Diagnostyka termowizyjna silników i rozwiązywanie problemów

Spis treści

PORADY PRAKTYCZNE

Wykonując badania kamerą termowizyjną, należy przestrzegać kilku praktycznych wytycznych. Na przykład w przypadku maszyn elektrycznych należy je przeprowadzać, wtedy gdy maszyna pracuje co najmniej przy 40% typowego obciążenia, a najlepiej przy obciążeniu maksymalnym. Za bazę do porównań dla obrazów termicznych rejestrowanych przy kolejnych inspekcjach należy używać profilu temperaturowego wyznaczonego dla urządzenia dopiero co oddanego do użytku albo bezpośrednio po przeglądzie, w czasie którego m.in. nasmarowano łożyska oraz sprawdzono izolację.

Wtedy najłatwiej wykryć wszelkie anomalie i rzetelnie ocenić ich wpływ na funkcjonowanie maszyny. Warto rejestrować obrazy termiczne urządzenia regularnie. Uzyskujemy wówczas dodatkowy punkt odniesienia w analizie stanu jego podzespołów. Łatwiejsze jest wtedy określenie, czy przyczyną jest nagła awaria, czy dany komponent z powodu stopniowego zużywania się już od dłuższego czasu wyróżniał się na obrazie termowizyjnym podwyższoną lub zbyt niską temperaturą.

TERMOWIZJA W UTRZYMANIU RUCHU

Liczne są przykłady komponentów linii produkcyjnych, w przypadku których za pomocą kamery termowizyjnej można znaleźć przyczynę przegrzewania się uniemożliwiającego jej płynne działanie. Są to m.in. elementy układów przeniesienia napędu, na przykład 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. Jeśli jednak zespół ten nie funkcjonuje prawidłowo, w jego obrazie termicznym widoczne będą gorące obszary. Najczęściej pas nagrzewa się, gdy w czasie pracy ześlizguje się z koła. Przyczyną może być niedopasowanie tych elementów spowodowane m.in. tym, że pochodzą z różnych zestawów. Newralgicznym komponentem maszyn są również łożyska. Jedną z najczęstszych przyczyn przegrzewania się tych elementów jest ich nierównomierne obciążenie.

Czym się różni detektor termiczny od fotonowego?

Detektory używane w kamerach termowizyjnych dzieli się m.in. ze względu na długość fali promieniowania, na którą reagują. Najpopularniejsze są te krótkofalowe (Short Wave, SW) i długofalowe (Long Wave, LW).

Zakres detektorów krótkofalowych wynosi typowo od 2 do 5 µm, a długofalowych od 8 do 14 µm. Producenci kamer termowizyjnych przedziały te wybierają nieprzypadkowo - promieniowanie o tych długościach fal jest najsłabiej tłumione w atmosferze. Ze względu na temperaturę pracy detektory dzieli się na chłodzone oraz niechłodzone, a w zależności od zasady działania - na termiczne oraz fotonowe.

W pierwszych promieniowanie podczerwone jest pochłaniane przez element pomiarowy, który z tego powodu nagrzewa się. Zmienia to jego właściwości fizyczne - w detektorach termicznych piroelektrycznych wewnętrzną polaryzację elektryczną, a w bolometrach - rezystancję. W tych fotonowych z kolei w wyniku absorpcji energii fotonów promieniowania cieplnego zmienia się przewodność elektryczna.

DIAGNOSTYKA TERMOWIZYJNA SILNIKÓW I ROZWIĄZYWANIE PROBLEMÓW

Taka sytuacja może wystąpić m.in. wówczas, kiedy urządzenie, którego częścią są łożyska, jest ustawione w innej pozycji niż fabrycznie zalecana. Czasem postępuje się tak, żeby zaoszczędzić powierzchnię roboczą stanowiska. Wtedy bez inspekcji termowizyjnej, która wykryje problem z łożyskami, trudno się domyślić, dlaczego dane urządzenie nie działa tak, jak powinno.

Newralgicznym elementem linii produkcyjnych są też silniki. W ich przypadku analiza termogramu pozwala wykryć m.in. przegrzewanie się na skutek zaburzonego przepływu powietrza w obudowie zazwyczaj w wyniku problemów z chłodzeniem, występowanie wyładowań niezupełnych, przebicie izolacji wirnika lub stojana, uszkodzenie albo zatarcie łożysk, niewspółosiowość wałów sprzęgła i uszkodzenie lub przerwanie połączeń elektrycznych.

Niektóre z nich rozwiązać można od ręki doraźnie - na przykład 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: wymiana albo nasmarowanie.

Kamery termowizyjne - przykłady

Kamera termowizyjna Flir E4 - Rozdzielczość detektora: 80×60 pikseli, czułość termiczna: <150 mK, częstotliwość odświeżania: 9 Hz, rozdzielczość przestrzenna IFOV: 10,3 mrad, obiektyw w standardzie: 45×34, minimalna odległość ostrzenia: 0,5, wyświetlacz: 3", aparat cyfrowy, funkcja obraz w obrazie.
Kamera termowizyjna Fluke TiX560 - Rozdzielczość detektora: 320×240 pikseli, czułość termiczna: <45 mK, częstotliwość odświeżania: 60 lub 9 Hz, dokładność ±2°C lub 2%, rozdzielczość przestrzenna IFOV: 1,31 mrad (obiektyw standardowy), 0,65 mrad (teleobiektyw), 2,62 mrad (obiektyw szerokokątny), minimalna odległość pomiar: 15 cm, wyświetlacz: 5,7", obraz w obrazie, wskaźnik laserowy, dalmierz laserowy.
Kamera termowizyjna KT-160 - Rozdzielczość detektora: 160×120 pikseli, czułość termiczna: 0,1°C przy 30°C, częstotliwość odświeżania: 50/60 Hz, dokładność ±2°C lub 2%, pole pomiarowe FOV / ogniskowa: 20,6°×15,5° / 11 mm (obiektyw standardowy), 7,6°×5,7° / 30 mm (obiektywy opcjonalne), minimalna odległość pomiaru: 20 cm, wskaźnik laserowy, regulacja emisyjności.
W podjęciu decyzji pomóc mogą dodatkowe pomiary - na przykład badania wibrodiagnostyczne, przydatne również, kiedy podejrzewamy przesunięcie wałów w sprzęgle. Po wyłączeniu silnika problem ten można rozwiązać, korzystając z mechanicznych albo laserowych przyrządów do osiowania. Dodatkowe mierniki - na przykład multimetr, miernik cęgowy lub analizator jakości energii elektrycznej, są z kolei użyteczne, jeżeli źródłem problemów może być przeciążenie silnika. W ramce przedstawiamy przykłady zastosowań termowizji w utrzymaniu ruchu.

Szczególnym przypadkiem jest diagnostyka anomalii w instalacjach elektrycznych. Najczęstszymi ich przyczynami są: niezrównoważenie faz, przeciążenie, błędne połączenie, harmoniczne oraz okablowanie, które jest niedokładnie zamocowane, obluzowane, nadmiernie napięte, przerwane albo te ze skorodowanymi złączami. W obrazie termowizyjnym instalacji można też zlokalizować bezpiecznik bliski przepalenia, już przepalony o temperaturze znacznie niższej niż pozostałe lub z obluzowanym zaciskiem. W ramce przedstawiamy przykłady zastosowań termowizji w diagnostyce instalacji elektrycznych.

Monika Jaworowska

Spis treści