3. SUBJEKTIVNI POSTUPCI TEHNIČKE DIJAGNOSTIKE SUBJEKTIVNI POSTUPCI TEHNIČKE DIJAGNOSTIKE
1. Ispitivanje (kontrola) šuma
2. Vizuelna ispitivanja (kontrole)
3. Ispitivanje (kontrola) mirisa 4. Ostali postupci (opšti, lokalni, specijalni, laboratorijski i dr.)
Slika 3.1. Subjektivni postupci tehničke dijagnostike
3.1. Ispitivanje (kontrola) šuma Subjektivno ispitivanje zvuka je jedno od najstarijih dijagnostičkih postupaka. Stvaranje zvuka pri radu jednog tehničkog sistema je neprijatna pojava. Samim tim zvuk predstavlja dobar i kvalitetan pokazatelj stanja jednog tehničkog sistema. Često akustičke oscilacije i vibracije nastupaju istovremeno. Kako nastaju? Kao oblik mehaničkih pokretnih delova mašine (tehničkog sistema). Zvučne oscilacije se mogu konstatovati uhom, a vibracije dodirom mašine. Ovakvi oblici oscilacija nose veliki sadržaj informacija o stanju jednog tehničkog sistema (mašine) i mogu poslužiti za donošenje subjektivne ocene o stanju. Oscilacije se uzimaju kao ocena stanja kliznih uležištenja, zglobnih osovina, pneumatskih sistema itd. (dolazi se do utvrđivanja koaksijalnosti, povećanog zazora, nezaptivenosti i sl. Uređaji: tehnički elektronski stetoskopi (šumovi su često nečujni za ljudsko uho). Stetoskop je veoma osetljiv tehnički uređaj za osluškivanje tehničkih sistema i njegovih delova. Nečujni i veoma tihi zvuci, koji definišu određenu anomaliju u sistemu, se stetoskopom pojačavaju – tako ih je moguće registrovati ljudskim sluhom. Pomoću njega je moguće locirati izvor šuma ili buke – otkazali ležaj ili zupčanik, pri isticanju gasa iz suda pod pritiskom.
Slika 3.2. Stetoskopi 21
3.2. Vizuelna optička ispitivanja – vizuelna kontrola Nezamenljiva i prva dijagnostička metoda. Ljudsko oko oseća i razlikuje svetlost po boji, sjaju i intenzitetu – to ga čini najpouzdanijim i najvažnijim instrumentom tehničke dijagnostike. Za manje dimenzije i ograničene prostore koriste se pomoćni uređaji – lupe, mikroskopi i dr. Postupci vizuelne kontrole
Endoskopija Ogledala Uređaji za posmatranje unutrašnjosti cevi i rezervoara Provera nivoa ulja i ostalih tečnosti Ostale kontrole Slika 3.3. Postupci vizuelne kontrole
3.2.1. Endoskopija Posmatranje nepristupačnih mesta bez demontaže sistema – mašine (drugi nazivi su boroskop, fibreskop itd.). Tanki cevasti optički instrumenti – vizuelno posmatranje unutrašnjosti cilindara, cevi i sličnih cilindričnih delova, a pogotovo onih delova koji imaju nepovoljan unutrašnji pritisak (kotlovi, rezervoari). Postoje dve vrste endoskopa: 1. Kruti endoskop – primena u slučajevima kada je olakšan pristup mernom mestu, 2. Fleksibilan endoskop – primena u slučajevima kada je otežan pristup.
Slika 3.4. Endoskopija
Fibreskopi su minijaturni fleksibilni instrumenti za ispitivanje unutrašnjosti zakrivljenih cevi, oblikovanih šupljina i mehanizama. Posmatranje detalja čije su dimenzije 250 µm ili manje. Sastoje se od veoma fleksibilne, vinilom prevučene metalne cevi na čijim se krajevima nalazi po jedan okular – jedan prenosi sliku do kontrolora, a drugi služi za osvetljavanje. Svetlost iz prilično jake svetlosne kutije ’’sprovedena’’ je do konektora na unutrašnjem delu prolaza svetlosti kod 22
okulara. Tako preneta slika sastoji se iz više hiljada zasebnih komponenti vlaknastog karaktera. Rezultirajuća slika se prikazuje kao visoko-kvalitetna odštampana ilustracija u tonovima.
Slika 3.5. Endoskopi – fibreskopi
Primena: Kruti endoskopi: za preglede kondenzatorskih cevi, za preglede izmenjivača toplote za parne turbine, kao i skupljače pare i doboše pare (ekonomajzere); otkrivanje taloga, korozije i pukotina na unutrašnjoj površini cevi. Savitljivi (fleksibilni) endoskopi (sa pokretnim objektivom za više od 180O, sa izvorom svetlosti i uređajem za fotografisanje): mesta propuštanja (pukotine) kod sistema sa povećanim pritiskom – turbine, cevi pod pritiskom; generatori pare; pregled svih tipova varova kod istih sistema; pregled kućišta i ostalih elemenata od čeličnog liva (priključci za merenje pritiska, naglavci regulacionih ventila i sl.); pregled ventilatora; pregled namotaja rotora i statora motora; pregled gasnih turbina; Noviji sistemi (pogotovo turbine) imaju specijalno predviđene priključke za endoskopiju – i to na onim mestima gde su već bile zapažene anomalije (pukotine) ili na onim mestima gde se mogu očekivati pukotine (na osnovu iskustva). Endoskopija omogućava da se vrši potpuna kontrola nepristupačnih delova golom oku jednog tehničkog sistema (mašine) – samim tim daje se upozorenje na eventualnu pojavu neželjenih, iznenadnih oštećenja i havarija. otkrivanje: pukotina, taloga, korozije, erozije, promene boje (temperaturne) itd. 3.2.2. Ogledala za posmatranje Služe za unutrašnju kontrolu većih predmeta koji poseduju unutrašnju šupljinu ali i za posmatranje nedostupnih delova svih vrsta i tipova tehničkih sistema (mašina).
