- 紅外熱像技術(shù)原理
- 設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)過程簡(jiǎn)介
- 使用熱成像儀獲取關(guān)鍵設(shè)備的基準(zhǔn)圖
- 隨時(shí)間檢查設(shè)備的運(yùn)行溫度狀況
紅外熱像技術(shù)原理
1800年英國(guó)的天文學(xué)家William Herschel 用分光棱鏡將太陽光分解成從紅色到紫色的單色光，依次測(cè)量不同顏色光的熱效應(yīng)。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水銀溫度計(jì)移到紅色光邊界以外，人眼看不見任何光線的黑暗區(qū)的時(shí) 候，溫度反而比紅光區(qū)更高。反復(fù)試驗(yàn)證明，在紅光外側(cè)，確實(shí)存在一種人眼看不見的“熱線”，后來稱為“紅外線”，也就是“紅外輻射”。自然界任何物體，只 要溫度高于絕對(duì)零度(-273.15℃)，就會(huì)以電磁輻射的形式在非常寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射能量，產(chǎn)生電磁波(輻射能)。
紅外線在大氣中穿透比較好的波段，通常稱為“大氣窗口”。紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)就是利用了所謂的“大氣窗口”。短波窗口在1~5μm之間，而長(zhǎng)波窗口則是在8~14μm之間。
從普朗克定律可以得知，物體的溫度越高，其輻射的峰值能量就越偏向短波方向，故紅外熱像儀，特別是用以建筑檢測(cè)的紅外熱像儀，其工作波段通常在8-14μm的長(zhǎng)波波段，建筑用紅外檢測(cè)的溫度范圍一般在-20-100℃范圍內(nèi)。
紅外熱像儀是一種新型的光電探測(cè)設(shè)備，可將被測(cè)目標(biāo)表面的熱信息瞬間可視化，快速定位故障，并且在專業(yè)的分析軟件幫助下，可進(jìn)行分析，完成建筑節(jié)能、安全檢測(cè)和電氣預(yù)防性維護(hù)工作。
熱像儀由兩個(gè)基本部分組成：光學(xué)器件和探測(cè)器。光學(xué)器件將物體發(fā)出的紅外輻射聚集到探測(cè)器上，探測(cè)器把入射的輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而被處理成可見圖像，即熱圖(見圖1)。
設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)介紹
紅外熱成像儀是預(yù)測(cè)性維護(hù)計(jì)劃中的第一道防線。技術(shù)人員可以迅速測(cè)量并比較檢查路線上每臺(tái)設(shè)備的熱量特征，無需中斷設(shè)備運(yùn)行。
如果溫度與以前的讀數(shù)有明顯的不同，則可以使用其他維護(hù)技術(shù)(振動(dòng)分析、電機(jī)電路分析、空氣超聲波分析以及潤(rùn)滑油分析等)來調(diào)查問題原因，并決定下一步的行動(dòng)。
為獲得最佳結(jié)果，將您的所有維護(hù)技術(shù)集成到同一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，以便它們共享相同的設(shè)備列表、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)告和工作訂單。在將紅外數(shù)據(jù)與來自其他技術(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)之后，就可以一種綜合的形式來報(bào)告所有機(jī)器設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況。
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紅外熱像設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)過程
1. 開始時(shí)使用來自計(jì)算機(jī)化維護(hù)管理系統(tǒng) (CMMS) 或其它庫(kù)存管理工具的現(xiàn)有設(shè)備清單。
2. 摒棄不適于紅外測(cè)量的部件。
3. 檢查維護(hù)和生產(chǎn)記錄。對(duì)易于出故障或經(jīng)常引起生產(chǎn)問題的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。
4. 用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)或電子表格程序，按區(qū)域或功能將關(guān)鍵設(shè)備集中在一起，劃分為幾個(gè)大致2-3 小時(shí)的檢查區(qū)。
5. 使用熱成像儀來獲取每臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備的基準(zhǔn)圖像時(shí)要注意：在某些設(shè)備上，您可能要定期捕獲關(guān)鍵部件或子系統(tǒng)的多個(gè)熱圖像。
6. 將基準(zhǔn)圖像下載到軟件中，并在需要時(shí)通過位置名稱、檢查說明、發(fā)射率以及 RTC 和報(bào)警值來對(duì)您的檢查路線進(jìn)行歸檔。
