Asko Haukilahti LÄMPÖKAMERAN KÄYTTÖ MITTAAVAN KUNNOSSAPIDON TYÖKALUNA

Asko Haukilahti LÄMPÖKAMERAN KÄYTTÖ MITTAAVAN KUNNOSSAPIDON TYÖKALUNA Opinnäytetyö KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Automaatiotekniikan koulutusohjelma Kesäkuu 2009

Yksikkö Aika Tekniikka ja liiketalous 7.5.2009 Koulutusohjelma Automaatiotekniikka Työn nimi Lämpökamera mittaavan kunnossapidon työkaluna Työn ohjaaja Hannu Ala-pöntiö Työelämäohjaaja Tekijä/tekijät Asko Haukilahti Sivumäärä 21 + 10 Tässä insinöörityössä on tutkittu lämpökameran soveltuvuutta kunnossapidon työkaluksi. Työssä on tutkittu mahdollisia käyttökohteita, joissa lämpökameraa voidaan käyttää vianmääritykseen sekä kunnontarkkailuun tehtaassa. Eri kohteista esitellään lämpökameralla havaittavissa olevia vikoja sekä ongelmia vianmäärityksessä. Työ on suoritettu Kokkola Chemicals Oy:n tehtailla kesällä 2007 yhteistyössä yrityksen työntekijöiden kanssa. Työssä käytettiin Ti-55FT lämpökameraa, jolla kuvattiin erityyppisiä kohteita tehtaalla. Kuvausten aikana suoritimme vianetsintää sekä pyrimme arkistoimaan vertauskelpoisen kuvaston tehtaan laitteista myöhempiä jatkotarkastuksia varten. Huomasimme lämpökameran soveltuvan erityisen hyvin kytkentöjen sekä elektroniikan kunnontarkistukseen, mutta suurimman hyödyn saaminen lämpökuvauksesta vaatii paljon panostusta sekä suunnittelua, tarjoten kuitenkin monia käyttömahdollisuuksia. Jos yritys tahtoo kaiken hyödyn lämpökameralla tehdyistä mittauksista, täytyy yrityksellä olla oma lämpökamera sekä sen käyttöön koulutettua henkilöstöä. Jos lämpökameraa käytetään mittaavan kunnossapidon työkaluna kuvien arkistointi sekä tulkitseminen täytyy suorittaa yrityksen sisällä, sillä ainoastaan yrityksen omat työntekijät voivat tuntea laitteet tarpeeksi hyvin tarkan analyysin saamiseksi. Asiasanat Lämpökamera, Kunnossapito, Mittaava kunnossapito,

CENTRAL OSTROBOTHNIA UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Date 7.5.2009 Degree programme Automation Engineering Name of thesis Thermal Camera as a Tool of Predictive Maintenance. Instructor Hannu Ala-Pöntiö Supervisor Author Asko Haukilahti Pages 21 + 10 The purpose of this thesis was to study the suitability of the thermal camera as a tool of predictive maintenance. During the project the possibilities of using the thermal camera in troubleshooting and maintenance in a factory were studied. Different faults that may be discovered by a thermal camera as well as the limits of fault finding with a thermal camera were showcased in the project. The project was done at the facilities of Kokkola Chemicals Inc during the summer of 2007 in co-operation with the employees. The thermal camera is well adapted to troubleshooting in electronics and electrical connections, but it also has other possibilities. Gaining the full benefit from a thermal camera requires a large investment in the maintenance process. If a corporation wishes to get all the benefits from the use of an infra-red camera, the corporation must have its own thermal camera and personnel using it. If the thermal camera is used as a tool of predictive maintenance, the archiving and analysing must be done within the company because only the employees of the company have enough familiarity with the devices to make a precise analysis. Key words Thermal camera, maintenance, predictive maintenance

1 JOHDANTO 1 2 KUNNOSAPITO 2 2.1 Korjaava kunnossapito 2 2.2 Ehkäisevä kunnossapito 2 2.3 Mittaava kunnossapito 3 2.4 Parantava kunnossapito 3 3 OMG 4 4 LÄMPÖKAMERA 6 5 KUVAUKSET 7 5.1 Menetelmät 7 5.2 Käytetyt laitteet 8 5.3 Olosuhteet 10 6 KUVAUKSISSA TEHDYT HAVAINNOT 11 6.1 Heijastava pinta 12 6.2 Kytkennät 13 6.3 Laakerit 13 6.4 Eristeet 14 6.5 Säiliöt 14 6.6 Lämmönvaihtimet 15 7 KUVAUSTEN RAPORTOINTI 16 8 JOHTOPÄÄTÖKSET 19 LÄHTEET 21 LIITTEET LIITE 1/1 Moottorin vaihde LA1 LIITE 1/2 Moottorin vaihde LA1 LIITE 2/1 Heijastava pinta lämpökuvana 1 LIITE 2/2 Heijastava pinta digitaalikuvana 2 LIITE 3/1 Heijastava säiliön kylki lämpökuvana LIITE 3/2 Heijastava säiliön kylki digitaalikuvana LIITE 4/1 Tasasuuntaaja lämpökuva LIITE 4/2 Tasasuuntaaja digitaalikuvana LIITE 5/1 Lämpökuva pumpusta LIITE 5/2 Digitaalikuva pumpusta

1 1 JOHDANTO Tässä opinnäytetyössä käsitellään lämpökameran käyttöä kunnossapidossa. Työn tarkoituksena on tutkia tehtaissa olevia kohteita, joiden kuntoa voidaan tarkkailla lämpökameralla. Työ tehtiin yhteistyössä OMG Group Inc:n kanssa Kokkolassa Kokkola Chemicals Oy:n tehtaalla. Sekä huoltoryhmä että osastopäälliköt olivat mukana kuvauskohteiden valinnassa. Haluan kiittää Kokkola Chemicals Oy:n työntekijöitä yhteistyöstä, erityisesti Asko Wirkkalaa sekä sähkö- ja instrumenttiryhmää, jotka auttoivat kuvausten suunnittelussa sekä toteuttamisessa. Tahdon myös kiittää DI, lehtori Mikko Auniota sekä DI yliopettaja Teuvo Ahoa, jotka olivat mukana kuvauksissa sekä toimivat neuvojina koko projektin ajan.