Slika 3.6. Ogledala 23
3.2.3. Uređaji za posmatranje unutrašnjosti cevi i rezervoara Posmatrač unutrašnjosti cevi i rezervoara služi za posmatranje unutrašnjosti manjih cevi, bušotina i rupa – prečnik cevi od 5 do 32 mm, a dužine do 200 m. Alenov posmatrač unutrašnjosti šupljine cevi sastoji se od male sonde i uveličavajućeg stakla – minijaturni optički instrument se koristi za posmatranje unutrašnjosti kotla.
Slika 3.7. Alenov posmatrač
3.2.4. Provera nivoa ulja i ostalih tečnosti 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Kontrola nivoa ulja u motoru – merač nivoa ulja u karteru. Provera nivoa tečnosti za hlađenje motora. Kontrola nivoa tečnosti za kočioni sistem vozila. Kontrola kardanskih i homokinetičkih zglobova vozila. Kontrola pogonskih kaiševa motora vozila. Kontrola nivoa elektrolita u akumulatoru.
3.3. Ispitivanje (kontrola) boje i mirisa Boja – na osnovu boje delova, usled određene fizičke promene sistema koji se posmatra, može se dijagnostikovati stanje tehničkog sistema. Često izražena promena boje pri promeni temperature (npr. usijanost, termografija). Miris – koristi se za kvalitativne ocene stanja, jer je skoro nemoguće vršiti kvatitativnu ocenu stanja mirisa. Preteranim povećanjem temperature (pregrevanjem) mašinskih i elektro elemenata dolazi do pojave mirisa (varničenje, guma, plastika, itd.).
3.4. Postupak merenja temperature Kada se vrši analiza stanja jednog tehničkog sistema, pri čemu se sagledavaju svi uticaji na taj sistem, polazi se prevashodno od uzroka nastajanja toplotne energije. Toplotna energija može nastati zbog prirode samog tehnološkog procesa ili od samog tehničkog sistema (npr. pojava trenja). 24
Praćenjem termičkog stanja jednog tehničkog sistema može se zaključiti o nivou intenziteta razmene toplote kao i o eventualnim odstupanjima od veličina koja su unapred poznata (definisana su pravilima i uputstvima za rukovanje i održavanje). Prisustvo ili odsustvo temperature, koja je izvan nominalne vrednosti za tehnički sistem (njena visina, raspodela ili odstupanje od normalne vrednosti), daju dosta preciznu (relativno) procenu stanja tehničkog sistema. U industriji, temperatura je jedan od prvih primetnih parametara koji će ukazati na stanje operativnih procesa i opreme, toplote ili toplotne energije, odnosno ona je nusproizvod rada električnih, mehaničkih ili hemijskih procesa. Praćenjem temperature, omogućeno je: 1. Da se manuelno kontroliše temperatura ili da se vrši nadzor nad pravilnim kontrolisanjem temperature, 2. Da se otkrije promena temperature usled neispravnog rada dela sistema, 3. Da se otkrije promena u provođenju toplote kroz ili van sistema, izazvana neispravnim radom sistema ili stvaranjem naslaga u sprovodnim delovima. Rezultat ponašanja i stanja tehničkog sistema pri emitovanju toplote (električna, mehanička i druga procesna oprema), može biti snažan trag za dijagnostikovanje problema, sa velikom pouzdanošću predviđanja. Praćenjem temperature jednog tehničkog sistema omogućava se: 1. Dobijanje termičkog stanja tehničkog sistema, 2. Blagovremeno pronalaženje neispravnih delova u tehničkom sistemu, 3. Sprečavanje težih otkaza u tehničkom sistemu, 4. Dobijanje niza važnih podataka za statističku analizu, analizu kvaliteta, trajnost sistema, periodičnost aktivnosti održavanja jednog tehničkog sistema. Za praćenje termičkog stanja mogu se primeniti sledeće metode: 1. Kontaktne (termoelementi, termistorski termometri, električni otporni termometri i merni elementi na principu termičke ekspanzije), 2. Beskontaktne (optički pirometar, pirometar za zračenje i termovizijska kamera), 3. Indikatorske (osetljivost pojedinih boja, kreda, papira i kuglica na promenu temperature). Kontaktna metoda – merni element je u neposrednom kontaktu sa sredinom čija se temperatura meri. Primena: praćenje termičkog stanja čvrstih sistema na osnovu koga se donosi ocena o termonaponskom stanju sistema; merenjem temperature fluida, pored ocene stanja procesa, može se indirektno sagledati temperatursko stanje sistema. Beskontaktna metoda – zasnovana je na principu merenja elektromagnetne energije zračenja. Primena: omogućavaju brzo utvrđivanje radne sposobnosti odnosno termičkog stanja celog sistema pri periodičnim kontrolama; naročito su pogodne termovizijske kamere koje daju sliku temperaturnog polja sistema. Indikatorska metoda – zasnovana na osetljivost pojedinog materijala na promenu, odnosno porast temperature. Primena: može se ustanoviti samo približno postignuta maksimalna temperatura neke površine. 25
