročnosti součásti. Pokud
věnujeme patřičné úsilí již při návrhu konstrukce, velmi často si tak ušetříme řadu
nepříjemností plynoucích s pozdějším užíváním.
59
Obr. 6-2 První rezonanční mód [3]
Obr. 6-3 Druhý rezonanční mód [3]
Obr. 6-4 Třetí rezonanční mód [3]
60
Obr. 6-5 Praktické zobrazení rezonance
6.3
Praktický příklad rezonance – rezonance kabiny nakladače
V tomto případě se jednalo o nadměrný vznik vibrací v kabině při pracovních otáčkách (1450
min-1). Při těchto pracovních otáčkách, kdy je v provozu veškerá hydraulika stroje, je tento
stroj většinu času provozován. Přímo obsluha stroje si stěžovala na vysoké vibrace při těchto
otáčkách. Tyto vibrace výrazně ovlivňovaly pracovní pohodlí obsluhy a také životnost
komponent stroje.
6.3.1 Základní parametry stroje
Stroj je poháněn čtyřválcovým vznětovým vodou chlazeným motorem Cummins o objemu
3300 cm3 a výkonu 60 kW. Volnoběžné otáčky motoru jsou nastaveny standardně na otáčky
850 min-1 (14.2Hz), pracovní otáčky pro provoz hydraulického systému jsou nastaveny na
1450 min-1 (24,2Hz) – pozn. změna těchto otáček nebyla doporučena. Omezení maximálních
otáček je nastaveno na 2450 min-1 (41Hz). Kabina stroje je provedena jako svařenec z profilů
a je spojena se základním rámem za pomoci 4 silentbloků. Otáčení kabiny je realizováno
hydraulicky s převodem pomocí ozubeného věnce s vnitřním ozubením a pastorkem.
6.3.2 Provedení měření a průběh vyhodnocení
Pro volbu vhodných míst tak rozsáhlé konstrukce jako je kabina stroje se ukázal jako
nepostradatelný pomocník jednoduchý Vibropen od firmy SKF. Ačkoliv za pomoci tohoto
měřidla jdou určit pouze celkové vibrace v pásmu 10-1000 Hz, tak pro určení vhodných míst
pro umístění již mnohem sofistikovanějšího, ale časově náročnějšího měřícího analyzátoru, je
61
naprosto dostačující. Vzhledem k tomu, že strojní zařízení bylo k dispozici pouze velmi
omezenou dobu, muselo měření probíhat co nejrychleji, také proto byla vybrána měřící místa
s největší vypovídající hodnotou. K tomu byl posloužit již zmíněný Vibropen.
Měřící místa jsou znázorněna na obr. 6-6. Největší vibrace byly naměřeny přímo na rámu
stroje a to na úchytu kabiny. Umístění této kabiny s rámem stroje je v těchto místech
realizováno za pomoci čtyř silentbloků, viz obr. 6-8. Hodnoty celkových efektivních rychlostí
vibrací změřených na rámu a po přechodu přes silentbloky na úchytech kabiny jsou uvedeny
v tabulce (tabulka 3). Zde lze také pozorovat, že hodnoty vibrací na úchytu kabiny na pravé
straně dosahují větších hodnot, než je tomu na rámu stroje. Po srovnání těchto hodnot
můžeme usuzovat na vznik rezonance. Také je třeba zkontrolovat funkčnost silentbloků, zda
je jejich tlumící účinek v pořádku.
Při rozboru jednotlivých spekter můžeme pozorovat dominanci druhého harmonického
násobku (obr. 6-7). Dominance druhého harmonického násobku otáčkové frekvence je
způsobena použitím čtyřválcového vznětového motoru, u kterého je nejvýraznějším
vibračním dějem vznícení a hoření směsi, za jednu otáčku klikového hřídele dojde ke dvěma
těmto dějům a proto je nejvýraznější amplituda na druhém násobku otáčkové frekvence (blíže
viz kapitola 5.10). Pro vznik rezonance je třeba počítat s možností působení vibrací na
konstrukci kabiny od otáčkové amplitudy, ale převážně od nejvýraznější amplitudy na druhém
násobku.
Tabulka 3: Efektivní hodnoty vibrací na rámu stroje a na úchytu kabiny v horizontálním směru
Měřící bod
1 (LP)
Efektivní hodnoty rychlosti vibrací
1,7
rámu stroje RMS 10 - 1600 Hz
[mm/s]
Efektivní hodnoty rychlosti vibrací
1,4
úchytu kabiny RMS 10-1600 Hz
[mm/s]
2 (LZ)
3 (PZ)
4 (PP)
1,6
1
1,2
1,6
2,1
1,3
Pro zjištění chování kabiny za rozdílných otáček bylo provedeno měření rozběhů (obr. 6-9)
přímo na úchytech kabiny a na rámu stroje. Rozborem rozběhů v jednotlivých místech
můžeme usuzovat na vznik rezonance hned při několika otáčkách. První vznik rezonance
můžeme sledovat na druhé harmonické při otáčkách motoru 1050 a 1800 min-1. Nejvyšší
hodnotu amplitudy potom můžeme pozorovat při pracovních otáčkách 1470 min-1. Se
zvyšováním otáček vesměs dochází k ustálení stroje a snižování vibrací na druhém
harmonickém násobku. Porovnání vibrací v jednotlivých místech můžeme sledovat také na
obr. 6-10 Tyto vysoké hodnoty vibrací, zvláště pak při otáčkách 1470 min-1 ovlivňují výrazně
životnost celého stroje i pracovní prostředí obsluhy stroje.
62
Obr. 6-6 Znázornění měřených míst levé strany
Obr. 6-7 Spektrum amplitud vibrací na úchytu kabiny [4]
63
Obr. 6-8 Měřící místa úchytu kabiny a rámu
Obr. 6-9 Spektrum rozběhu kabiny pravé strany [4]
64
6.3.3 Modální analýza kabiny
Pro ověření rezonančních frekvencí kabiny a srovnání reálných hodnot se softwarovou
simulací byl vytvořen upravený 3D model kabiny. Softwarové simulace probíhaly v programu
Autodesk Inventor Professional. Pro potřeby simulace a pro snížení náročnosti, které klade
členitost konstrukce na hardware, byl výpočtový model poněkud upraven a je třeba počítat
s tím, že výsledky simulace budou oproti realitě poněkud zkresleny. Výpočtový model také
nezahrnuje některé komponenty vytvořené z problematických materiálů jako je pryž, sklo atd.
Obr. 6-10 Spektrum amplitud vibrací bodů na levé straně kabiny [4]
Po úpravách modelu byly provedeny simulace modální analýzy s následujícími výsledky
simulace:
mód 1
mód 2
mód 3
mód 4
22,39 Hz
27,86 Hz
54,35 Hz
70,71 Hz
1340 min-1
1670 min-1
3260 min-1
4240 min-1
Softwarová simulace potvrdila přítomnost rezonancí v oblasti pracovního rozsahu otáček
stroje. Výsledné tvary kmitů jsou znázorněny na obr. 6-11 a obr. 6-13. Rezonanční chování u
módu 1 ÷ 3 je velmi podobné, proto pro představu o chování kabiny stačí uvést pouze jeden
obrázek pro tyto modální tvary.
Je třeba zamyslet se nad výpočtem a rozebrat výsledky simulace. V tomto případě se jedná o
teoretické výpočty bez zadání reálných vibrací působících na konstrukci kabiny (použitý
software to neumožňuje). Tyto výsledky by odpovídaly stavu, kdy by kabina byla buzena
pouze jednou ideální silou o stejné amplitudě, jako jsou otáčky motoru. Jak již bylo řečeno
výše, kabina je buzena převážně otáčkovou složkou, ale často také jejím výraznějším druhým
násobkem. Proto je třeba si uvědomit, že rezonančních frekvencí můžeme dosáhnout již
65
mnohem dříve. Předchozí výpočet bude odpovídat buzení otáčkovou složkou. Následující
přepočet bude odpovídat rezonancím dosaženým při buzení druhým násobkem otáčkové
frekvence při otáčkách motoru, tzv. posunutý mód:
posunutý mód 1
posunutý mód 2
posunutý mód 3
posunutý mód 4
11,2 Hz
13,93 Hz
27,18 Hz
35,36 Hz
670 min-1
720 min-1
1630 min-1
2120 min-1
Obr. 6-11 Mód 1÷3 zobrazující tvary kmitů kabiny [4]
Vezme-li v úvahu jednotlivé rezonanční módy a současně i posunuté módy, tak může
docházet v rozsahu pracovních otáček motoru ke vzniku až 6 rezonancím. Porovnáme-li
jednotlivé výsledky, můžeme si také všimnout velké blízkosti frekvence módu 2 a frekvence
posunutého módu 3, jejich rozdíl je skoro zanedbatelný. Z toho lze předpokládat, že dochází
k vzájemné kombinaci těchto módů, resp. k jejich vzájemnému sčítání, což se ve výsledku
projeví mnohem výraznějšími vibracemi oproti ostatním módům. Jejich vzájemná kombinace
by měla mít největší amplitudu na hodnotě otáček 1650 min-1.
66
Pokud rozebereme výsledky simulace a přiřadíme jednotlivým špičkám ve frekvenčním
spektru záznamu rozběhu, tak přiřadíme mód 1 otáčkám 1050 min-1, posunutý mód 4 otáčkám
1800 min-1 a kombinace posunutého módu 3 a módu 2 otáčkám 1470 min-1. Pro přehlednost
jsou výsledky ještě na obr. 6-12. Posunuté módy 1 a 2 se ve spektru nenacházejí, protože jsou
již překonány při startu stroje, resp. při dosažení volnoběžných otáček.
6.3.4 Nápravná řešení pro snížení vibrací
Pro napravení současného stavu je možnost použít několik způsobů. V první řadě je možnost
omezení působení síly, resp. vibrací na konstrukci kabiny. Kabina je umístěna na 4
silentblocích, které mají nízký tlumící účinek, proto se jeví jako nejjednodušší varianta
vyměnit stávající silentbloky Contitech 212706 za obdobný typ Contitech 210470 s větší
tvrdostí a s lepší útlumovou charakteristikou. Rozměry těchto silentbloků jsou skoro shodné
a pro jejich použití je třeba minimálních úprav. Pro omezení vibrací je vhodné použití lepších
tlumících silentbloků nebo tlumících způsobů přímo u motoru. Tyto úpravy by mohly do
značné míry omezit velikost vibrací kabiny a výsledná cena za úpravy by byla minimální.
Dále lze použít i jednoduchých konstrukčních úprav, které posunou rezonanci mimo pracovní
otáčky (1450 min-1). Mezi takové konstrukční úpravy můžeme navrhnout například přidání
výztuhy zadní stěny, výztuhy horní časti kabiny, úpravy zadních sloupků kabiny apod. Pro
úplné odstranění rezonance by bylo třeba mnohem rozsáhlejších konstrukčních úprav, což by
bylo ale finančně náročné. Při příštích návrzích je třeba brát zřetel na rezonanční návrh
konstrukce, čímž se zabrání dodatečným problémům.
Obr. 6-12 Spektrum rozběhu kabiny s doplněním [4]
67
Obr. 6-13 Rezonanční mód 4 [4]
68
7
NEDESTRUKTIVNÍ DIAGNOSTIKA – NDT
Nedestruktivní zkoušení (Non-destructive testing – NDT) využívá řadu metod pro odhalení
necelistvostí v materiálu, produktu, předmětu nebo systému bez toho aniž by došlo k jejich
poškození nebo byla jakkoliv narušena jejich budoucí použitelnost a schopnost plnit
předpokládanou funkci.
Nedestruktivní metody se používají ke zjišťování necelistvostí materiálů a využívají
přiměřenou formu energie nebo způsob pro stanovení materiálových vlastností nebo pro
indikování přítomnosti materiálových diskontinuit, které mohou být plošné, vnitřní a skryté.
Obr. 7-1 Zobrazení zařízení pro NDT
7.1
Kapilární metody
Jsou založeny na principu využití tzv. kapilárních jevů, mezi které můžeme zahrnout např.
povrchové napětí, viskozitu, kapilární elevaci atd. Postup spočívá v podstatě ve využití
vzlínavosti a smáčivosti některých vhodných kapalin – penetrantů. Penetrantem se pokrývá
zkoušený povrch a ten postupně vniká do povrchových trhlin. Po ukončení penetrace se
přebytky této látky z povrchu odstraní a zbytek vzlíná na povrch, kde za pomoci vývojky je
barevně nebo fluorescenčně indikována vada.
Velkou výhodou kapilárních metod je jejich jednoduchost aplikace, dále také velká
univerzálnost využití, můžeme použít pro různě tvarované plochy, velké rozměry, rozličné
materiály. Samozřejmě důležitým kritériem jsou také nízké náklady na prováděné zkoušky
a minimální pořizovací náklady.
69
Kapilárními metody lze také použít na kovové materiály, jako jsou barevné a lehké kovy
a jejich slitiny atd. Současně jsou použitelné na nekovové materiály, jako jsou plastické
hmoty, sklo, glazovaná keramika a řada dalších.
Indikace vad, které nejsou s povrchem spojeny, není možná. Indikovat lze pouze povrchové
trhliny. Tyto metody nelze použít na pórovité nebo savé materiály.
7.1.1 Rozdělení kapilárních metod
Kapilární metody rozdělujeme podle druhu vytvořené indikace a způsobu hodnocení na:
 Metoda barevné indikace – vady jsou indikovány za pomoci kontrastní barevné
indikace, většinou se jedná o červenou na bílém podkladě. Vyhodnocení je
prováděno na denním nebo umělém bílém světle.