2 2 KUNNOSSAPITO Kunnossapito voidaan karkeasti jakaa kolmeen erilaiseen lähestymistapaan: korjaavaan kunnossapitoon, ennakoivaan kunnossapitoon sekä parantavaan kunnossapitoon. Ennakoiva kunnossapito voidaan jaotella ehkäisevään kunnossapitoon sekä mittaavaan kunnossapitoon. Keskityn erityisesti mittaavaan kunnossapitoon, koska tässä opinnäytetyössä on lähestytty lämpökameran käyttöä tästä näkökulmasta. (ABB group 2009.) 2.1 Korjaava kunnossapito Korjaavassa kunnossapidossa laitteille ei suoriteta tarkistuksia vaan laitteita huolletaan vasta niiden rikkouduttua, ja tällöin ennalta arvaamattomia työkatkoksia ei voida välttää. Jos laitteiden vikoihin ei puututa, ennen kuin laite on toimintakelvoton, tulee prosessiin katkoksia, joiden vuoksi aiheutuvat tuotantotappiot nostavat laitevahingoista johtuvia kustannuksia. Tuotannon menetyksistä johtuvat kustannukset voivat olla suuremmat kuin korjaamisesta johtuneet kulut. (ABB group 2009.) 2.2 Ehkäisevä kunnossapito Määräaikaisilla huoltotoimilla voidaan korjata alkavat viat, jotka eivät vielä ole kehittyneet vakaviksi. Tässäkin huoltotavassa tapahtuu odottamattomia työkatkoksia, jos laitteessa oleva vika pahentuu nopeasti ja pysäyttää laitteen ennen seuraavaa huoltokertaa. (ABB group 2009.)

3 2.3 Mittaava kunnossapito Mittaavassa kunnossapidossa laitteen kuntoa seurataan sen koko elinkaaren ajan, ja pyrkimyksenä on estää odottamattomat tuotannonpysähdykset. Mittaavalla kunnossapidolla pyrkimyksenä on tunnistaa kaikki syntyvät viat, jolloin laite voidaan pysäyttää ja huoltaa hallitusti. (ABB group 2009.) Ennakoivan kunnossapidon mittauksia suoritetaan useilla menetelmillä, kuten värähtelyanalyyseillä, öljyanalyyseillä ja akustisilla mittauksilla. Myös lämpökuvausta on käytetty jo vuosia tähän tarkoitukseen. Ennakoivan kunnossapidon tärkein tarkoitus on vähentää suunnittelemattomien (ennalta arvaamattomien) korjausten määrää. Usein on tarpeen käyttää useampaa kuin yhtä tarkkailumenetelmää luotettavan tuloksen saamiseksi. (Rossi 1993, 28-32.) Mittaavan kunnonvalvonnan menetelmiltä vaaditaan seuraavaa: - mittaustulos on luotettava ja antaa riittävästi tietoa - mittauksen toistettavuus on hyvä ja se on mittaajasta riippumaton - mittaus on helppo ja nopea suorittaa yksinkertaisin laittein - tulokset ovat yksiselitteisiä ja dokumentoitavissa - olosuhteista, kuten prosessiparametreista, riippuvuus on mahdollisimman pieni. (Rossi 1993, 30.) 2.4 Parantava kunnossapito Parantava kunnossapito pyrkii kehittämään laitteita käytön aikana, jolloin huollon tarve vähentyy. Huoltotoimenpiteiden aikana laitteista etsitään mahdollisia suunnitteluvirheitä sekä vaurioiden syitä ja pyritään näiden poistamiseen. Mittaava ja parantava kunnossapito liittyvät usein toisiinsa, ja useat mittaavan kunnossapidon menetelmistä ovat käytössä myös parantavassa kunnossapidossa. Parantavan kunnossapidon tarkoituksena on löytää laitteiden vikaantumiseen johtaneet syyt ja parantaa laitteiden kestävyyttä sekä vähentää vikaantumisten aiheuttamia seurauksia. (ABB group 2009.)