Praćenje termičkog stanja može se organizovati kao: 1. Kontinualno praćenje tehničkog stanja, 2. Periodično praćenje tehničkog stanja. Termičko stanje jednog tehničkog sistema se manifestuje kao: 1. Termičko naprezanje, 2. Termičke deformacije, 3. Termičke dilatacije. Pri promeni režima rada, odnosno promeni praćenja tehničkog sistema, dolazi do znatnih termičkih naprezanja usled promene intenziteta i pravca toplotnog fluksa koji sa radnog medijuma prelazi na čvrste delove sistema – promene su intenzivne u masivnim delovima (rotori i kućišta, itd.). Kriterijumi koji definišu dozvoljeno termičko stanje: 1. Pogonski propisi za rukovanje sistemom, 2. Praćenje stanja kritičnih delova, 3. Postavljanje sigurnosnih uređaja. U jednom sistemu izvor toplotne energije može biti od procesa (sagorevanja goriva u kotlu, para u turbini itd.) ili od samog sistema (trenje u ležajevima itd.). Praćenjem termičkog stanja, poznavajući izvore toplote, može se doneti zaključak o intenzitetu toplote u pojedinim delovima i na osnovu toga doneti zaključci o: 1. Umanjenju mehaničkih karaketristika pojednih delova sistema, 2. Oštećenju površina za razmenu toplote, 3. Zaprljanju površina za razmenu toplote, 4. Oštećenju izolacionih materijala, 5. Oštećenju ležajeva i uležištenja, 6. Oštećenju električnih komponenata i instalacija itd. Za utvrđivanje termičkog stanja jednog tehničkog sistema, potrebno je poznavati mehaničke karakteristike materijala delova sistema, koji se definišu prema: 1. Granici razvlačenja materijala, 2. Trajnoj čvrstoći materijala, 3. Otpornosti na zamaranje pri malom broju ciklusa. 3.4.1. Metode merenja temperature Određuju se na osnovu mernog mesta merenja temperature. Mogu se izvoditi: Kontaktnim termometrima, Termoparovima, Termistorima, Temperaturnim kredama i bojama, Infracrvenim detektorima. Kontaktni senzori (termoelementi) Obezbeđuju lokalnu indikaciju (termometri) ili kontrolišu određenu funkciju temperature (termostat). Uslov – ostvarivanje dobrog termičkog kontakta utisnućem u površinu ili uranjanjem u fluid.
26
Termoindikatori Metoda koja je zasnovana na topljenju materijala ili promeni boje pri određenim temperaturama. Mogu biti reverzibilni i ireverzibilni (oni koji zadržavaju prvobitnu boju kada temperatura postane niža od one na kojoj reaguje termoindikator i oni koji trajno gube boju kada se premaši temperatura reagovanja. Termometarski pištolji Ručni prenosivi instrument, za merenje površinske temperature predmeta u pokretu ili statičkog, bez dodira. Može se upotrebiti za: - Skeniranje površine za ’’grejne tačke’’ – otkazi provodnika ili spoljno oblaganjem - Kontrolu visokih peći i kotlova, kao i temperature u cevima, - Kontrolu električnih instalacija, motora, transformatora, - Održavanje temperature grejnih elemenata, - Očitavanje temperature topljivih metala itd.
Slika 3.8. Termometarski pištolj
Optički pirometar Iskorišćen fenomen da se nevidljive radijacije na temperaturama iznad 50 OC pretvaraju u vidljive učestalosti. Kontrolisano zagrevanje vlakna odnosno boje vlakna upoređuje se sa bojom zagrejanog tela ili gasa gde se želi merenje temperature i na osnovu istih boja očitavaju se temperature na instrumentu. Funkcija optičkih pirometara se zasniva na činjenici da svako telo na temperaturi iznad apsolutne nule zrači energiju koja je srazmerna ukupnoj temperaturi tog tela i koja se može izborom odgovarajućeg detektora precizno izmeriti i pretvoriti u informaciju o temperaturi.
Slika 3.9. Optički pirometar 27
Primena: U slučajevima gde je nemoguće obezbediti direktan kontakt sa objektom čija se temperatura meri, bilo zbog toga što se on kreće ili zato što je pod visokim naponom ili je iz drugih razloga nepristupačan kao i tamo gde je prenos toplote sa kontrolisanog medija na senzor (npr. termoelektrični) loš, pirometri su idealano, a često i jedino rešenje.
