1 семестр / Конференция / Тепловизионный метод оценки состояния технических объектов

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

Кафедра «Вагоны»

РЕФЕРАТ

доклада на 62-й студенческой

научно-технической конференции

«Тепловизионный метод оценки состояния технических обектов»

Научный руководитель д. т. н., профессор	Разработали студенты группы МД-31
О.В. Холодилов	Д.В. Балянков Д.Л. Чепик
«20» апреля 2017 г.	«20» апреля 2017 г.

Гомель 2017

Введение

Одной из приоритетных задач в промышленности и на транспорте является повышение надежности и продление срока эксплуатации оборудования за счет качественного технического обслуживания, а также снижение затрат на производство и ремонт агрегатов. Неисправности технических объектов приводят к большим материальным и временным издержкам, как в процессе ремонта, так и при восстановлении нормального цикла производства. При этом затраты на диагностику дефекта иногда составляют до 40% от общей суммы расходов.

Обеспечение качественной и бесперебойной работы электрооборудования зависит от большого количества параметров, среди которых можно выделить влияние внешней среды, регулярность и виды нагрузок, воздействие случайных факторов (человеческий фактор) и т.д.

Эти мероприятия, наряду с внедрением бортовых систем контроля и диагностики состояния узлов и систем электровозов, позволят поэтапно внедрить систему обслуживания по фактическому состоянию (ОФС).

Одним из эффективных, интенсивно развивающихся и в то же время актуальным в использовании методов, является тепловизионный метод неразрушающего контроля и диагностики. Основным средством бесконтактного измерения в рамках данного метода являются термокамеры, регистрирующие распределение температуры по поверхности оборудования (приблизительно соответствующей видеокадру) и отображающие тепловые характеристики исследуемых объектов в виде изображения в условных цветах. В железнодорожной отрасли ТНКиД находят все большее применение в энергетике, контроле контактной сети, температуры букс.

На сегодняшний день тепловизоры являются оптимальным инструментом неразрушающего теплового контроля в самых разных отраслях промышленности. Основные сферы применения промышленных тепловизоров это тепловой аудит объектов строительства, поиск неисправности электросетей, мониторинг производственных процессов и другие случаи, когда по неоднородности теплового поля можно судить о техническом состоянии контролируемых объектов.

Использование тепловизоров дает возможность выявить потенциально проблемные участки для проведения превентивного обслуживания, значительно сокращая дальнейшие затраты по эксплуатации. Ниже описаны наиболее востребованные направления современной строительной и промышленной термографии.

В строительстве одним из основных направлений теплового контроля является общий энергоаудит зданий и сооружений с целью оптимизации расходов на энергию. Проведение инспекции здания с последующим анализом его особенностей и данных о расходе энергии позволяет определять оптимальные способы снижения энергопотерь. Использование тепловизора для контроля строительных объектов имеет ряд преимуществ, одним из которых является возможность распознать причины потерь тепла, оценить их масштабы, и предпринять меры по их сокращению.

На объектах строительства тепловизор позволяет обнаружить различные дефекты кирпичной кладки и ограждающих конструкций, являющихся причиной утечки тепла. Термически слабые участки конструкций. проявляют себя через так называемые тепловые мостики которые тепловизор четко регистрирует. Полученная в результате контроля термограмма может служить доказательством производственного брака или некачественного проектирования.

Среди дефектов ограждающих конструкций, увеличивающих теплопотери, одними из самых распространенных является проблема с окнами. Дефекты оконных конструкций могут стать причиной повышенного шума, сквозняков, запотевания и сырости. Высокая чувствительность современных тепловизоров позволяет выявить даже минимальные перепады температуры, определяя места имеющихся дефектов для их последующего ремонта.

Еще одним направлением строительной термографии является тепловизионный контроль систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Здесь частыми причинами энергопотерь могут быть ошибки проекта, нарушение правил эксплуатации, складирования и перевозки. Давая возможность в выявить участки с аномальным распределением температуры, результаты теплового контроля позволяют судить о правильности монтажа и наладке инженерных коммуникаций.

Среди других направлений тепловизионного контроля в строительстве, можно выделить, поиск мест проникновения влаги, поиск трубопроводов горячей и холодной воды и мест их разрывов.

В промышленном производстве основной целью теплового неразрушающего контроля является обнаружение дефектов оборудования на их ранней стадии. Аномальный нагрев, механических компонентов, часто может указывать на чрезмерную нагрузку, и риск выхода системы из строя. Использование промышленных тепловизоров дает возможность выявить проблемные участки для их превентивного обслуживания, значительно сокращая дальнейшие затраты по эксплуатации.

Современные тепловизоры применяются в самых разных отраслях промышленного производства. Среди наиболее распространенных направлений теплового контроля можно выделить превентивную диагностику промышленного оборудования, контроль заполнения резервуаров, поиск неисправности электросетей, мониторинг солнечных батарей, анализ критических температур на печатных платах и другие случаи, когда полученная термограмма дает возможность судить о техническом состоянии контролируемых объектов.

