Läckageövervakning av tryckluftssystem med hjälp av ultraljud
Ökad effektivitet med ultraljudsteknik
Läckor i tryckluftssystem
Tryckluft används som energikälla inom många industrisektorer. Detta beror inte minst på att tryckluft är relativt enkel att producera och överföra, men tillförseln av tryckluft medför ofta betydande förluster.
Ökad effektivitet med ultraljudsteknik
Varför ska man lokalisera läckor?
I tryckluftssystem går en stor del av den använda energin förlorad på grund av områden i systemet som inte är läckagefria (läckor). Läckorna uppstår vanligtvis vid kopplingar, ventiler, skruvförband och flänsförband, samt på skadade slangar eller korroderade rörledningar. Kompressorerna måste kunna kompensera för det permanenta tryckfallet för att säkerställa tillförseln av tryckluft. Detta leder i sin tur till ökade driftskostnader, eftersom kompressorerna förbrukar mer energi och maskindelarna slits snabbare.
Energibesparingar och effektivitetsökningar
Energikostnaderna utgör med sina 80 % den största andelen av kompressorernas livscykelkostnader. Åtgärder som syftar till att förebygga tryckluftsförluster bidrar därför väsentligt till
energibesparingar och effektivitetsförbättringar. Ultraljudsundersökningsteknik används i praktiska tillämpningar för att lokalisera läckor. Luften som strömmar ut från läckställen skapar turbulens och därmed ultraljud. Det starkaste ultraljudet avges i omedelbar närhet av läckan. Ultraljudet sprids också med hög riktningsselektivitet. Bredbandsanalysmetoder baserade på flödesakustik används för klassificering och bedömning av den totala läckageförlusten.
30 % förlust
- Produktionen av tryckluft står för cirka 10 % av den globala industriella energiförbrukningen
- Inget system är helt läckagefritt – den genomsnittliga förlusten uppgår till cirka 30 %
Från upptäckt till rapport
Detektering
- Starta bredbandsultraljudsmätaren och välj ett tillbehör
- Visuell visning av omgivningen med hjälp av bredbandsnivå och spektrogram i frekvensområdet 20–100 kHz
- Detektering möjlig även i bullriga industriella miljöer
Utvärdering
- Följ de fastställda testförfarandena!
- Sök efter den högsta ljudnivån och starta läckageutvärderingen med ett knapptryck
- Prioritering av serviceåtgärder genom läckageklassificering (klass 1–5) och läckageutvärdering (i l/min)
Dokumentation
- Lägg till platsinformation
- Lägg till foton, röstmemon och kommentarer
- Spåra reparationsstatusen
- Spara dokumentationen som en CSV-, PDF- eller ZIP-fil i enlighet med DIN EN ISO 50001 med bara några få klick
Detektering
Nya bredbandssensorer med känsliga ultraljudsmikrofoner gör det enklare att upptäcka läckor i miljöer med starkt bakgrundsljud. Spektrogrammet på skärmen visar omedelbart användaren om det förekommer störande ultraljud och, i så fall, vilket frekvensområde det tillhör. Användaren kan via pekskärmen flytta den hörbara bärfrekvensen utanför det frekvensområde där de störande ultraljudssignalerna förekommer.
Läckagedetektering i bullriga industriella miljöer
En av de största utmaningarna vid läckagedetektering är den höga bullernivån från maskiner och system som ofta förekommer i industriella miljöer. Ljudnivån förekommer inte bara inom det hörbara frekvensområdet (hörbara frekvenser upp till 16 kHz), utan även i det lägre ultraljudsspektrumet i form av en störningssignal (frekvensområde mellan 20 och 40 kHz, se spektrogram exempel 1). Den etablerade testtekniken arbetar i ett smalband runt 40 kHz, vilket kan göra det svårt att på ett tillförlitligt sätt lokalisera eventuella läckor.