 Metoda fluorescenční – indikace vad je indikována za pomoci fluorescenčního
penetrantu a ultrafialovému záření, barevná indikace je většinou žlutozelená.
 Metoda dvojúčelová (duální) – indikace vad je zobrazena podle použitého
osvětlení barevnou nebo fluorescenční indikací.
7.1.2 Pracovní postup
Každou kontrolovanou plochu za pomoci kapilárních metod je nutno připravit tak, aby na
povrchu zkoušeného předmětu byly odstraněny veškeré nečistoty, které by mohly ovlivnit
výsledky metody. Na pečlivě očištěnou a připravenou plochu se nanese penetrační prostředek
neboli penetrant a nechá se působit dostatečně dlouhou dobu, aby mohl zaplnit materiálové
vady na povrchu. Po uplynutí penetrační doby se nadbytečná vrstva penetrantu na povrchu
odstraní tak, aby penetrant zůstal v případných trhlinách.
Po očištění se za pomoci vývojky zviditelní penetrant, resp. vytáhne na povrch. Vývojka
funguje obdobně jako piják, vytáhne na povrch penetrant, který byl původně zatečený do
trhlin v materiálu. Dále následuje inspekce, kontroluje se indikace necelistvostí na povrchu.
Jako poslední krok se provede očištění zkoušené plochy.
Pracovní postup můžeme shrnout v následujících krocích:







Příprava a předčištění
Penetrace – nanesení penetrantu
Mezičištění – odstranění přebytku penetrantu
Vyvolávání – nanesení vývojky
Inspekce – kontrola výsledků
Vypracování zápisu
Konečné čištění
70
7.2
Metody indikace rozptylových polí
Jsou založeny na fyzikálním jevu, který popisuje chování magnetických siločar na povrchu
materiálů. Siločáry si můžeme představit jako křivky, které jsou uzavřené mezi dvěma
pólovými nástavci. Pokud jsou tyto siločáry přerušeny necelistvostí (trhlinou), dochází ke
změně směru siločar. Tuto změnu toku dokážeme zobrazit pomocí detekčních prostředků.
Tyto metody jsou určeny pro zjišťování defektů typu trhlin u magnetických materiálů, svarů
a podobně.
7.2.1 Zviditelnění rozptylových polí
Pro zviditelnění rozptylových polí je využíváno pokrytí celé součásti za pomoci barevného
nebo fluorescenčního feromagnetického prášku (oxidy železa, čisté železo atd.) Pokrytí
plochy lze provést suchou cestou s ručním nebo elektrostatickým nanesením zrna nebo
mokrou cestou s poléváním, nástřikem ze spreje, stříkací pistole, ponořením do nádoby apod.
V místě vady se vytváří rozptylové magnetické pole, které působí na magnetické částice
v prášku, které jsou přitahovány na místo s největší koncentrací siločar, čímž je identifikována
vada materiálu.
Pro detekci defektů se využívají různé prostředky, ale nejvíce používané jsou metoda bíločerná nebo fluorescenční. Vytvoření magnetických siločar v materiálu se děje pomocí
magnetizačních jeh, různých magnetizačních cívek a podobných přípravků. Metoda bílo-černá
se využívá převážně na kontrolu svarů. Pro větší kontrast je svar a jeho okolí nastříkán bílou
barvou a po zaschnutí je nanesen černý kovový prášek. Po zmagnetování jsou defekty
zvýrazněny nahromaděným černým práškem v místě defektu.
Metoda fluorescenční nepoužívá bílý základ jako předchozí metoda pro detekci defektů,
používá roztok magnetického prášku, který je fluorescenční. Vizualizace defektů je provedena
za pomoci prohlížení pod ultrafialovým světlem. Tato metoda vyžaduje dle kvality použité
UV lampy prostředí s minimem denního světla. Identifikace výrazné praskliny za pomoci této
metody můžeme pozorovat na obr. 7-2.
7.2.2 Elektrické metody snímání rozptylových polí
Pro identifikaci vad se nevyužívá prášek ani tekutina, ale je snímám magnetický tok za
pomoci snímacích sond, tudíž je využíván elektrický signál a možnost jeho záznamu. Pro
snímání se využívá např. Hallova sonda, feromagnetická sonda apod.
71
Obr. 7-2 Indikace praskliny za pomoci zmagnetovaného fluorescenčního prášku a UV lampy
7.3
Ultrazvukové testování
Metoda ultrazvukové defektoskopie (UT – Ultrasonic Testing) je metoda založená na
změnách propustnosti a odrazivosti ultrazvukového signálu vlivem necelistvostí materiálu.
Ultrazvuk je mechanické kmitání částic kolem rovnovážné polohy šířící se v pružném
prostředí. Frekvenční rozsah ultrazvukového signálu je mimo slyšitelné spektrum, tzn. více
než 20 kHz. Pro defektoskopické účely se běžně používají rozsahy 100 kHz až 50 MHz,
výjimečně až do 200 MHz.
7.3.1 Metody ultrazvukové defektoskopie
Pro ultrazvukovou defektoskopii se nejčastěji používají dvě metody pro zjišťování defektů
v materiálu za pomoci ultrazvuku.
Metoda průchodová je založená na zeslabení ultrazvuku při průchodu místem s materiálovou
vadou. Tato metoda se dále dělí na metodu spojitou nebo impulsovou (obr. 7-3). Pro tuto
metodu jsou k zapotřebí dvě sondy, které jsou umístěny proti sobě. První sonda je využita
jako vysílač vlnění, druhá jako přijímač vlnění, které prošlo přes zkoušený materiál. Použití
průchodových metod je omezeno na součásti, které mají dostupný nebo vhodný protilehlý
povrch. Vyhodnocení defektu spočívá ve vyhodnocení akustického poklesu signálu. Aby se
omezil vliv útlumu materiálu, tak je nejdříve provedeno měření na místě bez vad, teprve
posléze je prováděno standardní měření. Výhodou metody průchodové oproti odrazové je, že
ultrazvuk prochází jen poloviční dráhu a tím dochází k jeho menšímu zeslabení. Z tohoto
hlediska se průchodová metoda často aplikuje na těžko prozvučitelné materiály, jako je např.
guma (pláště pneumatik) apod.
72
Metoda odrazová je založená na získání odrazů od vad v materiálu, tzv. ech. Pro zkoušení
materiálu stačí pouze jedna sonda, která je současně vysílač a přijímač. Dle uplynulého času
od vyslání ultrazvukového impulsu do příchodu echa zpět do sondy se dá určit délka, resp.
tloušťka materiálu. Jistou nevýhodu je, že ultrazvuk musí překonávat dvojnásobnou dráhu pro
detekci vady. Také přítomnost tzv. mrtvého pásma omezuje zjišťování defektů při zkoušení
povrchu. Proto tuto metodu nepoužíváme na zkoušení tenkých plechů. Pro lepší zjištění chyb
v blízkosti zkoušeného povrchu materiálu se používají dvojité sondy. Pro určení správné
tloušťky je třeba zadat správnou rychlost šíření ultrazvuku v materiálu, pro toto nastavení nám
může sloužit tabulka 4. Vzhledem k tomu, že podobné materiály můžou mít různé složení
s rozdílnou rychlostí šíření ultrazvuku v těchto materiálech, používá se pro zpřesnění měření
následující postup. Nejprve se za pomoci mikrometru změří skutečná tloušťka daného
materiálu. Po zjištění tloušťky materiálu se provede korekce rychlosti šíření ultrazvuku na
ultrazvukovém analyzátoru tak, aby výsledná hodnota odpovídala skutečnosti.
Obr. 7-3
a) Kontaktní vazba [16]
Obr. 7-4 a) kontaktní vazba [16]
b) Bezkontaktní vazba [16]
b) vzduchová vazba [16]
73
c) bezkontaktní vazba [16]
Tabulka 4 Rychlosti šíření ultrazvuku v různých materiálech
materiál
ocel feritická
ocel austenit
litina
hliník
měď
mosaz
plexisklo
polystyrén
sklo
7.4
hustota 10-3 kg.m-3
7,80
8,03
7,20
2,70
8,90
8,10
1,18
1,06
2,50
rychlost m.s-1
5920
5500
3500 - 5500
6320
4700
3830
2680
2350
5660
Magnetická paměť materiálu - MMM
Magnetická paměť materiálu (MMM – Metal Magnetic Memory) - jedná se o novou
inovativní metodu, která dokáže odhalit koncentrace napětí v materiálu, které vznikají při
poškození. Tzn. pokud dochází v materiálu ke koncentraci napětí, resp. k vytváření
povrchových i podpovrchových trhlin, tak tato metoda dokáže reagovat na tyto vady a odhalit
tak již v prvopočátku vznikající poškození. Reakce této metody je závislá na napětí, které je
přítomné na koncích trhliny a přímo souvisí s namáháním trhliny a s potenciálem této trhliny
k její schopnosti šířit se.
Metoda je založená na měření a analýze rozložení zbytkových magnetických polí v kovových
materiálech. Metoda využívá měření intenzity magnetického pole Hp materiálu a její přepočet
na gradient magnetického pole dHp/dx s následným vyhodnocením. U metody se většinou
vyhodnocuje velikost a strmost gradientu. Pokud je přítomna vada v materiálu, dochází
k deformaci magnetického pole.
Výhody metody:






Rychlost prováděných měření, velká plocha záběru - dle počtu použitých čidel
Opakovatelnost měření
Povrch měřeného objektu se nemusí upravovat
Můžeme měřit i přes nemagnetické materiály
Reakce metody již v počátcích vznikajícího poškození
Možnost měření za provozu
Omezení metody:
Mezi omezující faktory patří nemagnetické materiály, uměle zmagnetované kovy, přítomnost
jiných magnetických materiálů nebo zdrojů magnetického pole v blízkosti měřeného
materiálu, cca. jednoho metru. Případně i přítomnost svařování. To vše může omezit nebo
naprosto znemožnit použití této metody.
74
Na obr. 7-5 je znázorněn program pro metodu MMM, ve kterém jsou zpracovávány data
z měření. Program nabízí celou řadu možností zpracování a znázornění. Software obsahuje
celou řadu nastavení a možností zpracování, mezi nejzajímavější můžu uvést například
zobrazení 3D pro lepší prostorovou orientaci (obr. 7-28) nebo polární zobrazení pro potrubí,
válce, dále různá parametrická zobrazení apod. Zobrazení analyzátoru a snímačů můžeme
pozorovat na obr. 7-6 a obr. 7-7.
Obr. 7-5 Zobrazení programu pro zpracování a vyhodnocení měření
7.5
Praktický příklad použití metody MMM pro detekci válců pro válcování trub
V tomto případě se jednalo o časté poškození válců na děrovací stolici Velký Mannesmann
válcovny trub, kde docházelo k šíření trhliny a následnému prasknutí válce vtlačujícího ohřátý
ingot na trn. Účelem bylo odhalit vznikající poškození, praskliny apod. U některých válců
došlo také k zadření ložiska a následnému zničení, vydření povrchu hřídele. Následná oprava
byla provedena soustružením povrchu a instalací vymezovacího prstence, což znemožňuje
použití některých metod při diagnostice těchto válců.
75
Obr. 7-6 Analyzátor pro metodu MMM - TSC-3M-12
Obr. 7-7 Měřící vozík se čtyřmi čidly (8 kanálů)
Na obr. 7-8 jsou zobrazeny nové válce bez poškození, trhlin a vrypů. Záznam z měření těchto
válců můžeme sledovat na obr. 7-9, kde jsou hodnoty gradientu intenzity magnetického pole
extrémně nízké, tudíž válce jsou bez jakéhokoliv poškození. Jemné reakce bylo možné
pozorovat pouze v oblastech, kde byla velmi mírná povrchová koroze materiálu.
Na obr. 7-10 je možné vidět válec s povrchovým opotřebením (s řadou povrchových rýh).
Toto opotřebení je možné pozorovat v grafu obr. 7-11, hodnoty již překročily varovných
hodnot, také jejich strmost je výrazná. Vzhledem k povaze opotřebení povrchu můžeme
76
konstatovat, že poškození ještě neohrožuje samotný válec. Toto poškození může sice iniciovat
šíření vzniklých trhlin, ale tento válec bude povrchově opracován, což sníží možnost dalšího
šíření trhlin. Pokud dojde po opracování ke snížení těchto hodnot, tak není válec ohrožen
vnitřními necelistvostmi, které by mohly způsobit nečekané problémy.
Obr. 7-8 Pohled na nové válce pro válcování trub
Obr. 7-9 Magnetogram včetně gradientu napětí nového válce
77
Obr. 7-10 Pohled na válec s povrchovým poškozením, opotřebením
Obr. 7-11 Graf gradientu intenzity napětí válce s poškozením
78
7.6
Praktické příklady použití NDT a jejich aplikace na bubny pásových dopravníků
V případě bubnů pásových dopravníků dochází k jejich poškození a postupem času k jejich
destrukci vlivem vzniku trhlin a jejich šíření nebo také velmi často celkovým opotřebením,
případně ztenčením tloušťky materiálu bubnu pod únosnou mez. Pro tyto případy byly
testovány některé metody NDT. Jako nejvhodnější se projevily dvě metody a to měření
tloušťky bubnů za pomoci ultrazvuku a také použití nové metody MMM (metoda magnetické
paměti kovů).
