методы тепловизионного контроля подвижного состава

Введение

Тепловизионный контроль (ТК) тягового подвижного состава – тепловой неразрушающий контроль, проводимым с применением тепловизоров BALTECH TR-0150RW или пирометров BALTECH TL-0215C, в условиях ремонтных локомотивных депо.  

ТК проводится инженерно-техническими работниками, ответственных за диагностирование локомотивов в ремонтных локомотивных депо.

При проведении ТК используется технологическая инструкция (ТИ), устанавливающая методы, порядок, условия и критерии оценки результатов ТК ответственных узлов локомотивов (электровозов, тепловозов и пр.) с целью обнаружения дефектов и определения их параметров, оценки качества и соответствия контролируемых узлов требованиям нормативной технической документации.

ТК согласно технологической инструкции подлежат узлы локомотивов, работа которых сопровождается нагревом – выделением (поглощением) тепла в зонах возможного образования неисправностей.

Специалисты по ТК локомотивов должны быть обучены по курсу ТОР-104 «Тепловизионный метод НК» в компании BALTECH.

Отметим, что ТК локомотивов новое направление в диагностике локомотивов и многие методики проходят свою апробацию в условиях депо.

Методы тепловизионного контроля локомотивов

1.1 Общие положения

Результаты ТК представляют собой термограммы (теплограммы), на основании анализа которых с помощью программы BALTECH Expert делаются выводы о наличии тепловых аномалий и уровне  развития дефекта.

ТК не заменяет обязательных испытаний, проводимых другими методами (например, вибродиагностика КМБ и КРБ с помощью виброанализатора BALTECH CSI 2130 или диагностика масел и смазок анализатором BALTECH OA-5000), а также осмотров, проверки работоспособности и измерения токовой нагрузки, которые должны проводиться в соответствии с ТО и ТР локомотивов.

Периодичность ТК оборудования и узлов локомотива планируется и выполняется отделом неразрушающего контроля (отделом надежности) депо либо заместителем ТЧР по ремонту.

ТК проводится в дополнение к проведению испытаний узлов и оборудования локомотивов по существующим технологическим инструкциям  без вмешательства в технологический процесс ТО и ТР.

Время проведения ТК зависит от условий испытания.

Максимальные температурные показатели фиксируют на работающем оборудовании после выхода на заданный режим и достижения теплового равновесия в местах контроля.

Если диагностические признаки проявляются в процессе выхода оборудования на рабочий режим, то тепловизионный контроль необходимо проводить во время переходного процесса с периодичностью, достаточной для построения динамической характеристики изменения тепловой аномалии.

Если после снятия нагрузки контраст тепловых аномалий снижается, рекомендуется в первую очередь осматривать узлы с малой теплоемкостью.

Например, аппаратура цепей управления, обмотки катушек реле контакторов, клеммовые рейки, предохранители с плавкими вставками и т.д.

Для получения точных температурных показателей контроли­руемых объектов с помощью тепловизоров BALTECH TR-RW необходимо выбрать и установить на тепловизоре соответствующее значение коэффициента излучения контролируемой поверхности e в соответствии с РЭ на тепловизор BALTECH.

При отсутствии информации о состоянии поверхности контролируемых узлов, при проведении ускоренных испытаний величину коэффициента излучения контролируемой поверхности устанавливают равной e=0,9.

Фактическая температура объекта может быть определена по формуле

 ,

где      Т_рад    – радиационная температура, измеренная прибором;

           ε         – коэффициент излучения контролируемой поверхности.

Рекомендуемая дальность ТК от 0,30 м до 5 м в зависимости от габаритных размеров объекта контроля и размеров предполагаемых тепловых дефектов.

Для проведения ТК в кузове локомотива целесообразно использовать широкоугольный объектив и встроенную лампу в тепловизор BALTECH TR-0120RW.

При невозможности обеспечения проведения контроля объекта с оптимального расстояния, контроль допускается ограничить общим панорамным снимком, охватывающим всю конструкцию.

При ТК токоведущих частей, расположенных в небольших замкнутых объемах, возможны ошибки результатов из-за теплового отражения от нагревательных элементов, ламп освещения, соседних фаз и др.

Влияние теплового отражения проявляется при контроле токоведущей части с малым коэффициентом излучения, обладающей хорошей отражательной способностью.

В результате термографическая съемка может показать горячую точку (пятно), хотя в действительности это просто тепловое отражение (блик). Поэтому рекомендуется в подобных случаях производить ТК объекта под различными углами зрения и изменением местоположения тепловизора. При необходимости на время измерения отключается освещение объекта и т.п.

Температура окружающей среды является одним из показателей учитывающимся при определении уровня дефекта.

Особенностью ТК в ограниченном пространстве локомотива является наличие множества помех, влияющих на точность измерений: возможный нагрев солнечной радиацией, неравномерное и точечное освещение, плотное расположение оборудования, имеющего различный нагрев и многое другое.