4 3 OMG OMG Group Inc. luotiin vuonna 1991, kun Outokumpu Chemicals Oy:n kobolttitehdas, joka oli ollut toiminnassa vuodesta 1968, sekä vuonna 1946 perustettu Mooney Chemicals yhdistyivät. OMG noteerattiin pörssissä 1993, ja se on nyt yksi maailman johtavista erikoiskemikaalien ja pulverien tuottajista ja markkinoijista. Yhtiön pääkonttori sijaitsee Clevelandissa USA:ssa. OMG:llä on maailmanlaajuisesti 2100 työntekijää. (OMG 2009.) Kokkolassa sijaitsee OMG:n yksikkö Kokkola Chemicals Oy, joka on maailman johtava metallipohjaisen koboltin ja erikoiskemikaalien tuottaja. Kokkolan yksikössä työskentelee 390 työntekijää. OMG:llä on yli 1300 asiakasta 50 eri maassa sekä yli 575 tuotetta. Kuviossa 1 näkymä Kokkola Chemicals Oy:n tehtaista. (OMG 2009.) Koboltin tuotanto aloitettiin Kokkolassa 1968. Vuonna 1978 aloitettiin kobolttihienopulverin valmistus. Vuonna 1983 aloitettiin koboltti- sekä nikkelisuolan ja oksidin valmistus. Kokkolassa on valmistettu metallikarboksylaatteja vuodesta 1995 lähtien. Vuonna 2001 Kokkolan tehtailla alettiin Kuparikatodien sekä germaniumoksidin valmistus. Nikkelin tuotanto siirtyi Harjavaltaan 2002. (OMG 2009.)

KUVIO 1. Kokkola Chemicals Oy:n tehtaat (OMG 2009.) 5

6 4 LÄMPÖKAMERA Lämpökamera vastaanottaa ja mittaa lämpösäteilyä. Kohteen pinnan infrapunasäteilystä muodostetaan kuva kohteen lämpötilasta. Infrapunasäteily on aallonpituudeltaan näkyvää valoa pitkäaaltoisempaa. Lämpösäteilyä lähettää jokainen kappale, jonka lämpötila ylittää absoluuttisen nollapisteen, ja säteilyn voimakkuus kasvaa kappaleen lämpötilan noustessa. Kaikki kappaleet myös heijastavat itseensä osuvaa lämpösäteilyä, lukuun ottamatta teoreettista täydellistä mustakappaletta. (Infradex Oy 2008.) Kappaleesta heijastuva lämpösäteily on yhdistelmä sen omaa säteilyä ja siitä heijastuvaa ympäristön säteilyä. Tämä suhde riippuu kappaleen pintamateriaalista, ja sitä kuvataan emissiokertoimella. Emissiokerroin on luku yhden ja nollan välillä. Kappale, jonka emissiokerroin on yksi, ei heijasta ympäristönsä säteilyä lainkaan. Tällaista kappaletta kutsutaan täydelliseksi mustakappaleeksi. Vastaavasti kappale, jolla on pieni emissiokerroin, yleensä paljailla metalleilla, kuten alumiinilla tai kuparilla, heijastaa enimmäkseen ympäristönsä säteilyä. (Infradex Oy 2008.) Emissiivisyyteen vaikuttavia tekijöitä ovat säteilyn aallonpituus, pinnan lämpötila, materiaali sekä kuvauskulma. Pinnan emissiivisyys laskee, jos kuva otetaan vinosta kulmasta. Tämän vuoksi pinnan lämpötila näyttää alhaisemmalta kuin se oikeasti on. (Paloniitty & Kauppinen, 2006.) Koska emissiivisyys vaikuttaa heijastuvan lämpösäteilyn määrään, eri aineista koostuvat esineet eivät heijasta samaa määrää lämpösäteilyä ollessaan saman lämpöisiä. Tästä syystä osassa lämpökameroita on säädettävä asetus emissiokertoimelle. Liitteissä 2 ja 3 nähdään, miten kirkas metallipinta heijastaa lämpösäteilyä, koska kameran emissiokerrointa ei ole säädetty oikealle materiaalille. Liitteen 2 vasemmassa reunassa oleva alumiini heijastaa infrapunasäteilyä, kuten lasi heijastaa näkyvää valoa.

7 5 KUVAUKSET Kuvauskohteet valittiin yhteistyössä OMG:n henkilöstön kanssa. Kohteita pyrittiin ottamaan valikoimaan monipuolisesti, jotta lämpökuvauksen rajat saataisiin selville. Kuvauskohteina oli muun muassa sähkömoottoreita, säiliöitä, kytkentöjä sekä putkia. Kuvauskohteiden valinnassa auttoivat vuoropäälliköt sekä sähkö- ja instrumenttiryhmän jäsenet. 5.1 Menetelmät Kun kuvauskohde oli sähkömoottori, pyrittiin kuvaus ajoittamaan stabiiliin tilaan, jotta lukemat olisivat luotettavia. Koska kohteista ei ollut aiempia kuvia, joihin tuloksia olisi voinut verrata, käytettiin vertailukohteina toisia vastaavia laitteita. Mahdollisuuksien mukaan pyrittiin poistamaan eristemateriaalit kuvauksen ajaksi, ja jollei tämä ollut mahdollista, pyrittiin löytämään kuvauskohteesta paikka, jossa ei ollut eristystä. Jotta pystyttiin tutkimaan lämpökameran soveltuvuutta erityyppisiin kohteisiin, kuvauskohteiksi valittiin laitteita, joiden kunnontarkkailuun lämpökameraa ei ollut aiemmin käytetty Kokkola Chemicals Oy:ssa. 5.2 Käytetyt laitteet Kuvauksissa käytettiin Ti-55FT-20-lämpökameraa, jollainen on kuviossa kaksi. Kameran erottelukyky on 0,05 C, kun lämpötila on 30 C, ja kameran virheeksi on ilmoitettu ±2 C tai ±2% sen mukaan kumpi on suurempi. Kameraa voi kalibroida eri emissiokertoimia sekä taustalämmön huomioiden. Kuvan koko on 320 x 240 pikseliä ja mittausalue on 20 + 600 C. Kameran ottamat kuvat voidaan siirtää tietokoneelle Smartview Tm -ohjelmalla, jolla kuvista voidaan hallitusti tehdä raportteja. (Fluke Corporation 2008)