7.6.1 Praktická aplikace ultrazvukového měření na bubny pásového dopravníku
Za pomoci ultrazvukového měření bylo možné sledovat tloušťku bubnu, resp. sledovat míru
opotřebení. Použitelnost této metody na bubny pásových dopravníků sebou přináší některá
omezení, zvláště pak konstrukční omezení, resp. přístupnost měřících dílů a také nutnost
určité čistoty měřených dílů a možnost aplikace vodícího média mezi sondu a sledovaný díl.
V případě měření tloušťky za pomoci ultrazvuku je třeba změřit buben ve více místech,
protože ztenčení průměru je nerovnoměrné. Často se projevuje největším ztenčením
v blízkosti střední roviny válce, ale největší změna tloušťky může být v podstatě kdekoliv.
Umístění největšího ztenčení je závislé na vycentrování válce, zpravidla bývá způsobeno
úhlovým vyosením bubnu oproti ideální ose rotace, což způsobuje nerovnoměrné zatěžování
po délce bubnu a tím i výsledné nerovnoměrné namáhání a s tím související výsledné
opotřebení. Opotřebení po délce válce můžeme také sledovat na obr. 7-14, kde za pomoci
přiložení rovného příložníku lze sledovat průsvit opotřebení na délce bubnu. Také opotřebení
válce po obvodu není konstantní, zpravidla bývá způsobeno excentricitou bubnu.
Na obr. 7-12 je vyobrazen postup měření tloušťky bubnu za pomoci ultrazvuku po jeho délce
(axiálním směr), část změřených dat je pro přehlednost uvedena v tabulce (tabulka 5). Zde
jsou uvedeny změřené hodnoty tloušťky bubnu shora až po nejtenčí místo, přibližně do 2/3
délky bubnu. V tomto případě je nejvíce materiálu na vnějších stranách bubnu (12,1 mm)
a nejméně materiálu je přibližně ve 2/3 délky bubnu ve spodní části.
Na následujícím obrázku (obr. 7-13) je znázorněno měření tloušťky bubnu na jeho průměru
(radiální směr), tyto data jsou pro názornost a lepší přehlednost uvedeny v tabulce (tabulka 6).
Měření v radiálním směru probíhalo až po zjištění nejtenčího místa v axiálním směru. Od
tohoto místa se posléze postupovalo po směru hodinových ručiček a určilo se tak nejtenčí
místo v radiálním směru. Nejtenčí místo má hodnotu 5,58 mm a je již pod doporučenou
hodnotou, proto dojde k vyřazení tohoto válce. Jak je vidět z těchto hodnot, tak opotřebení
není ani po obvodu válce symetrické, velmi často záleží na excentricitě bubnu ke středu
otáčení, případně na řadě dalších okolností.
79
Tabulka 5: Zmenšení tloušťky bubnu na jeho délce (axiálním směr), měřeno shora dolů
k nejtenčímu místu [mm]
12,1 10,8 9,97 9,97 9,5
9,2
8,8
8,3
7,75 7,8
7,8
7,72 7,68 7,63 7,57
Tabulka 6: Zmenšení tloušťky bubnu na jeho průměru (radiální směr), měřeno od nejtenčího místa po
směru hodinových ručiček [mm]
7,57 7,52 6,94 6,0
5,58 5,82 6,97 7,7
7,74 6,43 6,3
6,4
7,5
7,7
Obr. 7-12 Průběh měření tloušťky bubnu dopravníku za pomoci ultrazvuku (axiálním směr)
80
7,35
Obr. 7-13 Průběh měření tloušťky bubnu dopravníku za pomoci ultrazvuku (radiální směr)
Obr. 7-14 Zobrazení nerovnoměrného opotřebení na délce bubnu za pomoci průsvitu
81
7.6.2 Měření necelistvostí bubnů za pomoci metody MMM
Magnetická paměť metalu (MMM) – jak již bylo řečeno, jedná se o novou ojedinělou metodu,
která dokáže odhalit koncentrace napětí v materiálu, tzn. pokud dochází v materiálu ke
koncentraci napětí, resp. k vytváření povrchových i podpovrchových trhlin, tak tato metoda
dokáže reagovat na tyto vady a odhalit tak již na začátku vznikající poškození. Analyzátor
včetně čidla pro metodu MMM můžeme sledovat na obr. 7-15. Předchozí ultrazvuková
metoda dokáže odhalit také vznikající trhliny, ale vzhledem k velké ploše je z časových
důvodů použití ultrazvuku skoro nemožné. To je obrovská výhoda metody MMM, za pomoci
které dokážeme velmi rychle zkontrolovat velké plochy. Mezi čidlo a materiál není třeba také
vkládat vodící látku jako u ultrazvuku. Metoda MMM má oproti předchozí metodě řadu
výhod, další významnou výhodou je např. možnost měřit vnitřní necelistvosti bubnu i přes
jiné materiály, např. přes gumový pás dopravníku nebo také přes pogumovaní bubnu
dopravníku. V těchto případech nelze ultrazvuk vůbec použít, zatímco metodu MMM lze bez
větších obtíží.
Na obr. 7-16 je záznam pořízený za pomoci metody MMM. V grafu můžeme ve vodorovném
směru nalézt vzdálenost, ve svislém směru je gradient intenzity napětí, v tomto směru se také
projevují vady materiálu. Zjednodušeně lze říci, že čím větší a ostřejší je špička v grafu, tím je
vada závažnější. Na obr. 7-16 je znázorněn graf gradientu intenzity napětí bubnu dopravníku,
který je opotřebován běžným provozem, špičky které jsou v grafu přítomny, jsou způsobeny
začínající korozí a prozatím neznamenají žádné výraznější nebezpečí. Na obr. 7-17 a obr.
7-18 jsou fotografie bubnu, kde je přítomna vada. Jedná se o vryp vzniklý při provozu
zařízení. I přes poměrně velkou velikost není výrazným nebezpečím pro provoz. Graf
gradientu této vady můžeme pozorovat na obr. 7-19. Zde je patrné, že tato metoda dokáže
zachytit i tuto nepříliš významnou závadu. I přes poměrně velkou velikost a hloubku vrypu je
velikost špičky v grafu poměrně malá, je to způsobeno nízkou koncentrací napětí v tomto
vrypu, tzn. vryp oproti trhlině není potenciálně nebezpečný a nemělo by docházet k jeho
dalšímu šíření. Kdyby se jednalo o trhlinu nebo prasklinu i s menší velikostí, ale silnou
koncentrací napětí, tak špička gradientu by byla mnohem větší, tudíž i pravděpodobnost
dalšího šíření a tím i poškození celého zařízení, by byla podstatně větší. Další příklad můžeme
vidět na obr. 7-20 až obr. 7-22, kde je zachycena vada na bubnu, kde došlo k poměrně
rozsáhlé korozi a úbytku materiálu. V grafu gradientu této vady vzniklé působením koroze
(obr. 7-23) lze opětovně vidět obdobný průběh jako v předchozím případě. I v případě koroze
dokáže tato metoda reagovat a odhalit místa se vznikem nadměrné koroze i přes nečistoty,
gumový pás apod. I přes to, že se nejedná o přímé mechanické poškození, prasklinu nebo
vnitřní necelistvost, tak metoda MMM dokáže tyto poškození odhalit.
Metoda MMM ukázala, že má výrazné možnosti uplatnění a je schopna detekce vad již při
vzniku velmi malých poškozeních. Jedinou nevýhodou v případě aplikace na bubnech
pásových dopravníků je, že nedokáže odhalit opotřebení bubnu, resp. zmenšení tloušťky
bubnu, protože se nejedná o vznikající koncentraci napětí, ale postupný úbytek materiálu,
proto je třeba měřit tloušťku jiným způsobem, např. ultrazvukem. Tato metoda je ještě
82
poměrně neznámou metodou, ale její spolehlivé výsledky a její obrovská možnost použití jistě
povede k jejímu většímu rozšíření.
Obr. 7-15 Zobrazení měřící techniky pro metodu MMM
Obr. 7-16 Graf gradientu napětí pořízený metodu MMM – buben bez vady
83
Obr. 7-17 Buben napínací 1200 TP s vyobrazením vady
Obr. 7-18 Buben napínací 1200 TP - detail vady
84
Obr. 7-19 Graf gradientu napětí – buben napínací 1200 TP - detail vady
Obr. 7-20 Buben tažný 1200 TP s vyobrazením vady
85
Obr. 7-21 Buben tažný 1200 TP - detail zkorodovaného místa
Obr. 7-22 Buben tažný 1200 TP - detail odstraněného kusu rzi
86
Obr. 7-23 Graf gradientu napětí – buben tažný 1200 TP - detail vady
7.7
Praktické využití metody MMM při diagnostice pásů
V tomto případě se jedná o možnosti aplikace metody MMM pro odhalení vznikající závady
v pásu, resp. poškození tažných ocelových lan v pásu. Pro odhalení tohoto poškození byly
vytvořeny některé vzorky pásů se simulovaným poškozením. Na obr. 7-24 je zobrazeno
měření na vzorku pásu, který je napaden na krajích pásu silnou korozí. Reakce metody na
celém pásu je viditelná na obr. 7-25, kde je možné vidět výraznou reakci na začátku a konci
pásu, kde metoda velmi výrazně reaguje na přerušení lana.
Co se týče koroze přítomné v různých stupních vývoje, tak v tomto případě nepřinesla metoda
očekávané výsledky, což může být způsobeno oproti celistvým materiálům její malou
hloubkou působení. Výraznou reakci přinesla až v místech, kde bylo přerušeno několik drátů.
V těchto místech je reakce metody velmi výrazná po celé šířce pásu. Detail jedné
z vytvořených vad, přerušení drátů + silnou korozi, můžeme sledovat na obr. 7-26. Výrazný
graf reakce na jednotlivá poškození můžeme sledovat na obr. 7-27, kde je vidět reakce
metody MMM na poškození v jednotlivých místech pásu. V místech s přítomností poškození
roste gradient na vysokou úroveň a identifikuje tak místa s poškozením. Pro lepší přehlednost
jsou vytvořeny i grafy s 3D zobrazením (obr. 7-28, obr. 7-29), kde je mnohem názorněji
pozorovat prostorové poškození po celé šířce pásu.
Nová inovativní metoda MMM má širokou oblast použití a možnosti aplikace na řadě
zařízení. Prokázala možnost použití i při diagnostice samotných pásů s ocelovými lany i přes
určité omezení se metoda jeví jako vhodná pro diagnostiku dopravních pásů. Další možnosti
aplikace a především zpřesnění výsledků této metody budou zcela určitě předmětem dalšího
výzkumu.
87
Obr. 7-24 Zobrazení měření za pomoci metody MMM na vzorku pásu s korozí
Obr. 7-25 Graf reakce metody MMM na celé délce pásu
88
Obr. 7-26 Detail vady na kraji pásu
Obr. 7-27 Záznam vad metodou MMM po celé šířce pásu
89
Obr. 7-28 Záznam vad metodou MMM po celé šířce pásu – 3D zobrazení
Obr. 7-29 Záznam vad metodou MMM po celé šířce pásu - 3D zobrazení, pohled shora
90
8
TERMODIAGNOSTIKA
S měřením teplot a jejich vyhodnocením se můžeme setkat v nejrůznějších aplikacích
a oblastech, například ve strojírenském, automobilovém, stavebním, hutním a potravinářském
průmyslu, ve zdravotnictví, u záchranných, policejních a vojenských složek a také v řadě
dalších oblastech a aplikacích. Termodiagnostika využívá pro určení technického stavu
strojních zařízení sledování teploty, případně rozbory teplotních obrazců – termovizních
snímků.
8.1
Základní vztahy a veličiny
Výraz teplota pochází z latinského slova „temperatura ≈ příjemný pocit“ jak sám název
napovídá, tak termín teplota vychází ze zvláštního subjektivního pocitu člověka, který je
schopen vnímat a také reagovat na teplo, případně chlad. Teplota se neprojevuje jen jako
subjektivní pocit, ale i řadou jiných způsobů: např. změna teploty mění rozměry většiny těles
(některá se zvětšují, jiná zmenšují). Zvýšením teploty se kovová tyč roztahuje, kaučukové
vlákno se zkracuje, plyny mění svůj objem atd. Teplota je jednou z nejdůležitějších stavových
veličin ovlivňujících téměř všechny stavy a procesy v přírodě.
Teplota je stavová veličina určující stav termodynamické rovnováhy. Fyzikální veličina
teplota se nesmí zaměňovat za fyzikální veličinu teplo, neboť teplo je forma energie, která
souvisí s pohybem částic dané soustavy těles, ale není stavovou veličinou, neboť nezávisí na
přítomném stavu soustavy, ale na celé minulosti vývoje této soustavy. Teplota je jedna z mála
veličin, která se nedá měřit přímo, ale pouze prostřednictvím jiných fyzikálních veličin.
Měření teploty je tedy měření nepřímé. Měření teploty můžeme rozdělit na dotykové
a bezdotykové měření teploty.
8.2
Kontaktní měření teploty
Pro tvorbu této kapitoly byly použity některé informace z literatury [10] [19]
8.2.1 Rozdělení kontaktních teploměrů
U kontaktních (také dotykových) teploměrů dochází při měření k přímému styku s měřeným
prostředím (objektem).
Dotykové teploměry lze rozdělit dle fyzikálního principu funkce na:
 Dilatační - využívá teplotní roztažnosti tuhých látek, kapalin a plynů.

Kapalinový teploměr – pro měření teploty využívá teplotní roztažnosti některých
kapalin (rtuť, etylalkohol, pentanová směs apod.).
