logo logo

Использование термографии для выявления скрытых проблем

Термография может быть использована для выявления и анализа тепловых аномалий в целях мониторинга состояния машин. Эти тепловые аномалии, как правило, вызваны такими  причинами, как эксплуатация, неправильная смазка, перекос, износ деталей или механическими аномалиями нагрузки.
Инфракрасная термография основана на измерении распределения лучистой тепловой энергии (тепла), испускаемой  поверхностью объекта и преобразования его в карту температуры поверхности или термограмму. Тепловая энергия выделяется при работе всех машин. Это может быть в виде потерь на трение в машинах, потери энергии внутри машины, как характеристика среды, в которой протекает процесс или любой их комбинации. В результате, температура может быть ключевым параметром для контроля за работой машин, состояния машин и диагностики проблем машин. Температура также является одной из основных причин и симптомов ухудшения смазки и потери функциональных важных свойств смазки в машине.
Инфракрасная термография является идеальной технологией для исследования тепловых аномалий на машинах, потому что с ее помощью получается  полное тепловое изображение машины или узлов машины  без применения физических приспособлений и нарушения рабочего режима, требует незначительной настройки и дает результаты за очень короткий срок. Таким образом, термографические  методы могут быть использованы как часть процесса мониторинга состояния, когда такой процесс осуществляется в соответствии с ISO 17359.

Методы термографии

В  промышленности  используются несколько признанных методов инфракрасной термографии. Сравнительная термография является наиболее распространенной технологией, и она, как правило, дает наилучшие из возможных данные при измерении идеальной или абсолютной температуры. Когда возникает изменение условий эксплуатации оборудования, возможность оценить  общую интенсивность излучения и различную интенсивность излучения разных деталей установки обеспечивает полезной информацией для мониторинга условий  и диагностики установки при далеких от идеальных условиях контроля, которые часто встречаются в оперативной работе. Абсолютная термография применяется, когда необходимо знать как можно точнее истинную температуру объекта.

Сравнительная термография

Сравнительная термография может быть количественной или качественной. Количественный метод требует определения значения температуры при  выделенных условиях нагрузки узла. Это значение определяется путем сравнения температуры объекта и температуры другого подобного объекта, находящегося в сервисном обслуживании, или данными базовой шкалы. Хотя значение температуры не является точным, оно  достаточно близко к фактическому.  Более важно, что точными являются разницы температур. Тем не менее, существует множество прикладных задач, в которых не требуется количественных данных, чтобы следить за состоянием машин или диагностировать проблемы и рекомендовать соответствующие корректирующие меры. В этих случаях качественные методы могут быть более чем достаточны.

Сравнительная количественная термография

Сравнительный количественный метод термографии является эффективным методом для оценки состояния машины или узла путем  сравнения приближенных значений температуры от одинаковых элементов, с эталонными значениями или с базовой  шкалой.
Определение точных фактических температур компонентов в полевых условиях, для которого используется инфракрасная термография, считается очень трудной задачей. Это связано в определенной мере с физическими основами инфракрасной термографии, которая должна учитывать в совокупности несколько параметров, которые позволяют произвести измерение истинной абсолютной температуры.  Эту совокупность составляют  излучение, отражение и пропускание. По результатам оценки специалистами  этих наборов параметров  удается легко определить приближенную температуру узла, которой в большинстве случаев более чем достаточно, чтобы определить уровень неблагоприятного состояния для данных условий работы.
Поскольку это не всегда целесообразно определять точную температуру или даже светимость (интенсивность свечение) каждого узла машины, в качестве альтернативы используется более практичная сравнительная термография. Сравнительное измерение, в отличие от качественного измерения, определяет более низкий нагрев путем сравнения температур, полученных с использованием  последовательности значений светимости.
Разность температур между двумя или более одинаковыми или похожими узлами измеряется численно. Предполагается, что условия окружающей среды для обоих узлов одинаковы, разность температур для данной единицы оборудования фиксируется как превышение уровня нормальной рабочей температуры подобного оборудования.
В качестве примера сравнительной количественной термографии может служить следующее –  если две или более машин  работают в одинаковых  условиях и при одинаковых нагрузках, и на одной из них наблюдается  повышенная температура, обычно это указывает, что может существовать ухудшение состояния агрегата. Вместе с тем определение разницы температуры впоследствии может помочь в установлении уровня  напряженности  режима работы.
В этом примере разница температур  5 градусов C будет считаться незначительной, в то время как разница 100 градусов по Цельсию может считаться критической.  Кроме того, знание приближенного значения повышенной температуры  дает сигнал, что температурный лимит компонента приближается к аварийному значению. Поэтому во время качественных измерений можно также обнаружить недостатки, количественное измерение которых даст возможность определить степень тяжести дефекта.