Поэтому многие рекомендации по проведению ТК отличаются от известных из области энергоаудита ограждающих конструкций, энергоснабжения и др.

При проведении ТК внутри кузова за температурой окружающей среды принимают наименьшую температуру измеренную на массивных частях кузова или не нагретого оборудования.

Проведение ТК локомотивов (диагностика электровозов и тепловозов) ограничено во времени. Поэтому качество ТК зависит от уровня подготовки оператора, прошедшего аттестацию по курсу ТОР-104.

ТК большинства узлов локомотива может быть проведен при установке автоматического выбора диапазона температур. Верхний уровень диапазона температур на термограмме показывает температуру самого нагретого участка. Нижний уровень диапазона температур на данной термограмме может отличаться от температуры окружающей среды. В этом случае необходимо дополнительно провести съемку не нагретого оборудования вблизи контролируемых участков, например массивных затененных частей кузова.

Ввиду плотного монтажа оборудования в кузове локомотива некоторые узлы видимы только на фоне более нагретых объектов и имеют малый нагрев относительно окружающей среды. Для анализа теплового поля таких узлов следует перейти в ручной режим настройки диапазона температур и установить верхний уровень температур равный заданному ограничению для данного узла, а нижний уровень равный температуре окружающей среды.

Для проведения сравнения теплового состояния аналогичных узлов следует устанавливать фиксированный диапазон температур.

Регистрацию термограмм (теплограмм) проводят последовательно по намеченным участкам с фиксированного расстояния, покадровой записью термограмм на твердотельный носитель цифровой информации и анализ с помощью программы BALTECH Expert.

Контроль качества полученных при проведении ТК термограмм производится визуально с использованием средств визуализации (дисплея) тепловизора BALTECH TR-0150RW. В случаях смазывания изображения на термограмме или при ошибках выбора диапазона измеряемых температур необходимо провести повторную тепловизионную съемку.

После проведения тепловизионного контроля детальный анализ термограмм проводится с использованием ПЭВМ.

Термограммы сохраняются с указанием условий проведения ТК для последующего сравнительного анализа.

1.2  Браковочные критерии при тепловизионном контроле нагруженных узлов локомотивов

При формировании браковочных критериев ТК учитывался опыт компании BALTECH, накопленный в других областях и особенности диагностики локомотивов. Не всегда ТК может проводиться на работающем оборудовании, часто неизвестна токовая нагрузка данного оборудования, время после приложения максимальной нагрузки и т.п.

В частности, при проведении ТК внутреннего оборудования электровозов доступ оператора возможен только после снятия напряжения. В этом случае ТК проводится по определенной схеме в короткое время.

Оператор определяет качественное состояние оборудования непосредственно на локомотиве (электровоз, тепловоз), с последующей обработкой сохраненных термограмм в программе BALTECH Expert.

Пример проведения ТК электровоза

1.2.1.1 У диспетчера (или лица, ответственного за организацию маневровых работ, ТО) необходимо уточнить информацию о текущем месторасположении локомотива.

Подготовить тепловизор BALTECH TR-0110RW согласно требований РЭ.

1.2.1.2      Проследовать на локомотив. Находясь на тракционных путях необходимо соблюдать правила охраны труда, согласно Инструкции по охране труда для слесаря по ремонту электровозов и электропоездов в ОАО «РЖД» (Утверждена распоряжением ОАО "РЖД" от 29 декабря 2006 года N 2595р.

1.2.1.3      Записать номер локомотива, дату и время проведения ТК в личный блокнот.

При приемке локомотива ознакомиться с замечаниями локомотивной бригады о работе оборудования (журнал формы ТУ-152).

1.2.1.4      Включить и «прогреть» тепловизор, ввести необходимые корректировки согласно текущим условиям проведения ТК (температуру окружающего фона; среднее значение расстояния от тепловизора до объекта контроля от 1 до 5 м).

1.2.1.5      При проведении ТК на тракционных путях депо после отключения нагрузки и обесточивания токоведущих частей ЛИЧНО проверить опускание токоприемника. Получить у машиниста разрешение на допуск в ВВК, а также изъять у машиниста КУ (ключ управления) блокировочного устройства и реверсивно-режимную рукоятку. Проверка состояния аппаратов в ВВК допускается только в два лица. Изъятые ключи должны находиться у лица, проводящего работы в ВВК. При ТО-2 проверка состояния аппаратов в ВВК не проводится.

1.2.1.6      Произвести контроль и диагностику тепловизором BALTECH TR-0110RW всех доступных узлов и аппаратов локомотива, согласно приведенным ниже схемам для соответствующих типов электровозов.

Регистрацию термограмм (теплограмм) проводят последовательно по намеченным участкам с фиксированного расстояния, по кадровой записью термограмм на флэш-память тепловизора BALTECH.