8 Smartview Tm ohjelmaa käytettäessä kuvan jokainen pikseli sisältää lämpötilatietonsa ja näin kuvan jokaisesta pisteestä saadaan tarkka lämpötila. Kamerassa on useita erilaisia värivalikoimia lämpötilan esittämista varten, jotta kuvista saadaan mahdollisimman havainnollisia. Kamera ottaa jokaisesta kuvasta myös normaalin digikuvan, nämä kuvat voidaan esittää rinnakkain vertailua varten tai sulautettuna samaan kuvaan siten, että tietyn lämpötilan ylittävät kohteet näkyvät lämpökuvana. (Fluke Corporation 2008) KUVIO 2. Ti-55FT lämpökamera. Raporttiin voi myös merkitä erikseen kuvapisteen lämpötilan. Jos kuvat tulostetaan tai kuvamuotoa vaihdetaan, menetetään ohjelman ominaisuus, joka kertoo jokaisen pikselin tarkan lämpötila. Tämän vuoksi on suositeltavaa merkata tärkeimpien kohteiden lämpötila kuvaan. Kuvasta voi myös valita erikseen pienen alueen, jolta ohjelma laskee maksimi-, minimi- sekä keskilämpötilan. Näin kuvaa voidaan jälkeenpäin tutkia tarkemmin, kuin mikä on mahdollista kameran ruudulla. Kuvaa voidaan myös muokata siten, että vain tietyn lämpötilan ylittävät pisteet näytetään lämpökuvana. Jos tuoksi rajaksi asetetaan kohteen korkein normaali lämpötila, helpottuu kuumien pisteiden etsintä. Kuviossa kolme on esimerkki tällaisesta tapauksesta. (Fluke Corporation 2008.)

KUVIO 3. Fuusioitu lämpökuva 9

10 5.3 Olosuhteet Kuvauksissa on otettava huomioon, että tehtaassa ei ole laboratorio-olosuhteita eikä kuvaustilanteista saa välttämättä täysin identtisiä. Koska muuttuvat olosuhteet voivat suurentaa muutoksia tai kumota ne, on tutkimustuloksiin suhtauduttava kriittisesti. Esimerkiksi ulkona sijaitsevissa kohteissa vuodenaika, sää ja jopa vuorokaudenaika vaikuttavat huomattavasti. Vaikka kuvaustilanteista ei saa täysin identtisiä, on pyrittävä minimoimaan muuttuvien olosuhteiden aiheuttamat häiriöt. Jos lämpökamerassa on asetus taustalämpötilalle, on tämä tarkistettava uudessa kuvauspaikassa, jotta tulokset olisivat tarkempia. Koska kaikkiin olosuhteisiin ei ole mahdollista vaikuttaa, on keskityttävä niihin, joita voidaan hallita. Kuvaus pyritään ajoittamaan aina samaan vaiheeseen prosessissa, jolloin suuri osa muuttujista saadaan minimoitua.

11 6 KUVAUKSISSA TEHDYT HAVAINNOT Kun kuvataan sähkömoottoreita eikä kuvauskohteessa ole ilmiselvää vikaa, joka erottuu kuvasta, täytyy moottorin kunto päätellä lämpötilasta. Tällöin pitää tiedossa olla normaali lämpötila täsmälleen vastaavassa tilanteessa. Vaikka kohteesta olisi otettu mallikuva normaalissa tilanteessa, se ei välttämättä ole vertailukelpoinen, jos taustalämpötila (kesä/talvi), kuorma tai moottorivirta on muuttunut. Kohteen lämpötila ei usein muutu nopeasti, joten jos moottorin kuormitus on vähentynyt juuri ennen kuvausta, ei lämpötila ole vielä laskenut eikä korkea lämpötila ole tässä tapauksessa merkki viasta. Kuvaukset tulisi ajoittaa stabiiliin tilanteeseen, jolloin moottori ei ole lämpenemässä eikä jäähtymässä. Jos kuvaus ajoitetaan aina samanlaiseen tilanteeseen, voidaan kuvaa verrata edeltäviin kuviin ja täten voidaan havaita, onko moottorin lämpötilassa tapahtunut muutoksia. Mahdollisesti kuvista voitaisiin jopa havaita moottorin vikaantuminen tai kuluminen. Samoin suurien säiliöiden lämpötila muuttuu hitaasti, minkä vuoksi historiatiedot ovat yhtä tärkeitä kuin hetkellinen lämpötila. Tästä syystä on tärkeää arkistoida vanhat kuvat, jotta uusia tuloksia voidaan verrata niihin. Säiliöistä voidaan havaita seinämien syöpyminen muutamalla edellytyksellä. Säiliön sisällä olevan aineen on oltava säiliötä sekä ulkoilmaa huomattavasti lämpimämpi. Tällöin säiliön kyljestä erottuvat lämpimät pisteet johtuvat ohuesta seinämästä, jonka neste on lämmittänyt nopeammin kuin paksummat kohdat seinämästä. Koska säiliöllä on suuri massa, lämpötila muuttuu hitaasti. Tämän vuoksi kuvaus on tehtävä, ennen kuin kyljen lämpötila on ehtinyt tasoittua. Kaikkien vaadittavien taustatietojen kerääminen ei ole aina mahdollista tai käytännöllistä muuttuvien arvojen vuoksi. Kokemus lämpökuvauksessa tai oikea vertailukohde riittävät usein. Moottoreille löytyi usein vertailukohde, eikä muutaman asteen vaihtelu ole merkki viasta, sillä vastaavanlaisten moottorien lämpötila vaihtelee usein kymmenillä asteilla tilanteen ja kuorman mukaan (Liite 1).

