Przydatność termowizji do diagnostyki technicznej urządzeń energomechanicznych w zakładach górniczych

Transkrypt

1 mgr inż. WIESŁAW MALICKI Centrum Badań i Dozoru Górnictwa Podziemnego Sp. z o.o prof. dr hab. inż. BOGDAN MIEDZIŃSKI Politechnika Wrocławska Przydatność termowizji do diagnostyki technicznej urządzeń energomechanicznych w zakładach górniczych W artykule omówiono zarówno przydatność jak i podano możliwości wykorzystania termowizji do diagnostyki technicznej urządzeń energomechanicznych w zakładach górniczych. Wykazano, że prawidłowo opracowana analiza wykonanych zdjęć termowizyjnych daje szereg cennych informacji o stanie technicznym pracującego urządzenia. Pozwoli to na podjęcie, w szeregu przypadkach i w odpowiednim czasie, istotnych decyzji zapobiegających potencjalnym awariom. 1. WSTĘP Każdy obiekt, którego temperatura jest wyższa od temperatury zera absolutnego wypromieniowuje energię, której wartość rośnie ze wzrostem temperatury obiektu. To zjawisko promieniowania podczerwonego znane jest od ponad 200 lat. Detekcja tego promieniowania, a następnie przetworzenie sygnału na obraz i wartość temperatur stanowi istotę termowizji. Taki właśnie obraz wykonany przez kamerę termowizyjną odzwierciedla temperaturę na powierzchni badanego obiektu lub urządzenia, a jej wartość i rozmieszczenie stanowią ważne informacje przy ocenie jego stanu technicznego. Badania termowizyjne przeprowadzane się zdalnie i nie zachodzi potrzeba wyłączania urządzeń z ruchu. Dodatkową zaletą tych badań jest możliwość zlokalizowania usterek niewidocznych dla oka. W drugiej połowie ubiegłego stulecia wystąpiło ogromne zainteresowanie pomiarami termowizyjnymi. Szybki rozwój elektroniki, a w szczególności daleko posunięta miniaturyzacja i obniżenie energochłonności stosowanych podzespołów, zaowocowało pojawieniem się na rynku szerokiej gamy kamer termowizyjnych, które wykorzystywane są niemal w każdej dziedzinie życia. Pomiary termowizyjne umożliwiają między innymi prowadzenie zdalnej, nieinwazyjnej diagnostyki cieplnej obiektów i urządzeń i praktycznie są pomocne przy podejmowaniu stosownych decyzji [2]. W artykule omówiono przydatność analizy termowizyjnej do diagnostyki technicznej na przykładzie pomiarów dla wybranych urządzeń. 2. BADANIE URZĄDZEŃ ENERGOMECHA- NICZNYCH W ZAKŁADACH GÓRNICZYCH Termowizyjne badania urządzeń energomechanicznych w zakładach górniczych mogą być prowadzone w szerokim zakresie. Mogą one obejmować wszystkie urządzenia, które w czasie swojej pracy nagrzewają się, a tym samym emitują energię. Duży obszar obserwacji danego urządzenia i możliwość wykorzystania kamery termowizyjnej o odpowiedniej czułości umożliwiają wykrycie nawet małych zmian wartości temperatury. Podczas wykonywania badań bardzo istotnym jest określenie współczynnika emisyjności badanego urządzenia oraz uwzględnienie temperatury otoczenia, wilgotności oraz prędkości przepływu powietrza. Poddane analizie zdjęcia termowizyjne w formie raportu stanowią dodatkową i ważną informację o stanie technicznym urządzeń. Wykryta nieprawidłowość pozwala na wcześniejsze zaplanowanie przeglądu względnie remontu danego urządzenia, a tym samym zapobiegnie ewentualnej

