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摘要
制造商，分銷商和發電公司面臨許多挑戰。 每個領域的最大挑戰之一是延長關鍵設備的使用壽命和提高性能，運營效率和不間斷的正常運行時間以確保高質量的產品。 不幸的是，即使生產技術已經發展并且對某些產品的需求增加，許多大型制造商已經看到熟練維護人員和總體人力的減少。 工業維護部門的任務是用更少的資源做更多事情：更少的時間，更少的資金，更少的技術人員。
每年，像這樣的機構花費數百萬美元監控用于設備生產和分配的關鍵組件。 預防性的維護（PM）被廣泛接受，以幫助避免不合時宜的停機并延長關鍵設備上軸承和其他旋轉部件的使用壽命。PM計劃將定期安排的活動納入維護計劃，以延長設備的使用壽命。
大多數項目管理計劃的主要限制之一是其主觀性趨勢，嚴重依賴過度勞累的維護技術人員的專業知識和設備制造商的建議。 通常，這些類型的程序不允許影響任何給定設備的無數變量。 例如，典型的PM可能需要技術人員在視覺上檢查軸承是否有磨損跡象，或者僅需要施加半泵潤滑劑。 盡管這些操作有用并且通常是必要的，但它們并不完全有效，并且通常缺乏更加細微的方法來在故障發生之前對其進行診斷。
本文將提出一種預防性維護的替代解決方案，并描述超聲波聲學監聽技術如何用于開發制造業和工業的全面，交鑰匙預測維護（PdM）過程。
用于預測性維護的超聲波（PdM）
通過監控關鍵組件的狀況以預測可能導致不必要的停機的故障，預測性維護比PM更進一步。 過去，這些程序實施起來通常很昂貴，難以學習并且執行起來很麻煩。 然而，趨勢正在發生變化，許多工業組織正朝著更具預測性的維護系統邁進。 這部分是因為缺乏人力和時間來解決維護問題使得PdM比以往任何時候都更加重要，但也因為現有的技術和實施方法比最近的技術和方法更具成本效益和易于學習 過去。
雖然PdM傳統上是通過振動分析，紅外線或石油分析等杰出技術進行的，但最簡單且最具成本效益的PdM方法之一已被證明是超聲波聽覺。 雖然大多數人只知道諸如醫學超聲之類的超聲傳輸技術，但是超聲聲學收聽是用于泄漏檢測，非加壓容器測試，電氣故障檢測和關鍵部件的基于狀況的監測的不太常見的方法。 單個高質量的超聲波檢測設備可用于所有這些應用。 這些設備重量輕，堅固耐用且無破壞性。 當與用于數據收集的直觀軟件應用程序配對時，可以使用超聲波硬件來開發有效的交鑰匙PdM程序。
為什么是超聲波？
人類聽覺量表的最高端約為20kHz。 高質量的超聲波探測設備以40kHz的頻率收聽，并通過降噪耳機將更高頻率的聲音轉換為人類聽覺范圍。 在40kHz，超聲波由摩擦，沖擊，湍流或放電產生。這給了技術人員聽到壓縮氣體和真空泄漏，萌芽機械故障，蒸汽疏水閥和閥門故障以及電氣故障的好處，即使工業環境非常嘈雜。
由于它涉及機械設備的維護，因此摩擦和沖擊是本文將考慮的超聲波的主要來源，因為它們是機械設備的副產品。例如，滾子軸承會產生摩擦，因為軸和滾珠圍繞軸承的中心滾動。反過來，這種摩擦會產生聲音，但也會產生熱量。諸如不平衡，安裝不當或軸承中的碎屑等問題會導致摩擦力增加。摩擦力的增加通常也會導致聲音和熱量的增加。隨著元件升溫，它會膨脹。最終，軸承會膨脹過多，卡住并導致設備失效。摩擦增加的另一個副產品是剝落：當部件膨脹時，每個部件的顆粒被刮掉并造成進一步的損壞。軸承通常經過潤滑以減少摩擦，但潤滑不能完全阻止老化過程，導致軸承隨著時間的推移變得更加粗糙。
