بخشی از مقاله
۱- مقدمه
بکارگیری روشهای مختلف نگهداری و تعمیرات در صنعت و پایهریزی اصول نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه قدمتی بیش از ٥٠ سال دارد. تاکنون روشهای متفاوتی در ارتباط با نگهداری و تعمیرات عرضه شده است که در این میان میتوان به روشهایی مانند تعمیرات بعد از خرابی, نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه, نگهداری و تعمیرات با دیدگاه بهرهوری و سایر روشها اشاره نمود. در این میان دیدگاه نگهداری بهتر از تعمیرات و پیشگیری قبل از خرابی بایستی به عنوان اولین و تنها اصل در نظر گرفته شود و نگهداری و تعمیرات براساس آن, اجراﺀ گردد. با توجه به پیشرفت تکنولوﮊی, بررسی دائم وضعیت تجهیزات با تکیه بر دیدگاه فوق و اجرای روشهای مراقبت وضعیت (Condition Monitoring) و انجام نگهداری و تعمیرات پیشبینانه
(Predictive Maintenance) یکی از روشهای موثر جهت تحقق هدف اشاره شده, میباشد.
یکی از روشهای مراقبت وضعیت و پیشبینی عیوب ماشینآلات مکانیکی و الکتریکی, بهرهگیری از آنالیزحرارتی میباشد.
این روش جهت شناسایی و تشخیص عیوبی مانند اتصالات الکتریکی نامناسب, شل بودن قطعات و تجهیزات, تغییرات متالورﮊی, بار بیش از حد, خنککاری نامناسب, ولتاﮊ نامناسب و غلط, اتصال و رسانایی نامناسب, ظرفیت نامناسب, خوردگی و فرسایش خارجی, عدمهممحوری و ارتعاشات بیش از حد میباشد. اجرای مناسب این روش در شرکت قطارهای مسافری رجاﺀ
۱- کارشناس ارشد مکانیک _ طراحی کاربردی
Archvie of SID
که دارای تعداد زیادی تجهیزات الکتریکی و مکانیکی مانند مدارات و کارتهای الکترونیکی, انواع و اقسام رله, بریکرهای قدرت,
خطوط انتقال قدرت, ترانسهای جریان, مقاومت و کنتاکتور, موتورهای الکتریکی, ﮊنراتور, بلبرینگ و رولبرینگهای سرمحور,
و انواع بویلر در واگنهای مسافری, مولدهای برق و بخار, واگنهای خودکشش و توربوترن میباشد, می تواند کاهش انفصالها در سیر, ارتقاﺀ قابلیت اطمینان واگنها, بهبود شرایط ایمنی و راحتی مسافر, کاهش میزان تاخیرات و بهرهگیری از حداکثر ظرفیت ماشینآلات و تجهیزات و واگنها را بهمراه داشته باشد.
۲-تئوری آنالیزحرارتی
انرﮊی مادون قرمز قسمتی از طیف الکترومگنتیک((Electromagnetic spectrum را تشکیل میدهد. رفتار این انرﮊی مانند نور مرئی میباشد. این انرﮊی در فضا با سرعت نور حرکت کرده و میتواند منعکس, شکسته, جذب و ساتع شود. طول موج انرﮊی مادون قرمز بیشتر از نور مرئی بوده و بین µm١٠٠٠-٧/٠میباشد. امواج الکترومگنتیک شامل امواج رادیویی,
ماورای بنفش, x-ray و غیره میباشد. قسمت قابل مشاهده در این امواج دارای طول موج µm٧٥/٠-٤/٠ میباشد. در شکل ۱ طیف الکترومگنتیک و تقسیمبندی آن آورده شده است.