91


Bimetalový teploměr – je složen ze dvou pevně spojených kovů s různými teplotními
součiniteli délkové roztažnosti. Bimetalový (dvojkový) pás se při změně teploty
ohýbá. Tento ohyb závisí na teplotě a je zobrazen na stupnici nebo displeji. Výhodami
bimetalických teploměrů je nízká cena, jednoduchá údržba, obsluha a robustní
konstrukce. Nevýhodou bimetalických teploměrů je menší rozsah teplot (pouze do 400
°C), menší přesnost (do 1,5 %), pomalá reakce na změnu teploty (musí se prohřát
nejen vnější trubice, ale i stočený bimetalický pásek uvnitř).
Plynový teploměr – pro měření teploty je využito závislosti tlaku plynu na teplotě při
stálém objemu plynu, případně závislost objemu plynu na teplotě při stálém tlaku.
 Odporový teploměr - pro měření teploty je využito měnícího se elektrického odporu
vodiče nebo polovodiče v závislosti na teplotě. Pro měření teploty se využívá
především čistých kovů (platina, měď a nikl) a polovodičů. Platina je nejvhodnějším
materiálem pro stavbu měřicích odporů. Teplotní součinitel odporu je poměrně velký
a hlavně časově stálý. To umožňuje vzájemnou záměnu měřicích odporů bez
dodatečného ověřování. Výhodné vlastnosti platiny řadí platinové odporové teploměry
mezi nejpřesnější teploměry.
 Polovodičové - pro měření teploty je využito měnících se vlastností polovodičových
materiálů se změnou teploty. Velmi často je tato změna převáděna na změnu odporu
čidla, proto jsou také často řazeny k odporovým. Polovodičové odporové snímače
teploty (termistory) využívají změny svého odporu v závislosti na teplotě, obdobně
jako kovové odporové teploměry. U polovodičů je dominantní teplotní závislostí
koncentrace nositelů náboje. Na rozdíl od teploměrů odporových kovových se může
odpor měnit dvěma způsoby:


se vzrůstající teplotou odpor klesá (negativní teplotní koeficient odporu α)
se vzrůstající teplotou odpor stoupá (pozitivní teplotní koeficient odporu α)
Termistory jsou oproti kovům asi 10x citlivější, ale jejich charakteristika je výrazně
nelineární. Můžou být provedeny jako NTC s negativním součinitelem odporu α
a PTC s kladným součinitelem α. Termistory NTC se také nazývaly "negastory",
termistory PTC "pozistory". Pro měření teploty se výhradně používají termistory NTC
(se zahřátím součástky odpor klesá), proto jim zůstal zjednodušený název termistory.
Termistory NTC (negastory) jsou vyráběny práškovou technologií ze směsi oxidů
kovů. Termistory PTC (pozistory) jsou víceméně vyráběny technologií tlustých vrstev
z feroelektrických keramických látek (např. BaTiO3) nebo použitím cermentových
past na bázi uhlíku.
 Termoelektrické (také termočlánek) - ve kterém se k měření teploty využívá
termoelektrický jev, objeveném Seebeckem v roce 1821. Termočlánek je tvořen
dvojicí elektricky vodivých drátů různého chemického složení. Je-li spoj těchto drátů
(teplý konec termočlánku) zahřát na teplotu vyšší, než je teplota na opačném konci
drátů - studený konec) vzniká termočlánkové napětí.
92
Obr. 8-1 Části kapalinového teploměru [13]
Obr. 8-2 Zobrazení bimetalového teploměru
Obr. 8-3 Thermopen TMTP1, kontaktní teploměr s rozsahem -30 až 200 °C
93
Obr. 8-4 Princip termočlánku a schéma zapojení termočlánku [15]
Obr. 8-5 Teplotní závislosti NTC a PTC termistorů a kovových odporových senzorů [10]
94
 Indikátory teploty – jejich použití je pouze pro stanovení přibližné hodnoty teploty
tělesa. Teplota je stanovena dle limitní hodnoty indikátoru, tzn. teplota na kterou je
indikátor navrhnut a při které indikátor změní barvu, teplotu, tvar, skupenství.
Přesnost měření výraznou měrou záleží na prostředí, tj. řada parametrů ovlivňujících
měření, jako např. rychlost ohřevu, tlak apod. Barevné indikátory můžeme dále
rozdělit na nevratné a vratné, kdy dochází k nevratnému poškození nebo kdy je
opětovná možnost použití indikátoru.

Keramické žároměrky – jedná se o nevratné deformační indikátory s teplotním
rozsahem od 600 °C do 2000 °C. Odstupňování bývá po 10 °C až do 50 °C, přesnost
měření ± 15 °C.
 Tavné indikátory teploty
 Teploměrové tablety – nevratné indikátory, které se po dosažení kritické
teploty roztaví. Rozsah od 40 °C do 1650 °C.
 Teploměrové kapaliny - nevratné indikátory z keramického prášku
rozpuštěného v těkavé kapalině. Nanáší se štětcem nebo sprejem. Po
dosažení limitní teploty se značka zředí a rozteče. Rozsah od 40 °C do
1371 °C.
 Teploměrové tužky - nevratné indikátory z keramického prášku
spojeného pojidlem. Stopa nakreslená tužkou se roztaví a ztmavne. Rozsah
od 40 °C do 1371 °C.
 Teploměrové nálepky – nevratné indikátory. Nálepka s adhezívní vrstvou
na spodní straně po dosažení teploty zčerná. Rozsah od 38 °C do 316 °C.
 Barevné indikátory teploty




Chemické barevné indikátory - jsou to složité chemické látky, které při
dosažení potřebné teploty změní svoji barvu. Tato změna může být vratná
nebo nevratná a může probíhat rychle nebo pomalu. Rozsah od 40 °C do
1000 °C.
Teploměrové barvy – jsou provedeny v prášku a teprve před aplikací na
měřený povrch se rozmíchají v alkoholu nebo jsou vyrobeny k použití
přímo v kapalném stavu. Teplotní rozsah barev je od 40 °C do 1370 °C,
přesnost 1 %.
Teploměrové tužky - jsou jednozvratné (mají pouze jednu změnu barvy),
dvouzvratné (mění svoji barvu při dvou teplotách) nebo reverzibilní (mění
svoji barvu při stoupání teploty a při jejím poklesu nabývá původní barvy).
Teplotní rozsah do 1400 °C. Používají se pouze pro měření teploty
u kovových těles.
Teploměrové tablety - při dosažení limitní teploty se změní barva tablety.
Teplotní rozsah až 1650 °C.
95



8.3
Teploměrové nálepky – lepí se přímo na měřený materiál, nálepka je
tvořena černým kroužkem s bílým středem, tzv. indikačním okénkem.
Jakmile je dosaženo limitní teploty, okénko zčerná.
Luminiscenční indikátory – indikátory po dosažení limitní teploty změní
luminiscenci, to se projeví pod ultrafialovým zářením změnou jasu nebo
barvy.
Kapalné krystaly - jsou organické sloučeniny, které při ohřevu na určitou
teplotu tají a během tání mění své vlastnosti, především index lomu bílého
světla.
Bezkontaktní měření teploty
Bezdotykové měření má celou řadu výhod, ale i nevýhod. Použití bezkontaktních způsobů
měření se výrazně rozšířilo s rozvojem a dostupností infračervených termokamer. Díky
tomuto rozvoji nachází bezkontaktní měření stále nové možnosti uplatnění.
Výhody bezdotykového měření teploty:





minimální vliv měřící techniky na měřený objekt
měření a vyhodnocení teploty na rotujících nebo pohybujících se objektech
měření teploty z bezpečné vzdálenosti, zvláště u elektrických zařízení
možnost měření velmi rychlých změn teploty
možnost měřit a vyhodnocovat teploty celých povrchů těles
Je však nutné upozornit na nevýhody bezdotykového měření teplot:
 výrazné ovlivnění změřené teploty při špatném zadání emisivity.
 výrazné ovlivnění změřené teploty při špatné znalosti a zadání okolních vlivů
8.3.1 Historický vývoj
V roce 1800 objevil Sir William Herschel při hledání nového optického filtru pro snížení jasu
obrazu v dalekohledu existenci infračervené části elektromagnetického spektra. Když zkoušel
různá barevná skla, která velmi podobně snižovala jas, tak zjistil, že některými skly prochází
méně slunečního tepla a jinými naopak zase hodně. Později bylo dokázáno, že sklo má pouze
omezenou propustnost infračerveného (tepelného) záření, z čehož plyne, že jako optické
prvky pro infračervené záření lze používat pouze pro odraz infračerveného záření, nikoliv pro
objektiv.
Při provádění pokusu zjistil postupné zvyšování teploty barevného spektra od fialové po
červenou a také objevil, že při umístění teploměru za viditelné červené spektrum se nachází
maximum teploty. Toto maximum je poměrně daleko od červené barvy, v místě které se
později začalo nazývat „ič pásmo“
96
V roce 1830 bylo zjištěno, že krystaly kamenné soli v dostatečné míře propouští infračervené
záření. Kamenná sůl se převážně používala pro výrobu optických prvků až do roku 1930, kdy
byla objevena technologie výroby syntetických krystalů. S výzkumem materiálů propustných
pro infračervené záření se pokračovalo i s vývojem zařízení pro měření teploty. Běžné
teploměry se převážně používaly až do roku 1829, kdy došlo k vynálezu termočlánku, který
byl několikanásobně citlivější. Další významný pokrok byl učiněn v roce 1880, kdy byl
vynalezen bolometr. Toto zařízení je tvořeno z tenkého začerněného proužku platiny, který je
připojen na galvanometr. Záření dopadající na platinový proužek zvyšuje jeho teplotu a tím
dochází k měřitelné změně elektrického odporu.
8.3.2 Infračervené záření
Všechny formy hmoty vyzařují při teplotách vyšších než je absolutní nula tepelné záření ve
viditelném i neviditelném pásmu spektra. Část tohoto tepelného záření je vyzářeno jako
infračervené záření. Intenzita tohoto záření odpovídá právě teplotě hmoty. Toto záření je
způsobeno vnitřním mechanickým pohybem molekul a jeho intenzita závisí právě na teplotě
objektu.
Infračervené záření je neviditelná část elektromagnetického spektra projevující se tepelnými
účinky. Jedná se o záření s vlnovou délkou v intervalu přibližně 0,75 μm až 1 mm – tedy nad
oblastí viditelného záření. Viditelné záření, které odpovídá spektrální citlivosti lidského oka,
leží v rozsahu vlnových délek cca. 0,38 až 0,75 μm (obr. 8-9).
Infračervená oblast elektromagnetického spektra se dělí na různé části. Přesné rozdělení není
přesně specifikováno, proto použijeme následující rozdělení, se kterým se můžeme
v odborných literaturách setkat nejčastěji:
Blízká oblast
Krátkovlnná oblast
Střední oblast
Vzdálená oblast
Velmi vzdálená oblast
0,75 µm - 2 µm
2 µm - 3 µm
3 µm - 5 µm
5 µm - 15 µm
15 µm - 1 mm
NWIR (Near Wave IR)
SWIR (Short Wave IR)
MWIR (Middle Wave IR)
LWIR (Long Wave IR)
VLWIR (Very Long Wave IR)
8.3.3 Prostup infračerveného záření atmosférou
Propustnost atmosféry pro infračervené záření není v rozsahu vlnových délek stejná, ale
v různých vlnových délkách se mění. Atmosféra obsahuje látky (plyny, kapaliny i pevné
látky), které mají výrazný vliv na zeslabení nebo rozptýlení infračerveného záření. Vlivem
rozptýlení záření dochází ke změně směru šíření paprsku, což bývá způsobeno pohlcením
částicemi atmosféry a následným vyzářením energie.
97
Je třeba si uvědomit, že atmosféra je složena přibližně ze 78 % dusíkem, 20 % kyslíkem
a řadou dalších plynů (helium, oxid uhličitý, vodík atd.). Pro pohlcování infračerveného
záření je v atmosféře nejvýznamnější vodní pára, která pohlcuje záření hlavně v blízkosti
vlnových délek 1,38 µm, 1,87 µm, 2,7 µm a 6,3 µm. Dále výrazně ovlivňuje propustnost
atmosféry oxid uhličitý a také ozón. Oxid uhličitý nejvýrazněji pohlcuje infračervené záření
na vlnových délkách 2 µm, 2,7 µm, 4,3 µm a také 15 µm. Na obr. 8-6 je možné pozorovat
vlivy atmosféry na průchod infračerveného záření. Vzhledem k těmto omezením propustnosti
atmosféry jsou používány jednotlivé termovizní systémy pracující v různých oblastech s vyšší
propustností atmosféry.
8.3.4 Emisivita
Emisivita je mírou schopnosti daného předmětu vyzařovat energii z povrchu k energii
vyzařované černým tělesem o stejné teplotě a stejné vlnové délce energie. Emisivita může
nabývat hodnot od 0 (ideální lesklé zrcadlo) do 1,0 (černé těleso).
Vztah mezi skutečnou vyzařovanou energií a energií vyzařovanou černým tělesem stejné
teploty je znám jako emisivita ε a může mít maximální hodnotu 1 (těleso v tom případě
odpovídá ideálnímu černému tělesu). Tělesa s emisivitou menší než 1 se nazývají šedá tělesa.
Emisivita je nejdůležitějším parametrem, který výrazně ovlivňuje výslednou změřenou
teplotu. Pokud je špatně zadán, tak výsledky měření se můžou výrazně lišit od skutečnosti. Se
snižující se emisivitou stoupá potřeba správného zadání emisivity. Emisivita běžných
materiálů se často pohybuje v rozmezí od 0,1 do 0,95. Silně vyleštěný povrch má emisivitu
povrchu 0,1 nebo i méně, zatímco např. zoxidovaný povrch má emisivitu již mnohem vyšší.