SPEKTROGRAM 1
En typisk ultraljudsmiljö i ett stålverk, där maskinerna avger ultraljud i ett frekvensområde upp till cirka 40 kHz.
Nivåvisning och spektrogram
Å ena sidan återges intensiteten hos ultraljudssignalerna genom nivåerna. För de detekterade bredbandsultraljudssignalerna i frekvensområdet mellan 20 och 100 kHz beräknas olika bredbandsnivåer, t.ex. den momentana nivån L(t) eller den ekvivalenta kontinuerliga ljudnivån Leq. Utifrån den ekvivalenta kontinuerliga ljudnivån Leq, systemtrycket och gastypen beräknas läckageförlusterna i l/min. Å andra sidan visas i spektrogrammet den spektrala informationen över tiden. Intensiteten hos ultraljudssignalerna representeras av färgkodningen. Färgkodningen kan anpassas efter individuella behov.
Dämpning av störningssignaler
För att eliminera störningssignaler vid läckagedetektering utnyttjar SONAPHONE en av fördelarna med tryckluftssystem, nämligen att det genererade ultraljudet sprids över ett brett frekvensband. SONAPHONE-bredbandstestaren registrerar ultraljudssignaler upp till 100 kHz, vilket är betydligt högre än störningsnivån (se spektrogram exempel 2). Eftersom informationen visas på enhetens display i form av ett spektrogram är det enkelt att skilja mellan läckor och störningskällor.
SPEKTROGRAM 2
Läckage i tryckluftsledningen vid samma stålfabrik. Läckaget upptäcktes trots bakgrundsljudet från maskinerna i produktionsområdet.
Avlyssning inom ett smalband på mellan 20 … 100 kHz
Förutom den visuella visningen kan läckor även lokaliseras via hörlurar med hjälp av den omvandlade ljudsignalen. Vid ”smalbandslyssning” på 40 kHz-signalen kan vissa läckor eventuellt inte registreras vid avsökning av tryckluftssystemet på grund av att störningsnivån och läckagesignalen ligger mycket nära varandra. Användningen av heterodynlyssningsmetoden inom bredbandsområdet innebär att SONAPHONE även kan detektera läckor på ett tillförlitligt sätt med hjälp av akustiska metoder. För akustisk läckagelokalisering kan det önskade smalbandet till exempel ställas in på en bärfrekvens på 70 kHz. När en läcka lokaliseras avges en signal i det hörbara frekvensområdet uteslutande för detta smalband (se exempel). Läckor kan därför enkelt lokaliseras med hjälp av hörlurarna.
Justering av bärfrekvensen från 40 till 70 kHz för att dämpa störningsbruset i det hörbara signalen.
”Medan man med
vanliga ultraljudsundersökningsinstrument endast kan höra ett enda ljud, öppnar bredbandsultraljudstekniken
upp för en hel
symfoni av flöden och luftburna ljud”.
– Prof. Dr. Peter Holstein (strategisk utveckling, SONOTEC GmbH)
Utvärdering
När en läcka har upptäckts inleder serviceteknikern mätningen. Läckageförlusten beräknas och utvärderas automatiskt utifrån bredbandsnivån och systemtrycket.
Fastställda testförfaranden för utvärdering
Att följa de fastställda testförfarandena är avgörande för att säkerställa att läckor utvärderas med hög tillförlitlighet. Det första steget innebär att man använder ett stort akustiskt horn från ett större avstånd för att göra en grov sökning efter läckagepunkter i tryckluftssystemet. När en ultraljudskälla har identifierats och isolerats används en precisionslokalisator för att lokalisera och registrera läckans maximala ljudnivå på ett avstånd av 5 cm. Läckan utvärderas sedan (l/min) och klassificeras (1–5) med hjälp av den specialutvecklade appen LeakExpert®.
Den akustiska strålningen beror i hög grad på läckans storlek och form, materialets ytegenskaper, tryckskillnaden, läckflödets hastighet och profil samt temperaturen. Mätavståndet spelar också en viktig roll, liksom mätvinkeln. En reproducerbar kvantifiering av förlustvolymen är därför endast möjlig om man använder fastställda testförfaranden.