12 On myös huomioitavaa, että lämpökameralla voidaan mitata vain pinnanlämpötilaa, vaikka kiinnostuksen kohteena on yleensä kuvauskohteen sisus. Erityisesti lämpöeristykset vaikeuttavat lämpötilan mittausta. Jos mahdollista, on kohteesta etsittävä paikka, jossa lämpöeriste ei ole tiellä tai josta eriste voidaan poistaa kuvauksen ajaksi jälkimmäinen tosin saattaa vaikuttaa kohteen lämpötilaan ja siten vääristää tulosta. Oikean lämpötilan arviointi eristeen takaa ei täytä tieteellisen tutkimuksen tarkkuutta, mutta joissain tilanteissa suuntaa antavat arviotkin riittävät. Jos ilmenee jotain tavanomaisesta poikkeavaa, voidaan tarkemmat tutkimukset suorittaa toisilla menetelmillä. Tällaisessakin tapauksessa lämpökamera on vaivaton työkalu, jolla voidaan nopeasti suorittaa ensimmäiset tarkastukset, jolloin säästetään aikaa hitaampien turhien tarkastusten sijaan. 6.1 Heijastava pinta Kiiltävä pinta ei sovellu lämpökamerakuvaukseen, koska pinta heijastaa myös lämpösäteilyä. (Liitteet 2 ja 3) Samoin eri materiaaleilla on toisistaan poikkeava emissiokerroin. Kirkkaat pinnat, kuten lasi ja alumiini, eivät anna oikeaa tulosta lämpökameralla. Tilanteen korjaamiseen on useita tapoja, joista tilanteeseen valitaan sopivin: Maalataan pinta. Jos kuvauksia aiotaan suorittaa useita tai säännöllisesti, on tämä varmin tapa saada vertailukelpoisia tuloksia. Teipataan pinta. Tämä on väliaikainen, yksinkertainen ja nopea ratkaisu. Tavallinen maalarinteippi on riittävä, vaikka tähän tarkoitukseen suunniteltua teippiä on saatavilla. Sopii tilanteisiin, joissa maalaus ei ole mahdollista tai kohdetta ei kuvata usein. (Liite 3) Etsitään kohta, jonka pinta on sopivammasta materiaalista. On tosin mahdollista, että kohteesta ei löydy sopivaa pintaa, joka on samanlämpöinen kuin tutkittava kohde, joten tämä operaatio vaati kokemusta ja ymmärrystä lämpökuvauksesta sekä kohteen toiminnasta. Jos pintamateriaalin emissiokerroin tiedetään, voidaan se asettaa kameraan, jolloin pinnasta saadaan oikea mittaustulos. Emissiokerroin voidaan saada mittaamalla

13 pinnan lämpötila jollain toisella laitteella, minkä jälkeen kameran korjauskerrointa säädetään, kunnes lämpötila on oikea. Kun pintamateriaalin emissiokerroin on selvitetty, voidaan sitä käyttämällä saada oikea mittaustulos seuraavilla kuvauskerroilla. 6.2 Kytkennät Kytkennät, joiden lämpötila on kohonnut huomattavasti, johtuvat yleensä huonosta liitoksesta, ja lämpökameralla nämä voidaan löytää nopeasti (Liite 4). Sähkökaappien tarkistukset voidaan suorittaa lämpökameralla nopeasti, ja erityisesti tässä voidaan edeltäviä kuvia käyttää vertailuun, jos epäselvyyksiä esiintyy. Jos kameralle voidaan ladata vanhoja kuvia arkistosta, voi niitä verrata uuteen tilanteeseen paikan päällä, jolloin poikkeamat löytää helposti. Kytkentöjen tarkistukseen lämpökamera soveltuu parhaiten, sillä tässä tutkimuksessa ei tarvita muita työkaluja. Koska elektronisten komponenttien maksimilämpötila ilmoitetaan tarkasti, tiedetään, milloin komponentit ovat ylikuumentuneet. Ylikuumentumista aiheuttavat muun muassa hapettuminen ja liitosten löystyminen. (Novotek 2008.) 6.3 Laakerit Kuumenneet laakerit ovat joko suuren rasituksen alla, rasvauksen tarpeessa tai viallisia. Laakereiden tarkastuksen voi suorittaa nopeasti lämpökameralla edellyttäen, että laakerit tai laakerikupu ovat paikassa, joka voidaan kuvata. Kuljetin palot johtuvat usein hitaasti pyörivistä laakereista. Tällaisissa tapauksissa lämpökameraa voitaisiin käyttää nopeaan ja luotettavaan kunnontarkastukseen. (If vahinkovakuutusyhtiö Oy 2009.)