Сравнительная качественная термография

Сравнительное качественное измерение сравнивает инфракрасное изображение, например, изображения элементов редуктора, одного объекта с идентичным или аналогичным другим объектом при одинаковых или аналогичных условиях эксплуатации. Когда исследуется разница термограмм, аномалии идентифицируются по изменению интенсивности между двумя или большим количеством объектов, не требуя для этого определения точной температуры для каждого элемента. Этот метод быстр и прост в применении и не требует никаких настроек в инфракрасной камере для компенсации атмосферных условий и влияния окружающей среды или коэффициент излучения поверхности. Хотя результат этого типа измерений позволяет выявить дефект, он  не дает информации о степени повреждения.
Этот метод инфракрасной термографии используется в большинстве отраслей промышленности. Он  очень эффективен  при  выявлении горячих подшипников или других аномально горячих компонентов машины, горячих точек в электрооборудовании, нежелательно горячих электрических соединений, утечки жидкости или даже засоров в теплообменном оборудовании и его компонентах (трубах), и утечки жидкости из сосудов высокого давления, труб и клапанов.

Термометрия

Определить абсолютную температуру мишени с помощью инфракрасной термографии очень трудно из-за влияния  многочисленных технических факторов  и факторов окружающей среды. В результате абсолютные термографические измерения производятся только, если требуется очень точное измерение температуры или температура близка к критической для данного процесса. Эти измерения проводятся при предельно жестком контроле лабораторных условий. В нормальных условиях этот тип измерений не используется для мониторинга режима работы оборудования.

Базовые измерения

Настоятельно рекомендуется, были проведены базовые (калибровочные) измерения для критически важного оборудования завода. Это очень важно, когда позднее термограммы обследуемых машин  или узлов сравниваются с первоначальными термограммами тех же самых машин, работающих при той же нагрузке и тех же условиях окружающей среды. Эта процедура мониторинга состояния полезна для раннего выявления возникающих проблем, тем самым предотвращая потребность в капитальном ремонте или аварийную ситуацию.

Критерии оценки

При применении инфракрасной термографии для контроля состояния и диагностики машин и ее элементов, рекомендуется, чтобы он был основан на строгих критериях. Важные критерии могут быть разбиты на две группы: они могут быть объединены  в категорию, которая позволяет идентифицировать уровни температуры или зоны по отношению к уровню критичности, и они могут быть применены к конкретной машине или компоненту, или группам подобных  машин или компонентов.  В любом случае, уровни устанавливаются на основе опыта и накопления данных.
На практике не существует единообразных критериев, которые были бы универсальными и применимыми множеству разных объектов и производственных ситуаций в промышленности. Следовательно, конкретные критерии должны быть разработаны для каждой категории оборудования, учитывая его конструкцию, особенности производства, эксплуатации, монтажа, технического обслуживания, характеристики, отказов и критичности.
Конкретные  критерии могут быть установлены на отдельных машинах или узлы. В этом методе  учитываются  многие факторы, в том числе повышение температуры по сравнению с историческими данными, которое определяет скорость износа и наработку на отказ, критичность состояния машины или узла по отношению к процессу в целом, положение объекта  относительно других материалов / оборудования, которое может вызвать возгорание, безопасность персонала, условия окружающей среды и т. д. В прикладные разработки могут быть включены данные о росте температуры критических машин, компонентов машин, повышении температуры подшипников, цепей электропитания и соединений, утечек жидкости или даже количество засоренных труб жидкостного теплообменного оборудования.
Инфракрасный тепловизор  позволяет пользоваться критерием разности температуры или классифицировать аномалии механических систем по тепловой нагрузке.  Эти критерии обычно указываются как превышение температуры выше определенного базисного уровня.
Статистический анализ ряда измерений аналогичных объектов при сходных нагрузках и в схожих условиях окружающей среды позволяет установить эксплуатационные ограничения для тренда и прогнозируемого изменения температуры этих объектов.
Такая система в сочетании с критериями абсолютной температуры может быть использована для установления нормы тепловой нагрузки путем исключения  нагрева выше максимально допустимой температуры.

