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技術(shù)文章

紅外熱成像技術(shù)在采礦設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用
        發(fā)熱常常是設(shè)備損壞或功能故障的早期征兆，這使它成為在預(yù)測(cè)性維護(hù) (PDM) 計(jì)劃中所監(jiān)視的一個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù)。進(jìn)行紅外熱像預(yù)測(cè)性維護(hù)的技術(shù)人員定期對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的溫度進(jìn)行檢查，從而可以隨時(shí)間跟蹤設(shè)備的運(yùn)行狀況，并快速發(fā)現(xiàn)異常讀數(shù)以便進(jìn)一步檢查。通過監(jiān)視設(shè)備性能并在需要時(shí)安排維護(hù)，可降低因設(shè)備故障而發(fā)生的非計(jì)劃性停產(chǎn)的可能性，減少維護(hù)費(fèi)用和設(shè)備維修的成本，延長(zhǎng)設(shè)備資產(chǎn)的壽命，并*大限度地提高維護(hù)效果和生產(chǎn)能力。 

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“專線”，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**零度(-273.15 C°)，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。

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每單位波長(zhǎng)和波譜區(qū)域的輻射量——光波輻射量(W/m2x m)

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???朗克定律 

從普朗克定律可以得知，物體的溫度越高，其輻射得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)得紅外熱像儀，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)的分析軟件的幫助下，可進(jìn)行分析，完成建筑節(jié)能、**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。

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二、 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**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*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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三、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. 摒棄了不適于紅外測(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。 

四、應(yīng)用介紹 

1 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： 

A 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。 

B 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。 

C 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**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。

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2 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**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。

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3 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，大量裝設(shè)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)*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*大溫升為1.5 ℃（膜紙型），允許的同類溫差為0.5 ℃（膜紙型）。

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4 傳送帶和皮帶輪 

橡膠制傳送帶的應(yīng)用范圍*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)致傳送帶向一惻傾斜，也會(huì)導(dǎo)致橡膠傳送帶與一惻的傳動(dòng)軸的壓力增大，造成橡膠傳動(dòng)帶局部過熱。

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5 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??，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。

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6 管道泄漏檢測(cè) 

對(duì)管道進(jìn)行溫度檢測(cè)一般有以下應(yīng)用： 

A 管道堵塞，由于堵塞部位和其他部位熱容量不同導(dǎo)致溫差，這些溫差傳遞到管線外殼，就可以使用紅外熱像儀在管道外部拍攝到故障。 

B 管道內(nèi)壁受磨損或是腐蝕導(dǎo)致減薄，其溫度會(huì)比正常部位溫度偏高，從而可以檢測(cè)出故障。 

C 管道由于局部溫度波動(dòng)較大導(dǎo)致材料熱疲勞造成裂紋、泄漏，故障處會(huì)滲漏管道內(nèi)介質(zhì)，如果管道內(nèi)介質(zhì)為低溫介質(zhì)（如氨氣）或是高溫介質(zhì)時(shí)，管道滲漏介質(zhì)與管道外壁溫差不同，可使用紅外熱像儀拍攝到故障。 

D 管道保溫脫落，其脫落處溫度偏大，可在熱像圖中清晰顯示。熱像儀還可檢測(cè)出管道溫度，作為保溫是否達(dá)到規(guī)定效果的判斷依據(jù)。

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7 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。

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8 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： 

A 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**。 
B 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**，螺栓，墊圈未壓緊 或過緊。 
C 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)**，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。 
D 負(fù)荷電流不穩(wěn)或超標(biāo)等。 
E 由于電器內(nèi)部本身故障，如內(nèi)部連接部件接觸**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**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。

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9 鐵路運(yùn)輸檢測(cè) 

9-1 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。

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9-2 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（*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，*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。

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五、Fluke紅外熱像儀簡(jiǎn)介 

福祿克紅外熱像儀具有下列特點(diǎn)： 

1 具有**的紅外—可見光融合技術(shù)，**快速定位目標(biāo)。 
2 堅(jiān)固耐用，可靠性高。（**的可承受2 米的跌落的熱像儀） 
3 多種鏡頭選擇，滿足不同目標(biāo)的測(cè)量。 
4 專業(yè)應(yīng)用軟件滿足熱圖深入分析的需求。 
5 高熱靈敏度，可探測(cè)及小溫差。