Sensor bewaakt de oliekwaliteit op Power Gen-apparatuur

Er bestaat een kritieke behoefte in de markt voor mobiele en vaste activa om veldeenheden in staat te stellen de oliekwaliteit op aanvraag te bepalen en aanvullende informatie over de olietoestand te verstrekken die traditioneel is verkregen uit olie-analyselaboratoria.

De huidige testmethode in externe laboratoria is niet optimaal en kostbaar vanwege de logistieke uitdagingen van het verzenden van monsters en de tijdvertraging bij het terugkrijgen van informatie bij het personeel om snelle en geïnformeerde beslissingen te kunnen nemen.

Het in realtime bepalen van de oliekwaliteit met ingebouwde en draagbare oliebeoordelingsapparatuur die wordt bediend door mechanisch personeel, biedt de operationele flexibiliteit en snelle middelen om de oliekwaliteit te screenen die essentieel zijn voor het opzetten van een programma voor het leveren van realtime, op conditie gebaseerde monitoringproducten voor de zorg van iedereen activa.

Het meten van de viscositeit van olie is een snelle methode om de toestand van de olie te bepalen en wordt beschouwd als een belangrijke parameter bij het beoordelen van de gereedheid van activa.

De SenGenuity ViSmart-viscositeitssensor, die een aanvulling kan zijn op IR-spectroscopie en andere sensoren voor bulkeigenschappen, kan onmiddellijke online viscositeit- en temperatuurgegevens leveren, heeft geen bewegende delen met een extreem breed werkbereik en biedt universele plug-and-play-connectiviteit voor integratie met en in andere draagbare producten.

De sensoren zijn al bijna tien jaar op de markt en worden momenteel geïnstalleerd in markten variërend van het bewaken van de olieconditie in de werktuigmachine- en roterende apparatuurindustrie tot procescontrole in coatingtoepassingen. Het is in deze rigoureuze omgevingen waar ROI-voordelen zijn gerealiseerd en die nu worden geëvalueerd voor mobiele en vaste activa, waar monitoring van de olieconditie van het grootste belang is.

SenGenuity's akoestische golf (AW)-sensoren bieden een aantal voordelen ten opzichte van conventionele mechanische en elektromechanische viscosimeters, aangezien het kleine solid-state apparaten zijn die volledig in de olie kunnen worden ondergedompeld en een onmiddellijke viscositeitsgegevensstroom leveren voor ingebedde OEM- of eindgebruikerssteekproeven toepassingen.

De sensoren worden niet beïnvloed door schokken of trillingen of door stromingsomstandigheden, dus ze kunnen worden gebruikt in zware bedrijfsomstandigheden om viscositeit van nul tot 500 cP met een temperatuurbereik van min-15 graden tot 125 graden Celsius met een hoge mate van nauwkeurigheid te meten. Tegelijkertijd worden sensormetingen niet beïnvloed door deeltjes in de olie.

Conventionele mechanische en elektromechanische viscosimeters die voornamelijk zijn ontworpen voor laboratoriummetingen, zijn moeilijk te integreren in de controle- en bewakingsomgeving. Als gevolg hiervan vertrouwen veel bedrijven op beslissingen op basis van intermitterende "snapshot"-gegevens die zijn verkregen uit periodieke bemonstering, waarbij conventionele instrumenten kunnen worden beïnvloed door temperatuur, afschuifsnelheid en andere variabelen.

Aangezien bekend is dat verontreinigingen in olie (water, oplosmiddelen en brandstof) de viscositeit verlagen en schade veroorzaken aan interne componenten van dieselactiva, of het nu vrachtwagens of bouwmachines zijn, militaire voertuigen of elektrische apparatuur, is het belangrijk om niet alleen te vertrouwen op momentopnamegegevens.

Het is aangetoond dat hoge waterverontreinigingsniveaus in dieselbrandstof de oorzaak zijn van corrosie en putjes, wat leidt tot een verhoogd aantal metaalslijtagedeeltjes. Door de aanwezigheid van achtergebleven reinigingsoplosmiddelen en brandstofverontreiniging zijn de afdichtingen opzwellen en zijn er minder ideale bedrijfssituaties voor de motor ontstaan.

Kennis van de viscositeit in realtime biedt een aanzienlijk voordeel voor het meten van veroudering van olie, het binnendringen van verontreinigingen tijdens commerciële operaties en het voorkomen van beginnende mechanische storingen als gevolg van verlies van oliesmeereigenschappen.

Deze casestudy toont, samen met klantgegevens, de SenGenuity ViSmart-sensor met viscositeitsschroefdraadbout (Figuur 2) die is gericht op geïntegreerde integratie in vaste en mobiele dieselactiva.

Producttechnologie

SenGenuity heeft een unieke methode ontwikkeld om een ​​viscositeitssensor met een breed dynamisch bereik (lucht tot enkele duizenden cP) in een enkele sensor aan te bieden (Figuur 1).