Slika 3.10. Fiksni optički pirometar
Radijacioni pirometar Imaju optički sistem koji energiju zračenja usmeravaju na senzor, a vidljivo zračenje na okular da bi se time tačno lokalizovalo mesto merenja temperature. U zavisnosti od temperature, na senzoru se pojačava izlazna veličina i dovodi na instrument kalibrisan za direktno očitavanje temperature. Opsezi merenja su od oko 50 OC do 4000 OC.
Slika 3.11. Radijacioni pirometar
3.4.1.1. Infracrvena termografija – termovizija Kao bezkontaktna temperaturna merna metoda, infracrvena termografija omogućuje otkrivanje raznolikih potencijalnih grešaka i to bez potrebe prekida procesa proizvodnje i troškova koji su povezani tim prekidom. Infracrveno slikanje ili termografija je prvenstveno poznata za noćno gledanje. Elektromagnetski spektar podeljen je na više područja talasnih dužina koji se nazivaju pojasevi. Nema temeljne razlike između radijacije u različitim pojasevima, budući da su svi upravljani istim zakonitostima. Jedina razlika je talasna dužina; infracrveni spektralni pojas deli se na kratke talasne dužine i duge talasne dužine. Za pojaseve kratkih talasnih dužina, granica je na granici ljudske percepcije – u području crvenog. Na kraju dugih talasnih dužina infracrveni pojas spektra se spaja s talasnim dužinama radio mikrotalasa u milimetarskom rasponu.
28
Slika 3.12. Termovizijska kamera
Za mnoge kategorije proizvoda infracrveni pojas je podeljen na četiri manja pojasa; gotovo infracrveni (0.75 do 3 mikrona); srednji infracrveni (3 do 6 mikrona); daleki infracrveni (6 do 15 mikrona); i krajnje infracrveni ( 15 do 100 mikrona).
Slika 3.13. Elektromagnetni spektar
Infracrveno zračenje je toplota koja se prenosi putem elektro-magnetskih talasa kroz prazan prostor (ili sa manjim učincima putem zraka). U industrijskoj termografiji obično se belom bojom pokazuju vrući objekti (elementi tehničkog sistema), a hladniji delovi sa crnom bojom. Ako je u pitanju spektar boja, crvenom i žutom bojom se prikazuju elementi sa povišenom temperaturom, a plavom i ljubičastom nijansom hladniji elementi. S ovim novim mogućnostima održavanja postrojenja, infracrvena termografija je prepoznata kao jedan od najvažnijih, svestranih i učinkovitih alata za prediktivno odnosno proaktivno održavanje. Svi mehanički sistemi generiraju toplotnu energiju, koja ustvari omogućava normalan rad infracrvenoj termografiji. Na osnovu toga može se oceniti trenutno operativno stanje tog sistema. Jedan od najvećih problema u mehaničkim sistemima je preterana, previsoka, neadekvatna temperatura za taj sistem. 29
Ove preterane ‘’vrućine’’ mogu biti generirane od strane trenja, rashladne degradacije sistema, materijalnih gubitaka ili blokade rada sistema. Preteranu količinu trenja može uzrokovati habanje, nesaosnost, nepodmazivanje ili preterano podmazivanje i funkcionalne zloupotrebe sistema. Većina opreme ili radni procesi su dizajnirani tako da se toplota koja se emituje od strane sistema može tumačiti kao normalan rad sistema. Jednostavno, termalna identifikacija rada sistema ne znači da je na taj način lociran problem ili uzrok problema. Zbog toga dijagnostičar (u ovom slučaju termografer) mora biti upoznat sa svim mehaničkim komponentama sistema koje se vrednuju sa aspekta emitovanja tolpote. Za jedan tehnički sistem ili njegov deo, postoji takozvani termički ’’potpis’’ koji na taj način definiše ispravan rad. Odstupanje od ovog normalnog stanja (termičkog ‘’potpisa’’), može pružiti dokaze o anomalijama u radu jednog tehničkog sistema, a koje mora da snimi i kasnije analizira dijagnostičar odnosno termografer. U mehaničkim aplikacijama, termografija je više koristan alat za lociranje problema prostora (površine) od ukazivanja na uzrok nastanka pregrevanja. Žarište povećane temperature, koja je proizvedena unutar sistema, ne može se detektovati termovizijskom kamerom. Termovizijska kamera opaža emitovanje toplote na površini tela, one toplote koje je prošla kroz materijal (kondukcija, konvekcija). Ostale dijagnostičke metode kao što su analiza vibracija, analiza ulja ili ultrazvuk može se dalje iskoristiti za utvrđivanje problema – gde je zapravo problem odnosno izolovati problem. Šta je infracrvena termografija? Infracrvena je nevidljivi deo spektra svetlosti u opsegu od 0,75 do 1000 mikrona. Svi objekti topliji nego apsolutna nula (0° po Kelvinu ili -275,15 °C) emituju energiju negde unutar tog raspona. Kao što je već rečeno – bela boja je topla, a crna hladna. Primena termografije: • Električna inspekcija zgrada, postrojenja, objekata, rafinerija. • Inspekcija gubitaka toplote zgrada, postrojenja, objekata, rafinerija. • Istraživanje