軸承和其他旋轉設備的適當潤滑是必不可少的，但它不是唯一的維護技術。40kHz的聆聽為技術人員提供了在機械設備發生之前診斷出現故障的獨特機會。 收集數據樣本并隨時間推移趨勢的軟件可以查明重大變化并標記測試點以進一步服務。 使用超聲波CBM，維護部門可以開發一個數據采樣和團隊管理通信的交鑰匙系統，可以極大地幫助關鍵設備的潤滑，維修和更換過程。
超聲監測條件（CBM）
本文的其余部分將重點介紹一種稱為“基于條件的監控”的PdM流程（CBM）或在某些情況下，“狀態監測”（CM）。 使用超聲聽音裝置結合數據捕獲軟件進行CBM超聲測試。 通過記錄被測組件的聲音特性，軟件將記錄先前測試或變化與設定閾值之間的任何變化。 這些變化特定于被測組件的條件，并且不與測量標度或來自類似組件的聲音進行比較（比較測試）。 任何重大變更都將觸發行動呼吁以進行進一步檢查或發出未決故障警告。
當適當的超聲檢測設備與諸如InCTRL的數據收集和分析軟件苆合時，使用CBM方法的測試結果是瞬間的，并且可以允許技術人員隔離源或可能用其他技術尚未檢測到的問題。 這為在損壞設備和導致停機之前發生糾正措施提供了時間。 超聲波CBM技術的另一個好處是早期檢測：研究表明，超聲波可以比其他常見的PdM技術（如紅外和振動分析）更快地檢測到異常現象。 （見上圖2）
請考慮以下來自第三方評估團隊的摘要，將超聲波技術集成到一個擁有500多個站點的機構中：（1）確定了100多個應用程序，用于各個站點的各種設備，如鍋爐，熱交換器，壓縮機 ，電動機，泵，閥門和蒸汽疏水閥。 （2）該機構的總節省每年約為370萬美元。 （3）超聲波整合與此成本規避的投資回報率約為15：1。 （4）由于診斷和故障排除所花費的時間減少而幫助每年人工節省約為45人。
該技術的另一個采用者-在這種情況下，一個大型聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料回收設施-正在使用InCTRL基于狀態的監測（CBM）計劃取得巨大成功。 一名致力于使用超聲波的全職員工已經使用超聲波技術和數據采集軟件，每月為1,300多個測試點提供近五年的趨勢。 從軟件收集的數據使維護部門能夠領先于潛在的設備故障，并定期避免意外停機。
本文的其余部分將逐步介紹為大型工業設施實施類似的超聲波CBM計劃。
第1步：識別關鍵組件
關鍵部件是指那些在生產失敗或有過早失效和/或需要頻繁更換的情況下可以關閉生產的部件。要識別這些組件，請使用您的CMMS程序生成過去工單的歷史報告，或跟蹤計劃外停機的歷史記錄以查明問題區域。要求幫助確定組件是否至關重要的問題：該組件的故障是否會導致工廠安全性降低？生產停止還是減少？產品缺陷？監管違規？不利的環境影響？
如果對這些問題的答案都是肯定的，則應定期監測該組件。生成最關鍵組件的列表，并為每個組件分配單元ID號以進行跟蹤。建議最初開始監控大約20個組件。根據您組織的規模，此數字可能更高或更低。隨著時間的推移，隨著過程變得更自然并且您對測試設備有更多的經驗，可以增加組件的數量。
第2步：制定檢查計劃表
檢驗計劃可以集成到當前的PM或CBM程序中，也可以
設置為單獨的過程。 關鍵是經常進行檢查 – 每月一次 或兩次以獲得最佳結果。 如果使用當前PM或CBM路 徑，請選擇在設備正常運行期間執行的循環。 設備必須運行以獲得超聲波技術的結果。 例如，選擇軸承潤滑PM，要求軸承在潤滑時滾動。 向PM添加步驟以進行超聲波CBM檢查。 如果要制定新的CBM計劃，請選擇一系列測試，以及頻率和指定的測試時間。 可以在諸如InCTRL的程序中自動設置測試間隔。
第3步：建立閾值
使用超聲波檢測設備和兼容的數據采集軟件（如InCTRL），獲取每個關鍵組件的初始基線讀數（InCTRL需要五個這樣的樣品）。 拍攝時，超聲波設備的靈敏度和增益設置
