Термографія може бути використана для виявлення та аналізу теплових аномалій з метою моніторингу стану машин. Ці теплові аномалії, як правило, викликані такими причинами, як експлуатація, неправильне мастило, перекіс, зношування деталей або механічними аномаліями навантаження.
Інфрачервона термографія заснована на вимірі розподілу променистої теплової енергії (тепла), поверхнею об'єкта, що випускається, і перетворення його в карту температури поверхні або термограму. Теплова енергія виділяється під час роботи всіх машин. Це може бути у вигляді втрат на тертя в машинах, втрати енергії всередині машини, як характеристика середовища, в якому протікає процес або їх комбінації. В результаті температура може бути ключовим параметром для контролю за роботою машин, стану машин та діагностики проблем машин. Температура також є однією з основних причин та симптомів погіршення мастила та втрати функціональних важливих властивостей мастила в машині.
Інфрачервона термографія є ідеальною технологією для дослідження теплових аномалій на машинах, тому що з її допомогою виходить повне теплове зображення машини або вузлів машини без застосування фізичних пристроїв та порушення робочого режиму, потребує незначного настроювання та дає результати за дуже короткий термін. Таким чином, термографічні методи можуть бути використані як частина процесу моніторингу стану, коли такий процес здійснюється відповідно до ISO 17359.
Методи термографії
У промисловості використовуються кілька визнаних методів інфрачервоної термографії. Порівняльна термографія є найбільш поширеною технологією, і вона, як правило, дає найкращі з можливих даних при вимірюванні ідеальної або абсолютної температури. Коли виникає зміна умов експлуатації обладнання, можливість оцінити загальну інтенсивність випромінювання та різну інтенсивність випромінювання різних деталей установки забезпечує корисною інформацією для моніторингу умов та діагностики установки за далеких від ідеальних умов контролю, які часто зустрічаються в оперативній роботі. Абсолютна термографія застосовується, коли необхідно знати якнайточніше справжню температуру об'єкта.
Порівняльна термографія
Порівняльна термографія може бути кількісною або якісною. Кількісний метод вимагає визначення значення температури за умов навантаження вузла. Це значення визначається шляхом порівняння температури об'єкта та температури іншого подібного об'єкта, що знаходиться у сервісному обслуговуванні, або даними базової шкали. Хоча значення температури не є точним, воно досить близьке до фактичного. Більш важливо, що точні різниці температур. Тим не менш, існує безліч прикладних завдань, в яких не потрібно кількісних даних, щоб стежити за станом машин або діагностувати проблеми та рекомендувати відповідні коригувальні заходи. У цих випадках якісні методи можуть бути більш ніж достатні.
Кількісна порівняльна термографія
Кількісний порівняльний метод термографії є ефективним методом для оцінки стану машини або вузла шляхом порівняння наближених значень температури від однакових елементів, з еталонними значеннями або з базовою шкалою.
Визначення точних фактичних температур компонентів у польових умовах, для якого використовується інфрачервона термографія, вважається дуже важким завданням. Це пов'язано певною мірою з фізичними основами інфрачервоної термографії, яка повинна враховувати в сукупності кілька параметрів, які дозволяють виміряти істинну абсолютну температуру. Цю сукупність складають випромінювання, відображення та пропускання. За результатами оцінки фахівцями цих наборів параметрів вдається легко визначити наближену температуру вузла, якої у більшості випадків більш ніж достатньо, щоб визначити рівень несприятливого стану даних умов роботи.
Оскільки це не завжди доцільно визначати точну температуру або навіть світність (інтенсивність світіння) кожного вузла машини, як альтернатива використовується більш практична порівняльна термографія. Порівняльний вимір, на відміну якісного вимірювання, визначає нижчий нагрівання шляхом порівняння температур, отриманих з використанням послідовності значень світності.
Різниця температур між двома чи більше однаковими чи схожими вузлами вимірюється чисельно. Передбачається, що умови навколишнього середовища для обох вузлів однакові, різниця температур даної одиниці обладнання фіксується як перевищення рівня нормальної робочої температури такого обладнання.
Як приклад порівняльної кількісної термографії може бути наступне - якщо дві або більше машин працюють в однакових умовах і при однакових навантаженнях, і на одній з них спостерігається підвищена температура, зазвичай це вказує, що може існувати погіршення стану агрегату. Водночас визначення різниці температури згодом може допомогти у встановленні рівня напруженості режиму роботи.