14 6.4 Eristeet Kuvauksissa on esiintynyt useita säiliöitä ja putkistoja, joiden lämpöeristys estää kuvauksen. Esimerkkejä näistä nähdään liitteissä 2 ja 3. Säiliöiden eristeitä ei voida yleensä poistaa, mutta säiliöstä lähtevien putkien eristys ei yleensä ala heti säiliön kyljestä vaan putki on osittain paljaana, joten siitä voidaan mitata säiliön lämpötila, kuten voidaan nähdä liitteissä 2 ja 5. Eristeet vaikeuttavat myös uunien kuvauksia. Uunin sisälämpötilaa ei voi mitata, ellei mittaria viedä uunin sisälle. Tähän tarkoitukseen lämpökamera ei tietenkään sovellu. Toisaalta mahdolliset reiät tai lämpövuodot eristeistä voidaan havaita lämpökameralla, jos ulko- ja sisäpuolten välinen lämpöero on riittävän suuri. Tämän vuoksi lämpökameralla voidaan suorittaa rakennusten lämpöeristyksen kunnontarkistus talvella. 6.5 Säiliöt Suurien kohteiden lämpötila ei muutu nopeasti, sillä suuren massan lämpeneminen tai jäähtyminen kestää kauemmin, joten pistemäisen vuodon löytäminen säiliöstä on vaikeaa. Kuvauksessa tiedettiin, että kohteena olevan reaktorin kyljistä on irronnut eristeitä sisäpuolelta. Kohteen pinnasta tämä ei kuitenkaan erotu, sillä vaikka säiliön eriste on ohentunut ja säiliön sisällä oleva neste on lämpimämpi kuin ulkoilma, on säiliön kuoren lämpötila tasaantunut. Kuvaus täytyisi ajoittaa tilanteeseen, jossa säiliön sisus on lämpenemässä, ja jos tässä tilanteessa säiliön kyljessä havaitaan lämpimiä pisteitä, johtuvat ne ohuemmasta eristeestä, jonka vuoksi pinta lämpenee nopeammin. Jos säiliössä on useampi päällekkäinen kuori, ei yhdessä kuoressa oleva ohentuma tai reikä näy pinnalle asti. Lisäksi kuorien välissä oleva neste saattaa kerääntyä kauas alkuperäisestä vuotokohdasta, jolloin vika havaitaan, mutta vuodon paikallistaminen täytyy suorittaa muilla välineillä.

15 6.6 Lämmönvaihtimet Lämmönvaihtimien toiminnan näkee lämpökuvasta, ja lisäksi lämpökameralla voidaan mitata lämmönvaihtimen tehokkuus vertaamalla saapuvia ja lähteviä virtauksia. Kameralla voidaan myös ottaa kuva lämmönvaihtimen kyljestä, jolloin nähdään lämmön siirtyminen laitteessa. Jos lämpö ei ole levinnyt tasaisesti lämpimästä johtimesta, ei lämmönvaihdin toimi kunnolla. Lämmönvaihtimen tulo- ja menoveden lämpötilaa voidaan tarkkailla myös ilman lämpökameraa, mutta tässä tapauksessa ei saada selville, mitä lämmönvaihtimen sisällä tapahtuu.

16 7 KUVAUSTEN RAPORTOINTI Kun lämpökameraa käytetään vianetsintään, tai kunnonseurantaa kuvien analysointi vaatii huomattavasti enemmän työtä, kuin itse kuvaus. Lämpökuva itsessään ei paljasta vikaa vaan analysoijan on tiedettävä miten mahdolliset viat ilmenevät lämpökuvassa. Helpoin esimerkki on elektroniikan kunnontarkkailu, sillä löystyneet liitokset, juotokset sekä oikosulut ilmenevät kuumina kohteina kuvassa. Myös lämpövuotojen etsiminen rakennuksista tai säiliöistä on yksiselitteistä, vialliset eristeet sekä reiät erottuvat kuvissa mikäli ulkolämpötila ja sisälämpötilan välinen ero on riittävän suuri. Monet tutkimuskohteet ovat kuitenkin monimutkaisempia. Moottori jonka lämpötila on korkealla saattaa olla viallinen, mutta korkea lämpötila voi myös johtua moottorin raskaasta kuormasta. Jotta tiedettäisiin onko kohteen tila tavanomaisesta poikkeava, on analysoijalla oltava jokin vertailukohde joka on normaalissa tilassa. Myös kohteen historia on tärkeä, sillä lämpötila voi muuttua nopeasti, joten hetkellinen kuorman nousu viisi minuuttia ennen kuvausta on saattanut nostaa moottorin lämpötilaa jolloin moottori näyttää käyvän liian kuumana kuvauksen aikaiseen kuormaan nähden. (Liite 1) Koska kaikkia kuvia verrataan normaaliin tilaan, on analysoijalla oltava vertailukelpoinen kuva normaalitilassa olevasta laitteesta. Yksinkertaisin tapa varmistaa kuvien vertailukelpoisuus, on käyttää vertailukohteena samasta laitteesta aikaisemmin otettua kuvaa. Tämä tarkoittaa kaikkien kuvien arkistoimista historiatiedoiksi joihin uusia tarkastuskuvia verrataan. Kaikki samasta laitteesta otetut kuvat pyritään kuvaamaan samasta kohdasta ja vastaavan kaltaisessa tilanteessa, jotta mahdollisimman monet häiriöt saataisiin minimoitua. Kun kohteesta löydetään jotain poikkeavaa, jonka tiedetään johtuvan viasta, on vielä löydettävä vian syy. Esimerkkinä olleet kuumenneet liitokset tiedetään johtuvan liitoksen löystymisestä. Tällaiset tapaukset ovat yksiselitteisiä, mutta esimerkiksi moottorin ylikuumeneminen saattaa johtua useista eri syistä. Käytin esimerkkinä väärästä hälytyksestä raskasta kuormaa joka nostaa moottorin lämpötilan toisaalta, jos moottori joutuu useasti raskaaseen kuormitukseen saattaa moottori olla alimitoitettu. Tällöin raskas kuorma saattaa rikkoa moottorin, vaikka kuorma nousisi liian suureksi vain hetkellisesti.