Olejové barvy mají emisivitu větší než 0,9 a to nezávisle na jejich barvě ve viditelném
spektru. Emisivita lidské pokožky se blíží dokonce hodnotě 1.
V následující tabulce (tabulka 7) můžeme sledovat hodnoty emisivity vybraných materiálů.
Dále na obr. 8-6 je můžeme pozorovat také závislost emisivity jednotlivých materiálů na
vlnové délce. Zde je viditelný nerovnoměrný průběh emisivity materiálů s vlnovou délkou.
98
Obr. 8-6 Absorpce infračerveného záření o různých vlnových délkách při průchodu atmosférou [21]
Pro určení emisivity se používají následující metody:
 kontaktní metoda
 metoda využívající materiálu s referenční emisivitou
Kontaktní metoda
Zjednodušený postup čerpající z ČSN ISO 18434 je následující:
a) Termokamera se umístí do požadovaného místa a vzdálenosti od objektu, který je
předmětem měření.
b) Změří a vykompenzuje se odražená zdánlivá teplota od objektu.
c) Termokamera se zaměří a dobře zaostří na měřený objekt. Pokud je to možné, tak se
zastaví obraz.
d) Využije se vhodná funkce kamery a stanoví se teplota měřeného bodu nebo oblasti.
e) Pomocí kontaktního teploměru se změří teplota v bodě nebo oblasti, která byla
stanovena za využití předchozích měřících funkcí kamery.
f) Bez pohnutí s termokamerou se mění nastavení hodnoty emisivity v termokameře tak,
aby teplota vyhodnocená touto kamerou byla stejná jako teplota změřená kontaktním
způsobem. Takto určená hodnota emisivity je emisivita měřeného objektu při této
teplotě a ve vlnovém pásmu použité termokamery.
99
g) Emisivita se kompenzuje vložením změřené hodnoty emisivity do vnitřního software
termokamery.
Metoda využívající materiálu s referenční emisivitou
Zjednodušený postup čerpající z ČSN ISO 18434 je následující:
a) Termokamera se umístí do požadovaného místa a vzdálenosti od objektu, který se má
měřit. Termokamera se zaměří a zaostří na měřený objekt.
b) Změří a vykompenzuje se odražená zdánlivá teplota od objektu.
c) Na povrch, který bude měřen, se do blízkosti měřeného místa nanese referenční
materiál se známou emisivitou.
d) Do softwaru Termokamery se zadá hodnota emisivity referenčního materiálu.
e) Termokamera se zaměří a zaostří na referenční materiál na povrch objektu, je třeba
počkat dostatečně dlouho na ustálení teploty, zastaví se obraz a změří a zaznamená se
vyhodnocená teplota.
f) Termokamera se zaměří a zaostří na povrch měřeného objektu v bezprostřední
blízkosti referenčního materiálu. Zastaví se obraz a zaznamená se vyhodnocená
teplota.
g) Při zastaveném obrazu se mění hodnota emisivity tak dlouho, až bude mít změřená
teplota stejnou hodnotu, jako byla teplota na referenčním materiálu. Takto zjištěná
hodnota emisivity je emisivita objektu při této teplotě, která byla změřena při použití
kamery s daným vlnovým pásmem.
h) Emisivita se kompenzuje vložením změřené hodnoty emisivity do vnitřního software
termokamery.
Obr. 8-7 Závislost emisivity na vlnové délce [20]
100
Obr. 8-8 Zobrazení pokusu pro odhalení infračerveného pásma [17]
Obr. 8-9 Oblast záření viditelného lidským okem [nm]
101
Tabulka 7: Hodnoty emisivity běžných materiálů [18]
Materiál
Hliník, leštěný
Hliník, hrubý povrch
Hliník, silně zoxidovaný
Asbestová deska
Asbestová tkanina
Asbestový papír
Asbestový plát
Mosaz, matná, zašlá
Mosaz, leštěná
Cihla, běžná
Cihla, glazovaná, hrubá
Cihla, žárovzdorná, hrubá
Bronz, porézní, hrubý
Bronz, leštěný
Uhlík, čištěný
Litina, hrubý odlitek
Litina, leštěná
Uhelný prach
Chrom, leštěný
Jíl, vypálený
Beton
Měď, leštěná
Měď, komerčně vyleštěná
Měď, zoxidovaná
Měď, černě zoxidovaná
Elektrotechnická páska, černá plastová
Železo, za tepla válcované
Železo, zoxidované
Železo, galvanizovaná tabule, leštěná
Železo, galvanizovaná tabule, zoxidovaná
Lak, černý, lesklý
Lak, černý, matný
Lak, bílý
Olovo, zoxidované
Olovo, červené, práškové
Olovo, lesklé
Rtuť, čistá
Nikl, poniklovaná litina
Nikl, čistý, leštěný
Nátěr, olejový, průměrný
Papír, černý, lesklý
Papír, černý, matný
102
Emisivita při 0 °C
0,05
0,07
0,25
0,96
0,78
0,94
0,96
0,22
0,03
0,85
0,85
0,94
0,55
0,1
0,8
0,81
0,21
0,96
0,1
0,91
0,54
0,01
0,07
0,65
0,88
0,95
0,77
0,74
0,23
0,28
0,87
0,97
0,87
0,63
0,93
0,08
0,1
0,05
0,05
0,94
0,9
0,94
8.3.5 Teplota okolí
Tento parametr je využit pro kompenzaci vyzářené energie z okolí, která dopadá na měřený
objekt a ovlivňuje tak výsledné měření. Vliv dopadající energie je vyjadřován jako tzv.
odražená zdánlivá teplota (reflected apparent temperature) i přes to, že technicky není tento
termín správný, protože teplota se nemůže odrážet, běžně se tento termín používá. Vliv
odražené zdánlivé teploty stoupá se snižující se emisivitou. Čím nižší emisivita bude, tím
bude měřené těleso více odrážet infračervené záření dopadající z okolí, vyjádřené jako
odražená zdánlivá teplota a tím více bude výsledná změřená teplota závislá na správném
zadání emisivity i odražené zdánlivé teploty.
Pro určení odražené zdánlivé teploty se používají následující metody:
 metoda odrazu
 přímá metoda
Metoda odrazu
Zjednodušený postup čerpající z ČSN ISO 18434 je následující:
i) Na termokameře se nastaví emisivita na hodnotu 1 a vzdálenost na 0.
j) Termokamera se umístí do požadovaného místa a vzdálenosti od objektu, který se má
měřit. Termokamera se zaměří na měřený objekt.
k) Reflektor se umístí do požadovaného místa a vzdálenosti od objektu, který má být
měřen.
l) Bez změny pozice se termokamerou změří odražená zdánlivá teplota reflektoru. Tato
zjištěná teplota je v podstatě tou hledanou od objektu se odrážející zdánlivou teplotou.
m) Odražená zdánlivá teplota se kompenzuje vložením hodnoty odražené zdánlivé teploty
do vnitřního software termokamery.
Obr. 8-10 Metoda odrazu, 1 – termokamera, 2 – zdroj tepla, který objekt odráží do kamery, 3 – reflektor
rovnoběžný s měřeným objektem, 4 – měřený objekt
103
Přímá metoda
Zjednodušený postup čerpající z ČSN ISO 18434 je následující:
a) Na termokameře se nastaví emisivita na hodnotu 1.
b) Termokamera se umístí do požadovaného místa a vzdálenosti od objektu, který se má
měřit. Odhadne se úhel odrazu α a úhel dopadu β při zobrazení objektu termokamerou
z místa jejího umístění (viz obr. 8-11).
c) Termokamera se umístí před měřený objekt tak, aby směřovala na zdroj odrážejícího
se záření a byla s objektem v úhlu, který odpovídá úhlu odrazu α (viz obr. 8-12).
d) Pomocí termokamery se změří průměrná zdánlivá teplota zdroje. Využije se
dostupných funkcí kamery pro určení průměrné teploty oblasti.
e) Odražená zdánlivá teplota se kompenzuje vložením hodnoty odražené zdánlivé teploty
do vnitřního software termokamery.
Obr. 8-11 Přímá metoda, 1 – termokamera, 2 – zdroj tepla, který objekt odráží do kamery, 3 – měřený
objekt, α úhel odrazu, β úhel dopadu α = β
Obr. 8-12 Přímá metoda, 1 – termokamera, 2 – zdroj tepla, který objekt odráží do kamery, 3 – měřený
objekt, α úhel odrazu, β úhel dopadu α = β
104
Jak již bylo řečeno výše, je třeba pro správné provádění termovizních měření znát správné
hodnoty emisivity a odražené zdánlivé teploty a provést jejich korekci ve vnitřním softwaru
kamery. Pro správná měření je třeba brát v úvahu další okolnosti, vlivy, které můžou výrazně
ovlivnit měření. Mezi tyto vlivy lze zahrnout vzdálenost od objektu, relativní vlhkost ovzduší,
mlhu, déšť, vítr, vliv slunečního záření, různá emisivita jednotlivých materiálů, správné
zaostření objektivu apod. Pro kompenzaci těchto vlivů je třeba jistá míra zkušeností. Na obr.
8-13 je znázorněn jeden ze softwarů, ve kterém lze provádět zpracování provedených měření.
Zde je také možné dodatečně upravovat hodnoty emisivity, odražené zdánlivé teploty, vliv
propustnosti prostředí a celá řada dalších možností úprav a zobrazení.
8.4
Způsoby vyhodnocení termovizních měření
Pro vyhodnocení termovizních měření můžeme využít vyhodnocení srovnávací kvantitativní
nebo srovnávací kvalitativní.
Vyhodnocení kvantitativní – je metoda založená na hodnocení technického stavu objektů za
pomoci stanovení teploty. V terénu je často problém stanovit správnou teplotu, proto poměrně
často bývá změřená teplota oproti skutečnosti i s poměrně velkou odchylkou (nepřesností).
Tato odchylka je závislá na správném určení a zadání hodnot do vnitřního software přístroje.
Je třeba správné určení emisivity, odražené zdánlivé teploty, vlivy prostředí apod.
Vyhodnocení kvalitativní – je metoda založená na hodnocení technického stavu objektů za
pomoci vyhodnocování a porovnávání termovizních snímků, teplotních map, obrazců.
V tomto případě nedochází ke stanovení teploty, ale pouze k analýze teplotních obrazců. Není
třeba provádět korekci, resp. určovat emisivitu, zdánlivou odraženou teplotu apod. Je ovšem
důležité jako u všech měření, provést správné zaostření objektivu. Analýza obrazců se velmi
často provádí u stejných zařízení, pracujících za stejných podmínek. Pak dochází
k vyhodnocení teplotních obrazců za pomoci srovnávání jednotlivých snímků zařízení.
Výsledným zjištěním může být odhalení závady, ale bez zjištění teploty nelze určit její stupeň
závažnosti. Tato možnost odhalení poruchy se dá s výhodou využít pro závady typu
přehřívajícího se drátu ve svazku nebo odhalení přetížené fáze ve srovnání s ostatními,
hledání studených nebo špatně utažených spojů, mezizávitový zkrat na vinutí apod.
105
Obr. 8-13 Příklad softwaru pro vyhodnocení termovizních snímků
8.4.1 Termodiagnostika ve stavebnictví
Ve stavebnictví se využívá měření za pomoci IČT kamer především na zobrazování tepelných
mostů, tepelných úniků budov. Tyto měření se velmi často provádějí nad ránem, ještě dříve
než může slunce ovlivnit měření. Pokud slunce svítí a zahřívá stěnu budovy, tak neměříme
úniky tepla, ale zahřívání budovy od slunce, což není účelem. Pro brzké ranní měření nahrává
také fakt, že větrání a otvírání balkonových i vchodových dveří je minimální. Také vítr v tuto
dobu bývá velmi často na minimální úrovni. Pro měření je také vhodný minimální teplotní
rozdíl mezi vnitřní a venkovní teplotou 20 °C. Je třeba počítat s tím, že u tak velké plochy
jako je stěna budovy, bude ovlivňovat měření v různých místech různá odražená zdánlivá
teplota z okolí.
Na následujících termovizních snímcích můžeme pozorovat nejrůznější chyby, které
zapříčiňují úniky tepelné energie. Na obr. 8-14 jsou zobrazeny dveře se špatným těsněním.
Venkovní teplota je přibližně -5 °C, přičemž teplota v poměrně velké ploše v blízkosti špatné
izolace je 7,5 °C, což znamená výrazné tepelné úniky. Na obr. 8-15 je mimo jiné možné
pozorovat místo s nejvyšší teplotou, tentokráte se nejedná o stavební vadu, pouze o nepříliš
vhodně provedené utěsnění dřívější digestoře. Dále je možné pozorovat opětovně nepříliš
vhodné těsnění v některých oknech, včetně úniku energie sáláním z radiátoru. Na obrázcích
obr. 8-16 a obr. 8-17 je zobrazena špatná funkce těsnění, v tomto případě se jedná
106
o kombinaci vadného těsnění včetně zkroucení rámu. Na obr. 8-18 je vidět špatné provedení
vyplnění míst mezi skleněnými materiály. Vzhledem k špatné dostupnosti horních míst
nebylo provedeno dostatečně zaplnění míst mezi těmito skleněnými materiály. Na obr. 8-19 je
zobrazen termogram špatně zazděného okna. Vlivem špatného zazdění a nedostatku materiálu
v rohu, dochází v rohu ke kondenzaci vody a tvorbě plísní, při nízkých venkovních teplotách
docházelo v rohu dokonce k tvorbě námrazy.