1.2.1.7      При проведении ТК ВВК локомотива провести визуальный осмотр пола под панелями аппаратов на предмет наличия следов расплавленного припоя (например, под гибкими шунтами электромагнитных контакторов включения вспомогательных машин – воздушного компрессора, фазорасщепителя), а также электропневматических контакторов включения ТЭД, ослабления поля. При наличии следов расплавленного припоя определить его источник и провести детальный ТК этого узла.

1.2.1.8      При оценке состояния электрических цепей используются допустимые температуры, приведенные в Приложении А таблица А.1.

1.2.1.9      Условия работы выпрямительной установки оценивают по максимальной температуре и разности температур отдельных элементов.

Допустимая температура полупроводников (диодов, тиристоров) при эксплуатации находится в пределах 85–105С.

Допустимые температуры выпрямительных установок по классам изоляции приведены в Приложении Г таблица Г.1.

Максимальная температура нагрева внутренней структуры силового полупроводника (диода, тиристора) выпрямительной установки допускается не более 140С.

Браковочные критерии температурных аномалий выпрямительной установки приведены в Приложении Г таблица Г.2.

1.2.1.10 Браковочные критерии ТК тяговых трансформаторов ОЦР электровозов выбирают согласно Приложения Е таблица Е.1 для класса изоляции В.

Температура трансформаторного масла не должна превышать значений, указанных в Приложении Е таблица Е.1.

При превышении температуры масла сверх допустимой необходимо принять меры для снижения нагрузки и выяснения причины возможной неисправности.

Не допускается включение нагрузки при неработающем электронасосе, если температура масла выше + 30С.

При резком повышении температуры масла сверх допустимой должен быть отключен трансформатор для выяснения и устранения причин неисправности. Не допускается включение трансформатора после вторичного срабатывания защиты, если не устранена неисправность.

1.2.1.11 Критерии оценки переходного реактора определяются по классу изоляции, приведены в Приложении А таблица А.2.

1.2.1.12 Вспомогательные машины контролируют по условиям нагрева проводников, контактных соединений (Приложение А таблица А.1) и нагрева подшипниковых узлов (Приложение Г таблица Г.2).

1.2.1.13 При завершении испытаний провести осмотр оборудования на отсутствие механических повреждений, наплывов или подгаров контактов аппаратов и других повреждений, которые в дальнейшем мешали бы нормальной работе оборудования.

1.2.1.14 Вернуть машинисту блокировочное устройство и ключ КУ.

1.2.1.15 После окончания ТК выключить тепловизор.

1.2.1.16 Доложить диспетчеру (или лицу, ответственному за организацию маневровых работ, ТО) о завершении и предварительной оценке результатов ТК локомотива для организации дальнейших работ по данному локомотиву.

1.2.1.17 Оформить результаты ТК согласно Приложения И настоящей Инструкции.

Проверка тепловизором BALTECH узлов и аппаратов п.п.5.2.1.6 проводится, по схеме (рисунок 1) в последовательности:

- блок силовых аппаратов № 1;

- панель № 1;

- выпрямительная установка № 1;

- сглаживающий реактор № 1;

- главный контроллер ЭКГ-8Ж;

- переходной реактор ПРА;

- силовой трансформатор ОЦР;

- сглаживающий реактор № 2;

- выпрямительная установка № 2;

- панель № 2;

- блок силовых аппаратов № 2.

Браковочные критерии по п.п.5.2.1.11 для переходного реактора ПРА-48  устанавливаются для изоляции класса F. Критерии по классу изоляции приведены в Приложении А таблица А.2.

Примеры термограмм (теплограмм) электрических цепей и оборудования электровоза серии ВЛ 80 приведены в приложении Л.

а)

б)

Рисунок 1 – Схема проведения ТК электрического оборудования электровозов серии ВЛ 80 в/и

Примечание: Для получения достоверных и объективных данных ТК узлы и системы локомотива должны быть нагреты под действием эксплуатационных нагрузок. Поэтому при направлении локомотива на ТО ТК эффективно производить не позже, чем через 15 минут (в зимний период) и не более 25 минут (в летний период), после снятия нагрузок. По истечении этих временных интервалов ТК не проводится, т.к. его результаты становятся  малоэффективными.

Рассмотрим некоторые из приведенных в ТИ критериев ТК локомотивов.

Таблица А.1 – Допустимые уровни нагрева электрических цепей локомотивов (тепловозов и электровозов)

Примечания.

Для выбора уровня дефекта выбирают худший вариант.

Уровень дефекта:

0 – норма;

1 – предупреждение, требующее последующего наблюдения;

2 – неисправность, требующая вмешательства.

* Для уточнения уровня максимального дефекта изолированных токоведущих частей по классам изоляции следует использовать Приложение А таблицу А.2.

Как видно из приведенной таблицы критерии имеют три уровня 0, 1, 2:

0 – норма;

1 – предупреждение, требующее последующего наблюдения;

2 – неисправность, требующая вмешательства.

При этом нижний уровень имеет хорошо запоминающееся значение, что позволяет оператору проводить качественный анализ в процессе съемки.

Рекомендуется при превышении этого уровня провести повторную съемку под другим углом для устранения влияния бликов.