17 Mitä enemmän analysoija tietää kohteesta sitä enemmän lämpökuvauksesta saadaan hyötyä. Lämpökuvilla voidaan jopa löytää parannettavia kohtia laitteiden käytössä ja suunnittelussa. Suorittaessani kuvauksia yksi kohteista oli pumppua pyörittävä moottori joka kävi pysyvästi liian kuumana. Pumppu oli kiinni moottorissa joten sen läpi kulkeva neste lämmitti moottoria. Kohteessa pitäisi käyttää erityyppistä pumppua. (Liite 5) Analysoijan on siis tiedettävä kohteista seuraavia asioita: Mikä on kohteen normaali lämpötila, mitkä asiat vaikuttavat kohteen lämpötilaan, kohteen historia sekä miten viat ilmenevät lämpökuvissa. Toisin sanoen analysoijan on tunnettava, sekä lämpökuvaus että kaikki kuvauksen kohteet. Kaikesta huolimatta on tapauksia joissa lämpökuvat eivät ole yksiselitteisiä, eikä lämpökuvan perusteella voida sanoa onko kohteessa vikaa. Tällöin kohteet on tarkastettava muilla menetelmillä ja lämpökamera on lähinnä suuntaa antava apuväline. Alussa käsittelin analysoijalta vaadittavia tietoja, nyt keskityn kameralta sekä käsittelyohjelmalta vaadittaviin ominaisuuksiin. Lämpökuvien analysointi vaatii tietokone ohjelman jolla kuvia tutkitaan ja jolla raportti laaditaan. Tulostetusta kuvasta voidaan arvioida pisteiden lämpötilaa annetun väriskaalan perusteella, mutta ohjelman avulla saadaan jokaisen pisteen lämpötila. Tällöin kohteesta saadaan tarkka arvo. Opinnäytetyössäni käytetyssä ohjelmassa oli myös mahdollisuus merkitä pisteiden tai alueiden lämpötilat esille jolloin samat tarkat arvot saatiin myös tulosteisiin. On myös tärkeää, että kuvatusta kohteesta saadaan normaali kuva lämpökuvan rinnalle, tällöin kohteen hahmottaminen on helpompaa sekä analysoijalle että raportin lukijoille. Lämpökuvasta on vaikeaa tunnistaa laitetta sekä mahdollisia vikakohtia, joten normaali kuva helpottaa kohteen hahmottamista. Opinnäytetyössäni käytin kameraa joka otti digikuvan jokaisen lämpökuvan kanssa, projektin aikana totesimme ominaisuuden hyödyn ja pidän sitä lähes pakollisena ominaisuutena. Periaatteessa vertailukuva voidaan ottaa tavallisella kameralla, jos kaikki kuvat otetaan aina samasta pisteestä, mutta tällöin analysoijan on etsittävä tämä alkuperäinen kuva aina tilanteen vaatiessa. Jos kuvia arkistoidaan, on hyödyllistä jos kuvaan voidaan liittää kommentteja. Pelkkä päivämäärä ja numero kuvan nimenä eivät kerro mitään viiden vuoden päästä ja kaikki

18 kuvassa olleet erikoistilanteet on unohdettu kauan sitten. Jos kuvan lisäksi on tiedostossa lyhyt raportti jossa kohde nimetään ja lyhyt selitys kuvassa olevista poikkeamista, voidaan kuvaa käyttää vertailukohteena vielä vuosien päästä vaikka analysoija olisi jo vaihtunut. Tällöin viallisista laitteista otettuja kuvia voidaan käyttää vertailukohtana, kun tutkitaan kuvaa jossa näkyy merkkejä vastaavasta viasta.

19 8 JOHTOPÄÄTÖKSET Koko projekti toimi oppimisprosessina, ja jälkikäteen havaittiin monia asioita, jotka olisi voitu suunnitella ja toteuttaa paremmin. Yksittäiset sähkömoottorit eivät ole vertailukelpoisia keskenään. Koska kahden moottorin kuorma on harvoin täysin sama ja koska moottorit eivät kulu täysin samalla tavalla, ei raskaammasta kuormasta johtunutta lämmönnousua voi erottaa moottorin osien kulumisesta johtuneesta lämmönnoususta, ellei verrata samasta moottorista otettua aiempaa kuvaa nykyhetkeen. Projektin kuvauksissa pyrittiin liiaksi kuvaamaan mahdollisimman useita kohteita, sen sijaan olisi pitänyt pyrkiä seuraamaan muutamaa kohdetta pitkällä aikavälillä. Mittaavan kunnonvalvonnan menetelmiltä vaaditaan seuraavaa: - Mittaustulos on luotettava ja antaa riittävästi tietoa - Mittauksen toistettavuus on hyvä ja se on mittaajasta riippumaton - mittaus on helppo ja nopea suorittaa yksinkertaisin laittein - tulokset ovat yksiselitteisiä ja dokumentoitavissa - olosuhteista, kuten prosessiparametreista, riippuvuus on mahdollisimman pieni. (Rossi, Ahti Ennakoiva kunnossapito konepajassa 1993 s30.) Minun mielestäni lämpökamera täyttää Rossin esittämän listan kolme ensimmäistä vaatimusta. Tosin on myönnettävä, että vaikka kuvaus itsessään on nopea toimenpide, se vaatii suunnittelua ensimmäisellä kuvauskerralla. Jotta kuvauksen tulokset olisivat vertailukelpoisia, on lämpökuvia varten luotava suunnitelma, jota noudatetaan jokaisella kuvauskerralla. Suurin ongelma lämpökameran käytössä Rossin luettelon viimeinen kohta: taustalämpötila, prosessin tila, vuodenaika ja jopa lyhyet muutokset vaikuttavat kohteen lämpötilaan. Erityisesti on huomioitava, että vaikkapa 5 min aikaisemmin sattunut moottorin kuorman hetkellinen nousu saattaa vaikuttaa moottorin lämpötilaan, vaikka kuvaushetkellä tilanne on jo tasoittunut. Jotta lämpökuvauksesta saataisiin kaikki hyöty, on kuvien tulkitsijalla oltava riittävästi taustatietoa kohteesta. Näin ollen ei voida sanoa, että kuvat olisivat yksiselitteisiä, kuten listan neljäs kohta vaatii. Lisäksi olosuhteiden vaikutuksen poistaminen kokonaan on mahdotonta. Puutteistaan huolimatta lämpökamera tarjoaa monia etuja, joita ei voida saavuttaa muilla mittausmenetelmillä.

