ภาพถ่ายความร้อน สำหรับอุปกรณ์ทางกล
(Infrared Thermography for Mechanical Equipment)
อัษฎายุธ รอดพ่าย
อุตสาหกรรมพัฒนามูลนิธิสถาบันไทย-เยอรมัน
อำเภอเมือง จังหวัด ชลบุรี 20000
โทร: (038)215-033-44 Ext 1805 โทรสาร: (038)743-708
Email: autsadayut.r@gmail.com
1. บทนำ
ภาพถ่ายความร้อน (Infrared Thermography) เป็นเครื่องมือที่มีความสำคัญเครื่องมือหนึ่งในกลยุทธ์การบำรุงรักษาตามสภาพเชิงรุก (Condition Based Maintenance) ภาพถ่ายความร้อนเป็นเครื่องมือที่สามารถตรวจสอบความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ทางกล และ อุปกรณ์ไฟฟ้า ได้ก่อนที่อุปกรณ์ต่างๆเหล่านั้นจะชำรุดและยังจะเป็นการช่วยลดค่าใช้จ่ายในงานซ่อมบำรุง (Maintenance cost) ได้อีกด้วยอาทิเช่น ค่าแรงงาน, ค่าอะไหล่, ค่าวัสดุอุปกรณ์ เป็นต้น เนื่องจากเป็นเครื่องมือที่สามารถตรวจสอบสภาพ ความผิดปกติของเครื่องจักรได้ก่อนที่เครื่องจักรจะเกิดการหยุดฉุกเฉิน(Breakdown)ทำให้สามารถวางแผนงานบำรุงรักษาได้อย่างมีประสิทธิภาพนั่นเอง
ภาพถ่ายความร้อนเป็นเทคนิคที่จะใช้ได้กับอุปกรณ์ที่กำลังทำงานอยู่ และ กระทำที่ full load อีกด้วย โดยจะทำการ ตรวจสอบอุณหภูมิ และ รูปแบบความร้อนของอุปกรณ์นั้นๆ สำหรับอุปกรณ์ทางกล อาทิเช่น ปั้ม, มอเตอร์, ตลับลูกปืน, พูเล่, พัดลม เป็นต้น เป็นอุปกรณ์ที่สามารถนำ การถ่ายภาพความร้อนมาประยุกต์ใช้เพื่อตรวจสอบความผิดปกติ ก่อนที่เครื่องจักร หรือ อุปกรณ์ทางกล เหล่านั้นจะเกิดปัญหาการหยุดฉุกเฉิน(Breakdown) เนื่องจาก เครื่องจักรหรืออุปกรณ์ จะต้องทำงานที่อุณภูมิที่จำกัด
ซึ่งถ้าอุณหภูมิสูงเกินไปก็จะทำให้อุปกรณ์ภายในเครื่องจักรเกิดการชำรุดเสียหาย และ นำไปสู่การหยุดฉุกเฉินได้ โดยทั่วไปนั้น เครื่องจักรทุกชนิดที่กำลังทำงานอยู่ย่อมก่อเกิดการสูญเสียพลังงาน ในรูปของพลังงานร้อน ซึ่งสาเหตุของการสูญเสียอาทิเช่น การเกิดการเยื้องศูนย์, การสึกหรอ, การขาด สารหล่อลื่น หรือปริมาณสารหล่อลื่นมากเกินไป เป็นต้น โดยภาพถ่ายความร้อนนั้น เป็นเพียงเครื่องมือที่ใช้สำหรับตรวจสอบความผิดปกติของอุปกรณ์ที่มีการสร้างความร้อนในระดับที่สูงกว่าปกติ แต่ไม่สามารถจะบอกได้ถึง ต้นเหตุของการเกิดความผิดปกติ ในการหาต้นตอ หรือ ต้นเหตุของปัญหาจำเป็นต้องนำเครื่องมือชนิดอื่นๆมาช่วยในการตรวจสอบด้วย อาทิเช่น การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน(Vibration Analysis), การวิเคราะห์น้ำมัน( Oil Analysis), อุนตราโซนิคค์(Ultrasonic) เป็นต้น