Afbeelding 1. De SenGenuity-sensor gebruikt een akoestische golfgeleider met elektrische transducers op het ene oppervlak en in contact met de vloeistof op het andere oppervlak.

De ViSmart is een in de handel verkrijgbare, robuuste, betrouwbare en kosteneffectieve oppervlakte-akoestische halfgeleiderviscosimeter voor integratie in in-line, realtime monitoring- en procescontrolesystemen voor schaalbare toepassingen (Figuur 2).

Afbeelding 2. SenGenuity Solid-state Low-shear bout-viscositeitssensor

De sensor heeft geen bewegende delen (behalve de trilling op atomaire schaal van het oppervlak) en is vanwege de hoge frequentie van de trilling, enkele miljoenen trillingen per seconde, onafhankelijk van de stromingsomstandigheden van de vloeistof en immuun voor trillingseffecten van de omgeving. Er wordt hoge-temperatuurelektronica gebruikt die een zeer breed bedrijfstemperatuurbereik voor de sensor mogelijk maakt.

Het belang van deze akoestische sensoren ligt in het duidelijk andere meetprincipe. Terwijl één klasse mechanische apparaten de kinematische (stroom) viscositeit meet en de andere klasse de intrinsieke (wrijving) viscositeit meet, meten de akoestische golf (AW)-sensoren de akoestische impedantie, (ωρη)1/2, waarbij ω de radiale frequentie is (2πF) , ρ is de dichtheid en η is de intrinsieke viscositeit.

De viscositeitsmeting wordt gedaan door de kwartskristalgolfresonator in contact te brengen met vloeistof. De viscositeit van de vloeistof bepaalt de dikte van de vloeistof die hydrodynamisch aan het oppervlak van de sensor is gekoppeld.

Het sensoroppervlak is in uniforme beweging bij frequentie, ω=2πF, met amplitude, U. De frequentie is bekend bij het ontwerp en de amplitude wordt bepaald door het vermogensniveau van het elektrische signaal dat op de sensor wordt toegepast. Terwijl de schuifgolf de aangrenzende vloeistof binnendringt tot een diepte, d, bepaald door de frequentie, viscositeit en dichtheid van de vloeistof als d=(2η/ωρ)1/2, zoals weergegeven in figuur 3.

Afbeelding 3. Deze afbeelding toont een dwarsdoorsnede van de sensor met transducers aan de onderkant en vloeibare moleculen (gouden balletjes) aan de bovenkant.

Akoestische viscositeit wordt berekend met behulp van vermogensverlies van de kwartsresonator in de vloeistof. De maateenheid is akoestische viscositeit (AV) en is gelijk aan ρη, (g/cm3 • cP) (dichtheid maal dynamische viscositeit).

De akoestische golfresonator ondersteunt een staande golf door zijn dikte. Het golfpatroon interageert met elektroden op het onderoppervlak (hermetisch afgesloten van de vloeistof) en interageert met de vloeistof op het bovenoppervlak.

Het grootste deel van de vloeistof wordt niet beïnvloed door het akoestische signaal en een dunne laag (in de orde van micron of micro inches) wordt bewogen door het trillende oppervlak. Ook aanwezig is een gepatenteerd hardcoat-oppervlak dat krasvast en slijtvast is, waardoor de sensor in extreme omgevingen kan worden gebruikt en de ViSmart-sensor een geschikte kandidaat kan zijn voor bewakingstoepassingen op basis van olieconditie en brandstofkwaliteit in mobiel en vast activamarkten.

Klanttoepassing en gegevens

Een klant in een derdewereldland in de telecom- en data-ondernemingssector heeft strategische en kritische stroomopwekkingsapparatuur op verafgelegen locaties. Logistieke uitdagingen zijn van dien aard dat ze liever geen frequente bezoeken ter plaatse hoeven af ​​te leggen. Vanwege de afgelegen ligging van de locaties, maken ze geen deel uit van het elektriciteits- of telecommunicatienetwerk en zijn ze als zodanig vatbaar voor schade door weersomstandigheden, defecten aan apparatuur, vandalisme en diefstal van eigendommen.

Door samen te werken met leveranciers van externe locatiebewakingsoplossingen, kunnen de ViSmart-sensoren, als onderdeel van een algemeen oplossingspakket, veilige en betrouwbare monitoring bieden van de kwaliteit van de olie en brandstof die aanwezig zijn in de stroomgeneratorsets die aanwezig zijn in deze telecom- en data-ondernemingsinfrastructuren.

Het doel van de klant was tweeledig. Ten eerste wilden ze kunnen vaststellen of de kwaliteit van de olie in de loop van de tijd binnen de nominale bedrijfsprestatieparameters bleef en bepalen of de olieverversingsintervallen konden worden verbeterd (momenteel wordt de olie elke 150 tot 200 uur ververst).

De viscositeitsmeting werd geïdentificeerd als de belangrijkste indicatorparameter (het is belangrijk op te merken dat de ViSmart-sensor ook de temperatuur meet). Een secundair doel was ervoor te zorgen dat de sensor een gebeurtenis zou identificeren waarbij een niet-gespecificeerde olie in de generatorset werd geïntroduceerd.