Используется автоматический выбор температурного диапазона.

Это вызвано тем, что в процессе ТК в поле зрения тепловизора BALTECH попадают объекты различной температуры, что требует значительного времени для настройки тепловизора на каждый объект.

Рисунок 2 – Токоведущие шины на фоне разогретого трансформатора. Допустимые температуры

При дальнейшем анализе полученных термограмм проводится уточнение условий работы оборудования, его браковочных критериев (например, таблица А.2).

Таблица А.2 – Допустимые температуры по классам изоляции изолированных или соприкасающиеся с изоляционными материалами токоведущих частей

Примечание. Наибольшее допустимое значение температуры – предельное значение температуры при длительной работе (нагревостойкость по ГОСТ 8865).

Для токоведущих частей, работающих при значительных колебаниях тока, рекомендуется наибольшее допустимое значение превышение температуры уменьшить на 10 °С.

Рассмотрим более подробно объекты тепловизионного контроля и диагностики локомотивов.

1.2.2        Электрические цепи локомотивов

В контактных соединениях возникает слабый контакт из-за отсутствия шайб, плохой затяжки болтов, соединения алюминиевого наконечника с медными выводами оборудования в помещениях с агрессивной средой. Контактное сопротивление с течением времени увеличивается, что проявляется как нагрев при прохождении тока (рисунок 3).

Рисунок 3 – Слабый контакт и перегрев одного из ножей рубильника

Рисунок 4 – Перегрев отдельных предохранителей

Рисунок 5 – Клеммовая рейка. Перегрев отдельных контактов. Причина – слабая затяжка клемм или повышенный ток нагрузки

Болтовые контактные соединения алюминиевых шин имеют недостаточную механическую прочность, которые ослабляются из-за влияния вибраций и неравномерных тепловых расширений металла. Контактные соединения на токи около 1000 А требуют подтяжки болтов один раз в 1–2 года. Более мощные соединения нуждаются в ежегодной переборке, с непременной зачисткой контактных поверхностей, удаления оксидных пленок на поверхности контактных  соединений (рисунок 6).

Рисунок 6 – Нагрев болтовых соединений токоведущих частей при ослабленной затяжке болтового соединения

Процессу образования оксидных пленок на поверхности болтовых контактных соединений способствует различные температурные коэффициенты линейного расширения стальных болтов и алюминиевой шины. При прохождении по шинопроводу большой или переменной токовой нагрузки возникает вибрация. При большой протяженности шинопровода и происходит деформация (уплотнение) контактной поверхности алюминиевой шины. В этом случае усилие, стягивающие две контактные поверхности ошиновки, ослабевает, имевшийся между ними слой смазки испаряется. В результате образования оксидных пленок площадь соприкосновения контактов, т.е. число и величина контактных площадок (точек), через которые проходит ток, уменьшается, и вместе с тем увеличивается плотность тока в них. Она может достигать тысяч ампер на квадратный сантиметр, вследствие чего сильно растет нагрев этих точек.

Ограничение максимальной температуры токоведущих изолированных или соприкасающихся с изолированными материалами частей определяется классом изоляции. Для условий работы в кузове локомотива рассчитаны максимальные значения превышения температуры (приложение А, таблица А.1) и браковочные критерии оценки состояния токоведущих изолированных частей (приложение А, таблица А.2).

Примечание. Изолированные токопроводящие части теряют свои свойства с течением времени в зависимости от температуры, происходит разрушение изоляции.  Эмпирическое правило для электрической изоляции большинства типов – при превышении температуры на каждые 10 градусов срок службы изоляции сокращается в 2 раза.

1.2.3        Электрооборудование локомотивов

ТК электрооборудования локомотивов (электровозов и тепловозов) осуществляется применительно к трансформаторам тока и напряжения, реверсивным переключателям, выпрямительной установке, поездным контакторам, силовым кабелям, шинам и их соединениям, шунту амперметра, шунтам ослабления поля ТЭД.

При проведении ТК электрооборудования локомотивов  допустимые уровни нагрева контактов, болтовых соединений, токоведущих частей вспомогательных машин определяются согласно  приложения А таблицы А.1.

Нагрев корпуса вспомогательной электрической машины может происходить вследствие плохой вентиляции, повышенной нагрузки, перегрева обмоток полюсов.

Состояние выпрямительной установки зависит от состояния отдельных полупроводниковых элементов. Высокая температура полупроводниковых элементов выпрямительной установки (диодов, тиристоров) свидетельствует о превышении допустимого тока. Причиной этого может быть недостаточная затяжка резьбового соединения или пробой диода. Температура допустимого нагрева диодов при эксплуатации 85–105С.

Рисунок 7 – Избыточный нагрев отдельных диодов ВУК-4000

Примечание. Эмпирическое правило для диода ВЛ200 (ДЛ153-200), используемого в выпрямительных установках на электровозах ВЛ 80 в/и выражается следующей формулой: при изменении температурного режима на 10°С, интенсивность отказов увеличивается в среднем на 25%.

