Ultraljud används för att lokalisera läckor i trycksatta luft- och gassystem utan att operatören behöver se själva öppningen. Tekniken bygger på det högfrekventa ljud som uppstår när gas passerar genom en liten öppning och strömningen blir turbulent. I ett tryckluftssystem kan detta utnyttjas för att söka efter läckor medan anläggningen är i drift.
Metoden är inte samma sak som en flödesmätning. Instrumentet registrerar ljudsignalen från läckan. Med rätt utrustning kan signalen därefter användas tillsammans med andra parametrar för att uppskatta läckageflödet. Skillnaden mellan lokalisering och kvantifiering är viktig när resultaten ska användas i underhåll eller energiberäkningar.
Varför en tryckluftsläcka skapar ultraljud
När luft strömmar från ett område med högre tryck till ett område med lägre tryck genom en liten öppning uppstår en snabb och turbulent strömning nära läckagepunkten. Turbulensen genererar ljud inom flera frekvensområden. En del ligger över cirka 20 kHz och är därför inte hörbar för människan.
Ultraljudsdetektorer för läcksökning är konstruerade för att registrera denna högfrekventa del. Ett vanligt arbetsområde för handhållna instrument är omkring 40 kHz. CS Instruments LD 500, som är avsedd för läcksökning i tryckluftssystem, arbetar exempelvis vid 40 kHz med ett smalt toleransområde runt den frekvensen.
Varför ultraljud fungerar i bullrig produktion
Många vanliga produktionsljud domineras av frekvenser inom det hörbara området. Genom att filtrera bort en stor del av dessa kan instrumentet göra det lättare att skilja en läckagesignal från motorer, fläktar och annan maskinutrustning. Det betyder inte att industrimiljön blir akustiskt irrelevant. Även andra processer kan generera ultraljud.
Operatören behöver därför följa signalens riktning och styrka och kontrollera om den faktiskt sammanfaller med ett trycksatt förband, en slang eller en annan möjlig läckagepunkt. Elektriska urladdningar, lagerproblem, ventiler och vissa mekaniska processer kan också ge högfrekventa signaler.
Riktverkan gör det möjligt att lokalisera källan
Högfrekvent ljud har kortare våglängd än lågfrekvent ljud och uppträder mer riktat. Vid läcksökning skannas därför området stegvis. När signalen ökar riktas instrumentet mot ett allt mindre område tills den sannolika läckagepunkten har avgränsats.
Akustiska trattar kan användas för sökning på längre avstånd och fokuseringsrör för att skilja mellan närliggande källor. Valet av tillbehör beror på om uppgiften är att hitta ett läckage i ett större område eller att avgöra exakt vilket förband som läcker.
Avståndet påverkar signalen och den uppskattade läckan
Ultraljud dämpas med avståndet. En signal från samma läcka blir därför svagare när mätningen görs längre bort. Om instrumentet används för att beräkna ett uppskattat läckageflöde behöver mätavståndet anges så korrekt som möjligt. Även systemtrycket ingår i sådana beräkningar.
Detta är en anledning till att läckageflöde från handhållna ultraljudsinstrument ska behandlas som ett uppskattat värde. CS Instruments anger att tryck, avstånd och ultraljudsnivå är parametrar i beräkningen, och att bland annat omgivande ultraljud, närliggande läckor, reflektioner och mätvinkel kan påverka resultatet.
Reflektioner kan flytta den upplevda ljudkällan
Ultraljud går inte obehindrat genom solida ytor. Plåt, glas och andra hårda material kan skärma av eller reflektera signalen. I en maskincell kan operatören därför få en stark signal från en yta som bara reflekterar ljud från en läcka längre bort.
Vid osäkerhet behöver mätningen göras från flera vinklar. Om den starkaste signalen flyttar sig när operatören byter position finns det skäl att kontrollera om en reflektion påverkar resultatet. Maskinskydd, rörbryggor och trånga utrymmen är vanliga situationer där detta behöver tas med i bedömningen.
Mätning under drift kräver förståelse för processen
Ultraljudsmätning kan normalt göras medan tryckluftssystemet är i drift. Det är en praktisk fördel eftersom ventiler, cylindrar och andra komponenter då arbetar under sina verkliga förutsättningar. Samtidigt kan avsiktliga utblås och processer skapa signaler som inte ska klassas som fel.
En läcka kan dessutom vara beroende av driftläge. En ventil kan vara tät i ett läge och läcka i ett annat. En cylinder kan läcka internt eller externt endast när den belastas. Vid komplex utrustning behöver operatören därför veta hur processen arbetar när signalen registreras.
Från fynd till dokumenterad läckagepunkt
En praktisk undersökning bör inte stanna vid att instrumentet ger utslag. Punkten behöver kopplas till en komponent och en fysisk placering som underhållspersonalen kan hitta igen. Tryckluftspoolens sida om läckagesökning beskriver hur mätningen kan kombineras med dokumentation och rapportering.
För varje punkt kan mätdata, foto och ID sparas. Om instrumentet beräknar läckageflöde kan värdet användas för att sortera läckor efter uppskattad storlek. Stora läckor kan även maskera mindre signaler i närheten. Därför kan en ny sökning efter reparation ge fler fynd än den första rundan.
Ultraljud ersätter inte systemmätning
Ultraljud svarar främst på var en lokal ljudkälla finns. Om frågan i stället är hur mycket luft hela fabriken använder, om trycket varierar felaktigt eller om kompressorerna arbetar i ett olämpligt driftmönster behövs andra mätningar. En systemanalys kan då komplettera läcksökningen med tryck- och förbrukningsdata.
Det är även relevant efter större läckagereparationer. När efterfrågan på tryckluft minskar kan kompressorsystemets lastning, avlastning och styrning behöva bedömas på nytt. För anläggningar med skruvkompressorer finns mer information om kompressortypen under skruvkompressorer.
När ultraljud inte är rätt metod
Om systemet inte kan trycksättas eller om läckan är helt skärmad från luftburet ultraljud kan andra metoder behövas. Såpvatten kan vara lämpligt för en känd, åtkomlig punkt. Tryckhållningsprov eller flödesmätning kan användas när syftet är att bedöma en sektion som helhet. Valet av metod styrs därför av om uppgiften är lokalisering, verifiering eller kvantifiering.
Sammanfattning
Ultraljudsmätning bygger på att turbulent luftströmning vid en läcka genererar högfrekvent ljud. Tekniken gör det möjligt att rikta in sökningen mot en specifik punkt även i många bullriga industrimiljöer. Mätavstånd, riktning, reflektioner, systemtryck och andra ultraljudskällor påverkar tolkningen. För att resultatet ska fungera som underhållsunderlag behöver läckan därför både lokaliseras, dokumenteras och verifieras efter åtgärd.