VDI 2878 Blatt 3-2015 Application of thermography to maintenance diagnostics - Machine and plant technology.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREAnwendung der Thermografiezur Diagnose in der InstandhaltungMaschinen- und AnlagentechnikApplication of thermographyto maintenance diagnosticsMachine and plant technologyVDI 2878Blatt 3 / Part 3Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Fabrikplanung und -betrie

2、b, Band 1: Betriebsberwachung/InstandhaltungVDI-RICHTLINIEN Mai 2015May 2015Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Wrmetechnische Grundlagen Fehler-begriff und grundstz

3、liche Vorgehensweise . 32.1 Voraussetzungen fr Fehlerfrherkennungdurch Thermografie . . . . . . . . . . . . . 42.2 Messung von Temperaturen an technischenOberflchen von Maschinen und Apparaten durch Thermografie . . . . . . . 43 Thermografie an technischen Oberflchen bei Aufgabenstellungen mit Wrmed

4、urchgang 63.1 Prinzipbild Thermografie bei Wrme-strom durch Wand mit Wrmebergang . . 73.2 Energieverluste bei Wrmedmmung. . . . 83.3 Energieverluste und Fehler beiKltedmmung . . . . . . . . . . . . . . . 103.4 Erkennen von Innenbelgen undVerkrustungen . . . . . . . . . . . . . . . . 133.5 Erkennen v

5、on Materialabtrag und Defekteneinzelner Schichten des Wandaufbaus . . . 144 Thermografie an Maschinenbauteilen und Maschinenelementen . . . . . . . . . . . . . . 174.1 Energieverluste durch erhhte Reibung. . . 174.2 Energieverluste und Fehler durch Gebrauchauerhalb des spezifizierten Bereichs. . . .

6、 234.3 berhitzung durch behinderte Wrmeabfuhr . . . . . . . . . . . . . . . . 25Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Thermal principles Errors and basic approach

7、es . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Prerequisites for early error detection bymeans of thermography. . . . . . . . . . . 42.2 Temperature measurement on technicalsurfaces of machines and apparatus bymeans of thermography. . . . . . . . . . . 43 Thermography on technical surfaces fortasks with heat

8、 transmission . . . . . . . . . 63.1 Schematic illustration Thermography inheat flows through walls with heat transfer 73.2 Energy losses in thermal insulations . . . . 83.3 Energy losses and errors in cold insulations 103.4 Detection of inner layers and incrustinations . . . . . . . . . . . . . . .

9、 133.5 Detecting material removal and defects on individual layers of the wall construction . 144 Thermography on machine components and machine elements . . . . . . . . . . . . . 174.1 Engergy losses caused by increased friction. 174.2 Power losses and errors caused byuse outside the specified area

10、. . . . . . . . 234.3 Overheating caused by hamperedheat removal . . . . . . . . . . . . . . . . 25Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. VDI-Ges

11、ellschaft Produktion und Logistik (GPL)Fachbereich Fabrikplanung und -betriebFrhere Ausgabe: 02.12 Entwurf, deutschFormer edition: 02/12Draft, in German onlyICS 03.080.10, 17.200.10Zubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutsche

12、r Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2015Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI 2878 Blatt 3 /

13、 Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015Seite5 Thermografie zur Leckageortung . . . . . . . 266 Thermografie zur Fllstandsermittlung beiBehltern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Thermografie zur Fehlererkennung an wrmetechnischen Apparaten, Armature

14、nund Regeleinrichtungen . . . . . . . . . . . . 327.1 Fehlererkennung durch Verfolgung vonMedientemperaturen . . . . . . . . . . . . 327.2 Erkennen von Fehlfunktionen in der thermodynamischen Arbeitsweise . . . . . 328 Thermografische Messungen anEinrichtungen mit Anforderungen des Explosionsschutze

15、s . . . . . . . . . . . . . . 36Anhang Diagramme fr zu erwartende ber-hhungen der Auenwandtemperaturgegenber Umgebungstemperatur bei erzwungener Strmung in Rohren mit uerem Wrmebergang durch freie Konvektion. . . . . . . . . . . . . . . . 37Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Vorb

16、emerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung d

17、ieser Richtlinie ist unter Wahrung desUrheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedin-gungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungIn der Richtlinienreihe Thermo

18、grafie in der Instand-haltung“ werden Verfahren, Methoden und Vorge-hensweisen zu Fehlersuche, Schadensfrh- und Zu-standserkennung an technischen Einrichtungen derVer-/Entsorgungstechnik, Maschinenbau, Elektro-technik und Anlagentechnik unter Zuhilfenahmethermografischer Messmethoden beschrieben.Beg

19、rifflich reiht sich die Vorgehensweise entspre-chend DIN 31051 in Inspektion ein, darber hinausPage5 Thermography to locate leakages . . . . . . 266 Thermography to determine the fill level in tanks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Thermography to detect errors on thermal apparatus, v

20、alves and regulating devices . . 327.1 Error detection by monitoring mediatemperatures . . . . . . . . . . . . . . . . 327.2 Detection of malfunctions in thethermodynamic operation . . . . . . . . . 328 Thermographic measurements on installations with explosion protectionrequirements . . . . . . . .