Таблица Г.1 – Допустимые температуры выпрямительных установок

Таблица Г.2 – Браковочные критерии температурных аномалий выпрямительной установки

1.2.4        Подшипники вспомогательных машин

Нагрев подшипниковых щитов вспомогательных электрических машин после продолжительной нагрузки ограничивается показателями Приложение Б, таблицы Б.3.

Подшипники вспомогательных машин тепловозов, с передачей вращения от вала дизеля, имеют достаточно хорошее охлаждение и трудно диагностируются.

Для браковочных критериев используются максимально допустимые значения температур подшипников, см. Приложение В, таблицы В.1, В.2.

Таблица В.1 – Допустимые уровни нагрева подшипников вспомогательных машин тепловозов

Таблица В.2 – Допустимые температуры узлов компрессора

Рисунок 8 – Нагрев подшипников вспомогательных машин

1.2.5 Система охлаждения дизеля

К системе охлаждения дизеля (СОД) предъявляются следующие основные требования:

- обеспечение теплорассеивающей способности, при которой возможна нормальная реализация номинальной мощности дизеля без ограничений при любых  климатических условиях, встречающихся в эксплуатации;

- надежность работы в условиях эксплуатации;

- минимальная затрата мощности на функционирование системы при ее ограниченных габаритных размерах и весе;

- удобство обслуживания и ремонта.

Опыт эксплуатации показывает, что основными неисправностями  СОД тепловозов являются: течь воды по трубкам радиаторных секций; загрязнение внешних и внутренних поверхностей трубок секций; загрязнение межреберных промежутков; нарушение пайки трубок с межреберными пластинами; снижение производительности насосов теплоносителей; разрушение резиновых уплотнительных колец и дюритовых соединений, механические повреждения водомасляного теплообменника и охладителя наддувочного воздуха (трещины крышек, течи по трубкам).

Неисправностью системы охлаждения, может быть изменение давление охлаждающей жидкости, которое характеризует гидроаэродинамические параметры секций холодильника. Более низкое давление указывает на низкую производительность водяного и масляного насосов, а более высокое – на необходимость промывки секции или очистки ее от отложений накипи.

Коллектора СОД подвергаются обследованию с помощью тепловизора BALTECH в процессе проведения реостатных испытаний тепловоза.

Необходимым условием применения тепловизора для целей диагностирования является то, что в момент съемки поверхность объекта измерений должна находиться в прямой видимости под углом наблюдения не менее 60°. Поверхности секций охлаждения в период ТК не должны подвергаться дополнительному тепловому воздействию от посторонних источников.

Производить ТК необходимо при режиме теплопередачи, близком к стационарному. Например, путем прогрева дизеля на 15-й позиции контроллера машиниста в течение 15–30 минут до стабилизации значений температуры воды и масла дизеля.

В процессе прогрева тепловоза фиксируют значение температуры наружного воздуха, воздуха в шахте холодильника.

Поскольку природа снижения эффективности секций охлаждения может быть разной (появление слоя накипи на внутренней поверхности трубок, закупорка трубок, увеличение слоя загрязнения на наружной поверхности трубок и ребер), то в качестве диагностического параметра лучше использовать интегральный показатель по секции, которым может быть разность интегральной температуры наружной поверхности секции (определяется с помощью программного обеспечения BALTECH Expert, прилагаемого к тепловизору) и температуры теплоносителя на входе в секцию холодильника (фиксируется с помощью штатных приборов тепловоза).

Однако при этом следует учитывать и влияние температуры воздуха при испытаниях на эффективность охлаждения. Поэтому в выражении для определения браковочного критерия – коэффициента эффективности секции введены поправки на отличия температуры теплоносителя и воздуха от эталонных значений, полученных при проведении ТК заведомо исправной секции, новой или после ремонта СОД.

Браковочный критерий – коэффициент эффективности секции охлаждения вычисляется по выражению

                              ,

где     ,  и  – эталонные интегральная температура поверхности секции охлаждения, температура теплоносителя секции и окружающего воздуха соответственно, полученные при испытаниях исправной секции после ремонта или замены;

           ,  и  – интегральная температура поверхности секции охлаждения, температура теплоносителя секции и окружающего воздуха соответственно, полученные при текущих ТК испытаниях секции.

Величины температур теплоносителей  и  получают, используя штатные приборы тепловоза.

Температуру воздуха, с целью исключения влияния тепловыделения тепловоза измеряют наружным термометром на расстоянии не менее 5 метров от тепловоза с подветренной стороны.

Предельная минимальная величина браковочного критерия c, при которой секция охлаждения является пригодной, способной выполнять свое функциональное назначение принимается равной 0,8.

Пример обработки термограммы секции охлаждения, расчета браковочного критерия и заключения

Обработка термограмм секций охлаждения выполняется на основе рекомендаций в следующей последовательности.

1) Полученная термограмма (теплограмма) секции заносится в ПЭВМ.