8.4.2 Termodiagnostika ve strojírenství
Ve strojírenství se dá termodiagnostika využít pro sledování teploty, resp. pro sledování
technického stavu ložisek, pro sledování technického stavu spojky, resp. správného ustavení.
Pokud bude zařízení špatně ustaveno, bude muset nesouosost kompenzovat sojka, což povede
k výraznému zahřívání a opotřebování spojky, současně bude docházet k energetickým
ztrátám. Dále můžeme za pomoci termovizních měření odhalit na elektromotorech
mezizávitový zkrat, což se projevuje místním přehříváním na povrchu. Termovizní snímek
motoru můžeme sledovat na obr. 8-20. Při vyhodnocení těchto snímků musíme mít na paměti,
že odražená zdánlivá teplota nemusí být zrovna teplota okolí, ale např. v okolí hřídele se
výrazně podílí teplota pocházející z vinutí nebo samotného motoru a odražená od spojky (viz
obr. 8-21). Zkreslení bude samozřejmě výrazně závislé na emisivitě spojky a elektromotoru.
8.4.3 Termodiagnostika v elektrotechnice a jiných odvětvích
Termovizní měření se dají velmi dobře využít při vyhledávání elektrických problémů. Velká
výhoda je, že měření probíhají v dostatečné vzdálenosti a nehrozí tak úraz elektrickým
proudem. Diagnostikovat se dají přetížené, přehřívající se kabely, studené spoje nebo
nedotažené spoje s velkým přechodovým odporem, zkratované vinutí, špatná funkce izolace
apod. Na obr. 8-24 je znázorněno přehřívání jističe, které je z velké části způsobeno špatným
utažením kabelů. Životnost izolace prudce klesá s rostoucí teplotou, proto je třeba
nepřekračovat dovolenou hodnotu projektované teploty vodičů.
Dále se můžeme setkat s využitím termodiagnostiky v řadě oborů a aplikacích, např.
v letectví, kde se dá využít k diagnostice prasklin voštinových konstrukcí. Pokud by se
jednalo o prasknutí pláště, došlo by ke srážení vody uvnitř konstrukce. Voda by pak při
ohřívání pláště (za definovaných podmínek zkoušky) způsobovala místní ochlazení, což by
bylo možné odhalit. Na obr. 8-24 je zobrazen termosnímek výškovky letadla, kde můžeme
pozorovat bod s teplotou 31,9 °C. Toto ochlazení není způsobeno prasklinou a přítomností
vody, ale přítomností nahromadění materiálu, zřejmě se jedná o barvu. Pokud by bylo
přítomno poškození, byla by oblast ohraničena tvarem voštiny. Ostatní studená místa jsou
způsobena umístěním šroubů, takže s poškozením nemají souvislost.
Dále můžeme nalézt uplatnění např. v lékařství, kde lze identifikovat různé záněty,
neprokrvenost, některé nádory, při měření teploty pacientů apod. Zánět nohy můžeme
pozorovat na obr. 8-26, kde je zvýšená teplota na noze se zánětem. Dále lze využít
107
termodiagnostiku při odhalování prasklin nebo uložení teplovodních potrubí (obr. 8-25), pro
identifikaci výšky hladiny v uzavřených nádobách, při diagnostice brzd, při vyhledávání
ztracených osob, pro vyhledávání vozidel i odstřelovačů viz obr. 8-22, pro zobrazení tzv.
tepelné pohody skotu a v řadě dalších aplikacích a odvětvích.
Obr. 8-14 Termovizní snímek špatně provedeného utěsnění dveří
Obr. 8-15 Celkový pohled na termovizní snímek budovy
108
Obr. 8-16 Špatné okenní těsnění
Obr. 8-17 Špatné těsnění balkonových dveří
109
Obr. 8-18 Špatné stavební provedení
Obr. 8-19 Špatné provedení zazdění okna
110
Obr. 8-20 Termovizní snímek elektromotoru
Obr. 8-21 Termovizní snímek spojky elektromotoru
111
Obr. 8-22 Zobrazení zahřívání zbraně při střelbě
Obr. 8-23 Přehřívání jističe
112
Obr. 8-24 Zobrazení termovizního snímku výškovky letadla
Obr. 8-25 Teplovodní potrubí v zemi
113
Obr. 8-26 Zobrazení zánětu nohy, včetně špatného prokrvení prstů
8.4.4 Praktické příklady termovizních měření na pásových dopravnících
Jednou z metod přinášející při technické diagnostice pásových dopravníků prakticky okamžitě
spolehlivé výsledky je možné uvést termografii, resp. termovizní měření. Tato metoda za
pomoci termokamer dokáže velmi rychle a spolehlivě odhalit poškození válečků nebo tření
pásu o zadřené válečky, případně o konstrukci. Nevýhodou této metody ovšem je, že toto
poškození dokáže odhalit až v poslední fázi poškození válečků, resp. v poslední fázi
životnosti ložisek válečků, kdy poškození je již tak vysoké, že dochází k výraznému místnímu
zahřátí válečku. Proto je při použití termokamery třeba provádět časté inspekce, aby nedošlo
k zadření válečku v mezičase mezi intervaly jednotlivých měření. I přes tuto zjevnou
nevýhodu má měření za pomoci termokamer řadu výrazných výhod. Nejdůležitější výhodou
se jeví rychlost a snadnost aplikace této metody. Pokud vezmeme v potaz, jak velké množství
válečků je použito na pásovém dopravníku, tak dojdeme k vysokým počtům. Měření každého
válečku samostatně za pomoci např. vibrodiagnostiky by bylo časově značně náročné
a vzhledem k přítomnosti řady rušivých signálů by ve výsledku nemuselo přinést ani
očekávaný přínos.
Na následujících obrázcích můžeme pozorovat některé základní možnosti použití
termokamer. Na obr. 8-27 a obr. 8-28 je znázorněno teplotní pole konstrukce pásového
dopravníku, pořízené za pomoci termokamery. V těchto případech můžeme pozorovat, jak se
pás tře v různých místech o konstrukci dopravníku. Vzhledem k tomu, že se jedná o hlubinný
důl, tak se jedná o závažný problém, který je třeba odstranit. Na druhém obrázku je také
114
patrno, že tření pásu o konstrukci již dokonce způsobilo zeslabení konstrukce. Tření pásu
o konstrukci má neblahý vliv na životnost pásu, konstrukce a dalších konstrukčních uzlů.
Velké tření může v konečné fázi způsobit požár, případně i výbuch v hlubinných dolech,
proto je třeba tyto stavy eliminovat.
Tření pásu o váleček dopravníku můžeme pozorovat na obr. 8-29, kde již došlo k zadření
válečku a k tření mezi těmito komponentami. V tomto případě se jedná o váleček ze spodní
větve, takže namáhání ani vývoj tepla není naštěstí tak výrazný jako u zatížených válečků ve
vrchní větvi, kde je pás ještě přitlačován gravitační silou dopravovaného materiálu. Za
pomoci termokamery můžeme velmi rychle porovnat a diagnostikovat velké množství
válečků a to i na větší vzdálenosti. Nemusíme většinou také řešit problém s přístupností
a bezpečností při měření, jako je tomu u řady metod, kdy musíme přiložit snímač co nejblíže
sledovanému místu, viz obr. 8-30. Zde je také možné pozorovat již mírné zvýšení teploty
ložiska válečku. Je třeba tento váleček sledovat, protože se u něj bude teplota postupně
zvyšovat.
Na obr. 8-31 a obr. 8-32 jsou termovizní snímky převodovky pro pohon pásového
dopravníku. Na prvním snímku lze pozorovat místní zvýšení teploty špatně seřízené brzdy,
kde opětovně nadměrným třením vzniká místní zvýšení teploty tohoto dílu. Pro identifikaci
obdobných dějů, kde dochází ke vzniku místního oteplení, je aplikace termokamer velmi
účelná. V některých případech je využití termokamery velmi omezené nebo výsledky jsou
nepřesné, případně termokameru nelze vůbec použít. Na obr. 8-32 je znázorněna převodovka
pohonu pásu s již výrazně rozvinutou závadou ložiska (na obr. vlevo), zvýšení teploty na
převodovce na straně s vadným ložiskem je v tomto případě pouze o 0,5 °C oproti straně
s dobrým ložiskem. Tento nepatrný rozdíl je často také zkreslen usazenými prachovými
částicemi, povětrnostními podmínkami apod. Proto je vhodné používat na obdobné aplikací
jiné diagnostické metody a postupy, případně jejich kombinace, potom se jedná o tzv.
multiparametrickou diagnostiku.
115
Obr. 8-27 Znázornění tření pásu o konstrukci dopravníku
Obr. 8-28 Znázornění tření pásu o konstrukci dopravníku s vydřeným místem
116
Obr. 8-29 Znázornění tření pásu o váleček ve spodní větvi dopravníku
Obr. 8-30 Umístění válečku dopravníku za mřížkou
117
Obr. 8-31 Zobrazení převodovky pohonu pásového dopravníku s přidírající se brzdou
Obr. 8-32 Zobrazení převodovky pohonu pásového dopravníku se závadou ložiska
118
9
TRIBODIAGNOSTIKA
Tribodiagnostika je metodou technické diagnostiky, která využívá k objektivizaci technického
stavu mazivo. V našem běžném životě můžeme nalézt analogii pro tribodiagnostiku
s případem, kdy odebírá lékař vzorek krve a z něj je posléze vyhodnocen zdravotní stav
pacienta. Mazivo stroje můžeme označit jako “krev stroje“, kde podle vyhodnocení stavu
maziva za pomoci různých metod můžeme zjistit následující:
 Degradaci samotného maziva
 Technický stav strojního zařízení
Prostřednictvím maziva můžeme sledovat změny kvality samotného maziva, resp. jeho
degradaci (stárnutí), čímž máme možnost určit životnost maziva, případně možnost provádět
vhodné zákroky pro prodloužení životnosti tak, abychom prováděli výměnu maziva až po
vyčerpání jeho skutečné životnosti.
Pro degradaci maziva používáme následující testy:









Kinematická viskozita
Bod vzplanutí
Obsah vody
Číslo celkové alkality a kyselosti
Conradsonův karbonizační zbytek
Kapková zkouška
Celkové znečištění
Mechanické nečistoty
Spektrální analýza olejů
Pro určení technického stavu strojního zařízení používáme následující:
Metody pro stanovení koncentrace otěrových kovů:





Atomová spektrofotometrie
Atomová emisní spektrofotometrie
Atomová absorpční spektrofotometrie
Polarografie a voltametrie
Metoda RAMO
Metody pro hodnocení morfologie a distribučního rozdělení částic kovů:
 Částicová analýza neboli ferografie s vyhodnocením
 Feroskopickým (morfologie a chemické složení)
 Ferodenzimetrickým (distribuce vzhledem k velikosti)
119
9.1
Kinematická viskozita
Viskozita je jedním z hlavních údajů mazacích olejů, dle kterého je provedeno základní
rozdělení olejů. Viskozita určuje míru vnitřního tření maziva. V podstatě se jedná o snahu
maziva zůstávat v mazaném místě a vytvářet mazací film, čímž zabraňuje dotyku třecích
ploch. V průběhu provozu může docházet ke zvyšování i snižování viskozity. Zvyšování
viskozity bývá způsobeno meziprodukty oxidační povahy, vytvářením emulze těchto
produktů s vodou. Snižování viskozity bývá způsobeno záměnou olejů, vniknutím paliva
u motorových olejů apod. V případě nízké viskozity může docházet ke špatnému oddělení
třecích ploch a vzniku smíšeného až suchého tření, což vede k rychlému opotřebení, případně
až k zadření zařízení. Vysoká viskozita vede k vyšším ztrátám energie, ke zmenšení průtoku
maziva a tím ke snížení chlazení mazaného místa apod. Při změně teploty maziva o 1 °C
dojde ke změně viskozity o cca. 5 %. Vlastní měření viskozity se většinou provádí při
teplotách 40 a 100 °C, např. za pomoci viskozimetrů typu Ubbelohde, Cannon-Fenske,
Pinkevič, Kössler apod. Tyto viskozimetry jsou kapilárního typu a kinematická viskozita se
potom vypočítá ze vztahu:
ν=c.τ
c … konstanta viskozimetru
τ … aritmetický průměr doby průtoku viskozimetru
[mm2 · s-1]
(9-1)
Viskozita oleje by se během provozu neměla změnit více než o ± 20 %, zařízení pro vytvoření
potřebné teploty (viskozitní lázeň) je zobrazeno na obr. 9-1, detail viskozimetru je zobrazen
na obr. 9-2.
Obr. 9-1 Viskozitní lázeň
Obr. 9-2 Viskozimetr Ubellohde
120
9.2
Bod vzplanutí a hoření
Teplota bodu vzplanutí je důležitým jakostním i bezpečnostním ukazatelem použitelnosti
nových maziv. U použitých olejů je pokles teploty bodu vzplanutí ukazatelem přítomnosti
zřeďujících látek, zpravidla se u motorových olejů jedná o průnik paliva do oleje (benzín,
nafta). Podrobný popis zkoušky je popsán v ČSN EN ISO 2592 – Stanovení bodu vzplanutí
a bodu hoření – Metoda otevřeného kelímku podle Clevelanda.
