Témata
Reklama

Výzvy pro inovativní metody měření a diagnostiky

Když se na začátku milénia utvářela ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (VCSVTT) při ČVUT v Praze, Fakultě strojní skupina měření a diagnostiky, netušili jsme, že naším chlebem nebudou jen obráběcí stroje, jejichž konstrukci jsme na Fakultě strojní studovali, ale že nás čas zavede i do odvětví na hony vzdálených našemu oboru.

Samotná vibrodiagnostika se stala dobrodružstvím, ve kterém bylo získávání poznatků doprovázeno nadšením z objevování neprobádaných zákoutí tohoto oboru, jehož kolébkou jsou především energetické stroje (turbogenerátory, kompresory, vzduchotechnika atp.). Postupem času, jak jsme profesně rostli, se ona nepoznaná zákoutí objevovala již méně často, a jak tomu často bývá, práce rutinní povahy již tolik neinspiruje. Přesto se nám občas do cesty připletly případy ne tak zcela související s naším oborem nebo vyžadující netradiční přístup ke stanovení diagnózy. A opět se objevilo to nadšení z objevování nového, a poté finální uspokojení z vyřešení zapeklitého problému. Tento článek nemá být oslavou těchto malých vítězství, ale spíš nabádá k zamyšlení, jak se náš obor diagnostiky rozšířil, a to díky neskutečně rychlému rozvoji a zlevňování elektroniky a senzoriky. Ta se pak snáze dostane do oborů, kde ji dříve kvůli vysoké ceně nebylo možné uplatnit. Následující odstavce shrnují některé zajímavé případy realizovaných měření v širokém spektru strojírenských odvětví.

Reklama
Reklama

Měření vibrací na rotoru turbíny

Začněme tedy od zmíněné kolébky vibrodiagnostiky – měření vibrací na rotoru oběžného kola Francisovy turbíny vodní elektrárny. Měření relativních vibrací na hřídeli, případně absolutních vibrací na statoru, nepřinášela přesvědčivé informace potvrzující domněnku o nadměrném kmitání rotoru, ale hlavně vysvětlení příčiny tohoto chování. Ve finále bylo nutné měřit kmity rotoru přímo, za všech režimů provozu, při plném natlakování. Měření bylo realizováno pomocí laserového vibrometru (na principu Dopplerova efektu), jehož paprsek cílil na rotor skrz speciálně vyrobený průhledný tlakový uzávěr. Teprve tato metoda odhalila charakter a pravou příčinu vibrací turbíny. Na základě těchto poznatků byla vyslovena doporučení pro servisní práce v rámci plánované odstávky soustrojí.

Sledování technologického procesu termokamerou

Dalším zajímavým příkladem měření (spíše s ohledem na exotické prostředí než na způsob realizace měření) je využití termokamery pro monitoring procesu výroby polyetylenové hydroizolační fólie. Technologicky složitý proces výroby fólie ve specializované lince, kde na jedné straně je horoucí lázeň PE taveniny a na druhé vychází finální fólie navinutá na obrovském kotouči, byl monitorován termokamerou operace po operaci. Účelem měření bylo posoudit osové souměrnosti teplotního pole na nekonečném pásu fólie a eliminovat vlivy nerovnoměrného chladnutí fólie v průběhu procesu výroby.

Měření teplotního pole termokamerou

Diagnostika kmitání struny

Stroje na výrobu nanovláken sice patří do kategorie výrobních strojů, ale jejich konstrukce, příslušné technologické procesy a charakter dynamického namáhání jsou natolik unikátní, že přenesení jakýchkoli zkušeností z oblasti měření obráběcích strojů je velmi obtížné. Rám zkoušeného stroje pro výrobu filtračního papíru je svařen z polyetylenových desek a veškeré kovové části konstrukce musejí být vzájemně izolovány. Tvorba nanovláknové struktury probíhá uvnitř stroje současně s mnoha chemickými procesy mezi dvěma elektrickými potenciály s rozdílem 80 kV. Jednou elektrodou jsou tenké ocelové struny, na něž je nanášen polymer, druhou elektrodu tvoří ocelová deska. Mezi těmito elektrodami probíhá nosný papír, na němž ulpívá vrstva nanovláken vzniknuvší v silném elektrickém poli z kapiček polymeru. Nepatřičné rozkmitávání struny zřejmě způsobuje nehomogenitu nanovláknové struktury. Změřit kmitání struny za plného provozu je velmi obtížné – uvnitř nefunguje žádná elektronika a ze stroje nesmí vést žádné vodivé části (kabely atp.). Pro prvotní náhled na problematiku bylo provedeno měření bez zapnutých elektrických obvodů. Na strunu o průměru 0,2 mm cílilo triangulační laserové čidlo výchylky. Byly zjištěny vlastní frekvence kmitání struny a jejich změna v závislosti na poloze pojezdu plniče polymeru. V tuto chvíli pracujeme na ryze optické variantě měření za provozu, pomocí optických vláken.