Рисунок 9 – Вид термограммы секции и результат обработки на компьютере

2) Используя программное обеспечение, входящее в комплект поставки тепловизора BALTECH, производится выделение области термограммы, занятой секцией охлаждения и определяется ее интегральная температура .

3) Используя результаты измерений температуры окружающего воздуха  и теплоносителя (например, воды), а также ранее полученные при испытаниях исправной секции эталонные значения эталонной интегральной температуры поверхности секции и эталонные температуры окружающего воздуха  и теплоносителя , определяют коэффициент эффективности секции   .

4) Проведение расчетов.

При эталонных испытаниях данной секции было получено:

- температура воздуха –  = 25 °С;

- температура воды – = 80 °С;

- интегральная температура поверхности – = 65 °С;

При ТК получено:

- температура воздуха –  = 20 °С;

- температура воды –  = 60 °С;

- интегральная температура поверхности –  = 35,9 °С.

Тогда, расчетный коэффициент эффективности секции будет

5) Сравнивая рассчитанное значение c с предельной величиной коэффициента эффективности [ c] = 0,8, делают заключение о техническом состоянии секции и производят отбраковку.

Поскольку c = 0,9 > 0,8, то секция признается пригодной.

Если же при проведении ТК получено:

- температура воздуха –  = 23 °С;

- температура воды –  = 65 °С;

- интегральная температура поверхности –  = 35,9 °С.

Поскольку c = 0,7 ≤ 0,8, секция бракуется.

1.2.6 Крышевое оборудование

К крышевому оборудованию относят механическое, пневматическое, электрическое и другое оборудование, установленное на крыше тягового подвижного состава. ТК с помощью тепловизоров BALTECH подвергаются следующие узлы:

- изоляторы пантографа,

- изоляторы токоведущих шин;

- контакты главного выключателя (для электровозов переменного тока);

- разрядники;

- пусковые резисторы (для электровозов постоянного тока ВЛ10);

- главный ввод в кузов;

- межсекционные токовые соединения (шунты);

- болтовые соединения токоведущих частей.

Браковочные критерии крышевого оборудования определяются аналогично электрическим цепям Приложение А.

1.2.7        Механическое оборудование

По механической части целесообразно проводить ТК под нагрузкой для следующих узлов:

- подшипники качения КМБ и редуктора (в случаях когда не предусмотрено проведение вибрационного диагностирования согласно инструкции ЦТРтр-13/ТИ);

- подшипники ТЭД;

- подшипники МОП скольжения;

- подшипники вспомогательных машин;

- воздушный компрессор (головки цилиндров  и воздушный  холодильник).

В условиях ТЧР ТК возможен при стендовых испытаниях, при проведении реостатных испытаний и испытаниях электровозов под контактным проводом. Браковочные критерии приведены в Приложениях В, Д.

Таблица Д.1 – Браковочные критерии при проведении ТК КМБ при обкаточных испытаниях

Примечание: Для выбора уровня дефекта выбирают худший вариант.

Уровень дефекта:

0 – норма;

1 – предупреждение, требующее последующего наблюдения;

2 – неисправность, требующая вмешательства.

1.2.8        Дизель

Характерные отказы дизеля связаны с нарушениями в работе следующих узлов и механизмов:

- топливная система в части аппаратуры высокого давления, в частности, топливные насосы высокого давления (ТНВД);

- системы воздухоснабжения дизеля, в частности, системы наддува, оборудованные турбокомпрессорами.

Для топливной системы одной из наиболее часто встречающихся неисправностей является неравномерная производительность секций ТНВД. Характерной неисправностью систем воздухоснабжения является закоксовка проточных частей газовых турбин, что приводит к снижению производительности турбокомпрессора, повышению противодавления на выхлопе цилиндров и снижению мощности дизеля, работе дизеля с повышенным сажеобразованием.

Проявлением неравномерной производительности секций ТНВД будет разная температура корпусов секций ТНВД и разная температура корпусов выхлопных патрубков цилиндров (рисунок 10).

а        б   

Рисунок 10 – Термограмма корпусов секций ТНВД тепловоза ТЭМ2          

        (а – требует проверки производительности секций ТНВД на топливном стенде;

б – равномерная производительность секций ТНВД)

Для браковочных критериев используется максимально допустимая разность температур корпусов секций ТНВД и максимально допустимая разность температур корпусов выхлопных патрубков цилиндров. Причем, повышенная температура корпуса выхлопного патрубка цилиндра сопровождается пониженной температурой корпуса секции ТНВД и наоборот (рисунок 11).

а             

б           

Рисунок 11 – Термограммы корпусов выхлопных патрубков цилиндров тепловоза ТЭМ 2

(а – равномерная производительность секций ТНВД; б – требуется проверка производительности соответствующей секции ТНВД на топливном стенде)

Браковочным критерием неравномерной производительности секций ТНВД на тепловозе ТЭМ 2 дополнительно служит повышенная разность температур – более 80C выхлопных коллекторов вблизи турбокомпрессора на номинальном режиме нагрузки дизеля (рисунок 12).

