Termowizja w utrzymaniu ruchu. Inspekcja termowizyjna i wibrodiagnostyka w utrzymaniu ruchu zakładów przemysłowych, część 1

Na podstawie termografu można wtedy określić źródło problemu lub lokalizując tzw. gorące punkty, precyzyjniej rozmieścić inne czujniki, np. wibracji, w jego pobliżu. Znając przyczynę termicznej anomalii, można zawczasu podjąć odpowiednie działania zapobiegające awarii lub przynajmniej złagodzić jej skutki, unikając wstrzymania produkcji, uszkodzenia sprzętu oraz powstania zagrożenia dla pracowników.

PRZYCZYNY WYSTĘPOWANIA ANOMALII TEMPERATUROWYCH

Fot. 1. Podwyższona temperatura oznacza, że jakiś komponent silnika - w tym wypadku łożyska - nie funkcjonuje prawidłowo (źródło: Maverick Inspection)

Wydzielanie ciepła przez maszyny na skutek przepływu prądu elektrycznego lub tarcia jest normalnym zjawiskiem. Uwzględnia się to w projekcie urządzeń, stosując systemy chłodzące - np. montując w obudowie zestaw wentylatorów, klimatyzatory oraz stosując smary ograniczające skutki tarcia. W ten sposób zapobiega się nadmiernemu nagrzewaniu się maszyn, które mogłoby prowadzić do spadku ich wydajności (lub urządzeń z nimi sąsiadujących), skrócenia żywotności, a w skrajnych wypadkach do pożaru lub wybuchu.

Standardowe rozwiązania bywają jednak niewystarczające, jeżeli urządzenie wydziela więcej ciepła - np. w wyniku przeciążenia obwodu elektrycznego, niż system chłodzenia może usunąć lub gdy zachodzi nadmierne tarcie - np. na skutek zużycia się, uszkodzenia, zablokowania lub przesunięcia się komponentu z właściwej pozycji albo jego niedostatecznego smarowania.

W artykule przedstawiono przykłady problemów w funkcjonowaniu różnych urządzeń i podzespołów będących źródłem anomalii temperaturowych, które wykryć można, przeprowadzając inspekcję termowizyjną. Podpowiadamy też, jak takie pomiary przeprowadzać efektywnie i bezpiecznie.

DIAGNOSTYKA TERMOWIZYJNA SILNIKÓW I SKRZYŃ PRZEKŁADNIOWYCH

Fot. 2. Obraz z kamery termowizyjnej sugeruje, że temperatura na styku koło pasowe–pas znacznie przekracza temperaturę sąsiadujących komponentów (źródło: IR Solutions)

W przypadku silników analiza obrazu termicznego pozwala wykryć m.in. takie sytuacje jak: przegrzewanie się na skutek zaburzonego przepływu powietrza w obudowie najczęściej w wyniku problemów z chłodzeniem, występowanie wyładowań niezupełnych, przebicie izolacji wirnika lub stojana, uszkodzenie lub zatarcie łożysk (fot. 1), niewspółosiowość wałów sprzęgła oraz uszkodzenie lub przerwanie połączeń elektrycznych.

Niektóre z nich rozwiązać można od ręki doraźnie - np. problem z chłodzeniem silnika. O ile nie zakłóci to funkcjonowania całej instalacji, pomóc może chwilowe wyłączenie urządzenia i wyczyszczenie wlotów powietrza chłodzącego. W przypadku gdy obraz z kamery termowizyjnej jednoznacznie wskazuje na problem z łożyskami, rozwiązania są zazwyczaj dwa: możemy je wymienić lub nasmarować. W podjęciu właściwej decyzji pomóc mogą dodatkowe pomiary - np. badania wibrodiagnostyczne. Pomiary wibracji pomocne są też w przypadku, gdy podejrzewamy przesunięcie wałów w sprzęgle.

Po wyłączeniu silnika problem ten można rozwiązać, korzystając np. z mechanicznych lub laserowych przyrządów do osiowania. Dodatkowe mierniki - np. multimetr, miernik cęgowy lub analizator jakości energii elektrycznej są z kolei użyteczne, jeżeli podejrzewamy, że źródłem problemów jest przeciążenie silnika. Inny przykład dotyczy skrzyni przekładniowej. Jej funkcjonowanie zależy od poziomu oleju, który zapewnia właściwie smarowanie wewnętrznych elementów.

Jeżeli jest on zbyt niski lub olej straci swoje właściwości, urządzenie ulega awarii poprzedzonej przegrzaniem. Aby zapobiec takiej sytuacji, należy regularnie sprawdzać poziom oleju oraz uzupełniać jego braki. Jest to jednak zadanie czasochłonne, kosztowne i wymaga odłączenia urządzenia od zasilania, a ponadto czasem dostęp do skrzyni jest utrudniony. Zamiast tego można wykorzystać kamerę termowizyjną. Podwyższona temperatura na termogramie będzie w takim wypadku sygnalizować problem z olejem. W ten sposób można też zlokalizować jego wycieki z obudowy skrzyni.

PASY NAPĘDOWE I ŁOŻYSKA

Fot. 3. Gorący punkt po prawej stronie to przegrzane łożysko - przyczyną może być jego nierównomierne obciążenie

W czasie pracy przegrzewają się też inne komponenty układu przeniesienia napędu - np. sprzęgła, tuleje, przeguby, łańcuchy i koła łańcuchowe oraz pasy i koła pasowe. W tych ostatnich ciepło jest wydzielane na skutek tarcia w czasie przesuwania się pasa po kole, jak również wewnętrznego tarcia pasa spowodowanego jego ciągłym naprężeniem. W normalnych warunkach powietrze chłodzi pas, a rozkład temperatury koła pasowego i pasa są równomierne. Jeżeli jednak zespół ten nie funkcjonuje prawidłowo, w jego obrazie termicznym widoczne będą gorące obszary (fot. 2).

Najczęściej pas nagrzewa się, gdy w czasie pracy ześlizguje się z koła. Przyczyną może być niedopasowanie tych elementów spowodowane np. tym, że pochodzą z różnych zestawów. Newralgicznym komponentem maszyn są też łożyska. Jedną z najczęstszych przyczyn przegrzewania się tych elementów jest ich nierównomierne obciążenie (fot. 3).

Taka sytuacja może wystąpić np. gdy urządzenie, którego częścią są łożyska, jest ustawione w innej pozycji niż fabrycznie zalecana. Czasem postępuje się tak, by zaoszczędzić powierzchnię roboczą stanowiska. Wówczas bez inspekcji termowizyjnej, która wykryje problem z łożyskami, trudno dociec, dlaczego urządzenie nie działa tak, jak powinno.