7. 當(dāng)要進(jìn)行下一次檢查時(shí)，如果您的熱成像儀支持?jǐn)?shù)據(jù)上載，則只需將以前的檢查圖像裝到成像儀中，并按屏幕提示進(jìn)行操作。
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應(yīng)用介紹
電機(jī)檢測(cè)
電機(jī)的部件較多，發(fā)生故障的部位及原因也較多，通過紅外熱像儀可發(fā)現(xiàn)以下問題。
(1)電氣接線(電氣接線盒外殼)
問題點(diǎn)：接線端子過熱。
可能原因：連接松脫、接線端子氧化腐蝕、連接過緊。
建議措施：重新連接或更換接線端子。
問題點(diǎn)：電纜過熱。
可能原因：不平衡電壓或過載。
建議措施：使用萬用表、鉗表或電能質(zhì)量分析儀予以確認(rèn)具體原因。
(2)電機(jī)外殼溫度分布
問題點(diǎn)：外殼部分區(qū)域溫度過高。
可能原因：內(nèi)部鐵芯、繞組因絕緣層老化或損壞導(dǎo)致短路。
建議措施：拆卸外殼進(jìn)行檢修。
問題點(diǎn)：外殼整體溫度過高
可能原因：空氣流動(dòng)不充分導(dǎo)致散熱故障。
建議措施：如果停機(jī)時(shí)間短，則只對(duì)電機(jī)空氣進(jìn)口格柵進(jìn)行清洗;并在下一次有計(jì)劃的停機(jī)檢修中，安排一次徹底的電機(jī)清洗。
(3)與電機(jī)連接的軸承、連軸器
問題點(diǎn)：軸承、連軸器溫度過高。
可能原因：潤(rùn)滑不良或軸未對(duì)中。
建議措施：檢查潤(rùn)滑情況或?qū)S進(jìn)行調(diào)整。
變壓器檢測(cè)
變壓器箱體由于油路管道堵塞、渦流損耗、內(nèi)部異常、鐵芯絕緣不良等造成發(fā)熱，紅外熱像儀對(duì)變壓器箱體的檢測(cè)可以使變壓器箱體始終處于正常溫度，避免變壓器因溫度過高而損壞。
電容器柜
電容器在供電系統(tǒng)中主要作無功補(bǔ)償或移相使用，大量裝配在各級(jí)變配電系統(tǒng)里。在用電負(fù)荷較高的行業(yè)(如石化、冶金、造紙、汽車等)，電容器柜是車間內(nèi)最 常見的電氣設(shè)備，其發(fā)生故障的頻率相對(duì)較高;一旦電容器發(fā)生故障，輕則會(huì)影響到供電質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)爆炸，導(dǎo)致停產(chǎn)事故。電容器內(nèi)部的電介質(zhì)或載流導(dǎo) 體附近電氣絕緣的電介質(zhì)在交流電壓作用下引起的能量損耗 (介質(zhì)損耗)，即使在正常狀態(tài)下，設(shè)備內(nèi)部的介質(zhì)和導(dǎo)體周圍的絕緣介質(zhì)在交流電壓作用下，也會(huì)有介質(zhì)損耗發(fā)熱。當(dāng)絕緣介質(zhì)的絕緣性能出現(xiàn)缺陷時(shí)，會(huì)引起介 質(zhì)損耗增大，電容值變大，導(dǎo)致介質(zhì)損耗發(fā)熱功率增加，從而引起設(shè)備運(yùn)行溫度增加。
根據(jù)DL/T 664《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》，耦合電容器的異常熱像特征為整體或局部有明顯發(fā)熱，允許的最大溫升為1.5℃(膜紙型)，允許的同類溫差為0.5℃(膜紙型)。
傳送帶和皮帶輪
橡膠制傳送帶的應(yīng)用范圍最廣，但橡膠因受長(zhǎng)期摩擦或過熱軸承的熱量傳遞，容易發(fā)生老化、導(dǎo)致斷裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)停產(chǎn)等生產(chǎn)事故。紅外熱像儀可在橡膠傳送帶發(fā)生過熱、老化的初級(jí)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，避免事故損失。
在橡膠傳送帶上受到兩個(gè)摩擦力：一是與傳送帶上物體的靜摩擦力，若物體與傳送帶有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，靜摩擦力則變?yōu)閯?dòng)摩擦力;二是與傳動(dòng)軸的靜摩擦力，若傳送帶 發(fā)生老化，與軸承間也將轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦力。動(dòng)摩擦力比靜摩擦力給傳動(dòng)帶造成的發(fā)熱量大，橡膠是容易受到高溫老化的材料，長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下，橡膠會(huì)發(fā)生損 壞、斷裂。此外，由于傳送帶上的物品放置不平衡，導(dǎo)致傳送帶向一側(cè)傾斜，也會(huì)導(dǎo)致橡膠傳送帶與一側(cè)的傳動(dòng)軸的壓力增大，造成橡膠傳動(dòng)帶局部過熱。[page]
軸承檢測(cè)
軸承的過熱會(huì)直接導(dǎo)致電機(jī)故障，造成生產(chǎn)線的突然中斷，但軸承工作時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)速度很快，無法使用接觸式溫度計(jì)，紅外熱像儀通過非接觸手段，可對(duì)軸承的溫度進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承過熱故障，保證正常的生產(chǎn)。