Рисунок 12 – Внешний вид и термограмма выхлопных коллекторов тепловоза ТЭМ 2 при неравномерной производительности группы ТНВД

Рисунок 13 – Термограммы неизолированных частей выхлопных трубопроводов дизеля 10Д100 и выхлопных труб тепловоза серии ТЭ10 (выявленная неисправность – закоксовка направляющего аппарата проточной части турбины левого турбокомпрессора)

Проявлением закоксовки направляющего аппарата проточной части турбины турбокомпрессора является: сниженная температура неизолированной части выхлопного трубопровода вблизи турбины – более 60 °C, или повышенная разность температур неизолированных частей выхлопных трубопроводов вблизи турбин  – более 80C, и повышенная разность температур выхлопных труб – более 60C при двух турбокомпрессорах в ступени наддува на номинальной нагрузке дизеля (рисунок 13).

1.3  Проведение тепловизионного контроля при испытаниях тягового электродвигателя на стенде взаимного нагружения

При испытании ТЭД методом взаимной нагрузки тепловизор BALTECH позволяет выявить нагрев подшипниковых узлов, перегрев токоподводящих проводников щеточного узла, избыточный нагрев обмоток возбуждения двигателя.

Во время испытаний ТЭД методом взаимного нагружения возможно проведение ТК обмоток возбуждения и якоря ТЭД, болтовых соединений электрических проводников ТЭД, щеточного узла, МЯП

Примечание. Увеличение температуры сверх пределов резко сокращает срок службы изоляции. Так, увеличение температуры на 10 °С сокращает срок службы изоляции приблизительно в 2 раза.

Предельные допустимые значения температуры и превышения температуры частей электрических машин над температурой окружающего воздуха в конце испытаний на нагревание при часовом режиме приведены в Приложении Б, таблица Б.1, Б.2.

Таблица Б.1 – Предельные допустимые температуры электрической машины

град.С

Таблица Б.2 – Предельные допустимые превышения температуры электрической машины над температурой окружающего воздуха

град.С

Таблица Б.3 – Допустимые температуры нагрева механических узлов электрических машин

Сведения о классах изоляции ТЭД электровозов, тепловозов и допустимых температурах приведены в ТИ таблице 7.2.

Предельно допустимое превышение температуры для щеточного аппарата составляет 55С.

Изменение температуры на поверхности коллектора при номинальных токах лежит в пределах 5–6С.

Последовательность проведения ТК на стенде взаимной нагрузки ТЭД следующая:

-оператор выполняющий ТК, подготавливает тепловизор BALTECH TR-0150RW в соответствие с требованиями РЭ;

-проверить наличие свободной памяти для сохранения термограмм. Ввести необходимые корректировки; 

-проводить измерения тепловизором следует только при достижении объектом установленных режимов испытания

Примечание. Проведение ТК работающего объекта допускается в случае, если режим испытания обеспечивает безопасные условия съёмки.

После проведения испытаний по программе и остановки ТЭД и получения разрешения от оператора стенда испытаний на проведение ТК включить тепловизор:

-установить автоматический выбор диапазона температур;

-провести тепловизионную съемку;

- коллекторной зоны через коллекторный люк,

- видимых частей обмоток полюсов и якоря,

- подшипниковых щитов ТЭД.

В личном блокноте записать номер термограммы и номер (при наличии) объекта.

По полученным термограммам провести анализ нагрева полюсов и якоря ТЭД и сравнить с допустимыми значениями Приложение Б (таблица Б.1, Б.2).

Сравнить нагрев щеток с допустимыми значениями и между собой.

Провести анализ нагрева подшипниковых щитов и сравнить с допустимыми значениями Приложение Б (таблица Б.3). 

Сообщить результаты ТК мастеру (или лицу его замещающего), ответственному за ремонт объекта.

Результаты обработки занести в журнал.

Оформить результаты ТК согласно приложению И данной Инструкции.

На рисунках 14 и 15 показан общий вид стенда взаимной нагрузки и пример термограммы коллектора ТЭД.

Рисунок 14 – Внешний вид стенда для испытания тяговых двигателей методом взаимной нагрузки

Рисунок 15 – Вид через коллекторный люк ТЭД, термограмма исправного ТЭД

1.4  Проведение тепловизионного контроля при испытаниях колесно-моторного блока на стенде

В ТЧР на стенде производится обкатка КМБ после сборки. В процессе обкатки определяется качество сборки КМБ:

-на отсутствие посторонних шумов,

-нагрев подшипников и других неисправностей.

Последовательность проведения ТК следующая.

Подготовить тепловизор BALTECH согласно требованиям РЭ. Проверить наличие свободной памяти для сохранения термограмм.

Через 10 минут после начала испытаний включить тепловизор.

Установить автоматический выбор диапазона температур.