21、 . . . . . . . . . . 36Annex Charts showing expected excessiveexterior wall temperatures in comparisonto the ambient temperature during forcedflows within pipes with exterior heattransfer via free convection. . . . . . . . 37Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Preliminary noteThe

22、content of this standard has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full

23、text or of extracts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions(www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices.We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.IntroductionThe series of standards “T

24、hermography in mainte-nance” describes procedures, methods and ap-proaches for error detection, early error detection andstatus detection on technical facilities of supply engi-neering, disposal technology, mechanical engineer-ing, electrical engineering and plant technology bymeans of thermographic

25、 measurement methods.The terminology of this standard can be compared toDIN 31051 (inspection) and to DIN EN 13306B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI 2878 Blatt 3 / Part 3 3 All rights reserved V

26、erein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015entsprechend DIN EN 13306 in die Instandhaltungs-strategien Zustandsorientierte Instandhaltung“ undVoraussagende Instandhaltung“.Nach Erluterung der physikalischen Grundlagen derThermografie werden Methoden und Vorgehenswei-sen zur Nutzung von Oberflche

27、ntemperaturmessun-gen fr die Zustandsbeurteilung technischer Funkti-onseinheiten gegeben.Angefhrte Beispiele sollen dem Instandhaltungs-fachpersonal die Interpretation der Messergebnisseerleichtern.Die Richtlinienreihe Thermografie in der Instand-haltung“ ersetzt keine Fachbcher und Beratungendurch

28、spezialisierte Institute und Unternehmen.ber die Ausfhrungen der Grundlagen in Blatt 1 hi-nausgehend werden Hinweise fr die praktische In-standhaltungsanwendung in verschiedenen Anwen-dungsbereichen gegeben in:Blatt 2 Thermografie in der ElektrotechnikBlatt 3 Thermografie an Anlagen und MaschinenBla

29、tt 4 GertetechnikEine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/2878.1 AnwendungsbereichDie Richtlinie VDI 2878 Blatt 3 gibt Hinweise aufdie Anwendung der Thermografie bei Maschinen undAnlagen. Sie ist anwendbar fr die Fehlersuche in derAnlag

30、en- sowie Maschinentechnik. Es wird aufge-zeigt, welche typischen Fehler oder sich anbahnendeSchden durch Thermografie erkennbar sind und wodie Anwendungsgrenzen liegen und andere Fehlerdi-agnosemethoden einzusetzen sind.2 Wrmetechnische Grundlagen Fehlerbegriff und grundstzliche VorgehensweiseTherm

31、ografie wird neben anderen Inspektionsmetho-den/Diagnosemethoden (z.B. Schwingungsmesstech-nik, zerstrungsfreie Werkstoffprfverfahren, Schmier-stoffanalyse) zur Fehler- und Schadenfrherkennungsowie Zustandsdiagnose an Maschinen und Anlagen-teilen eingesetzt. Ein Fehler liegt vor, wenn sich eineBetra

32、chtungseinheit in einem Zustand befindet, indem sie unfhig ist, die geforderte Funktion zu erfl-len.(maintenance strategies “Condition-based mainte-nance” and “Predictive maintenance”).After explaining the physical principles of thermog-raphy, methods and approaches on how to use surfacetemperature

33、measurements for the condition assess-ment of technical functional units will be given.Given examples should help the qualified mainte-nance personnel to facilitate the interpretation of themeasurement results.The series of standards “Thermography in mainte-nance” does not replace any specialist boo

34、ks or anyadvice from specialised institutes and companies.In addition to the principles in Part 1, the followingparts provide guidance for the practical maintenanceapplication in different application fields:Part 2 Thermography in electrical engineeringPart 3 Thermography on plants and machinesPart