kontaminacije vlage u zgradama. • Inspekcija postojanosti betona. • Otkrivanje curenja u zgradama (krovovi), postrojenjima, objekatima. • Inspekcija generatora za proizvodnju električne energije. • Detekcija propuštanja pare i gasova u kotlovskim postrojenjima elektrana. • Električna inspekcija podstanica, transformatora, kondenzatora. • Distribucija električne energije u urbanom i ruralnom području. • Inspekcija elektromotora i njegovih mehaničkih komponenti. • Inspekcija emitovanja toplote pri ventilaciji i klimatizaciji. • Inspekcija gubitaka u hladnjačama. • Otkrivanje gubitaka izolacije u rafinerijama kao i detekcija curenja. • Proces vrednovanja rafinerija. • Vrednovanje kvaliteta i učinkovitosti izmenjivača toplote. • Inspekcija izolacije vatrostalanih peći. • Inspekcija plamenih cevi peći. 30
• Analiza plamena eksplozije. • Istraživanje i razvoj aplikacija termografije. • Ocenjivanje učinkovitosti performansi motora i kočionih sistema kao i sistema hlađenja. • Medicina. • Inspekcije cevnih sistema i cevovoda, otkrivanje curenja, naponske korozije. • Inspekcije zaštite životne okoline, zagađenje voda, odlaganje otpadnih voda. • Mapiranje požara, inspekcija požarnih puteva. • Inspekcija visokonaponskih antena. • Pretraživanje i spašavanje. • Tajni nadzori. Temperatura je daleko najviše izmerena veličina u bilo kojem industrijskom okruženju. Iz tih razloga, operativno praćenje stanja emitovanja toplote kod električne i elektromehaničke oprema se smatra ključnim za povećanje operativne pouzdanosti.
Termografija elektro sistema
Glavni zahtev termografije je uvek bio i još uvek je inspekcija elektro uređaja, aparata i mašina – elektro tehničkih sistema. Infracrvena termografija je korišćena kao jedan od uslova praćenja prediktivnog održavanja električnih sistema, čak i pre termina "condition monitoring" i "prediktivno održavanje". Do 2000. godine, gotovo svaka proizvodnja i distribucija električne energije kao i svaki veliki proizvodni proces i elektro pogon koristi infracrvenu termografiju kao uslov praćenja, u cilju povećanja pouzdanosti i smanjenja zastoja. Infracrvena inspekcija električnih sistema ima dosta prednosti. Dve glavne su: 1. Definisanjem dobrog operativnog stanja sistema smanjuje se vreme svih eventualnih intervencija – smanjenje vremena demontaže, obnove ili popravak komponenti. Nadalje, nije garantovano da će biti bolje stanje sistema nakon popravke, jer nije definisana lokacija, problem ili uzrok. Infracrvena termografija prepoznaje samo ono što treba popravljati. 2. Problemi koji zaista postoje će biti brzo identifikovan, dajući vremena za popravak sistema pre eventualnog zastoja. U većini slučajeva problem je identifikovan i pre nego što postane kritičan problem. U druge prednosti infracrvene inspekcije spadaju: 1. Sigurnost – neuspeh rada električnih sistema mogu biti katastrofalni. 2. Lokacija problema pre kvara uveliko smanjuje neplanski kvar, oštećenja opreme i zastoje. 3. Prihod je povećan – sa neprekidnim radom, prihod je maksimalan. S manjim vremenom utrošenim na održavanje, dužim vremenom trajanja elemenata sistema i bržom opravkom neispravnih komponenti, troškovi održavanja su smanjeni. 4. Smanjeni troškovi ispada – troškovi hitnih intervencija su deset puta veći nego što su usled planiranog održavanja. 5. Efikasnija inspekcija – od svih zajedničkih problema, kod električnih se najviše manifestuju problemi kao povećanje temperature, one se lako otkrivaju u vrlo kratkom vremenu. 6. Poboljšano i jeftinije održavanje: a. precizno definisanje problema sa minimizarenjem vremena potrebnog za prediktivno i preventivno održavanje, b. umanjeni su napori usmereni na korektivne mere, c. smanjenje vremena za popravak i zamene sa dobrim komponentama. 31
7. Smanjena količina rezervnih delova u magacinu – poboljšanjem inspekcijskih naprednih tehnika (davanje upozorenja za mogući ispad sistema), dovodi do manje rezervnih delova koji su potrebni u magacinu. 8. Smanjenjem troškova – sa korišćenjem ove tehnike i unapređenjem inspekcije pri održavanju, rezervni delovi i inventar će smanjiti ukupni trošak poslovanja. Toplotna energija generirana iz električnih komponenti je direktno u srazmeri s kvadratom struje koja trenutno prolazi kroz tu električnu komponentu, pomnoženom sa komponentom otpora – to je I2R gubitak. Kao uslov za pogoršanje rada sistema, njen otpor može povećati i generirati više toplote. Tada, temperatura kao sastavni deo procesa se povećava i samim tim dodatno povećava otpor. Pomoću termografije pregledani električni sistemi i komponente koji su klasifikovani kao neispravni mogu biti identifikovani i klasifikovani prema težini. Takođe, i zbog trenutnog proporcionalnog gubitka toplote, uslovi koji su doveli do preopterećenja ili neuravnoteženja sistema mogu biti identifikovani (I2R gubitak). Pri obavljanju infracrvene inspekcije jednog električnog sistema, važno je shvatiti da sva opažena zračenja površine nisu isključivo od temperature površine. Ovo iziskuje dobro poznavanje sistema i procesa rada od strane dijagnostičara – termografera elektro sistema. Emitovanje toplote se manifestuje preko sledećih varijacija: 1. Stvarna temperaturna razlika – to je toplota koja je uzrok infracrvenog isijavanje površine objekta u odnosu na nominalno stanje sistema. 