Klassificering av läckor
Läckor uppvisar en stor variation i spektrala signaturer. Beroende på deras egenskaper kan de uppvisa en stokastisk spridning över ultraljudsområdet 20–100 kHz. Vid en smalbandsanalys, t.ex. vid 40 kHz, finns det en risk för felaktiga utvärderingar på grund av lokalt höga nivåvärden (amplituder) eller signalavbrott (se diagram). Kvantitativa utvärderingar baserade på en smalbandsfrekvens kan leda till felaktiga resultat. Det rekommenderas därför att en läcka analyseras och utvärderas med hjälp av bredbandsnivån.
Spektraldata från två exemplariska cirkulära läckor och deras variation vid olika mätvinklar och diametrar (till vänster: D=0,25 mm, L=12,7 mm, q~0,5 Nl/min; till höger: D=0,58 mm, L=38,1)
Den digitala SONAPHONE®-enheten utnyttjar inte bara fördelarna med bredbandsanalys till fullo. Den har även en specialutvecklad app för läckageutvärdering. LeakExpert®-appen guidar användaren genom testprocessen. Utifrån den ekvivalenta kontinuerliga ljudnivån Leq, systemtrycket och gastypen beräknas de enskilda läckageförlusterna i l/min. Syftet är att klassificera läckorna efter storlek (klass 1–5) för att fastställa och prioritera nödvändiga underhållsåtgärder. Den största besparingspotentialen uppnås genom att reparera stora läckor; under vissa omständigheter kan det vara ekonomiskt olönsamt att reparera små läckor.
Dokumentation
SONAPHONE gör det snabbt och enkelt att skapa rapporter, som sedan används som viktiga beslutsunderlag för eventuella uppföljningsåtgärder samt för att verifiera att energihanteringen är framgångsrik. Dokumentationen av resultaten kan skapas med ett enda klick, vilket ger företagsledningen all nödvändig information om läckans plats och energiförlust, samt bilddokumentation och prioriteringsnivån för reparationsarbetet. Tack vare det systematiserade arbetet med läckagedetektering och utvärdering bidrar enheten också till betydande tidsbesparingar och kostnadsminskningar under underhållsarbetet.
Lägg till ytterligare uppgifter om läckan
- Lägg till platsinformation
- Foton och röstmemon
- Prioritet och reparationsstatus
Skapa rapporter
- Data i PDF-, ZIP- eller CSV-format
- Uppfyller kraven i ISO 50001
- Tidsbesparande, jämförbara rapporter
Rapporter enligt ISO 50001
Företag med ett energiledningssystem enligt DIN EN ISO 50001 är skyldiga att registrera energirelaterade data och att använda denna information för att fastställa mål för energiledningen. Tryckluftssystem har vanligtvis en hög energiförbrukning och erbjuder en stor potential för systematisk och långsiktig förbättring av den energirelaterade prestandan.
Luftläckage är i princip oundvikliga, men företagen bör ändå sträva efter att skapa optimala systemförhållanden och upprätthålla dessa genom regelbundna underhållsåtgärder. Restläckage på 10 % anses vara ekonomiskt försvarbart.
Rapporten i LeakExpert®-appen uppfyller dokumentationskraven enligt DIN EN ISO 50001 och ger tillförlitlig information om de enskilda och sammanlagda läckageförlusterna som har åtgärdats i tryckluftssystemet. Förutom ultraljudsanalysen kan SONAPHONE®-enheten även användas för att lagra ytterligare relevant information, såsom foton och serviceanteckningar. Rapporten underlättar inte bara serviceåtgärderna, utan används även som verifikation av ett framgångsrikt energihanteringsarbete inom ramen för interna och externa revisioner.
Har du några frågor?
Kontakta oss gärna! Vi hjälper dig gärna.