35、4 Equipment technologyA catalogue of all available parts of this series ofstandards can be accessed on the Internet atwww.vdi.de/2878.1 ScopeThe standard VDI 2878 Part 3 provides guidancewith respect to the application of thermography onmachines and plants. It can be used for error detectionin plant

36、 and machine technology. It shows frequenterrors or potential damages that can be detected bythermography and it shows application limitationsand advises when to use different error diagnosismethods.2 Thermal principles Errors and basic approachesBesides other inspection methods/diagnostic meth-ods

37、(e.g. vibration measurement technology, non-de-structive materials testing, lubricant analysis), ther-mography is applied in early error detection and earlydamage detection as well as in condition assessmenton machine and plant units. An error exists, if oneunit under inspection is in a state that p

38、revents it fromperforming the required functions.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI 2878 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20152.1 Vorausset

39、zungen fr Fehlerfrherkennung durch ThermografieMittels Thermografie knnen Oberflchentemperatu-ren stationr oder instationr erfasst werden.Um einen Fehler mittels Thermografie zu erkennen,mssen messbare Oberflchentemperaturen in ein-deutig kausalem Zusammenhang mit dem Fehler ste-hen. Dies ist in ein

40、facher Weise nur der Fall fr gege-bene Grenzwerte aus Richtlinien, Normen, Sicher-heitsvorschriften und Herstellerhinweisen. In vielenFllen ist durch wiederholte Messungen unter glei-chen Bedingungen ein Vergleich zu einem Gut-Zu-stand“ zu bewerten. Im Fall der Bewertung zulssigerEnergieverluste sin

41、d die Messergebnisse in eine wr-metechnische Berechnung einzubinden.In den nachfolgenden Abschnitten werden fr ver-schiedene Wrmestrombedingungen die Mglichkei-ten zur Fehlersuche aufgezeigt (siehe auch Tabel-le 1).2.2 Messung von Temperaturen an technischen Oberflchen von Maschinen und Apparaten du

42、rch ThermografiePhysikalische Grundlagen zur Wrmestrahlung sindin VDI 3511 Blatt 4 erlutert.Zur Fehlervermeidung bei Messungen an techni-schen Oberflchen ist neben dem physikalischenGrundverstndnis der Strahlungsthermometrie derEinfluss von Emissionswerten, Hintergrundstrah-lung, Reflexion und messt

43、echnisch verwendetenWellenlngenbereichen zu beachten.2.1 Prerequisites for early error detection by means of thermographySurface temperatures can be recorded stationarily ortransiently by means of thermography.In order to detect errors by means of thermography,there has to be a clear cause and effec

44、t interrelationbetween the measurable surface temperatures and theerror. This only applies to limitations which were de-termined in guidelines, standards, safety regulationsand manufacturer notifications. In many cases, acomparison to “good conditions” (no error) can be as-sessed by repeated measure

45、ments under the sameconditions. If permissible energy losses are assessed,the measurement results have to be included into athermal calculation.In the following sections, possibilities to detect errorsfor various heat flow conditions will be shown (seealso Table 1).2.2 Temperature measurement on tec

46、hnical surfaces of machines and apparatus by means of thermographyPhysical principles for thermal radiation are ex-plained in VDI 3511 Part 4.In order to omit errors in measurements on technicalsurfaces, besides the necessity of having a basic phys-ical understanding for radiation thermometry, it is

47、also required to pay attention to the influence ofemission values, background radiation, reflection andwavelength ranges used for measurement purposes.Tabelle 1. Rckfhrung der Fehlererkennung in einer Anwendung auf das wrmetechnische PrinzipAnwendung Treibende Energie Wrmetechnisches PrinzipStarkstr

48、omverbindungenBauelementewrmungelektrische Verluste Wrmeleitung und WrmebergangWrmedmmungKltedmmungInnenbelge/VerkrustungenMaterialabtragDefekte im SchichtaufbauTemperaturdifferenz Medium zu UmgebungWrmedurchgang und Wrmebergngean mehrschichtigen WandaufbautenKupplungenRiementriebeLagerGetriebe/Hydr

49、aulikenMotorkhlungberhitzung von MaschinenReibungsverlustez.B. Energieeintrag durch Fehler inBetriebsweiseWrmeleitung und WrmebergangLeckageortungFllstandsermittlungPhasengrenze an BehlternTemperaturdifferenz Medium zu UmgebungWrmedurchgang und Wrmebergngean WandaufbautenOberflchentemperaturen bei Ex-Schutz-Einstufunghohe Oberflchentemperaturen durchFelder in Betriebsweise, Khlung usw. Wrmeleitung und WrmebergangB974908A824A67