所有旋轉(zhuǎn)設(shè)備都在系統(tǒng)的摩擦點(diǎn)(即軸承)處產(chǎn)生熱量。潤(rùn)滑可降低摩擦，因而可減少并在不同程度上(取決于潤(rùn)滑類型)將熱量散發(fā)。通過熱成像方法，我們可 以在揭示軸承狀況時(shí)，形象地觀察到這一過程。當(dāng)熱圖像指示出有過熱的軸承時(shí)，我們應(yīng)該做出一個(gè)維護(hù)決定，將軸承更換或者潤(rùn)滑。
三相不平衡、過載、諧波檢測(cè)
過載就是負(fù)荷過大，超過了設(shè)備本身的額定負(fù)載，產(chǎn)生的現(xiàn)象是電流過大，用電設(shè)備發(fā)熱，線路長(zhǎng)期過載會(huì)降低線路絕緣水平，甚至燒毀設(shè)備或線路。
三相不平衡：是指在電力系統(tǒng)中三相電流(或電壓)幅值不一致，且幅值差超過規(guī)定范圍。變壓器內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流(及過熱),并可使電動(dòng)機(jī)的效率降低。
電力系統(tǒng)中有非線性(時(shí)變或時(shí)不變)負(fù)載時(shí)，即使電源都以工頻50Hz供電，當(dāng)工頻電壓或電流作用于非線性負(fù)載時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不同于工頻的其它頻率的正弦 電壓或電流，這些不同于工頻頻率的正弦電壓或電流，用傅氏級(jí)數(shù)展開，就是人們稱的電力諧波。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn) 生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧 波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。
電氣接頭檢測(cè)
所謂電氣設(shè)備熱缺陷，通常是指通過一定手段檢測(cè)得到，由于其內(nèi)在或外在原因所造成的發(fā)熱現(xiàn)象。根據(jù)缺陷所產(chǎn)生的原因不同，我們通常歸納為以下幾類：
1.長(zhǎng)期暴露在空氣中的部件，由于溫度濕度的影響，或表面結(jié)垢而引起的接觸不良。
由于外力作用所引起的部件損傷，因而使得的導(dǎo)電截面積減少而產(chǎn)生的發(fā)熱。如接頭連接不良，螺栓、墊圈未壓緊或過緊。
2.長(zhǎng)期運(yùn)行腐蝕氧化;大氣中的活性氣體、灰塵引起的腐蝕;元器件材質(zhì)不良，加工安裝工藝不好造成導(dǎo)體損傷;機(jī)械振動(dòng)等各種原因所造成的導(dǎo)體實(shí)際截面降低。
3.負(fù)荷電流不穩(wěn)或超標(biāo)等。
4.由于電器內(nèi)部本身故障，如內(nèi)部連接部件接觸不良導(dǎo)致的電阻過大。
我們知道，發(fā)熱功率(P)與接觸電阻(R)、通過電流(I)的平方成正比。正常時(shí)，這些連接處(部位)的電阻在允許范圍，通過額定工作電流后發(fā)熱也在設(shè) 計(jì)允許值以內(nèi)，所以不會(huì)影響設(shè)備的安全運(yùn)行。由于以上因素使接觸電阻異常，電流通過時(shí)發(fā)熱功率增大，而且通電時(shí)間越長(zhǎng)、電流越大，會(huì)產(chǎn)生異常發(fā)熱，使溫升 異常增加，就會(huì)產(chǎn)生缺陷。
鐵路運(yùn)輸檢測(cè)
電力機(jī)車檢測(cè)
電力機(jī)車內(nèi)部有大量的電力設(shè)備，其運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，同時(shí)由于連接件松動(dòng)、設(shè)備問題等原因?qū)⒃斐蓹C(jī)車故障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生，紅外熱像儀可以在機(jī)車停車間隙進(jìn)行巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)車內(nèi)部的設(shè)備隱患，避免事故的發(fā)生。
電力機(jī)車內(nèi)部涉及到紅外熱像儀檢測(cè)的部件主要有：主變壓器、調(diào)壓開關(guān)、變流裝置、牽引電動(dòng)機(jī)、電子控制柜、制動(dòng)電阻柜等。
輪軸檢測(cè)
目前，隨著車速的提高，輪軸溫升的問題愈發(fā)重要。這就需要加強(qiáng)對(duì)輪軸溫升的監(jiān)控。當(dāng)輪軸的溫度高于環(huán)境溫度40℃以上的，就必須立即更換，否則會(huì)損害軸 承強(qiáng)度及剎車片性能，導(dǎo)致事故，所以當(dāng)列車進(jìn)站后就需要進(jìn)行輪軸的檢測(cè)，每次發(fā)現(xiàn)的溫度過高情況都需要進(jìn)行記錄并做標(biāo)記(最高溫度的輪軸的位置也需要記錄。
火車的輪軸安裝不當(dāng)和超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與軸瓦摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使整個(gè)車軸發(fā)熱變紅，最后發(fā)生車軸斷裂，造成翻車事故，紅外熱像儀可以通過非接觸測(cè)量來及時(shí)發(fā)現(xiàn)過熱的輪軸，避免因輪軸溫度過高發(fā)生行車事故。
