Bezpośredni pomiar siły osiowej w połączeniach kołnierzowych z pominięciem tarcia
Przekształcenie pasywnych elementów złącznych w cyfrowe węzły pomiarowe zasilane energią pola elektromagnetycznego.
Niezawodność ciśnieniowych połączeń kołnierzowych w przemyśle chemicznym, rafineryjnym oraz energetycznym zależy od jednego kluczowego parametru: utrzymania założonej siły docisku ($F_{preload}$) na uszczelce. Tradycyjna kontrola stanu połączeń gwintowych opiera się na zastosowaniu kluczy dynamometrycznych. Metoda ta posiada jednak fundamentalną wadę fizyczną – mierzy wyłącznie moment obrotowy (Nm), a nie rzeczywiste rozciągnięcie śruby.
Aż do 85–90% momentu obrotowego przyłożonego do nakrętki marnowane jest na pokonanie tarcia na gwincie oraz pod łbem śruby. Zmienna obecność smaru, mikro-rdza czy utlenienie stali sprawiają, że współczynnik tarcia ($K$-factor) oscyluje w nieprzewidywalnym zakresie. W efekcie dwa połączenia dokręcone tym samym momentem mogą charakteryzować się różnicą w rzeczywistej sile ścisku sięgającą $\pm 30\%$. Prowadzi to do niedociągnięcia złącza i wycieków, bądź też do zmiażdżenia uszczelki i trwałego odkształcenia śruby.
Zjawisko piezoelektryczne i bezprzewodowa indukcja NFC
Innowacyjnym rozwiązaniem tego problemu jest wdrożenie podkładek telemetrycznych Smart Washers. Urządzenia te posiadają gabaryty standardowych podkładek hartowanych DIN 125 / ISO 7089, lecz w ich stalowym rdzeniu osadzono pierścień z ceramiki piezoelektrycznej (np. tytanianu baru) połączony z dedykowanym mikroukładem scalonym ASIC oraz miniaturową anteną NFC.
Gdy śruba zostaje dokręcona, naprężenie ściskające generuje na granicach krystalicznych ceramiki ładunek elektryczny proporcjonalny do wywieranej siły (w kilonewtonach, kN). Podkładka nie wymaga własnej baterii – pozostaje całkowicie pasywna. W momencie, gdy mechanik zbliża do śruby smartfon lub przemysłowy czytnik NFC, cewka antenowa podkładki pobiera energię z pola elektromagnetycznego czytnika (indukcja), zasila przetwornik analogowo-cyfrowy i w czasie krótszym niż 100 ms wysyła aktualną wartość siły docisku oraz unikalny numer ID połączenia.
Porównanie metrologiczne metod kontroli złączy śrubowych
Wdrożenie podkładek piezo-NFC całkowicie zmienia ekonomikę prac remontowych w zakładach z dyrektywą SEVESO III. Mechanik przeprowadzający obchód nie musi nosić ze sobą ciężkich kluczy dynamometrycznych ani rusztowań pomocniczych. Wystarczy zbliżyć czytnik na wysięgniku do połączenia śrubowego, by na ekranie uzyskać natychmiastową informację o sprawności złącza. W przypadku wykrycia poluzowania (np. pod wpływem drgań lub relaksacji uszczelki), system automatycznie generuje zlecenie pracy w CMMS, zapobiegając niekontrolowanym wyciekom i kosztownym zatrzymaniom instalacji.
Author: INTEGRATORPRZEMYSŁOWY.PL