شکل ۱- طیف الکترومگنتیک و تقسیمبندی آن
تمام اشیاﺀ از خود تشعشع مادون قرمز ساتع میکنند. این تشعشع تابعی از درجه حرارت آنها میباشد. انرﮊی مادون قرمز با ارتعاشات و دوران اتمها و مولکولها تولید میشود. بالا بودن درجه حرارت در یک جسم, سبب حرکت بیشتر اتمها و مولکولها شده و انرﮊی مادون قرمز بیشری از خود ساتع میکند. این انرﮊی با استفاده از دوربینهای مادون قرمز قابل مشاهده میباشد.
اشیاﺀ در صفر مطلق oC)١٦/٢٧٣-) دارای کمترین انرﮊی میباشند, از این جهت تشعشع مادون قرمز در آنها دارای کمترین مقدار میباشد.[1]
آنالیزحرارتی بر این واقعیت استوار است که هر جسم بالای صفر مطلق, انرﮊی را در بخش مادون قرمز طیف, تابش میکند. اگر اجسام به حد کافی گرم باشند, این تابش در بخش قابل رویت طیف واقع میشود و قابل مشاهده است.
عملکرد هر دستگاه همواره با انتشار گرما همراه میباشد. این گرما میتواند ناشی از فرآیندهای تبدیل انرﮊی مانند احتراق, گرمایش الکتریکی, عملکرد نیروهایی مانند اصطکاک یا تنشهای مکانیکی باشد. انرﮊی و گرمای آزاد شده پس از رسیدن به سطح جسم از طریق تشعشع یا جابجایی آزاد میشود و نتیجه آن تغییر الگویی توزیع دما در سطح جسم میباشد.
کلیه سطوح بسته به میزان درجه حرارتشان, دارای یک نرخ تشعشع در ناحیه مادون قرمز میباشند.
ساختار و خواص سطح جسم نیز بر میزان انتشار تشعشع مادون قرمز موثر میباشد. تشعشع مادون قرمز برای چشم انسان نامرئی است ولی با استفاده یک سیستم گرمانمائی((Thermography میتوان آن را مرئی نمود و توزیع گرمای ساتع شده را بصورت یک تصویر مرئی مشاهده نمود. برای این منظور از یک دوربین اسکن کننده که شبیه دوربین فیلمبرداری میباشد, استفاده میشود. دوربین مادون قرمز قطعات و تجهیزات گرمتر را به رنگ روشنتر و اجسام سردتر را به رنگ تیرهتر
Archvie of SID
نشان میدهد. تصاویر آنالیزحرارتی شامل طیف وسیعی از رنگها بوده که رنگهای متمایل به سفید نشاندهنده دمای بالاتر و رنگهای متمایل به سیاه نشاندهنده دمای پایینتر میباشد. نمونهای از دوربینهای آنالیزحرارتی که در حال عیبیابی تجهیزات واگنهای مولد برق میباشند در شکل٢ آورده شده است.
شکل ۲- نمونهای از دوربینهای آنالیزحرارتی در حال عیبیابی تجهیزات واگنهای مولد برق
با تجزیه و تحلیل عکسهای حرارتی نقاط ضعف تجهیزات و ماشینآلات که با چشم غیرمسلح قابل رویت نمیباشند,
بخوبی مشخص شده و با طرفکردن عیوب مربوطه میتوان صرفهجوئیهای زیادی را در زمان و هزینهها بدست آورد.
۳- مراحل اجرای آنالیزحرارتی
جهت پیادهسازی آنالیزحرارتی بایستی مراحلی را اجرا و طی نمود .[2] این مراحل عبارتند از:
الویتبندی تجهیزات و زمان انجام آنالیزحرارتی تعیین عوامل و فاکتورمهم در آنالیزحرارتی تعیین روشهای جمعآوری اطلاعات و دادهها
تجزیه و تحلیل دادهها و تعیین معیارها و استانداردهای آنالیزحرارتی برآورد هرینهها و تعیین صرفهجوییهای اقتصادی آنالیزحرارتی
۱-۳- الویتبندی تجهیزات و زمان انجام آنالیزحرارتی
جهت الویتبندی تجهیزات و زمان انجام آنالیزحرارتی، ابتدا باید فهرستی از تجهیزات و ماشینآلات تهیه شود. فهرست تجهیزات و ماشینآلات اساس و بنیاد بازرسی حرراتی را تشکیل می دهد. بدون فهرست, آنالیز کننده از تجهیزاتی که بایستی تست کند, آگاهی پیدا نمیکند. در این فهرست تجهیزات براساس شرایطکاری جهت انجام آنالیزحرارتی, الویتبندی میشوند.