Установить используемую палитру отображения

Обкатка КМБ на стенде производится на холостом ходу согласно технологической инструкции по испытаниям КМБ в течение 30 минут в одном, а затем в другом направлении.

При наличии дефекта в подшипниковом узле температура на поверхности щита интенсивно увеличивается. Температурная аномалия проявляется уже через 10–15 минут.

С помощью тепловизора провести съемку МЯП узлов с одной и другой стороны двигателя.

Для объективного контроля после обкатки не менее 30 минут провести съемку МЯП узлов и буксовых узлов.

Провести анализ термограмм контролируемых подшипниковых узлов и сравнить с допустимыми значениями температуры по Приложению Б таблица Б.3.

Сообщить результаты ТК мастеру (или лицу его замещающего), ответственному за ремонт КМБ.

Результаты обработки занести в журнал.

Оформить результаты ТК согласно Приложению И настоящей Инструкции.

Пример термограмм приведен ниже.

Рисунок 16 – ТК МЯП ТЭД, термограмма неисправного МЯП

Рисунок 17 – ТК исправного буксового узла

2    Обработка результатов тепловизионного контроля узлов локомотива

На полученных в результате ТК термограммах выделяют зоны повышенного нагрева. Тепловое состояние может быть следствием следующих причин:

- нормальной работы (штатным уровнем тепловыделения),

- повышенным тепловым выделением вследствие повышенной нагруженности узла,

- неисправности узла.

Для фиксирования уровня развития дефекта, определяемого при ТК, используется трехуровневая система следующих показателей дефекта:

- «норма»;

- «предупреждение, требующее последующего наблюдения»;

- «неисправность, требующая вмешательства».

Распознавание неисправностей производят с  применением  правил и браковочных критериев.

Браковочные критерии строят исходя из максимальных допустимых значений температуры или превышения температуры узлов, согласно приложений А – Е, и  отраженных в стандартах или нормативных руководящих документах. При отсутствии таких нормативов допускается использовать временные нормативы, основанные на результатах экспериментальных исследований.

Обработка результатов ТК для большинства узлов и оборудования локомотивов производится на месте.

Обработка данных ТК узлов, имеющих тепловую аномалию, проводится на ПЭВМ с использованием компьютерной программы, поставляемой в комплекте с тепловизором, или специализированных программ.

Результаты ТК – термограммы сохраняются в электронном виде с соответствующими выводами и описанием неисправности.

По результатам расшифровки термограмм составляется протокол по результатам ТК узлов локомотивов (приложение И) с указанием вида дефекта и рекомендациями по его устранению.

2.1  Оформление результатов контроля

Операции по заполнению, сохранению и выводу на печать протоколов контроля выполняют в соответствии с эксплуатационной документацией (РЭ, паспорт) применяемого тепловизора серии BALTECH TR-RW.

В Приложении И приведены форма журнала записи результатов ТК.

И.1 Форма «Протокол по результатам тепловизионного контроля узлов локомотива»

ТЧР

результатов ТК узлов локомотива

Протокол №

Дата контроля

Локомотив 

Вид ремонта

Тепловизор, зав. №: 

Отметка об исправности и поверке:

(схемное обозначение)

Путь сохранения файла

Вид дефекта

Температура, °С

Превышение температуры 

, °С

Уровень дефекта,

0 – годен; 

1 – преду­преждение; 

2 - дефект

Специалист по ТК

подпись

Ф.И.О.

И.2 Форма «Протокол результатов тепловизионного контроля системы охлаждения дизеля локомотива»

ТЧР
Результаты ТК системы охлаждения
Протокол №			Дата контроля
Тепловоз серии		ТЭМ2	№
Вид ТО или ТР
Интегральная эталонная температура поверхности секций,  , ºС						масляной
						охлаждения дизеля			№1
									№2
						охлаждения наддувочного воздуха
Эталонная температура окружающего воздуха, , ºС
Эталонная температура охлаждаемого теплоносителя,                                              , ºС						масло
						вода секций охлаждения дизеля
						вода секции охлаждения наддувочного воздуха
Тепловизор, зав. №:				Отметка об исправности и поверке:

Наименование узла (схемное обозначение)	Температура окружающего  воздуха при испытаниях, , ºС	Интегральная  температура поверхности секций при испытаниях  по обработке термограммы, , ºС	Температура охлаждаемого теплоносителя при испытаниях, , ºС	Отметка пригодности (годен, брак)*	Термограммы забракованных узлов и аппаратов
Секции охлаждения воды дизеля № 1				Годен
Секции охлаждения воды дизеля № 2				Годен
Секции охлаждения воды надувочного воздуха				Годен
Секции охлаждения масляные				БРАК

3     Оборудование, используемое для тепловизионного контроля узлов и деталей локомотивов

Для ТК узлов и оборудования локомотивов (тепловозов и электровозов) в условиях депо используются только ручные тепловизоры BALTECH TR-0150RW. Основные требования к тепловизору для ТК локомотивов приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Основные требования к тепловизору