Bod vzplanutí je nejnižší teplota, při které zahříváním v předepsaném přístroji (viz obr. 9-3)
a za předepsaných podmínek zkoušky přechází z oleje do ovzduší nad hladinou oleje již tolik
par, že vzniklá směs při přiblížení zkušebního plaménku vzplane a opět zhasne. Pro stanovení
bodu hoření se ve zkoušce pokračuje až do fáze, kdy při přiblížení zkušebního plaménku
dojde k zapálení par a k jejich hoření nepřetržitě po dobu minimálně 5 s.
Obr. 9-3 Přístroj s otevřeným kelímkem dle Clevelanda
Bod vzplanutí se u motorových olejů pohybuje přibližně v rozmezí 190 °C až 235 °C. Pro
provedení zkoušky je zapotřebí přibližně 100 ml oleje. Zkouška se provádí v předepsaném
zařízení na místě, které je chráněno od průvanu a je poměrně tmavé, aby bylo možné dobře
sledovat vzplanutí par. Velikost zkušebního plaménku se nastaví na velikost 3,2 – 4,8 mm. Při
zkoušce dochází k zahřívání olejového vzorku nejprve rychlostí v rozmezí 14 - 17 °C/min. Při
dosažení teploty zkoušeného vzorku přibližně 56 °C pod předpokládaným bodem vzplanutí,
se sníží rychlost ohřevu na 5 – 6 °C/min. Při teplotě nižší alespoň o 23 °C ± 5 °C pod
očekávaným bodem vzplanutí se začne zavádět v jednom směru zkušební plamének po dobu
1s a to v těsné blízkosti nad okrajem kelímku. Zavádění plaménku se děje vždy při nárůstu
teploty o 2 °C. Výsledek se stane neplatný, pokud nebyl zkušební plamének zaváděn již při
teplotě minimálně o 18 °C nižší, než je změřená teplota bodu vzplanutí.
121
9.3
Obsah vody
Přítomnost vody v mazivu má výrazný vliv na znehodnocení kvality maziva. Samozřejmě
přítomnosti stopového množství kondenzující vody nelze v běžných aplikacích v podstatě
zabránit. Voda výrazně snižuje kvalitu mazacího filmu a způsobuje korozi součástí. Voda se
v olejích rozpouští jen ve velmi omezeném množství. Při přítomnosti většího množství vody
v oleji se olej zakalí, posléze dochází k vylučování prvních nerozpustných podílů vody, které
se pak vylučují na dně olejové nádrže nebo ve spodních částech olejového systému. Jako
limitní množství vody se obecně vžila hodnota 0,2 % hmotnostního obsahu vody. Pro zjištění
přítomnosti vody v oleji můžeme využít kvalitativní způsob zjištění přítomnosti vody nebo
pro určení množství vody můžeme využít některý z kvantitativních způsobů.
Přítomnost vody v mazacím a hydraulickém oleji způsobuje:







Pěnění oleje
Tvorbu emulze
Korozi součástí
Vypadávání aditiv
Zvyšování viskozity
Snižování oxidační stability oleje
Tvorbu kalů
9.3.1 Kvalitativní způsoby zjištění přítomnosti vody
Jedná se o zjištění přítomnosti vody v oleji, ale bez stanovení skutečného (kvantitativního)
množství vody nebo pouze s orientačním stanovením množství vody.
Vizuální zkouška
Posouzení závisí na subjektivním vyhodnocení a zkušenostech pracovníka, který zkoušku
provádí. Zkoušku lze použít pro málo znečištěné oleje, aby bylo možné pozorovat zakalení
vzorku. Podstata zkoušky spočívá ve vizuálním posouzení zakalení vzorku oleje. Pokud je ve
vzorku přítomno již množství vody o koncentraci přibližně 0,025%, dojde při řádném
protřepání vzorku k jeho zakalení. Pokud je voda přítomná v nižší koncentraci, je olej čirý.
Prskací zkouška
Pro provedení zkoušky je třeba mít k dispozici vyhřátou zkušební plochu na 180 °C, na kterou
se kápnou dvě až tři kapky oleje. Pokud je přítomna voda, tak dochází k tvorbě bublin již od
obsahu vody 0,02 % hmotnostního. Pokud má obsluha k dispozici vzorky s předem
definovaným množstvím vody, tak může s výhodou porovnávat nebo ověřovat chování oleje
při různých koncentracích vody. Teplota 180 °C je důležitá z důvodu správného zvukového
i vizuálního efektu a opakovatelnosti měření, resp. možnosti správného porovnání
jednotlivých vzorků. Při obsahu 0,1% vznikají drobné bublinky (0,5 mm) po dobu 1 až 2 s, při
obsahu 0,2 % vznikají drobné bublinky (1 mm) po dobu přibližně 3 s.
122
I přes svou jednoduchost dokáže tato metoda přinášet požadované výsledky, současně je
závislá na zkušenostech a na subjektivním vyhodnocení obsluhy. Pokud má obsluha patřičné
zkušenosti, případně potřebné pomůcky, dokáže během velmi krátké doby dosáhnout velmi
dobrých výsledků, také rychlost a možnost provedení přímo na místě je výhodou této metody.
9.3.2 Kvantitativní způsoby stanovení množství vody v olejích
Jedná se o přesné číselné určení koncentrace vody v oleji.
Coulometrická metoda
Jedná se o určení i stopové koncentrace vody v oleji pomocí metody definované
K. Fischerem. Metoda je založena na titraci jódu J2, který je v titrační nádobce udržován na
konstantní úrovni za pomoci průchodu el. proudu. Pokud dojde k nanesení vzorku oleje do
nádobky, který obsahuje vodu, tak bude docházet k reakci mezi jódem a vodou až do doby,
kdy je veškerá voda spotřebována.
Po titraci je množství volného jódu vráceno na původní udržovací hodnotu. Při reakci reaguje
právě jeden mol jódu s jedním molem vody, takže 1 mg vody je ekvivalentní náboji
10,71 A·s. Pro určení koncentrace vody ve vzorku je třeba znát přesnou hmotnost naneseného
množství vzorku. Pro tento účel je třeba mít k dispozici váhy s přesností ± 0,1 mg. Přístroj pro
coulometrickou titraci včetně softwaru je znázorněn na obr. 9-4. Přístroj je opatřen titrační
nádobkou, ve které je umístěna generační a indikační elektroda.
Obr. 9-4 Coulometer WTD, přístroj pro coulometrické stanovení vody v oleji dle K. Fischera
Destilační zkouška
Není tak citlivá jako předchozí metoda coulometrická. Umožňuje kvantitativní stanovení
množství vody přibližně od 0,02%. Provádí se destilace např. s xylenem.
123
9.4
Číslo alkality a kyselosti
Přítomnost kyselin v olejích způsobuje korozi a proto je jejich přítomnost v olejích nežádoucí.
Mimo korozi způsobuje kyselost oleje také změnu viskozity, což přispívá k opotřebení
součástí. Kyselost nových olejů může pocházet z některých aditiv, např. z antioxidantů. Další
kyselé látky vznikají během provozu při oxidační degradaci oleje. U motorových olejů
dochází k výraznému vzniku kyselých látek (minerálních kyselin) při spalování paliva.
Vzhledem k tomu, že číslo kyselosti je jediným ukazatelem zohledňujícím stárnutí olejů, je
třeba věnovat patřičnou pozornost jeho stanovení.
Číslo celkové alkality
Je označováno zkratkou TBN (Total Base Number) a je ukazatelem celkové alkality maziva,
resp. obsahu organických a anorganických látek zásadité povahy v oleji. Tyto zásadité látky
mají schopnost neutralizovat vzniklé kyseliny. Číslo celkové alkality je udáváno jednotkou
mg KOH/g a udává množství kyseliny chloristé, vyjádřené počtem miligramů hydroxidu
draselného, které je třeba k neutralizaci všech zásaditých složek, přítomných v 1 g vzorku
oleje. Číslo celkové alkality vypovídá o tom, zda olej disponuje detergentně disperzními
vlastnostmi a jestli má ještě schopnost neutralizovat kyselé látky přítomné v oleji. Hodnota
TBN určuje u motorového oleje jeho schopnost udržet motor v čistém stavu a také schopnost
neutralizovat kyselé látky. Limitní hodnota TBN pro výměnu oleje by neměla klesnout pod
50 % hodnoty čistého oleje. Další kritérium doporučuje, že hodnota TBN během provozu
nesmí být nižší než hodnota čísla celkové kyselosti TAN, aby nedošlo ke koroznímu napadení
vnitřních součástí.
Číslo celkové kyselosti
Je označováno zkratkou TAN (Total Acid Number) určuje obsah volných kyselých složek
v čerstvém nebo upotřebeném mazivu, resp. určuje nárůst látek kyselého charakteru
vznikajících v důsledku termooxidačních a jiných dějů. TAN je definováno jako množství
KOH v mg, které je potřebné na neutralizaci všech kyselých složek obsažených v 1 gramu
vzorku oleje. Číslo celkové alkality a kyselosti se stanovují za pomoci potenciometrické
titrace. Přesnost obou parametrů je stanovena max. ± 10% stanovené hodnoty.
9.5
Conradsonův karbonizační zbytek
Conradsonův karbonizační zbytek (CCT) určuje náchylnost oleje k tvorbě uhlíkatých zbytků
při působení vysokých teplot. Vysoké hodnoty CCT při provozu oleje určují tendenci ke
zvýšení tvorby úsad. Velmi často dochází u spalovacích motorů k tvorbě úsad na pístních
kroužcích, v hlavě motoru apod. Při zkoušce dochází k termickému rozkladu oleje bez
přístupu vzduchu za předepsaných podmínek zkoušky. Hodnotí se hmotnostní zbytek po
spálení ku navážce původní hmotnosti oleje. Hodnota se vyjadřuje v hmotnostních procentech
s přesností ± 10 % stanovené hodnoty.
124
Vlastní CCT zkoušeného ropného produktu (x) v procentech se pak určuje:
x
A1
100
A2
[%]
(9-2)
A1 … hmotnost CCT [g]
A2 … původní navážka vzorku [g]
9.6
Kapková zkouška
Je to orientační rychlá metoda pro zjištění stupně znečištění oleje. Interpretace výsledků je do
značné míry závislá na subjektivním posouzení obsluhy a na zkušenostech a znalostech této
osoby. Výsledek zkoušky nemusí být bohužel vždy jednoznačný, výhodou zkoušky ovšem je
její rychlost a jednoduchost. Postup spočívá v nanesení kapky dobře zhomogenizovaného
vzorku oleje na vypnutý filtrační papír a ve vyhodnocení rozsahu, tmavosti a struktury skvrny,
kterou způsobí vsáknutí kapky oleje na filtračním papíru. Tato zkouška je nositelem
informace o velikosti znečištění maziva, o jeho detergentně-disperzních vlastnostech,
o přítomnosti vody, glykolu apod.
9.7
Celkové znečištění
Jedná se o smluvní zkoušky a jejich výsledky záleží na principu použité metody. Tyto metody
zjišťují celkový obsah znečištění oleje termooxidačními zplodinami, mechanickými i jinými
nečistotami. Pro stanovení celkového znečištění se používají následující metody:
Metody stanovení mechanických nečistot
První metoda je založena na filtraci vzorku na membránovém ultrafiltru za pomoci podtlaku.
Stanovení obsahu nečistot je stanoveno z přírůstku na ultrafiltru. Druhá metoda využívá stejný
princip jako první metoda, ale je rozšířena o stanovení mikroskopické velikosti a počtu částic
nečistot.
Měření množství a velikosti nečistot
Jedná se o stanovení kódu čistoty (dle ČSN 65 6206, ISO 4406), který odpovídá stupni
znečištění a definuje množství pevných nečistot v kapalinách. Kód čistoty je složen ze dvou
čísel, např. 21/18. První číslice reprezentuje počet částic rovných nebo větších než 5 μm
v 1 ml oleje. Druhá číslice reprezentuje počet částic rovných nebo větších než 15 μm v 1 ml
oleje.
Celkové znečištění
Jedná se o smluvní zkoušky a jeho vyjádření závisí na použité metodě. Např. při měření
dielektrických vlastností oleje se určuje celkové znečištění mechanickými nečistotami
a termooxidačními produkty. U fotodenzimetrické metody dochází k určení také celkového
znečištění a principem je měření zeslabení záření, které prochází vzorkem.
125
9.8
Spektrální analýza
Jedná se o optickou metodu, která využívá infračervenou spektrometrii pro spektrální analýzu
olejů. Odraz infračerveného záření od zkoušené kapaliny způsobuje jejich vybuzení (excitaci)
na vyšší vibrační hladiny (absorpční spektrometrie). Při tomto působení dojde k pohlcení
záření s určitými hodnotami energie a ve spektru vznikají tzv. vibrační absorpční pásy.
Umístění těchto vibračních pásů je charakteristické pro určité prvky nebo sloučeniny, proto
lze identifikovat jejich výskyt i úbytek v kapalině.
9.9
Atomová spektrofotometrie
Patří do skupiny metod, které určují nejen degradaci samotného maziva, ale také samotný stav
strojních zařízení za pomoci vyhodnocení koncentrace látek obsažených v oleji a to zejména
kovů pocházejících z opotřebení součástí daného stroje. Atomová spektrometrie využívá pro
konverzi testovaného vzorku na světelné záření, které se posléze vyhodnocuje, dodání energie
tepelné, elektromagnetické, chemické, případně elektrické. Tato metoda se rozděluje na
spektrometrii emisní a absorpční.