2 Nr 7(461) LIPIEC Rys. 1. Termogram Nr 1 z badania transformatora 110/6 kv awarii. Praktyka dowodzi, że często prowadzona diagnostyka termowizyjna eksploatowanych urządzeń przyczynia się do zwiększenia pewności ruchu tych urządzeń oraz poprawia bezpieczeństwo pracy [1]. Kontrolą urządzeń, podczas której powinna być dodatkowo stosowana diagnostyka termowizyjna, należałoby przede wszystkim objąć: stacje elektroenergetyczne wysokiego, średniego i niskiego napięcia, sieci elektroenergetyczne, urządzenia stacji wentylatorów głównych, elementy górniczych wyciągów szybowych (silniki główne, przetwornice, napędy pomocnicze, łożyska wałów głównych oraz wałów kół linowych i odciskowych, wyposażenie elektryczne szaf obwodów głównych i sterowania itp.), urządzenia w zakładzie przeróbczym (przenośniki, przesiewacze itp.), kotły ciepłownicze i sieci grzewcze, urządzenia pompowni głównego odwadniania, przenośniki zgrzebłowe i taśmowe. Termowizyjne badania urządzeń elektrycznych prowadzone są w czasie kontroli transformatorów, rozdzielnic, maszyn elektrycznych oraz sieci elektroenergetycznych. Celem otrzymania wiarygodnych wyników pomiaru, badane urządzenie powinno znajdować się w okresie dłuższego ruchu, a tory prądowe instalacji elektrycznej powinny być obciążone prądem nie mniejszym od 30% obciążenia znamionowego. W instalacjach elektrycznych badanie powinno obejmować wszystkie obwody elektryczne, zarówno silnoprądowe jak sterownicze. Najczęstszą przyczyną wzrostu temperatury na połączeniach torów prądowych jest korozja styków lub poluzowane śruby, które w przypadkach zwiększonego obciążenia mogą spowodować upalenie połączenia, pożar, a nawet doprowadzić do całkowitego zniszczenia instalacji lub urządzenia [3]. Manualne kontrolowanie stanu mechanicznych połączeń torów prądowych jest pracochłonne i możliwe jest tylko przy wyłączonym napięciu, a dłuższe przerwy w ruchu spowodowane przez takie kontrole mogą skutkować zmniejszeniem wydobycia. W tych przypadkach stosowanie diagnostyki termowizyjnej jest jak najbardziej wskazane. Badania termowizyjne transformatorów zasadniczo sprowadzają się do pomiaru temperatury na zewnętrznej powierzchni kadzi i pokrywy oraz izolatorów przepustowych i zacisków przyłączeniowych. Nierównomierny rozkład temperatury na badanej powierzchni, a także jej wartość stanowią podstawę przy opracowywaniu odpowiednich wniosków i zaleceń. Na rys. 1 (termogram Nr 1) przedstawiono wynik termowizyjnego badania transformatora 110/6 kv. Wartość temperatury na powierzchni kadzi transformatora dowodzi o jego prawidłowej pracy. Rys. 2 (termogram Nr 2) przedstawia wynik badania silnika prądu stałego napędzającego maszynę wyciągową. Różniące się pomiędzy sobą wartości temperatury w strefach poszczególnych zestawów szczotek mogą wskazywać na potrzebę sprawdzenia między innymi współpracy poszczególnych szczotek z komutatorem, siły docisku szczotek do komutatora, luzów szczotek w szczotkotrzymaczach, stanu komutatora itp. Na Rys. 3 (termogram Nr 3) pokazano rozkład temperatury na stojanie przy pokrywie bocznej silnika napędowego pompy głównego odwadniania. Wartości temperatury wskazują na niewłaściwy stan techniczny łożyska silnika.

3 36 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Rys. 2. Termogram Nr 2 z badania silnika prądu stałego napędzającego maszynę wyciągową Rys. 3. Termogram Nr 3 z badania silnika napędowego pompy głównej odwadniania Rys. 4. Termogram Nr 4 z badania krążników przenośnika taśmowego w wyrobisku podziemnym