應設置為盡可能低的設置。 這些設置應該進入錄音機，以便將來使用檢查時，在測試每個組件時使用相同的設置，然后可以正確地比較結果。 （重要的是要注意，在測試時，設置和操作條件，例如rpm和負載，每次都應盡可能相似，因為任何變化都會影響讀數。）
建立閾值樣本和執行檢查的個人應熟悉設備，并能夠確定記錄是否會提供良好的起點。 系統制造商還應提供確定良好基線的指南。 可以將未來的記錄與這些基線記錄進行比較，以進行設備狀況分析。
第4步：檢查和分析
按照檢查計劃的步驟和預定的設置和附件，定期檢查關鍵部件。 首次啟動程序時，請對每個組件進行幾次（推薦四次）20秒長讀數/記錄。這將確保您獲得良好的記錄以進行準確的趨勢分析。 隨著您進行檢查變得更加暢通，每個組件的讀數可以減少到一個或兩個。
錄制完成后，重播文件并查看超聲波信號的音頻和視覺特征，以評估和分析每個組件的條件。
將信號與基線和先前的記錄進行比較。 在正常和異常情況下，組件的聲音和外觀存在非常明顯的差異。 例如，普通軸承通常會產生柔和的呼呼聲。
如果軸承潤滑不足，摩擦力會增加。 軸承的聲音強度會增加，并會發出強烈的刮擦聲。 信號的RMS（均方根）值也將增加，波形的高度將明顯增加。
第5步：文檔
在測試之前，應記錄所有原始疑問。 在檢查期間，應注意任何重大變化。 檢查后，應打印并記錄每個記錄的波形文件顯示，以備將來參考和比較。 應為每個關鍵部件建立可接受的參數。 任何需要特殊監控，進一步檢查或維修的狀況變化應在適當標記的單獨文件中提交，以反映緊急情況。 如有必要，還應生成工單。
第6步：行動
最后，采取必要措施來修復或糾正任何問題。如果一旦發現并警告問題跡象，若不采取行動，CBM計劃就沒有用處。 修復完成后，使用超聲波設備確保正確安裝任何新組件并確保設備正常運行。
通過適當實施預測性維護計劃，可以避免不必要的成本并延長設備的預期壽命。 實施此類計劃的前期時間投入將大大超過故障排除，關閉和維修所節省的時間，以及生產和產品質量提高帶來的利潤增加。
除了使用超聲波技術進行預測性維護之外，額外的好處還在于多功能性和多樣化的應用機會。 高質量的超聲波檢測設備也可用于故障排除可疑區域，驗證維修和正確的組件安裝，以及空氣和蒸汽審核。
遠程聽力應用
由于安全問題或難以接近，一些機械部件與傳統的超聲CBM方法不兼容。 在某些情況下，可以將拋物面附件與超聲接收器和CBM軟件一起使用，以便在遠處收聽機械部件。 這種方法需要直接測量部件的位置，并且沒有來自壓縮氣體泄漏，電弧焊或其他來源的競爭超聲的直接氣氛。 與傳統的超聲CBM方法類似，條件的可重復性是最重要的，必須采取額外的步驟以確保記錄每個單獨的樣本重復距離和位置。
結論
通過依賴豁免報告，第4頁提到的PET回收設施能夠規避總計超過20萬美元的災難性設備故障，不包括工時和生產損失。 僅這一個有價值的關鍵績效指標（KPI）就是姊妹網站工廠經理在其新工廠實施超聲波CBM的推動力。 在設施建設完成之前，他聘請了一名全職維護員工，專注于超聲波CBM，即使工廠在今年秋天晚些時候才能完全投入使用。 實際上，甚至在最終決定聘用新的維護主管之前，超聲波CBM技術人員就已經上任。
將超聲波CBM作為PET回收設施日常運營不可或缺的組成部分的重點說明了該技術對公司企業目標的必要性。 那個公司并不孤單。 超聲波CBM在許多工業領域有廣泛實施的無數機會。 從軍事到制造，從石化到發電，煤層氣，超聲波具有減少停機時間，增加產量，更好地分配資源和提高人員安全的無限潛力。
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