К типовым объектам тепловизионного контроля в промышленном производстве можно отнести станки, конвейеры, турбины, компрессоры, насосы, генераторы, ДВС, системы нагрева и охлаждения, различное гидравлическое оборудование.

В работе предприятий энергетического сектора, основными направлениями теплового контроля является поиск перегретых участков электросетей, дымовых труб, паровых и водогрейных котлов. Тепловизоры также часто применяются для поиска неисправностей в теплоизоляции трубопроводов и турбин, определения мест подсоса холодного воздуха, для проверки эффективности работы систем охлаждения трансформаторов, двигателей, линий электропередач и другого оборудования.

К типовым объектам тепловизионного контроля в сфере энергетики можно отнести всевозможные конденсаторы, рубильники, распределительные щиты, места контактных соединений электропроводки, трансформаторы, генераторы, батареи, бойлеры, паровые системы и другое оборудование.

Отдельным направлением тепловизионного контроля в энергетике, является мониторинг солнечных энергосистем, который проводится для обеспечения безопасности и анализа эксплуатационных показателей. В современных тепловизорах предусмотрена возможность ввода показателя интенсивности солнечного излучения, которое сохраняется вместе с тепловыми снимками в в дальнейшем может быть использовано для анализа результатов контроля.

В нефтегазовом комплексе тепловизоры нашли свое применение при контроле наполняемости резервуаров, позволяя дистанционно определять температуру и уровень жидкости, делая этот процесс максимально быстрым и безопасным (при отказе систем автоматического оповещения). Тепловизоры также применяются для контроля систем противопожарной защиты, систем резервуарного парка, таких как трубопроводы и электрооборудование, позволяя дистанционно выявлять места критического изменения температур. При использовании тепловизоров, контроль магистральных трубопроводов возможен с высоты до 500 метров и скоростью полета до 300 км/ч

В химической промышленности тепловизор решает похожие задачи, что и в нефтегазовом секторе, а именно проверка уровня жидкости резервуаров, диагностика герметичности и изоляции емкостей, общий мониторинг температуры веществ. Важным преимуществом тепловизионного контроля в химической отрасли является очень низкий уровень теплового воздействия, кроме того, использование тепловизора возможно как в стационарном режиме, так и в процессе работы установок. Быстрота и достоверность результатов теплового контроля позволяют оперативно реагировать на протекание химических процессов.

В сфере электроники и электротехники тепловизоры позволяют оценить уровень нагрева в системах низкого, среднего и высокого напряжения. Полученные термограммы дают возможность своевременно обнаружить неисправные компоненты и предпринять меры по их ремонту.

В процессе контроля электротехнического оборудования, важным плюсом тепловизоров является бесконтактный характер их применения. Кроме того, контроль с использованием тепловизора не требует прекращения рабочих процессов на время его проведения. Полученная термограмма дает информацию о состоянии объектов, тепловой контроль которых без применения тепловизоров невозможен или сильно затруднен, например, в случае с кабелями, проложенными в технических рукавах и потолочных нишах.

Среди основных направлений теплового контроля в сфере электротехники можно выделить контроль систем распределения электроэнергии (трехфазные системы, распределительные щиты, предохранители, электропроводка, подстанции, измерительные лаборатории), контроль электромеханического оборудования (электродвигатели, насосы, вентиляторы, подшипники, коробки передач и конвейеры), контроль промышленных контрольно-измерительных приборов (контроллеры, трубы, клапаны, конденсационные баки и резервуары и прочее).

Тепловизоры в электроэнергетике

С помощью тепловизора можно обнаружить неполадки в системах электроснабжения, в электрооборудовании - проверить качество контакта в узловых соединениях, состояние термоизоляции и защитных покрытий электрической проводки. В системах теплоснабжения можно производить диагностику - дымовых труб, теплообменников, радиаторов и их теплоизоляции. Помимо тепловизоров в энергетическом обследовании используются и другие виды измерительных приборов. Например - анализаторы качества электроэнергии, токоизмерительные клещи, мультиметры, мегаметры, измерители сопротивления и заземления, измерители параметров окружающей среды, лазерные дальномеры и другие приборы. Тепловизионные камеры успели зарекомендовать себя с положительной стороны – это надежное, практичное и удобное в использовании оборудование. Эти промышленные приборы обладают широкими возможностями без каких-либо компромиссов. Благодаря прочным корпусам и защищенным дисплеям, эти приборы смогут работать даже в суровых природных условиях, некоторые модели влагонепроницаемы и в ударопрочном исполнении (пожарные и охотничьи). Тепловизоры могут показывать в реальном времени картину распределения тепловых полей по поверхности исследуемого объекта с точностью до сотых долей градуса Цельсия. Некоторые модели тепловизоров применяются для контроля объектов электроэнергетики. Перегрев электродвигателей, трансформаторов, силовых линий, утечки газа, различные испарения – всё это будет видно на экране прибора как на ладони. Контроль при полной нагрузке рабочих параметров даёт возможность заблаговременно выявить дефекты, пока они не привели к более тяжким последствиям.