4 Nr 7(461) LIPIEC Badania termowizyjne przenośników taśmowych pozwalają na szybką ocenę stanu technicznego silnika napędowego, przekładni, bębnów oraz krążników. Przechodząc wzdłuż trasy przenośnika znajdującego się w ruchu, na ekranie kamery termowizyjnej można dostrzec krążniki posiadające podwyższoną temperaturę pracy, a następnie po szczegółowym badaniu rozkładu temperatury na ich powierzchni można określić rodzaj i rozmiar uszkodzenia. Wymiana uszkodzonych krążników w odpowiednim czasie może zapobiec ewentualnemu uszkodzeniu taśmy oraz powstania pożaru. Na Rys. 4 (termogram Nr 4) przedstawiono przykładowo fragment badania termowizyjnego krążników przenośnika taśmowego w wyrobisku podziemnym, a na rys. 5 (termogram Nr 5) wykonanego w zakładzie przeróbczym na powierzchni. Rys. 6 (termogram Nr 6) przedstawia dla przykładu rozkład temperatury na powierzchni przekładni układu napędowego przenośnika taśmowego. Znacznie podwyższona temperatura pierwszego stopnia przekładni wskazuje na konieczność prowadzenia dalszych obserwacji i badań celem uniknięcia ewentualnej awarii. Rys. 5. Termogram Nr 5 z badania krążników przenośnika taśmowego w zakładzie przeróbczym na powierzchni Rys. 6. Termogram Nr 6 z badań przekładni układu napędowego przenośnika taśmowego Przykładowy obraz badanego kotła grzewczego przestawiono na rys. 7 (termogram Nr 7). Znaczne różnice temperatury na powierzchni kotła uwidaczniają wady izolacji termicznej oraz występujące mostki cieplne.

5 38 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Rys. 7. Termogram Nr 7 z badań rozkładu pola temperaturowego na powierzchni kotła grzewczego UWAGI I WNIOSKI Stosowanie kamer termowizyjnych do diagnostyki technicznej urządzeń energomechnicznych w zakładach górniczych umożliwia zdalną i bezpieczną ich kontrolę w czasie ruchu. Faktem jest, że wcześniej wykryte nieprawidłowości pozwolą na odpowiednie przygotowanie niezbędnego remontu, który zapobiegnie ewentualnej awarii. Nie ulega wątpliwości, że takie działania zapewnią płynność i bezpieczeństwo ruchu urządzeń, a tym samym przyczynią się do poprawy bezpieczeństwa pracy. Należy jednak zaznaczyć, że stosowanie ogólnie dostępnych kamer termowizyjnych, ze względu na ich stopień ochrony i budowę, jest w dużym stopniu ograniczone w zakładach górniczych metanowych. Literatura 1. Pomiary termowizyjne w praktyce. Praca zbiorowa pod redakcją Henryka Madury, Agenda Wydawnicza PAKu, Warszawa, luty Malicki W. Zastosowanie termowizji w badaniach zwałowisk odpadów powęglowych przed rozpoczęciem ich eksploatacji lub rekultywacji. Międzynarodowa konferencja Innowacyjne rozwiązania rewitalizacji terenów zdegradowanych działalnością wydobywczą, Ustroń, 8-10 października 2007 r. 3. Miedziński B., Malicki W., Metruszka M., Shoffa V.N. Termoindykatory w układach oceny jakości pracy silnoprądowych złączy stykowych i wybranych urządzeń elektrycznych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa 2008, nr 7-8. Recenzent: dr inż. Marcin Habrych USEFULNESS OF THERMAL IMAGING FOR A TECHNICAL DIAGNOSTICS OF ENERGY-MECHANICAL DEVICES IN MINES There have been discussed both a usefulness and a usability of thermal imaging for a technical diagnostics of energymechanical devices in mines. It has been proven that a correctly prepared analysis of thermal images gives a number of valuable information on a technical state of operation of a device. This may allow the crucial decisions to be taken in many cases and in a proper time which would prevent possible failures. ПРИГОДНОСТЬ ТЕРМОВИЗИИ В ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ В статье описана пригодность и поданы возможности использования термовизии в технической диагностике энергомеханического оборудования в горных предприятиях. Доказано, что правильно разработанный анализ выполненных термовизионных фотографий предоставляет ряд ценных информаций о техническом состоянии работающего оборудования. Это позволит на принятие, в ряду случаях и в соответствующем времени, существенных решений, предохраняющих от потенциальных аварий.