Критерии относительной температуры

В качестве примера набора критериев нагрузки, основанных на росте температуры в качестве контрольного параметра можно указать следующее:
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ    до 10 градусов С превышения над  базовым уровнем
СРЕДНИЙ УРОВЕНЬ   10 градусов С до 20 °C превышения над базовым уровнем
ТЯЖЕЛЫЙ                     20 градусов С до 40 градусов С превышения над базовым уровнем
КРИТИЧЕСКИЙ           при  40 градусов С превышения над базовым уровнем
Ориентировочные температуры должны быть основаны на данных о температуре,   которые были определены на производствах аналогичных рассматриваемому или в группах оборудования или деталях, установленных на таких же узлах. Базовая температура должна быть основана на исторических или полученных в результате статистической обработки  результатах измерений температуры на аналогичных объектах или группах машин, которые находятся в идеальном состоянии.

Критерии абсолютной температуры

Тепловизор может применяться для выявления аномалий механической системы, используя критерии абсолютного максимума допустимой температуры и основываясь на опубликованных данных. Имеются две группы критериев: материал и конструкция. Критерии, связанные с материалом, используются там, где важна целостность самого материала и он является объектом мониторинга. Критерии, связанные с конструкцией, используются там, где целостность конструкции  является объектом основного внимания и на нее направлен мониторинг.
Критерии, связанные с конструкцией, должны быть всегда предпочтительны по сравнению с критериями, которые связаны с материалом, поскольку в первые  уже,  как правило, включены материальные критерии. В конструкционных критериях учитываются быстродействие, режим эксплуатации, надежность и производительность, а не только целостность материала.
Когда используются материальные критерии при оценке нагрева нескольких смежных узлов системы, в качестве сигнала тревоги должен использоваться элемент, материал которого имеет наиболее низкое значение опасной температуры.
В большинстве машин, самое низкое значение опасной температура  будет у смазки. В качестве максимально допустимой температуры должна быть установлена температура, выше которой вследствие потери качества смазки будет происходить потеря жизненно важных элементов машины. Такое снижение характеристик материала может быть быстрым (например, вязкость) или происходящим длительно (истощение присадок). Такие критерии, как правило, скорее относят к конструкционным, чем к основанным на свойствах материала. Вследствие этого возникает потребность установления специфических критериев для конкретного оборудования, несмотря на возможность использования общих смазочных материалов.
Во многих случаях инфракрасный тепловизор не может непосредственно измерять поверхности важных компонентов. Тщательная и хорошая оценка должны выполняться в реальных полевых измерениях температуры при любой степени важности технических характеристик.

Критерии оценки профиля

Оценка профиля – это процесс сравнения разницы температур и участков по поверхности. При выполнении оценки любой сложности абсолютная и местная температуры и профиль должны быть определены для двух ключевых условий: «как новая»  и «как недопустимая». Оценкой серьезности ситуации является последующий процесс определения положения режима работы оборудования между этими двумя условиями.
Ключевыми параметрами оценок профиля являются температурные градиенты, изменения профилей, исторические изменения, локальные разницы абсолютных температур, расположение аномалий или профиль характеристик по отношению к ним.

Интервалы исследования

Интервалы исследования должны быть определены на основе данных о скорости развития ожидаемой неисправности и поведения температуры, как репрезентативного признака неисправности. Определение интервала исследования в первую очередь необходимо для  прогноза надежности, а не выявления неисправности.

Интерпретация изображений

С точки зрения техники, интерпретация термограммы по существу представляет собой процесс сравнения абсолютной температуры и температурного профиля  на установке, оборудовании, агрегате, производстве  с  критериями технического обслуживания.
Когда термография используется для мониторинга эксплуатационного режима машины и  условий работы к моменту проведения  каждого обследования должны быть известно в деталях, насколько сильно зависит изменение профиля температуры от режима работы. Знание конструкции машины имеет важное значение для понимания нагрузки на деталь, которая вносит основной вклад в профиль температуры.
Когда термография используется для оценки режима работы машины, важно, что машина рассматривается как целое и что каждое изображение анализируется как часть серии, а не как уникальное изображение локального состояния.
Тепловидение – очень мощный метод для сравнения результатов с другими методами мониторинга режима. Оно чрезвычайно полезно для оказания помощи при решении вопросов со смазкой, когда она зависит от температуры, оно может указать положение источника и степень влияния тепловых аномалий, а также эффективность циркуляции в регулирующих и охлаждающих системах.
Знание конструкции, процесса обработки, монтажа, режима работы и неисправностей, вызванных ремонтом, и их термических признаков имеет первостепенное значение для успешного обследования машин и выбора конструктивных решений с использованием термограмм. Это знание имеет гораздо большее значение, чем знание конкретной техники, ее области применения и ограничений.

Пример исследования: Привод мельницы. Несоосность

Недавнее исследование было посвящено проверке привода мельницы на золотом руднике, состоящего из мотора, трехвального редуктора, подшипников и шестерен передачи. Все подшипники были подшипниками качения, а подшипники шестерен привода мельницы были двухрядными сферическими роликовыми подшипниками.

Двигатель Подшипники Редуктор

Двигатель Подшипники Редуктор Подшипники  шестерни привода
Предполагалось, что температура промежуточного вала редуктора (B) в нормальном состоянии будет несколько выше (от 1 до 2 градусов С), чем скоростного вал (А) и умеренно выше (от 3 до 5 C) по сравнению с низкоскоростным  валом (C),  так как при двойном зацеплении за единицу времени выделяется больше тепла.  В данном случае среднее увеличение температуры составило 8,5 градусов С по сравнению с низкоскоростным валом и приблизительно 3,5 градуса С по сравнению с высокоскоростным валом, что было расценено, как превышение нормы.
Превышения температуры и профили указывают на смещение осей мотора и редуктора, смещение между  редуктором и шестерней привода мельницы и смещение между шестерней привода мельницы и корпусом привода. В парах мотор-редуктор и редуктор-привод мельницы в результате смещений концы валов плавают в корпусе редуктора, захватывая вал промежуточных шестерен. Разница температур в 10,3 градуса С по шестерне привода мельницы также расценена как чрезмерная и указывает на серьезное нарушения зацепления шестерен.
Несоосность,  нагруженность шестерен и бедственное положение подшипников полностью подтвердились при помощи анализа вибрации. После капитального ремонта и повторного выравнивания трансмиссии удалось снизить температуру до приемлемого уровня.
Двигатель и редуктор - термограмма
Рис. 1 Двигатель и редуктор. Вал входной
Редуктор со стороны входного вала - термограмма
Рисунок 2. Редуктор со стороны входного вала
Редуктор со стороны мотора  - термограмма
Рисунок 3. Редуктор со стороны мотора
Редуктор со стороны мельницы - термограмма
Рисунок 4. Редуктор со стороны мельницы
Корпус подшипников шестерни и привода мельницы - термограмма
Рисунок 5. Корпус подшипников шестерни и привода мельницы

Пример обследования: охладитель турбинного масла

Два охладителя турбинного масла одинаковой конструкции показали, что у одной из турбин были проблемы с охладителем масла. Существующее низкое тепловыделение не указывает на проблему, связанную с потоком масла, воды или обеих жидкостей, так как обе машины работают в идентичных условиях. При одинаковых условиях и качестве масла турбина №2 работает с существенно более высокой вибрацией, обусловленной снижением вязкости масла вследствие более высокой рабочей температуры.

охладитель турбинного масла

Метки материала: ,

Похожие материалы:

bottom