Trillingsanalyse wordt al vele jaren op grote schaal in de industrie gebruikt om de conditie van roterende apparatuur te bewaken. De opkomst van draagbare digitale analyzers aan het einde van de jaren 1980 en de snelle toename van hun prestaties en snelheid aan het begin van de jaren 1990 veranderden voorgoed de manier waarop onderhoud werd uitgevoerd. Tegen het einde van de 20e eeuw was predictief onderhoud op basis van trillingsmetingen een gevestigde praktijk en de gebruikelijke aanpak in de meeste grote productiebedrijven.
Trillingsanalyse bood inderdaad een betrouwbare manier om een breed scala aan mechanische en, in mindere mate, elektrische defecten te detecteren en had zijn toegevoegde waarde ruimschoots bewezen. Toch bleef er enige scepsis bestaan, en in bepaalde gevallen terecht. Onvoldoende smering van wentellagers bleef vaak onopgemerkt totdat smering nauwelijks nog verbetering kon bieden, en ook het bewaken van de conditie van lagers in toepassingen met lage toerentallen bleek een bijzondere uitdaging.
Daar komt ultrasoonanalyse in beeld, een goed alternatief voor trillingsmetingen in deze gevallen. Door trends in gemeten decibelwaarden (dB) te volgen en naar de signalen te ‘luisteren’ nadat ze zijn omgezet in een hoorbaar signaal, biedt hoogfrequent ultrasoon een betrouwbare en efficiënte methode voor het bewaken van de smering en kan het ook waardevolle informatie verschaffen over de conditie van een lager dat op lage snelheid draait.
Waarom leverde ultrasoonanalyse in deze twee gevallen vaak betere resultaten op dan trillingsanalyse? De verklaring is niet zo moeilijk te vinden.
Ultrasone sensoren meten signalen in een frequentiebereik tussen 20 kHz en 40 kHz. Smeringsproblemen in een wentellager veroorzaken meer wrijving en genereren daardoor veel energie in deze hoogfrequente band. Bij toepassingen met lage toerentallen is de bewaking van lagerdefecten voornamelijk gebaseerd op de detectie van ‘stressgolven’, die eveneens voornamelijk signalen met zeer hoge frequenties genereren.
Trillingsanalyse daarentegen is voornamelijk gebaseerd op golfvorm- en spectrumanalyse. Het FFT-spectrum stelt de analist in staat om specifieke lagerdefectfrequenties te koppelen aan de trillingssignatuur, maar het frequentiebereik dat voor deze standaard FFT-spectra wordt gebruikt, overschrijdt zelden 5 kHz. In dit bereik genereren beschadigde wentellagers die op lage snelheid draaien slechts zeer weinig energie en geven ook smeringsproblemen weinig informatie totdat het veel te laat is. FFT-spectra die gebruikmaken van enveloptechnieken bieden weliswaar een betere manier om hoogfrequente signalen te analyseren, maar de digitalisering van het analoge envelopsignaal (zoals geïllustreerd in Figuur 1) verhinderde nog steeds een correcte detectie van signalen met zeer hoge frequenties. Figuur 1 toont aan dat het bemonsteringsproces niet in staat is om de korte enveloppen te detecteren die ontstaan wanneer rollende elementen stressgolven genereren bij het passeren van een defect in een lager dat op lage snelheid draait.
Figuur 1. ‘Klassieke’ digitalisering van een analoog envelopsignaal.
Hoogfrequente bemonsteringstechnieken, oorspronkelijk beschikbaar in de PeakVue-technologie van Emerson en meer recent in monitoringsystemen van verschillende fabrikanten zoals I-DNA van I-care, SPM HD of SKF, hebben de beschikbare tools voor analisten aanzienlijk verbeterd. Bemonsteringsfrequenties tot 100 kHz en hoger vergroten het bewaakte frequentiebereik tot 40 kHz, waardoor de hoge frequenties kunnen worden gedetecteerd die worden gegenereerd door wrijving als gevolg van onvoldoende smering of die verband houden met de stressgolven veroorzaakt door lagerdefecten bij lage toerentallen.
Deze techniek wordt geïllustreerd in Figuur 2, waarin de detectie van zeer korte impacts met behulp van hoogfrequente bemonstering wordt weergegeven, terwijl hetzelfde aantal samples in de gedigitaliseerde golfvorm behouden blijft als bij conventionele (envelop)technieken.
Figuur 2. Digitalisering van een analoog signaal met behulp van hoogfrequente bemonstering
Dus, op de vraag of trillingsanalyse even krachtig is als ultrasoonanalyse voor het detecteren van smeringsproblemen en het bewaken van lagerdefecten bij lage toerentallen, is het antwoord duidelijk ja, op voorwaarde dat de trillingsanalyse een van de hoogfrequente bemonsteringstechnieken omvat.
Om de tweede vraag te beantwoorden, namelijk of ultrasoonanalyse en trillingsanalyse nog steeds complementaire technieken kunnen zijn, is het antwoord eveneens positief. Ultrasoonanalyse detecteert geen storingsvormen in roterende apparatuur die niet met hoogfrequente trillingsanalysetechnieken kunnen worden gedetecteerd. Vanuit technologisch oogpunt biedt ultrasoonanalyse de analist van roterende apparatuur dus geen informatie die niet met trillingsanalyse kan worden verkregen. Ultrasoonanalyse kan echter nog steeds een snelle en efficiënte methode zijn om de conditie van lagers en smering snel te beoordelen en kan op die manier een waardevolle aanvulling vormen op een conditiebewakingsprogramma.
Heeft u nog vragen of wilt u meer weten over trillingsanalyse en ultrasoontechnieken? Neem vandaag nog contact met ons op en praat met Kris Deckers of een van onze vele experts in predictief onderhoud.
I-care, Changing the way the world performs.