Měření vibrací za extrémních teplot

Čas od času je třeba hledat a případně i posunout hranice použitelnosti přístrojové techniky v různě extrémních prostředích. Do této kategorie patří i měření vibrací na plášti jímkových teploměrů u vysokotlakého parního potrubí. Tyto platinové teploměry vykazují problémy s dlouhodobou životností, kdy vlivem vibrací na potrubí je tenká spirálka platiny uvnitř teploměru narušována pohybem velmi jemného výplňového písku. Přesnost teploměru časem klesá, až dojde k jeho úplnému zničení. Vznikl tedy projekt na optimalizaci konstrukčního uspořádání teploměrů a naším úkolem bylo změřit spektrum přítomných vibrací tak, aby mohly být poté tyto vibrace simulovány při dlouhodobých životnostních zkouškách. Použití běžných akcelerometrů je limitováno teplotami do cca 100 až 150 °C a vzhledem k charakteru prostředí, kde bylo měření realizováno (skutečný provoz teplárny a elektrárny, měření ve výšce, v prachu, za extrémních teplot), nepřipadalo v úvahu použití laserového vibrometru či jiných bezkontaktních čidel. Zvolením vhodné metodiky a za použití jednoduchého přípravku se podařilo tato data změřit tříosým nábojovým akcelerometrem.

Provozní tvary kmitů a modální analýza velkých konstrukcí

Měření vlastních tvarů kmitání nebo provozních tvarů kmitů patří mezi účinné metody pro odhalení slabých míst konstrukce. V celkové vizualizaci je názorně vidět, jak se konstrukce deformuje na vybrané frekvenci či za provozu stroje. Tato technika se samozřejmě uplatňuje nejen u obráběcích strojů, ale také obecně u jakéhokoliv typu konstrukce. Měli jsme takto možnost měřit a vizualizovat vlastní tvary kmitání skříně vozu metra nebo měřit provozní tvary kmitů rámu třídiče písku. Na základě jednoduché analýzy těchto výsledků měření je poté možné navrhnout a realizovat nápravná opatření ke snížení hladiny kmitání měřené konstrukce.

Měření provozních tvarů kmitů dispozice a jejich vizualizce

Tenzometrický kroužek pro měření axiálních sil

Ne vždy je však výsledek experimentu či měření tak jednoznačný. Před časem jsme byli osloveni nejmenovanou firmou, abychom navrhli speciální tenzometrický kroužek, vkládaný mezi ložiska uložení hřídele pro měření příslušných axiálních sil. S ohledem na minimální prostor mezi ložisky nebylo možné použít standardně dodávané prvky – snímače síly – a bylo nutné navrhnout specifickou konstrukci měřicího kroužku a osadit jej tenzometrickými můstky. S takovýmito měřicími kroužky máme již zkušenosti a s úspěchem je využíváme na našich měřicích stolicích. Zde byly ovšem navíc předepsány relativně nepříznivé provozní podmínky. Výroba kroužku a prvotní experimenty v laboratoři proběhly úspěšně, ovšem v provozu se ukázalo, že měření vykazuje značnou hysterezi a bude tedy nutné konstrukci kroužku mírně upravit. Tato zkušenost však byla zřejmě nutná, neboť i slepé uličky pomáhají nalézt cestu, kudy se ve finále ubírat. Zároveň tento případ znovu ukázal, jak ošidné může být „prosté“ přenesení zkušeností z laboratorní praxe do provozu.

Měření kmitání struny a tenzometrický měřicí kroužek

V závěru je třeba říci, že zkušební laboratoř VCSVTT se zabývá především měřením obráběcích strojů (zejména zkouškami přesnosti, tepelného chování, dynamického chování, stability obrábění atp.) a výše uvedené případy patří do naší oblíbené sbírky „kuriozit“.

Ing. Petr Chvojka, Ph.D.
Ústav výrobních strojů a zařízení, VCSVTT, FS ČVUT v Praze, zkušební laboratoř VCSVTT
P.Chvojka@rcmt.cvut.cz
www.rcmt.cvut.cz/zkuslab

Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 130751
Datum: 25. 06. 2013
Rubrika: Trendy / Údržba
Autor:
Firmy
Související články
Partnerství ve strojírenství

Jak v osobní, tak i v obchodní sféře našeho života dochází k naplnění partnerského vztahu v okamžiku, kdy je zpečetěn určitou formou a dojde k dohodě mezi oběma stranami. Jedinec totiž těžko dosahuje svých cílů, pokud je nerealizuje ve vzájemné spolupráci. V byznys sféře pak výsledek ocení zákazník, který obdrží služby v globálním pojetí, jež mu přinesou ve firemním procesu celou řadu výhod a v důsledku tak zvýší jeho konkurenceschopnost. A takto efektivní je například spolupráce firmy WNT a jejích čtyř partnerů.