Atomová emisní spektrofotometrie (AES) vyhodnocuje záření, které je způsobeno dodáním
energie vzorku (spálením za pomoci plamene, el. oblouku apod.). Při vyhodnocení určujeme
kvalitativní i kvantitativní složení testovaného vzorku ve spektru. Pod pojmem spektrum
rozumíme soubor frekvencí, resp. vlnových délek záření, které vzorek při spalování vysílá.
Kvalitativní vyhodnocení je dáno počtem a hodnotami charakteristických frekvencí,
kvantitativní složení poměrným rozdělením intenzity záření na tyto frekvence.
Atomová absorpční spektrofotometrie (AAS) vyhodnocuje záření, které prochází přes
zkoumaný vzorek, kde dochází k absorpci jistých vlnových délek. Princip metody vychází ze
zákona, který definoval Kirchoff, každý prvek absorbuje právě takové záření, právě
o takových vlnových délkách, které by při excitaci emitoval. Aby mohl zkušební vzorek
absorbovat záření o jeho charakteristických vlnových délkách, tak je třeba vzorek uvést do
plynného stavu.
9.10 Ferografie
Jedná se o metodu, která využívá metodu částicové analýzy. Princip spočívá v rozčlenění
magnetických otěrových částic ze vzorku oleje na skloněné průhledné podložce, pod kterou je
umístěn magnet, který svým magnetickým polem působí na magnetické částice otěru. Na
největší částice působí magnet nejdříve a ty se pak usazují na začátku ferogramu, malé částice
až na jeho konci. Dále pak dochází k vyhodnocení ferogramu způsobem feroskopickým
(morfologie a chemické složení) nebo ferodenzimetrickým (distribuce vzhledem k velikosti).
126
10 ZÁVĚR
Publikace je vytvořena v rámci Operačního programu přeshraniční spolupráce 2007 –
2013 Česká republika – Polská republika. Odborným zaměřením projektu je Program
profesní přípravy specialistů – lídrů transferu inovací a moderních technologií do firem
na polsko-českém pohraničí č. PL.3.22/2.3.00/09.01517. Hlavním koordinátorem projektu
je ATH v Bielsku-Bialej.
Pro objektivizaci technického stavu strojních zařízení existuje celá řada metod, bohužel každá
metoda má svá úskalí a omezení. Aby bylo dosaženo včasné identifikace vznikající poruchy,
je velmi vhodné kombinovat některé metody, čímž se bude jednat o tzv. multiparametrickou
diagnostiku. Správná volba a provozování metod technické diagnostiky je rozhodující pro
eliminaci poruch, čímž je přímo spojena s bezpečností provozu a ochrany zdraví i života
obsluhy, dále eliminace prostojů zařízení i celých výrobních linek, což přímo souvisí
s ekonomickým a ekologickým provozem provozovaných strojních zařízení.
Správná aplikace již běžných metod a aplikace nových inovativních metod technické
diagnostiky, by mělo být jednou ze zásadních priorit prosperujícího a konkurenceschopného
průmyslového podniku. V opačném případě bude s postupem času docházet (i přes možnou
počáteční úsporu) k výrazným technickoekonomickým ztrátám a tím ke zmenšení
konkurenceschopnosti.
Účelem této publikace je zvyšování povědomí o metodách a možnostech aplikace metod
technické diagnostiky a také možnosti použití nových inovativních metod. Bohužel není
možné rozvést veškerou problematiku, případně i shrnout veškeré metody pro objektivizaci
technického stavu strojních zařízení, proto se zabývám ve zkrácené verzi pouze vybranými
metodami, včetně řady praktických aplikací.
127
Použitá literatura
[1] HELEBRANT, F., ZIEGLER, J.: Technická diagnostika a spolehlivost II –
Vibrodiagnostika. VŠB – TUO, Ostrava 2004, 1. vydání, 178 s., ISBN 80 – 248 – 0650 – 9.
[2] HELEBRANT, F. Vibrační diagnostika VIB 01 - Základy vibrodiagnostiky, Ediční
středisko DTI, Bohumín 2007, 159 s.
[3] BLATA, J. Metody technické diagnostiky. /Učební text předmětu „Technická diagnostika“
/ 1. vydání, Ostrava: Vysoká škola báňská, 2011. 27 s.
[4] BLATA, J. Expertní aspekty diagnostického systému vibrací rotačních strojů. Disertační
práce na Fakultě strojní VŠB – TU Ostrava, Katedra výrobních strojů a konstruování.
Vedoucí: Jurman, J. Ostrava, 2011. 117 s.
[5] VOŠTOVÁ, V. – HELEBRANT, F. – JEŘÁBEK, K. Provoz a údržba strojů – II. část
Údržba strojů. ČVUT v Praze, Praha 2002, 124 s. ISBN 80-01-02531-4.
[6] BLATA, J. Vibrodiagnostika strojních zařízení /Učební text předmětu „Technická
diagnostika“ / 2. vydání, Ostrava: Vysoká škola báňská, 2012. 30 s.
[7] ČSN ISO 10816. Vibrace - Hodnocení vibrací strojů na základě měření na nerotujících
částech - Část 1: Všeobecné směrnice, 1998. 24 s. ISSN 011412 .
[8] JENČÍK, J. – VOLF, J. a kol.: Technická měření. Vydavatelství ČVUT, Praha 2003,
dotisk 1.vydání, 212s., ISBN 80-01-02138-6.
[9] Firemní literatura firmy Brüel & Kjaer.
[10] KREIDL, M.: Měření teploty – senzory a měřící obvody. BEN – technická literatura,
Praha 2005, 1. vydání, 240 s., ISBN 80-7300-145-4.
[11] SGLUNDA, R. Diagnostika stavu valivých ložisek [online], [cit. 2011-4-11].
<http://www.337.vsb.cz/materialy/vibracni_diagnostika/vibro.htm>
[12] BILOŠOVÁ, A. Valivá ložiska [online], [cit. 2011-4-13].
[13] WIKIPEDIA, části kapalinového teploměru [online], [cit. 2012-12-15]. Dostupné z
WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Teplomer.jpg
[14] 3ZSCHEB, měření teploty [online], [cit. 2012-12-15]. Dostupné z WWW:
http://www.3zscheb.unas.cz/e-learning/fyzika%20web/teplotavyklad.htm
[15] WEBZDARMA, termočlánky [online], [cit. 2012-12-16]. Dostupné z WWW:
http://www.maryshfmmi.webzdarma.cz/mttd.htm
[16] NDT, Metody zkoušení [online], [cit. 2012-11-10]. Dostupné z WWW:
http://www.ndt.cz/prilohy/43/metody_zkouseni_uz.pdf
[17] IZAPING, Biografía William Herschel [online], [cit. 2012-16-10]. Dostupné z WWW:
http://www.izaping.com/relacionado/biografias
[18] FLUKE, Hodnoty emisivity běžných materiálů [online], [cit. 2012-20-11]. Dostupné z
WWW: http://www.fluke.eu/comx/show_product.aspx?locale=czcs&pid=37822
[19] JENČÍK, J. – VOLF, J. a kol.: Technická měření. Vydavatelství ČVUT, Praha 2003,
dotisk 1.vydání, 212s., ISBN 80-01-02138-6
[20] ŠMÍD, R. Termovize [online], [cit. 2012-05-09]. Dostupné z WWW:
http://measure.feld.cvut.cz/usr/staff/smid/lectures/thermo07.pdf
[21] RICHTER, M. Základní fyzikální principy využitelné v počítačovém vidění [online],
[cit. 2012-25-09]. Dostupné z WWW:
http://www.uamt.feec.vutbr.cz/~richter/vyuka/1112_MAPV/fyzika_txt.html
128
OBSAH
1
ÚVOD ......................................................................................................................... 1
2
HISTORICKÝ VÝVOJ DIAGNOSTIKY .............................................................. 2
3
ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ METOD TECHNICKÉ DIAGNOSTIKY ............... 4
4
VIBRODIAGNOSTIKA ........................................................................................... 8
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.7.1
4.7.2
4.7.3
4.7.4
4.7.5
Základní vztahy ........................................................................................................... 8
Základní veličiny....................................................................................................... 10
Snímače vibrací ......................................................................................................... 12
Umisťování snímačů, provozní pokyny .................................................................... 19
Rychlá Fourierova transformace FFT ....................................................................... 21
Příklad jednoduchého skládání signálu ..................................................................... 22
Základní poruchy a jejich projevy [4] ....................................................................... 24
Nevyváženost ............................................................................................................ 24
Statická nevyváženost ............................................................................................... 24
Momentová nevyváženost (dvojicová nevyváženost) .............................................. 25
Dynamická nevyváženost.......................................................................................... 26
Úhlová a rovnoběžná nesouosost .............................................................................. 27
5
METODY PRO HODNOCENÍ TECHNICKÉHO STAVU ............................... 30
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.9.1
5.9.2
5.10
Trendování vibrací .................................................................................................... 30
Stanovení alarmových hodnot ................................................................................... 33
Stanovení aktuálních otáček ze spektra vibrací ........................................................ 35
Identifikace technického stavu při využití časového záznamu ................................. 36
Metoda Kurtosis ........................................................................................................ 38
Crest faktor ................................................................................................................ 39
Nesymetrie elektromagnetického pole ...................................................................... 41
Záznějové vibrace ..................................................................................................... 45
Praktické příklady diagnostiky čerpadel ................................................................... 46
Horizontální čerpadlo 1 ............................................................................................. 46
Horizontální čerpadlo 2 ............................................................................................. 51
Spalovací motory ...................................................................................................... 55
6
REZONANCE ......................................................................................................... 57
6.1
6.2
6.3
6.3.1
6.3.2
6.3.3
6.3.4
Možnosti odstranění rezonance ................................................................................. 58
Rezonanční módy konstrukce ................................................................................... 59
Praktický příklad rezonance – rezonance kabiny nakladače ..................................... 61
Základní parametry stroje ......................................................................................... 61
Provedení měření a průběh vyhodnocení .................................................................. 61
Modální analýza kabiny ............................................................................................ 65
Nápravná řešení pro snížení vibrací .......................................................................... 67
7
NEDESTRUKTIVNÍ DIAGNOSTIKA – NDT .................................................... 69
7.1
7.1.1
Kapilární metody....................................................................................................... 69
Rozdělení kapilárních metod..................................................................................... 70
129
7.1.2
7.2
7.2.1
7.2.2
7.3
7.3.1
7.4
7.5
7.6
7.6.1
7.6.2
7.7
Pracovní postup ......................................................................................................... 70
Metody indikace rozptylových polí .......................................................................... 71
Zviditelnění rozptylových polí .................................................................................. 71
Elektrické metody snímání rozptylových polí .......................................................... 71
Ultrazvukové testování.............................................................................................. 72
Metody ultrazvukové defektoskopie ......................................................................... 72
Magnetická paměť materiálu - MMM ...................................................................... 74
Praktický příklad použití metody MMM pro detekci válců pro válcování trub ....... 75
Praktické příklady použití NDT a jejich aplikace na bubny pásových dopravníků .. 79
Praktická aplikace ultrazvukového měření na bubny pásového dopravníku ............ 79
Měření necelistvostí bubnů za pomoci metody MMM ............................................. 82
Praktické využití metody MMM při diagnostice pásů .............................................. 87
8
TERMODIAGNOSTIKA ....................................................................................... 91
8.1
8.2
8.2.1
8.3
8.3.1
8.3.2
8.3.3
8.3.4
8.3.5
8.4
8.4.1
8.4.2
8.4.3
8.4.4
Základní vztahy a veličiny ........................................................................................ 91
Kontaktní měření teploty........................................................................................... 91
Rozdělení kontaktních teploměrů ............................................................................. 91
Bezkontaktní měření teploty ..................................................................................... 96
Historický vývoj ........................................................................................................ 96
Infračervené záření .................................................................................................... 97
Prostup infračerveného záření atmosférou ................................................................ 97
Emisivita ................................................................................................................... 98
Teplota okolí ........................................................................................................... 103
Způsoby vyhodnocení termovizních měření ........................................................... 105
Termodiagnostika ve stavebnictví........................................................................... 106
Termodiagnostika ve strojírenství ........................................................................... 107
Termodiagnostika v elektrotechnice a jiných odvětvích ......................................... 107
Praktické příklady termovizních měření na pásových dopravnících ...................... 114
9
TRIBODIAGNOSTIKA ....................................................................................... 119
9.1
9.2
9.3
9.3.1
9.3.2
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
9.9
9.10
Kinematická viskozita ............................................................................................. 120
Bod vzplanutí a hoření ............................................................................................ 121
Obsah vody ............................................................................................................. 122
Kvalitativní způsoby zjištění přítomnosti vody v olejích ....................................... 122
Kvantitativní způsoby stanovení množství vody v olejích ..................................... 123
Číslo alkality a kyselosti ......................................................................................... 124
Conradsonův karbonizační zbytek .......................................................................... 124
Kapková zkouška .................................................................................................... 125
Celkové znečištění .................................................................................................. 125
Spektrální analýza ................................................................................................... 126
Atomová spektrofotometrie .................................................................................... 126
Ferografie ................................................................................................................ 126
10
ZÁVĚR ................................................................................................................... 127
130
Autoři
Katedra, institut
Název:
Místo, rok, vydání:
Počet stran:
Vydala:
Tisk:
Náklad:
Jan Blata, Janusz Juraszek
Katedra výrobních strojů a konstruování
Metody technické diagnostiky,
teorie a praxe
Ostrava, 2013, 1. vydání
133
VŠB – Technická univerzita Ostrava
REPRONIS, s.r.o. Ostrava
150 ks.
Neprodejné
ISBN 978-80-248-2997-5
Download

Metody technické diagnostiky teorie a praxe