Тепловизоры на железной дороге.

На сегодняшний день тепловизионные приборы различных марок находят все более широкое применения для контроля состояния объектов во многих сферах человеческой деятельности. 

Активно тепловизоры начинают применяться и на железной дороге. Основными направлениями применения являются: 

• контроль букс для определения их температуры; 

• проверка тиристоров чтобы вовремя выявить перегрев и не допустить выхода из строя; 

• обследование вагонов-холодильников с целью обнаружения мест повреждения теплоизоляции и устранения доступа тепла внутрь холодильной камеры; 

• обследование объектов энергохозяйства для определения мест перегрева контактов, контактных соединений, высоковольтных выключателей, трансформаторов и т.д.; 

• использование в целях обеспечения безопасности – своевременное предупреждение о нахождении людей на путях в темное время суток, в условиях тумана, снега, дождя или задымленности.

• Контроль контактной сети:

Наиболее уязвимым из-за отсутствия резерва элементом системы тягового электроснабжения является контактная сеть. Для определения наиболее слабых мест на контактной сети по электрической прочности в хозяйстве электроснабжения применяются диагностические комплексы тепловизионного контроля узлов контактной сети производства ОАО «НИИЭФА-Энерго» на базе измерительных вагонов-лабораторий контактной сети (ВИКС). В составе комплекса имеется тепловизионная камера TH7102 производства фирмы NEC, позволяющая в инфракрасном диапазоне излучений проводить оценку наиболее нагруженных электрическим током узлов и отдельных элементов контактной сети, оперативно принимать решения о необходимости их ремонта или замены. Так, на Куйбышевской железной дороге только на первом этапе эксплуатации тепловизионного комплекса было выявлено около двухсот узлов контактной сети с повышенным нагревом. Внедрение автоматизированных систем удаленной диагностики и мониторинга состояния оборудования тяговых подстанций и контактной сети на базе телеизмерений обеспечивает возможность оперативного управления режимами работы оборудования на участках тяжеловесного движения Тепловизоры Testo 870-1 и Testo 870-2 это самые простые приборы начального уровня с размером матрицы 160х120 и температурной чувствительностью <100 мК. Приборы Testo 870 были специально разработан с учетом требований организаций, специализирующихся на монтаже систем отопления, строительстве, сервисному обслуживанию и эксплуатации. Из направлений теплового контроля, где технических возможностей Тепловизора Testo 870 будет вполне достаточно можно выделить: обнаружение утечек тепла в ограждающих конструкциях и системах отопления, проверку исправности электрооборудования и систем распределения энергии, диагностику повреждений вызванных влагой и предотвращение образования плесени, техническое обслуживание механического оборудования и контроль качества производства. На практике тепловизор Testo 870 может быть использован для контроля небольших объектов с близкого расстояния при плавном перепаде температурили объектов с большой разностью температуры, когда равномерность ее распределения не имеет решающего значения.  Имея ряд ограничений, тепловизоры Тесто 870 удовлетворяют требованиям к оборудованию для аттестации лабораторий неразрушающего контроля и могут быть использован при тепловом обследовании малоэтажных зданий, квартир, и некоторого электрооборудования. В целом, Testo 870 применим для решения простых задач, не связанных с подробным энергоаудитом и контролем объектов с высокой тепловой неоднородностью. Для полноценного энегроаудита и контроля сложных объектов, возможностей этого тепловизора не достаточно. Для этих целей необходимо использование продвинутых (testo 882, 885) или профессиональных моделей (testo 890). Тепловизоры нашли применение во множестве отраслей. Ни один другой прибор неразрушающего контроля не имеет столько возможностей к применению. Это стало возможным с одной стороны потому, что инфракрасное излучение окружает нас постоянно и несет много информации для обнаружения объектов и их диагностики. С другой стороны универсальность тепловизоров связана с их основными преимуществами: дистанционное измерение на достаточных расстояниях, мобильность, работа в реальном времени. Мы постарались перечислить основные направления применения тепловизоров. Очевидно, что даже этот большой список является неполным. Для тепловизоров постоянно находятся новые применения. Спасибо за внимание!

Список литературы

1. Клюев В.В. Неразрушающий контроль и диагностика (2003) 1-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2006. – 688 с.: ил.

2. Клюев В.В. Неразрушающий контроль. Т.7. Кн.1-2 (2005) 2-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2006. – 829 с.: ил. 3. Клюев В.В Машиностроение. Энциклопедия. Измерение, контроль, испытания и диагностика. Т.3-7 (2001) М.: Машиностроение, 1996.- 464 с. Энциклопедия/Ред. совет: К. В. Фролов (пред. ) и др. —ил. В. В. Клюев, Ф. Р. Соснин, B.H. Филинов и др.; Под общ. ред. B.B. Клюева.

4. Криворудченко, В.Ф. Современные методы диагностики и контроля деталей и узлов железнодорожного транспорта (2005)

9