2. Prividna temperaturna razlika – to je toplota koju definiše drugi spoljni uzrok povećanja temperature, a ne objekat opažanja koji ‘’prihvata’’ tu temperaturu. U stvarnom toplotnom sistemu varijacija, samo tri će dati indicije problema na elektro sistem: 1. I2R gubitak, 2. Harmonijski problem, 3. Indukovano grejanje. Ostale tri (konvekcija, toplotna kapacitivnost i evaporacija) učiniće pravu promenu temperature na površini posmatrane komponente, ali to ne daje naznake o elektro grešci. U stvari, oni mogu zapravo dati lažne podatke. Elementi stvarnih indicija elektro problema 1) I2R gubitak Najčešći gubitak snage u električnom vodu je toplota proizvedena usled otpora prolaza struje kroz električni vod. Tačan odnos između količine toplote, struje i otpora se određuje po jednačini: P = I2 R gde je P – snaga usled brzine prenosa ili usled brzine po kojoj se proizvodi toplota. To se vidi iz jednačine da iznos proizvedene toplotne energije se povećava ili smanjuje povećanjem ili smanjenjem trenutne struje ili otpora.
32
1a) opterećenje Ako se otpor sistema povećava, snaga kao izlaz će se povećati, i to kao kvadrat opterećenja, ali i temperatura celog sistema i komponenti će se povećati. Sa termografske tačke gledišta, opterećenje se obično posmatra kao posebna vrsta problema sa specifičnim termalnim indikacijama. Ova toplotna slika identifikuje zagrejani prekidač. Ne postoji problem sa prekidačem, postoji samo varijacija opterećenja između tri prekidača.
Slika 3.14. Zagrejani prekidač
1b) lokalizovan otpor Primer otpornika. Otpornik u električnom vodu (krugu) može biti veza, osigurač, prekidač itd. Pod standardnim radnim uslovima svaka komponenta će imati neke "normalne" pridružene otpore. Kada se menjaju otpori dolazi do promene temperature koje se identifikuju. Pregrevanje komponenti može imati nekoliko izvora. Mali kontaktni pritisak može se pojaviti kada se montira veza ili kroz trošenje materijala, naprimer kada je toplo vreme može doći do slabljenja veza (zakovicama ili zavrtnjevima). Drugi izvor može biti usled pogoršanja provođenja u namotajima motora. Ovaj tip greške može biti identifikovan jer je "najtoplija tačka" na termalnom prikazu. Povećanja opterećenja takođe će imati značajan uticaj na povećanje temperatura (I2R).
Slika 3.15. Termalni prikaz povećanog otpora kontakta – emitovanje toplotne energije
2) Harmonijski problem Harmonici struje i napona su definisani na osnovu frekvencije elektro distributivne mreže frekvencije 50 Hz (60 Hz). Možda najviše izazivaju problem harmonici koji su raspareni harmonici, poznati kao trostruki. Trostruki harmonici se dodaju na osnovnu frekvenciju i mogu uzrokovati ozbiljne prenapone, prekostrujne vrednosti i pregrevanja. Frekvencija nije ‘’neprijatelj’’ električnih sistema. Stvarni neprijatelj je povećanje veće učestalosti harmonika koji uzrokuju pojavu povišene emisije toplote. 33
To može dovesti do drastičnih pregrevanja, pa čak i tačke topljenja neaktivnih provodnika, veza, kontakt površina i priključnih šina. Ostala oprema na koju mogu da utiču veće učestalosti harmonika su transformatori, stand-by generatori, motori, telekomunikacijska oprema, električne table, prekidači i sabirnice.
Slika 3.16. Harmonijski problem napajanja strujnog kola
3) Indukovano grejanje Naizmenične struje u elektro sistemima prirodno indukuju trenutni magnetski tok i tok u okolne predmete kao što su metalna cev, metalne ograde, pa čak i strukturnu čeličnu osnovu. Ovaj fenomen se javlja u područjima elektromagnetskih poljima kao što su visokonaponska oprema, mikrotalasni predajnici i indukcijsko grejanje opreme. Taj odnos može biti indukovan i kada su u pitanju obojeni metali, kada je elektro indukcija elektromagnetskog polja prisutna. Polje koje uzrokuje vrtložna struja uzrokuje i naknadne grejanje i tako stvara površinske promene temperature. Primer: aluminijski zavrtnjevi elektro sabirnice. To je stanje teško identifikovati i pojaviće se kao nešto između neispravnih komponenti i emisione promene.