یکی از فهرستهایی که بایستی تهیه شود, مقادیر بحرانی برای هر قطعه از تجهیزات و ماشینآلات میباشد. این فهرست به تعیین زمان تست کمک کرده و در صورتی که عیب و مشکلی پیدا شد میتوان با برنامهریزی, حق تقدم دوره تناوب تعمیرات تجهیزات مشخص نمود.
در جدول شماره ۱ دوره تناوب انجام آنالیزحرارتی بر اساس شرایطکاری آورده شده است.
Archvie of SID
شرایطکاری دوره تناوب انجام آنالیزحرارتی
بحرانی هر سه ماه
ضروری و مهم هر شش ماه
غیر ضروری هر یکسال
پیگیری وبررسی مشکلات و تعمیرات قبلی هر سه ماه
جدول۱- دوره تناوب انجام آنالیزحرارتی براساس شرایطکاری
بنابراین یکی از مواردی که درفهرست یاد شده بایستی گنجانده شود، دوره تناوب انجام آنالیزحرارتی میباشد.
٢-٣- تعیین عوامل و فاکتورهای مهم در آنالیزحرارتی
آنالیزحرارتی بایستی در شرایطکاری واقعی و عملیاتی انجام گیرد. به غیر از ثبت حرارتی تجهیزات, لازم است دادهها و اطلاعاتی دیگر که در آنالیزحرارتی موثر میباشد, ثبت شود. در نظر گرفتن درجه حرارت مطلق و افزایش درجه حرارت
(Delta T(∆T)) به تنهایی مناسب نبوده و در تشخیص عیوب ماشین آلات و تجهیزات, خطا ایجاد میکنند.
یکی از عوامل و فاکتورهای مهم در آنالیزحرارتی, بار((Load وارده به تجهیزات میباشد که براساس آن باید شرایط تجهیزات و ماشینآلات مورد بررسی قرار گیرد. بطور مثال شکل ۳ و ۴ افزایش حرارتی یکسانی به اندازه oC ۰۳ نسبت به درجه حرارت مرجع را نشان میدهد. جهت تعیین مشکل واقعی و مخفی در تجهیزات مناسب است بار وارده به المانها اندازهگیری شود. شکل ۳ تحت ٦٠% بار نامی است در صورتیکه شکل ۴ تحت ١٠% بار نامی قرار دارد. از آنجائی که هر دو قطعه دارای یک مشکل میباشند, بنابراین شکل ۴ دارای عیب و خرابی نهفته بیشتری نسبت به شکل ۳ میباشد و بایستی رفع مشکل آن در الویت قرارگیرد.
شکل ۳- تجهیز تحت ۰۶% بار نامی شکل ۴- تجهیز تحت ۰۱% بار نامی
از دیگر عوامل و فاکتورهای مهمی که بایستی در آنالیزحرارتی ثبت شود, سرعت باد (Wind Speed) میباشد. براساس آزمایشات انجام شده، مشخص گردیده است، هنگامی که باد می وزد نسبت به زمانی که وزش نداریم، فزونی دما به نصف کاهش مییابد حتی اگر سرعت باد دارای مقدار کم mil/h٣ m/s) ٣٤/١) باشد.[3]
از دیگر فاکتورهای موثر در آنالیزحرارتی, شرایط محیطی میباشد. شرایطی محیطی نظیر باران, برف, آفتاب, هوای صاف ولی سرد در آنالیزحرارتی موثر میباشد.