Ten tweede moest de klant vaststellen of er verontreiniging in de brandstofleiding was, hetzij door het water of door kerosine. Nogmaals, viscositeitsmeting werd geïdentificeerd als een belangrijke indicatorparameter.

Er werden testomstandigheden opgezet en er werden daadwerkelijke oliemonsters genomen van een generatorset die continu elektrisch vermogen levert (bij variabele belasting) in plaats van commercieel inkoopvermogen (uitgangsvermogen van 22 kVA, 18 kW bij 220 V/60 Hz). In figuur 4 wordt de relatie tussen de viscositeit van maagdelijke en gebruikte 15W40-olie als functie van de temperatuur waargenomen. De gebruikte olie heeft een looptijd van 150 uur; het is duidelijk waargenomen dat de verschuiving in viscositeit nominaal is en dat het niet nodig is om de olie te verversen.

Figuur 4. Viscositeit-temperatuurgegevens voor nieuwe en gebruikte 15W40

Als onderdeel van dezelfde opstelling werden verschillende soorten olie gecontroleerd op viscositeitswaarden om het vermogen van de ViSmart-sensor om onderscheid te maken tussen soorten olie te bevestigen. Bovendien werden de verschillende soorten olie geïntroduceerd in de stroomgeneratorset-apparatuur gespecificeerd 15W40 om te bepalen of de sensor de klant kan informeren over een gebeurtenis wanneer er onjuiste olie aanwezig is. De gegevens worden getoond in figuur 5, verkregen bij een temperatuur van 40 ° C, en tonen duidelijk de differentiatie in de toestand van olie.

Figuur 5a. Verschillende viscositeitswaarden voor verschillende oliecondities bij 40 graden Celsius

Figuur 5b. Verschillende viscositeitswaarden voor verschillende toestanden van olie bij 40 graden Celsius (in detail)

Viscositeitsgegevens werden ook verkregen bij 100°C; en nogmaals, de differentiatie in de verschillende toestanden van de olietoestand wordt waargenomen (zie figuur 6). Met viscositeitsgegevens die bij meerdere temperaturen zijn verkregen, is het mogelijk om de toestand van de olie te bepalen en te verifiëren of deze binnen de operationele parameters valt.

Figuur 6. Verschillende viscositeitswaarden voor verschillende oliecondities bij 100 graden Celsius

Als onderdeel van dezelfde opstelling in de stroomgeneratorapparatuur werd de viscositeit van dieselbrandstof, gecombineerd met vervuiling in de brandstof, gemeten bij verschillende temperaturen. De verontreiniging bestond uit water en kerosine, en alle omstandigheden werden gemeten bij 25 graden en 40 graden Celsius. Zoals de gegevens in afbeelding 7 duidelijk laten zien, is de ViSmart in staat om de brandstofviscositeit te bewaken en ervoor te zorgen dat deze binnen de prestatieparameters blijft.

Figuur 7. Verschillende viscositeitswaarden voor verschillende brandstofkwaliteitstoestanden bij 25 en 40 graden Celsius

Alle bovenstaande gegevens geven aan dat met eenvoudige logica die wordt gebruikt in het externe bewakingsstation, samen met waarschuwings- en alarmcondities, de viscositeit en temperatuur van de verkregen olie en brandstof de juiste omstandigheden kunnen bewaken die nodig zijn om de stroomopwekkingsapparatuur betrouwbaar te laten functioneren zonder uitvaltijd .

Voordelen

De ViSmart-viscositeitssensor kan gemakkelijk worden toegepast in veldwerkzaamheden of direct op de apparatuur worden geïnstalleerd voor continue bewaking van de viscositeit, zodat het monteurpersoneel de olie of brandstof binnen enkele minuten kan testen.

Het zou een aanvulling zijn op de testlast van laboratoriumolieanalyse door realtime viscositeitsgegevens te verstrekken en zou de logistieke kosten kunnen stroomlijnen. En aangezien er geen kalibratie nodig is voor de robuuste trillings- en schokbestendige sensor, zijn de onderhoudskosten extreem laag als deze eenmaal is geïnstalleerd in een ruwe industriële omgeving.

De sensoren worden momenteel gebruikt in 24/7-toepassingen in de commerciële sector, met realtime gegevensoverdracht voor besluitvorming. De real-time in-line schroefdraadboutsensor kan volledig in de olie en/of brandstof worden ondergedompeld en eenvoudig worden gebruikt voor steekproeven of continue bewaking.

Door realtime viscositeitsgegevens te verstrekken en de sensor continu te gebruiken, zou het personeel de nodige informatie krijgen om cruciale beslissingen te nemen in daadwerkelijke veldtoepassingen, wat leidt tot verlenging van de levensduur van de machine en onderhoudsschema's, terwijl de andere gegevensstroom van oliekwaliteitsparameters die van de laboratoria zijn verkregen, wordt aangevuld.