Slika 3.17. Aluminijski zavrtnjevi elektro sabirnice
Elektro aplikacija Tabela 3.1 Primena u elektro sklopovima Distribucija energije, kondenzatori, provodnici, spojevi, isključivači, sklopke itd. Raznovrsni električni aparati, prekidači, kočnice itd. Transformatori
Motori i generatori
Utvrđeno stanje Nepričvršćene, zarđale, nepodešene veze i spojevi; kondenzatori nemaju učinka; prekomerno grejanje; prekomerno opterećenje; kablovi provodnika u prekidu itd. Nepričvršćene ili zarđale veze; loš kontakt; debalans opterećenja; prekomerno opterećenje; prekomerno grejanje itd. Nepričvršćene, oštećene veze; prekomerno grejanje izolacije; loš kontakt; prekomerno opterećenje; debalans trofaznog opterećenja; blokirani i ograničeni elementi hlađenja itd. Prekomerno grejanje ležajeva; debalans opterećenja; kratki ili otvoreni namotaji; prekomerno grejanje četkica; klizanje prstenova i komutatora; prekomerno grejanje; prekomerno opterećenje; blokiranje elemenata hlađenja itd.
34
Termalna anomalija kod indukovanog zavrtnja
Slab kontakt B faze prekidača
Ugaona konekcija sabirnice
Slika 3.18. Primeri
Termografija mašinskih sistema
Infracrvena termografija je odličan alat za praćenje termo stanja jednog mašinskog sistema kako bi pomogla u smanjenju troškova održavanja na mašinama (mehanizaciji). Ova tehnika omogućuje praćenje temperature i toplotne emisije, a oprema može da radi online i da radi pod punim opterećenjem. Kod većine mašina poznata je unapred granica dozvoljene radne temperature koje se mogu koristiti kao smernice za tehniku termografije. Za razliku od mnogih drugih test metoda, infracrvena termografija se može koristiti na širok izbor opreme, uključujući pumpe, motore, ležajeve, remenice, vitla, ventilatore, reduktore, transportere, motore sa unutrašnjim sagorevanjem itd. Svi mehanički sistemi vremenom generiraju toplotnu energije – ovaj proces kasnije omogućava normalan rad infracrvenoj termografija koja daje ocenu operativnog stanja. Jedan od najvećih problema u mehaničkim sistemima je preterana temperatura. Ove preterane emisije toplote mogu biti generirani od strane trenja, rashladne degradacije, materijalnih gubitaka ili blokade rada sistema. Preterana količina trenja može biti uzrokovana habanjem, nesaosnošću, nepodmazanošću ili preteranom podmazanošću i ostalim pogrešnim primenama. Većina opreme ili radni procesi su dizajnirani tako da se toplota koja se emituje od strane sistema može tumačiti kao normalan rad sistema. Jednostavno, termalna identifikacija rada sistema ne znači da je na taj način lociran problem ili uzrok problema. Zbog toga dijagnostičar (u ovom slučaju termografer) mora biti upoznat sa svim mehaničkim komponentama sistema koje se vrednuju sa aspekta emitovanja tolpote. Za jedan tehnički sistem ili njegov deo, postoji takozvani termički ’’potpis’’ koji na taj način definiše ispravan rad. Odstupanje od ovog normalnog stanja (termičkog ‘’potpisa’’), pruža dokaze o anomalijama u radu jednog mašinskog tehničkog sistema, a koje mora da snimi i kasnije analizira dijagnostičar (termografer). U mehaničkim aplikacijama, termografija je više koristan alat za lociranje problema prostora (površine) od ukazivanja na uzrok nastanka pregrevanja. Žarište povećane temperature, koja je proizvedena unutar sistema, ne može se detektovati termovizijskom kamerom. Termovizijska kamera opaža emitovanje toplote na površini tela, one toplote koje je prošla kroz materijal (kondukcija, konvekcija). Ostale dijagnostičke metode kao što su analiza vibracija, analiza ulja ili ultrazvuk može se dalje iskoristiti za utvrđivanje problema – gde je zapravo problem odnosno izolovati problem. 35
Mašinska aplikacija Tabela 3.2 Primena u mašinskim sklopovima Pogonske grupe, transporteri, transporteri sa gumenom trakom, spojnice, prenosnici snage, vitla, bubnjevi, vratila, osovine, kaišnici, valjci itd. Motori (mehanički delovi) Pumpe, kompresori, ventilatori Agregati sa unutrašnjim sagorevanjem Ventili: nepovratni, sigurnosni itd.
Utvrđeno stanje Prekomerno grejanje ležajeva u svim sklopovima; grejanje valjaka na transporterima; nesaosnost vratila (osovina), remenica i spojnica; nedovoljno podmazivanje; nedovoljan pritisak itd. Prekomerno grejanje vazuha i ležajeva; trenje; vlaženje, deformacije materijala; kontakt četkica; rotorski problemi itd. Prekomerno grejanje ležajeva; emitovanje toplote kompresora visokog pritiska; visoka temperetura ulja; slomljeni ili defektni ventili itd. Nefunkcionalnost ventila i dizni; nepravilan rad hladnjaka i nemogućnost pravilnog kretanja ulja; emitovanje toplote itd. Curenje; propuštanje; blokiranje itd.
