Ryzyko pęknięcia ramy
Rama nośna wymiennika ciepła z PTFE utrzymuje ciężar rury, wytrzymuje siły wyporu i kompensuje rozszerzalność cieplną. Przez lata cykli termicznych w elementach ramy kumulują się zmęczenie w otworach na śruby, narożnikach i punktach koncentracji naprężeń. Mikro-pęknięcia inicjują się i powoli rosną. Rama może wydawać się nienaruszona, aż do nagłej awarii.
Standardowa inspekcja-oględziny podczas planowej konserwacji-wykrywa pęknięcia dopiero wtedy, gdy osiągną widoczny rozmiar. Mniejsze pęknięcie, które nie jest jeszcze widoczne, może rosnąć w kierunku uszkodzenia. Monitoring emisji akustycznej wykrywa powstawanie pęknięć wcześniej, gdy pęknięcie jest jeszcze mikroskopijne.
Zasada emisji akustycznej
Kiedy mikro-pęknięcie inicjuje się lub narasta w materiale poddawanym naprężeniom, uwalnia się energia. Energia rozchodzi się przez materiał w postaci fali naprężenia-emisji akustycznej. Falę wykrywają czujniki piezoelektryczne przymocowane do powierzchni ramy.
Emisja akustyczna to wybuch dźwięku-o wysokiej częstotliwości-zazwyczaj 50-500 kHz powyżej zakresu słyszalnego. Czujniki przetwarzają falę mechaniczną na sygnał elektryczny. Sygnał jest analizowany pod kątem jego amplitudy, czasu trwania i częstotliwości. Sygnał związany z pęknięciem ma charakterystyczną sygnaturę, która odróżnia go od szumu tła procesu.
Monitorowanie odbywa się podczas cykli termicznych-podgrzewania-i schładzania-wymiennika ciepła. Rozszerzalność i kurczenie się cieplne naprężają ramę, powodując wzrost i emisję wszelkich istniejących mikropęknięć. Cykliczne zmiany to stan obciążenia, który ujawnia pęknięcia.
| Parametr emisji akustycznej | Szum tła | Pęknięcie-Powiązany sygnał |
|---|---|---|
| Częstotliwość | Szerokopasmowe, niska amplituda | 50-500 kHz z charakterystycznym szczytem |
| Czas trwania | Krótkie, losowe | Dłuższy, strukturyzowany |
| Amplituda | Niski | Wyższy |
| Korelacja z cyklami termicznymi | Nic | Sygnały podczas-nagrzewania i schładzania- |
Konfiguracja monitorowania
Czujniki emisji akustycznej są przymocowane do ramy w-miejscach najbardziej narażonych na obciążenia: otworach na śruby, połączeniach narożnych i punktach kotwiczenia. Czujniki mocuje się za pomocą zacisków lub kleju. Kable czujnika łączą się z wielo-kanałowym analizatorem emisji akustycznej.
Monitorowanie odbywa się podczas kilku następnych cykli termicznych-nagrzewania-i schładzania-procesu. Analizator rejestruje zdarzenia emisji akustycznej. Dane są analizowane pod kątem sygnałów-powiązanych z pęknięciami.
Liczbę zdarzeń związanych z crackiem- porównuje się z wartością bazową. Nowa rama lub rama, o której wiadomo, że jest w dobrym stanie, podczas jazdy na rowerze powoduje niewiele pęknięć lub nie powoduje ich wcale-. Rama z rozwijającymi się pęknięciami powoduje większą liczbę. Liczba jest wskaźnikiem diagnostycznym.
Interpretacja i odpowiedź
Niska liczba zdarzeń związanych z pęknięciem-w pobliżu wartości bazowej-wskazuje, że ramka jest w dobrym stanie. Nie tworzą się żadne pęknięcia.
Podwyższona liczba wskazuje na aktywność mikro-pęknięć. Lokalizację pęknięcia szacuje się na podstawie czasów dotarcia emisji akustycznej do różnych czujników.-Czujnik znajdujący się najbliżej pęknięcia otrzymuje sygnał jako pierwszy. Szacowana lokalizacja pomaga-w dalszej inspekcji: podejrzany obszar jest badany za pomocą penetranta barwnikowego lub innych metod wykrywania pęknięć.
Bardzo wysoka liczba lub liczba rosnąca z jednej sesji monitorowania na drugą wskazuje na aktywny wzrost pęknięć. Element ramy przeznaczony jest do wymiany.
Kompatybilność z PTFE
PTFE jest doskonałym medium emisji akustycznej. Jego niska impedancja akustyczna zapewnia dobre sprzężenie pomiędzy energią pęknięcia a czujnikiem. Fale naprężeń rozchodzą się po ramie z umiarkowanym tłumieniem, dzięki czemu czujniki mogą wykrywać pęknięcia z odległości kilku metrów. Metoda została sprawdzona w testach laboratoryjnych i zastosowaniach terenowych.
Streszczenie
Monitorowanie emisji akustycznej wykrywa początkowe pęknięcia ramy wymiennika ciepła z PTFE podczas cykli termicznych. Wzrost mikro-pęknięć powoduje uwolnienie fal naprężeń wykrywanych przez czujniki piezoelektryczne. Sygnały związane z pęknięciami odróżniają się od szumu tła na podstawie częstotliwości i czasu. Sieć czujników szacuje lokalizację pęknięcia. Metoda zapewnia wczesne ostrzeganie o degradacji ramy, umożliwiając naprawę lub wymianę przed awarią.
Wsparcie inżynieryjne w zakresie konfiguracji monitorowania emisji akustycznej jest dostępne po przesłaniu geometrii ramy, lokalizacji koncentracji naprężeń, profilu cykli cieplnych i wszelkiej wcześniejszej historii pęknięć.
