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.