فاکتورهای محیطی مانند اثرات درجه حرارت خورشید و یا دما در شرایط بارانی و برفی بایستی اندازهگیری و در نظر گرفته شود. بنابر این شرایط محیطی در هر بار تست و آنالیزحرارتی بایستی ذکر گردد.
از دیگر فاکتورهای مهم در آنالیزحرارتی, مشخصات قطعات و تجهیزات و همچنین نوع ( ویژگی و علامت مشخصه )
خرابیها شناسایی شده در هر بار آنالیز میباشد.
Archvie of SID
٣-٣- تعیین روشهای جمعآوری اطلاعات و دادهها
دوربینهای حرارتی و تصویر حرارتی تهیه شده, نقطه آغاز مناسب جهت جمعآوری اطلاعات و دادههای آنالیزحرارتی میباشد. قدم بعدی دایرکردن روشهای مناسب و موثر جهت گردآوری اطلاعات میباشد. این روشها بایستی تضمین کننده روند کار بازرسی باشد و به دمانگار (Thermographer) در پیشبینی و شناسایی بهتر عیوب و خرابیها کمک کند.
از کارآمدترین و مناسبترین روشهای جمعآوری اطلاعات و دادههای آنالیزحرارتی، بهرهگیری از سیستم مدیریت مکانیزه نگهداری و تعمیرات(((Computerized Maintenance Management System (CMMS میباشد. در این روش ارتباطی بین فهرست تجهیزات و ماشینآلات, تصاویر حرارتی جمع آوری شده, تعیین روند و تغییرات درجه حرارت, تعمیرات
ﻭ سرویسهای انجام شده و همچنین قطعات وتجهیزات تعویض شده و موارد مورد نیاز برقرار میشود. روش جمعآوری اطلاعات
ﻭ دادههای آنالیزحرارتی و استفاده از سیستم مدیریت مکانیزه نگهداری و تعمیرات در شکل ۵ آورده شده است.[4]
شکل۵- استفاده از سیستم مدیریت مکانیزه نگهداری و تعمیرات در آنالیزحرارتی
٤-٣- تعیین معیارها, استانداردها و تجزیه و تحلیل دادههای آنالیزحرارتی
پس از جمعآوری اطلاعات و دادههای آنالیزحرارتی, مرحله بعدی تعیین معیارها , استانداردها و تجزیه و تحلیل دادهها میباشد. جهت ارزیابی اطلاعات حاصل از عکسبرداری حرارتی بایستی استاندارد مناسب آن تدوین شود. همانطوری که اشاره شد, عوامل مختلفی نظیر بار، جریان باد، تشعشع، ضریب هدایت گرمایی سطح اندارهگیری و عوامل محیطی مانند آفتابی، بارانی، برفی، صاف وسرد بودن در آنالیزحرارتی موثر میباشند. یک روش مناسب جهت اعمال تمام عوامل فوق در نظر گرفتن فاکتورهای مهم وموثر برروی کارکرد قطعات و اجزاﺀ سیستم میباشد. برای این منظور تیمی متشکل از متخصصین، مسئولین ایمنی و مالی، فاکتورهای مهم نظیر عوامل ایمنی، هزینه خرابی قطعات، قابلیتدسترسی قطعات یدکی و نفرات تعمیرات، تاریخچه نگهداری و تعمیرات، شرایط بارگذاری و عوامل مهم دیگر را مشخص میکنند. پس از مشخص شدن عوامل مهم یادشده، برای هر فاکتور امتیازهای مربوطه را تعریف کرده و براساس اهمیت هریک وزندهی مربوطه مشخص میشود. یک نمونه از ماتریس ارزیابی و وزن دهی جهت تفسیر و استانداردکردن عکسبرداری حرارتی درجدول ٢ آورده شده است. این جدول باید برای قطعات و اجزایی که آنالیزحرارتی بر روی آنها انجام میشود, تنظیم شود و بر اساس جدول شماره ٣ و برحسب امتیاز کلی بدست آمده، دستور کارهای مربوطه انجام گیرد.[5]