У цьому прикладі різниця температур 5 градусів C вважатиметься незначною, тоді як різниця 100 градусів за Цельсієм може вважатися критичною. Крім того, знання наближеного значення підвищеної температури дає сигнал, що ліміт температурний компонента наближається до аварійного значення. Тому під час якісних вимірювань можна також виявити недоліки, кількісний вимір яких дасть змогу визначити ступінь тяжкості дефекту.
Порівняльна якісна термографія
Порівняльний якісний вимір порівнює інфрачервоне зображення, наприклад зображення елементів редуктора, одного об'єкта з ідентичним або аналогічним іншим об'єктом за однакових або аналогічних умов експлуатації. Коли досліджується різниця термограм, аномалії ідентифікуються щодо зміни інтенсивності між двома чи більшою кількістю об'єктів, не вимагаючи визначення точної температури для кожного елемента. Цей метод швидкий і простий у застосуванні та не потребує жодних налаштувань в інфрачервоній камері для компенсації атмосферних умов та впливу навколишнього середовища чи коефіцієнт випромінювання поверхні. Хоча результат цього типу вимірювань дозволяє виявити дефект, він не дає інформації про ступінь ушкодження.
Цей метод інфрачервоної термографії використовують у більшості галузей промисловості. Він дуже ефективний при виявленні гарячих підшипників або інших аномально гарячих компонентів машини, гарячих точок в електрообладнанні, небажано гарячих електричних з'єднань, витоку рідини або навіть засмічення в теплообмінному обладнанні та його компонентах (трубах), і витоку рідини з судин високого тиску, труб та клапанів .
Термометрія
Визначити абсолютну температуру мішені за допомогою інфрачервоної термографії дуже важко через вплив численних технічних факторів та факторів навколишнього середовища. В результаті абсолютні термографічні вимірювання виробляються тільки якщо потрібно дуже точне вимірювання температури або температура близька до критичної для даного процесу. Ці вимірювання проводяться за гранично жорсткого контролю лабораторних умов. У нормальних умовах цей тип вимірювання не використовується для моніторингу режиму роботи обладнання.
Базові вимірювання
Настійно рекомендується, були проведені базові (калібрувальні) вимірювання для критично важливого обладнання заводу. Це дуже важливо, коли пізніше термограми обстежуваних машин або вузлів порівнюються з початковими термограмами тих самих машин, що працюють при тому ж навантаженні і тих умовах навколишнього середовища. Ця процедура моніторингу стану корисна для раннього виявлення проблем, що виникають, тим самим запобігаючи потребі в капітальному ремонті або аварійну ситуацію.
Критерії оцінки
При застосуванні інфрачервоної термографії для контролю стану та діагностики машин та її елементів рекомендується, щоб він був заснований на строгих критеріях. Важливі критерії можуть бути розбиті на дві групи: вони можуть бути об'єднані в категорію, яка дозволяє ідентифікувати рівні температури або зони по відношенню до рівня критичності, і вони можуть бути застосовані до конкретної машини або компонента або груп подібних машин або компонентів. У будь-якому випадку рівні встановлюються на основі досвіду та накопичення даних.
Насправді немає єдиних критеріїв, які б універсальними і застосовними безлічі різних об'єктів і виробничих ситуацій у промисловості. Отже, конкретні критерії повинні бути розроблені для кожної категорії обладнання, враховуючи його конструкцію, особливості виробництва, експлуатації, монтажу, технічного обслуговування, характеристики, відмов та критичності.
Конкретні критерії можуть бути встановлені на окремих машинах чи вузли. У цьому методі враховуються багато факторів, у тому числі підвищення температури порівняно з історичними даними, яке визначає швидкість зносу та напрацювання на відмову, критичність стану машини або вузла по відношенню до процесу в цілому, положення об'єкта щодо інших матеріалів/устаткування, яке може викликати загоряння, безпека персоналу, умови довкілля тощо. У прикладні розробки можуть бути включені дані про зростання температури критичних машин, компонентів машин, підвищення температури підшипників, ланцюгів електроживлення та з'єднань, витоків рідини або навіть кількість засмічених труб рідинного теплообмінного обладнання.
Інфрачервоний тепловізор дозволяє користуватися критерієм різниці температури або класифікувати аномалії механічних систем теплового навантаження. Ці критерії зазвичай вказуються як перевищення температури вище за певний базисний рівень.
Статистичний аналіз низки вимірювань аналогічних об'єктів при подібних навантаженнях і в схожих умовах довкілля дозволяє встановити експлуатаційні обмеження для тренду та прогнозованої зміни температури цих об'єктів.
Така система у поєднанні з критеріями абсолютної температури може бути використана для встановлення норми теплового навантаження шляхом виключення нагріву вище максимально допустимої температури.