Jak zpracovat plán kontroly a údržby

V České republice je v provozu vedle velkých zpracovatelských průmyslových celků také překvapivě velké množství celků středních a malých. Dostupné statistiky hovoří o desítkách tisíc podnikatelských subjektů, které provozují technické celky ve zpracovatelském průmyslu. Pro všechny tyto celky, bez ohledu na jejich velikost, složitost, nebo stáří platí jedna základní skutečnost. Jejich porucha může v důsledku znamenat zastavení produkce se všemi důsledky.

Měřím, měříš, měříme…na obráběcím stroji

V moderních výrobních systémech složených z CNC obráběcích strojů je měření a kontrola nástrojů pro preventivní zajištění kvality nepostradatelná. Změřená data nástrojů nebo změřené hodnoty obrobků jsou potom použity k automatickému výpočtu kompenzačních hodnot v probíhajícím výrobním procesu. Pomocí automatické kompenzace rozměrů nástrojů nebo případnou výměnou nástrojů zůstávají výsledky obrábění stabilní.

Související články
Automatizace bez zbytečných limitů

Většinou jsou uváděny desítky technických "nej", kterými dodavatelé argumentují, proč zvolit právě jejich programovatelný automat (PLC) pro řízení aktuálního projektu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Regulace jalového výkonu u fotovoltaických elektráren

Úvodem článku se zamysleme nad několika údaji, které vycházejí z oficiálních dat zveřejněných Energetic-kým regulačním úřadem za rok 2011. Instalovaný výkon ve fotovoltaických elektrárnách (FVE) byl v roce 2011 celkem 1971 MW a ve větrných elektrárnách (VTE) 219 MW, což je asi 10 % z celkového instalované-ho výkonu v elektrizační soustavě (ES) v ČR. Podle vyjádření ČEPS a ze studie ústavu EGÚ Brno, podle něhož česká elektrická síť dlouhodobě nezvládne více než 1 650 MW z neřiditelných zdrojů je zřejmé, že jsme se na tuto hranici již dostali.

Pomocník pro plánování výroby

Většina lidí dnes ví, že žádná firma, která chce být konkurenceschopná, neobejde bez kvalitního ERP. Díky němu lze především řídit procesy, a to doslova všechny. Ne každý si však uvědomuje, jak velké mohou být rozdíly mezi systémy pro jednotlivé oblasti podnikání. Asi nejsofistikovanější ERP najdeme bezesporu ve výrobních firmách.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu obráběcích strojů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.
Čas jsou peníze. Každá minuta prostoje výrobního zařízení je nežádoucí, proto se dnes vedle vysoké produktivity u strojů očekává také jejich vysoká spolehlivost.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Trendy ve světě přesné měřicí techniky

Požadavky kladené na kontrolu kvality se rok od roku stále zvyšují. S tímto trendem se musejí vypořádat všichni výrobci měřicí techniky. Shodně je tomu i u firmy Mitutoyo, která se snaží šíří svého sortimentu maximálně vyhovět požadavkům pro dílenskou kontrolu, měrové laboratoře i procesní kontrolu, ale zároveň neopomíjí současný trend - Průmysl 4.0 a IoT - požadavek na inteligentní komunikativní měřidla a přístroje.

Rodinné podnikání v přesné strojařině

Brněnská firma VKV Horák se zabývá konstrukcí, vývojem a výrobou přístrojové mechaniky, přípravků, jednoúčelových strojů, forem pro vstřikování plastů, lití polyuretanových dílů a vakuovému tváření plastů. S jejím zakladatelem, panem Zdeňkem Horákem, jsme si povídali o aspektech podnikání v českém prostředí, o vzdělávání, kvalitě škol, průmyslu budoucnosti.

Analýza ozubení rychlostí světla

Nároky na ozubení v automobilovém, leteckém a kosmickém průmyslu, ale i v oblasti klasických průmyslových převodovek neustále rostou. Jednou z výzev je kromě snížení ztrát způsobených třením v převodovce také zvyšující se požadavek na nehlučnost. To se týká zvláště hybridních vozů a elektromobilů. Je pochopitelné, že u součástek těchto převodovek stále roste důležitost vlastností povrchu při kluzném a valivém tření. Jednou z hlavních součástí převodovky jsou ozubená kola.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Experimentální zařízení pro měření dynamického chování radiálního vodního čerpadla

Součástí nabídkového řízení velkých vodních čerpadel je i přejímací test zmenšeného modelu čerpadla, na němž jsou zákazníkovi předvedeny jeho hydraulické charakteristiky a současně jsou testovány reakční síly v čerpadle. Tyto údaje jsou velmi důležité pro finální dimenzování stavby vodního díla.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit