Содержание

Перейти в магазин

Описание процесса

Термографический анализ - метод, при котором инфракрасная камера или устройство используется для фотографирования температур поверхности детали машины или всего оборудования, основанный на испускании излучения с поверхности объекта. Термографический анализ является бесконтактным и детальным средством мониторинга состояния электрического и электромеханического оборудования.

Главная задача термографии - отслеживание инфракрасного теплового излучения от объекта. Развитие этой технологии заключается в ответе на различия между температурами на поверхности объекта и их отображением в чёрно-белых или цветных изображениях, которые отображаются на мониторе, ЖК-экране или телевизоре. Эти изображения, или термограммы, могут быть копированы, сфотографированы или записаны для дальнейшего анализа картин получения или отдачи тепла.

Термографический анализ - эффективное средство предупредительного обслуживания для применения в связке с другими типами процессов мониторинга состояния. В общем, стратегия обслуживания подразделяется на три категории с примыкающими параметрами:

• Работа до отказа (пока не сломается)
• Регулярное обслуживание (проводится через постоянные промежутки времени)
• Предупредительное (основано на фактическом состоянии)

Развитие термографии и обоснование методологии будет описано в следующих разделах.

Перейти в магазин

Термография

Использование бесконтактных средств мониторинга состояния электрического и электромеханического оборудования удобно в силу следующих причин:

• Контакт между поверхностями исключён
• Безопасно для окружающей среды
• Устойчивость к магнитному шуму
• Допустимо применение во взрывоопасной среде
• Передаёт информацию в реальном времени
• Надёжно благодаря практически неограниченному сроку службы

Главное преимущество термографии обнаруживается, когда необходимо выявить ряд проблем, основанных на состоянии машин различных типов. Термография должна использоваться как дополнительная технология, которая может помочь предоставить информацию программе поддержки. Необходимо "крепкое основание", например, программа для мониторинга вибрации, чтобы можно было добавить термографию для большей выгоды. Таблица 1 показывает список многих типов состояний, обнаруживаемых при оценке как окружающей среды на предприятии, так и дополнительных факторов, которые можно отслеживать. Как можно видеть из таблицы, термография (мониторинг температуры) - это удачное дополнение к анализу вибрации. Различие между термографией и мониторингом температуры состоит в том, что термография даёт отображение изменений температуры в некоторой выбранной зоне, тогда как при мониторинге температуры измеряется только показания в той точке, где расположен датчик.

Используя термографию, пользователь обеспечен данными, которые обсчитывают процесс и показывают результат за довольно короткое время. Важно отметить, что способность сохранять и извлекать данные критична для развития программ предупредительного обслуживания.

Некоторые компании разработали приборы для получения термоизображений. Есть небольшие различия в отображении и хранении данных, но основа для получения и обработки информации подобна. В самом простом виде, прибор для термографии похож на портативную видеокамеру. Ниже следует список некоторых производителей термокамер для промышленности. Поищите в интернете информацию по следующим производителям:

Indigo Systems

• http://www.indigosystems.com

Infratherm

• http://www.thermografia.com

Impact Engineering

• http://www.impactengineering.com

Термокамера - важная часть уравнения; давайте взглянем на преимущества и недостатки использования термографии.

Преимущества и недостатки

С точки зрения преимуществ, важно упомянуть, что термография может быть применена во многих областях промышленности. Спектр промышленных применений включает в себя как мониторинг состояния оборудования и предупредительное обслуживание, так и использование и анализ данных для планирования более эффективной стратегии обслуживания. Использование термографии может стать ключевым фактором в успешности программы обслуживания.

Но нельзя обойти и недостатки. Множество часто встречающихся неудобств может быть разрешено применением более хорошего программного обеспечения и физических устройств. Единственный существенный недостаток вызван применением камеры в промышленной среде. Оперирование камерой может быть чем-то обременительным и может занять довольно много времени, пока пользователю не станет комфортно. Сводка преимуществ и недостатков приведена в таблицах 2 и 3 ниже.

Применение термографии

Возможности использования термографии весьма широки в различных областях производства. Ключевые области применения термографии:

• Электрические машины
• Механическое оборудование
• Электроника
• Энергоустановки
• Огнеупорные покрытия
• Постройки

Перейти в магазин

Электрические системы

Совместно с оборудованием, электрические системы считаются одной из наиболее критических зон. Электрические системы основаны на нескольких ключевых формулах. Одна из основных - закон Джоуля. Он гласит, что вырабатываемая мощность равняется произведению квадрату силы тока на сопротивление проводника, по которому течёт ток: P = I² R.

Во многих случаях, элемент вырабатывает большое количество теплоты из-за утечки, окисления или корродирования электрических соединений. Это непредусмотренное тепло свидетельствует о проблеме и является главным знаком при выполнении предупредительного обслуживания. В электрических системах причины могут быть найдены в изменении сопротивления, которое в свою очередь влияет на ток. Это особенно часто встречается в системах, которые не полностью нагружены. Кроме того, холодные зоны могут быть показателем открытого контура. Это случается из-за сгоревшего предохранителя и часто остаётся незадиагностированным на протяжении нескольких дней.

Когда электрическая система активируется, два проводника соединяются и образуют контур. В этом случае, поверхности контактов взаимодействуют по определённому набору точек, называющихся "элементарными контактами". Эти контакты ограничены своими характеристиками.

Износ начинает появляться сразу, как только два проводника начинают взаимодействовать. Когда износ начинает развиваться существенно, будет увеличиваться и электрическое сопротивление - а значит и повысится выделение тепла, что вызовет появление горячей точки. Эта точка в большинстве случаев может быть легко выявлено при помощи термографии.

Чтобы развить жизнеспособную идею о том, в какой степени ухудшается состояние горячей точки, необходимо исследовать тенденции и оценить всю систему. Исследование тенденций - "трендинг" - обычная практика во многих типах программ мониторинга состояния. Трендинг чаще всего выражается в построении зависимости величины в зависимости от времени. В нашем случае вертикальной составляющей должна быть функция температуры. Основываясь на регулярных интервалах измерений, можно получить чистую картинку изменения состояния оборудования.

Если нагрузка изменяется, то в идеале измерения температур должны проводиться с учётом текущих параметров. Такая система измерений позволит установить корреляции между подъёмом температуры и текущими измерениями.

Следующая формула устанавливает отношение коррекции поднятия температуры по сравнению с нормальной температурой (при охлаждении естественной конвекцией и излучением): 

Поправка подъёма температуры по отношению к нормальному току (при охлаждении вынужденной конвекцией и излучением): , где T_s - подъём температуры, T_m - измеренный подъём температуры, I - нормальный ток, I_m - измеренный ток.

Одно из множества преимуществ трендинга является то, что это требует метод и процесс, тогда как обычный метод анализирования ситуации подразумевает измерения, которые должны быть проведены и записаны. К тому же, это меньше основывается на анализ отдельных измерений, зато можно анализировать целый набор измерений за выбранный период времени. Пример тренда температуры представлен ниже:

Для простоты, электрические компоненты можно классифицировать по двум категориям:

• Слаботочные устройства, которые используются в электронике и микроэлектронной инженерии;
• Устройства с сильными токами, такие как предохранители, распределительные устройства, кабели, покрытия, трансформаторы и изоляторы.

Все эти типы компонентов были успешно проинспектированы с использованием ИК-методов. Самыми распространёнными проблемами электрических систем являются:

• Неплотные соединения;
• Дисбаланс нагрузки;
• Коррозия как результат резистивного нагрева.

Многие типы технологических усовершенствований, такие как, например, тиристоры, которые используются для контролирования скорости вращения в больших моторах, подсоединяются параллельно и вызывают маскирующий эффект, сильно затрудняющий обнаружение проблемы.

Некоторые другие примеры широко распространённых измерительных методик основываются на измерении электрического дисбаланса между фазами тока. Неодинаковая темпратурая в такой ситуации может говорить о дисбалансе в трёхфазном моторе. Другие примеры:

• Инспектирование высоковольтных трансформаторов
• Инспектирование высоковольтных силовых линий
• Диагностика повреждённых или сгоревших предохранителей или их держателей
• Перегрев конденсатора коррекции коэффициента мощности
• Распределительные устройства, управляющие панели, изоляторы, выключатели контура, реле и соединения

Идентифицируемые электрические неисправности

В отношении неисправностей электрических машин, есть семь обнаружаемых неисправностей:

• Дефекты ротора;
• Дефекты обмотки ротора;
• Неисправности водяного охлаждения;
• Дефекты обмотки статора;
• Дефекты изоляции обмоток;
• Дефекты ядра статора;

Если эти неисправности распространяются на зону мониторинга состояния, то появляются три источника проблем:

• Механические источники, которые включают подшипники, дисбаланс ротора, ослабления посадок, несоосность, поверждения конца обмотки, щёток и их компонентов;
• Аэродинамические источники, включающие турбулентность, частоту вращения лопаток;
• Электромагнитные источники, такие как статический и динамический эксцентриситет и изменения магнитной проводимости воздушного зазора, открытые или укороченные обмотки, дисбаланс фаз тока, пульсации крутящего момента и магнитострикция

Как говорилось ранее, есть хорошо определяемые параметры состояния, такие как вибрация и скорость мотора. Когда подразумевается тепловое состояние, могут быть добавлены и такие параметры:

• Перегрев и охлаждение
• Повреждённая система охлаждения
• Слабые электрические соединения
• Перегрев рамы
• Перегрев ротора и его обмотки
• Покрытие статора, его обмотка и изоляция
• Перегрев подшипников и уплотнений

Одно из главных преимуществ бесконтактного мониторинга температуры заключается в том, что он не требует дополнительной электроизоляции и при этом даёт важную информацию о компонентах машины. Рядом изображён тепловой снимок мотора.

Кроме электрических систем, важно рассмотрение и механических систем.

Перейти в магазин

Механические системы

Механические системы представляют большую долю в системе оборудования. Существует множество типов вращающихся приспособлений вне оборудования, которые могут быть отслежены с помощью термографии. Термография может быть использована для мониторинга простого оборудования так же, как и для многокомпонентных машин.

Поскольку практически во всех машинах имеются вращающиеся или совершающие вовзратно-поступательное движение детали, между взаимодействующими компонентами неизбежно появляется трение. Оно вызывает генерирование тепла и приводит к износу. Если не обращать внимание на трение, это может привести к катастрофе.

Комбинация проанализированных данных об износе вместе с информацией о вибрации может дать уверенность в оценке ресурса машины или её компонента. Все измерения хороши, если они тщательно анализируются.

Некоторые общие причины механических отказов:

• Увеличение нагрузки на подшипник вызывает его преждевременный износ;
• Увеличение напряжений в машине может привести к преждевременному усталостному разрушению;
• Увеличение сил, которые прилагаются к машине, вызванные, например, ослаблением посадок компонентов или дефектами в основании;
• Инерционные эффекты, ведущие к дисбалансу отдельных частей или валов.

Общими признаками ухудшения механического состояния системы являются: дисбаланс, несоосность, ослабление посадок, повреждение компонентов (крыльчатки, насоса, лопаток насоса, подшипников и т.д.). Вклад термографии состоит в том, что она позволяет пользователю лучше оценить состояние механической части оборудования. Помимо оценки механических систем, термография может помочь и в мониторинге гидравлики.

Перейти в магазин

Гидравлические системы

Хотя термография для оценки гидравлики используется не столь широко, как для механических систем, её можно использовать для анализа изменений температуры системы. Эти изменения могут быть показателями таких проблем, как:

• Утечки;
• Засорение;
• Неисправности компонентов;
• Неправильная установка оборудования.

Как пример, можно привести случай оценки эффективности уплотнения. При применении термографии, на термоизображении была обнаружена "горячая точка" из-за увеличевшегося давления 35 кг/м² жидкости, вырывающейся вокруг.

Важно заметить, что нужно быть осторожным при оценке гидравлических систем, потому что дефекты механики могут совпадать с неисправностями гидравлики, что вызывает некоторые сомнения относительно выявления причины проблемы. В таких случаях, для прояснения ситуации необходимо использование дополнительных методик.

Перейти в магазин

Электронные системы

Наверное, одна из областей, получивших наибольшую выгоду от применения термографии, стала диагностика электронных систем. Электронные и микроэлектронные устройства и платы, сильнее всего подвержены воздействиям. Как было выяснено позже, это вызвано особенностями их дизайна. Они содержат много маленьких компонентов, что вызывает затруднения для отслеживания их состояния. Поэтому термография просто идеально подходит для мониторинга электронных систем.

Развитие приборов для измерения температуры заметно продвинулось от типовых однократных измерений до внушительных устройств, использующих комплексную компьютеризированную термографическую систему, которая автоматически инспектирует системы и, в частности, отдельные платы.

Главная причина уменьшения срока жизни электронных компонентов - повышенная рабочая температура. Показатель уменьшения может быть представлен как отношение частоты отказов при данной рабочей температуре к частоте при 75 °С.

Другая разновидность поломок - раннее повреждение новых компонентов. Этот тип неисправностей может быть представлен в виде кривой. Она основана на исследованиях надёжности и показывают, насколько высока вероятность отказа в течении времени работы некоторого компонента. Надо учитывать также, что некоторые случаи могут быть вызваны не вредящим состоянием системы, но и неправильным монтажом. Вероятность отказа уменьшается после периода приработки на длительное время, что является показателем нормальных рабочих условий. Затем вероятность поломки снова увеличивается, отражая повышающийся износ компонентов. В этой зоне сосредоточена значительная часть данных для анализа состояния компонентов.

Термография может быть использована для диагностики отдельных компонентов внутри системы, так что можно предотвратить "температурный выброс" и, как следствие, - возможную аварию.

Кроме того, термография применяется как неразрушающий контроль схем. В таком случае, производимое тепло создаёт тепловой отпечаток, который и может быть зафиксирован. Измерение нужно производить со всей осторожностью, с учётом геометрии компонентов, их расположения и их допустимого состояния.

Приведённые выше указания по применению позволяют ставить правильные диагнозы после сбора информации. Также, диагностируя электронные системы, в рассмотрение можно принимать и другие источники выделения энергии при составлении программы термографии.

Перейти в магазин

Энергосистемы

Энергосистемы рассматриваются всё чаще, поскольку весь мир сейчас обращён к концепции экономии энергии. Это вынуждает рассматривать возможности сохранения как можно большего количества ресурсов.

Термография может быть представлена не только как ключевое средство оценки состояния системы. Бесконтактный мониторинг температуры используется и для того, чтобы находить зону, где тратится больше ресурсов. Когда дело касается энергосистем, нужно быть твёрдо уверенным, что изоляция надёжна, а её диагностика и обслуживание проводятся корректно. Дефекты изоляции и утечки легко могут отслеживаться при помощи термографии - эти зоны появляются на термограммах в виде резкого подъёма температуры. Пример системы, где произошла утечка, представлен ниже.

Рис. 6.Термограмма утечки

Огнеупорное покрытие

Рабочие температуры огнеупорных покрытий, печей необычайно высоки и достигают 1500 °С. Использование термографии для диагностики этих элементов в течение работы крайне важно.

Некоторые наиболее распространённые применения термографии в таких условиях:

• Мониторинг параметров, например, температуры стальных полос в печи;
• Проверка цельности изоляции, футеровки в печах;
• Мониторинг процесса нагрева;
• Диагностика охдаждающей системы.

Исследуя эти параметры, можно получитьи проанализировать характеристики системы в целом.

Перейти в магазин

Постройки

Использование термографии для обнаружения потерь тепла из построек из-за несплошностей в тепловой изоляции или нарушений в цельности стен жизненно важно для получения термически сбалансированной среды в зданиях.

Использование термокамер позволяет легко получить тепловые фотографии, по которым можно определить утечки тепла после определения проблемных зон. Наиболее часто фиксируемые проблемы:

• Обнаружение потерь тепла через крышу, связанных с нагрузкой солнечного излучения;
• Утечки через трубы и вентиляционные шахты;
• Потери тепла через окна или дверные проёмы.

Перейти в магазин

Выводы

Использование термографии для оценки процессов и состояния электрических схем, оборудования и изоляции расширяется с каждым годом. Промышленность продолжает тенденцию, поскольку это позволит сократить расходы. Более того, есть и много других причин для расширения применения:

• Принятие технологии рынком
• Расширение областей применения
• Усовершенствование оборудования
• Развитие стандартов
• Более качественное обучение

Все эти факторы являются ключевыми в развитии этой технологии. Но, помимо приобретения прибора, необходимо разработать и выполнить программу, в которой должны быть учтены следующие аспекты:

• Планирование фазы диагностики
• Предоставление соответствующего обучения
• Поддержка работоспособности системы