Motori – generatori Svi motori imaju normalnu termičku emisiju, kao i poznate maksimalne radne temperature. Ova temperatura je obično izražena na tablici motora i obično se daje kao porast OC iznad ambijentalne temperature okoline. Većina motora je napravljena da rade u ambijentalnoj temperaturi koja ne prelazi 40 OC. Problemi kao što su neadekvatan protoka vazduha, parcijalno proticanje vazduha, neuravnoteženost napona, popuštanje ležajeva, degradacije izolacije rotora i statora, mogu se identifikovati sa infracrvenim monitoring sistemom. Prekomerna toplota može se pojaviti ako postoji nesaosnost spojnih elemenata (spojnica) u pogonskoj grupi koji su u sistemu sa elektromotorom.
Slika 3.19. Komparacija dva motora
Remenice Interakcije između točka i remena stvara trenje koje je posledica kontakata – kasnije se napušta kontakt zbog beskonačnog obrtanja remena. Uz to, opterećenje i neprekidan pritisak uzrokuje unutrašnje trenje. Oba ova procesa rezultiraju pojavom toplotne emisije koja se generira i koja se može videti sa infracrvenom kamerom. Upoređivanje termalnih boja nekoliko remenica (točkova), mogu se dobiti uzroci koji su doveli do nepravilnog ponašanja.
Slika 3.20. Remenica
36
Ležajevi Trenje u ležajevima, nepodmazanost (suv ležaj), nepravilno dimenzionisanje ležajeva u uležištenju (aksijalni, radijalni, radijalno-aksijalni, jednoredni, dvoredni itd.), kritičan broj obrtaja, položaj uležištenja (vertikalan, horizontalan) itd. – ležaj je uvek posledica određene anomalije.
Slika 3.21. Ležajevi
Odvajač pare Para je efikasan način za transport toplotn energije. Latentna toplota potrebna za pretvaranje vode u paru, izuzetno je velik. To znači da velike količine toplote može biti prenesena s minimalnom razlikom temperature u okolinu.
Slika 3.22. Odvajač pare
Vatrostalne peći Vatrostalni materijal je u osnovi izolator visoke temperature. Oni su obično napravljeni od nemetalnih vrsta keramičkih materijala i najčešće se isporučuju u obliku cigle. Koriste se unutar visokih peći, peći, kotlova, toplih skladišta rezervoara i cisterni, i druge opreme koja proizvodi ili sadrži izuzetno toplu temperaturu. Idealni sistem (sud) će imati savršenu spoljašnju temperaturu na njegovoj površini. Ako ispucalost ili druge neispravnosti postoje u izolacijskom sistemu, porast temperature na spoljašnjem zidu bi srazmerno i tačno lokalizovao kvar. Nalaženje kvara je zasnovano na očitoj nejednakoj provodnosti toplote.
Slika 3.23. Curenje 37
Obrtne peći U proizvodnji cementa, grejanje je obično izvedeno u rotacijskim pećima koji izgledaju kao ogromne rotirajuće cevi, ponekad i više desetine metara duge. Ove cevi su pod malim nagibom, a sirovina se uvedi u gornjem delu cevi, bilo u formi stenskog suvog praha ili kao vlažan polutečan kompozit sastavljen od materijala i vode. Budući da je pod uglom, smesa napreduje prema dole kroz peć, suši se i prolazi kroz zagrejani vrući gas (plamen) na donjem kraju. Nakon što napušta peć, klinker se brzo hladi, prelazi u kompresor za pakovanje, pa skladištenje u silose. Vatrostalne obloge vremenom se habaju i mora se zameniti. Ako se ne zamene na vreme, čelična obloga se može pregrejati i polomiti (prekinuti). Termografija je idealna za lociranje i merenje temperature vatrostalnih područja gdje još nije došlo do loma.
Slika 3.24. Obrtni cilindar
Toplotni cevni sistemi Ovi sistemi se koriste za kretanje materijala kroz cevi iz jednog procesa ili lokacije u drugi proces ili lokaciju. Primer može biti i sistem za isporuku ugljene prašine u kotao. Proces i stanje u cevi često se može pratiti sa kamerom. Različita stanja u cevi obično će se pojaviti kao različite temperature u delu cijevi. Nakon uklonjanja nedostataka u cevi (naprimer kamenac), termografija se koristi kako bi proverili da je posao zadovoljavajuće završen.
Slika 3.25. Cev
38
Ostali primeri:
T 3.26. Termovizijsko i ij k žopažanje j bl kbloka motora t CCummins i N14 N14
Termovizijsko poklopca motora 3.27. Termovizijsko opažanje opažanje poklapca glave motoraglave Cummins K19 i Cummins sistema za dovod goriva Načela: Kao što je već spomenuto infracrvene kamere ne vide temperaturu nego infracrveno zračenje. Ova zračenja s površine nekog objekta mogu doći iz tri različita izvora: 1. Energija emitovana s površine kao funkcija temperature, 2. Energija reflektovana sa površine kao funkcija pozadinskog izvora, 3. Ili, kao u slučaju nekih plastičnih i drugih poluprozirnih materijala, energija kroz objekat dolazi od izvora toplote iza predmeta posmatranja.
39