20 Lämpökameralla voidaan tehdä pistotarkastuksia, mutta se soveltuu paremmin pitkällä aikavälillä tehtävään seurantaan ja siten mittaavan kunnossapidon työkaluksi. Monet viat jäävät huomaamatta yksittäisessä lämpökameralla tehdyssä tarkastuksessa, mikä johtuu lämpökuvien monitulkintaisuudesta, mutta pitkäaikaisella seurannalla voidaan minimoida hetkellisten heilahteluiden aiheuttamat vääristymät. Jos lämpökameralla voidaan tallentaa otettuja kuvia ja myöhemmin siirtää niitä takaisin kameraan, voidaan uutta tilannetta verrata vanhaan paikan päällä. Tällä tavoin tilanteen analysointi helpottuu ja pienetkin poikkeamat havaitaan ja niitä voidaan tutkia tarkemmin välittömästi. Lämpökamera, jonka kuvia ei voida tallentaa, soveltuu ainoastaan pistotarkastuksiin eikä siten sovi mittaavan kunnossapidon työkaluksi. Kameran lisäksi mukana kannattaa olla pihtimittari: mitataan moottorin virta ja lasketaan moottorin kuorma sen avulla. Tällä tavoin voidaan selvittää, johtuuko moottorin lämpötila kuormasta vai viasta tai kulumisesta. Yllättäen lämpökuvauksessa kameralta vaaditaan kaikkein vähiten. Kameran tarkkuuden ei tarvitse olla huipputasoa, sillä vikatilanteissa lämpötila on usein muuttunut huomattavasti. Alle kymmenen asteen kuumeneminen ei moottoreiden kohdalla ole huomion arvoista ja ainoastaan elektroniikassa tai öljyn lämpötilaa seurattaessa sillä on merkitystä. Tärkein ominaisuus lämpökameralle on mahdollisuus tallentaa kuvia analysointia varten. Lämpökuvauksessa on huomioitava monia asioita: pintamateriaalit ja niiden emissiokertoimet, lämmön siirtymätavat, laitteen käyttäytyminen sekä normaalisti että vikatilanteissa, taustalämpötilan vaikutus sekä se, miten lämpötila on muuttunut edellisestä kuvauksesta. Jos lämpökuvauksella pyritään seuraamaan laitteen kuntoa, täytyy kuvien seuranta hoitaa yrityksen omilla työntekijöillä. Vaikka lämpökuvaus voidaan antaa yrityksen ulkopuolisten suoritettavaksi, ainoastaan yrityksen omilta työntekijöiltä voi löytyä mittaavaan kunnossapitoon vaadittava kokemus.

21 LÄHTEET ABB Group Kunnonvalvonta ja huolto. www-dokumentti. Saatavissa: http://www02.abb.com/global/fiabb/fiabb255.nsf/viewunid/c46d5509d325d21ac22569 5B002FB07B/$file/230_0007.pdf luettu 6.4.2009 Fluke corporation Ti-55 ohjekirja. www-dokumentti. Saatavissa: http://us.fluke.com/usen/products/productmanuals.htm? cs_id=35657(flukeproducts)&category=thg(flukeproducts) luettu 26.7.2008 If vahinkovakuutusyhtiö Oy. Lämpökuvauksella vältetään vahinkoja. www-dokumentti. Saatavissa: http://ifnews.if.fi/fi/tiedote/vahinko/lampokuvauksella-valtetaanvahinkoja-.html Luettu 20.5.2009 Infradex oy Kuinka lämpökamera toimii. www-dokumentti. Saatavissa: http://www.infradex.com/ luettu 30.7.2008 Novotek Kunnossapidon_mittaukset_lampokameralla. www-dokumentti. Saatavissa: http://www.novotek.fi/cms/fileadmin/template/main/images/pdf/asiantuntijaartikkelit/kunnossapidon_mittaukset_lampokameralla.pdf Luettu 24.7.2008 OMG. Esite. www-dokumentti. Saatavissa: http://www.omgi.com luettu 19.2.2009 Paloniitty Sauli ja Kauppinen Timo, 2006. Rakennusten lämpökuvaus. Rossi, Ahti, 1993. Ennakoiva kunnossapito konepajassa. Tampere: Tammer-Paino Oy

LIITTEET Liite 1/1

Liite 1/2

Liite 2/1

Liite 2/2

Liite 3/1

Liite 3/2

Liite 4/1

Liite 4/2

Liite 5/1

Liite 5/2