ถึงอย่างไรก็ตามในปัจจุปัน ภาพถ่ายความร้อน ก็ยังเป็นอุปกรณ์ที่มีความคุ่มค่าในการลงทุนเนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่สามารถ ตรวจสอบปัญหา ได้อย่างรวดเร็ว อาทิเช่น การตรวจสอบสภาพแบริ่ง ในชุด สายพานลำเลียง(Conveyer) ที่มีจำนวนแบริ่งหลายตัว ถ้าจะนำเครื่องมือการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนไปตรวจสอบ ก็จะใช้เวลามาก แต่ถ้านำ ภาพถ่ายความร้อนไปตรวจสอบก็จะเป็นการสะดวกและรวดเร็วกว่านั้นเอง และในปัจจุบันภาพถ่ายความร้อน เป็นอุปกรณ์ที่มีราคาถูกลงอย่างมาก มีให้เลือกใช้หลายยี่ห้อ ทำให้เป็นเครื่องที่ได้รับความนิยมมากขึ้นนั้นเอง
สำหรับบทความฉบับนี้นั้นจะกล่าวถึงการนำการถ่ายภาพความร้อนมาประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ทางกลเท่านั้น สำหรับอุปกรณ์ทางกลที่สามารถประยุกต์การถ่ายภาพความร้อน มาใช้ให้เกิดประโยชน์ได้ดังตัวอย่างตารางที่1
ตารางที่1 แสดงตัวอย่างการตรวจสอบอุปกรณ์ทางกลและสภาพที่สามารถตรวจพบได้ด้วยภาพถ่ายความร้อน
2. ภาพถ่ายความร้อน(Infrared Thermography) คืออะไร
เครื่องมือตรวจวัดความร้อนเครื่องจักรที่เรียกว่า กล้องถ่ายภาพความร้อน ดังรูปที่1 เป็นอุปกรณ์ที่มีหลักการทำงานคือ จะใช้วัดการแผ่รังสีอินฟราเรดจากวัตถุ โดยเมื่อวัตถุมีอุณหภูมิสูงขึ้น หรือ ลดลง จะทำโมเลกุลเกิดการเคลื่อนที่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ แล้วรังสีอินฟราเรดคืออะไร
รูปที่ 1 กล้องถ่ายภาพความร้อน
กล่าวย้อยไปปี 1800 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Sir. William Herschel ได้ค้นพบ อินฟราเรดสเปกตรัม โดยเขาได้ทำการทดลองวัดอุณหภูมิของแถบสีต่างๆที่เปล่งออกมาจากปริซึม และพบว่าอุณหภูมิความร้อนจะเพิ่มขึ้นตามลำดับและสูงสุดที่แถบสีแดงดังรูปที่ 2
รูปที่2 แสดงอุณหภูมิของแถบสีจากปริซึม
รูปที่3 สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า
จากรูปที่3 พบว่าสายตาของมนุษย์นั้นได้ออกแบบมาให้สามารถมองเห็นคลื่นได้ในระดับหนึ่งหรือเรียกว่า รังสีการมองเห็น(Visible light) สำหรับแหล่งกำเนิดของรังสอินฟราเรดนั้นก็คือความร้อนหรือการแผ่รังสีความร้อน ไม่ว่าวัตถุใดก็ตามที่มีอุณหภูมิสูงกว่าค่า absolute zero (-273.15 องศาเซลเซียส หรือ ศูนย์ องศาเคลวิน) จะมีการแผ่รังสีในย่านอินฟราเรดออกมา ซึ่งในความเป็นจริงนั้น ในชีวิตประจำวันจำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับรังสีอินฟราเรดอยู่แล้ว อาทิเช่น เราจะรู้สึกร้อนเมื่ออยู่ใกล้หลอดไฟ เป็นต้น โดยปกติแล้ววัตถุที่ร้อนกว่าย่อมแผ่รังสีออกมาได้มากกว่าวัตถุที่เย็น จากหลักการดังกล่าวจึงถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการสร้างเครื่องมือในการตรวจจับการแผ่รังสี เรียกว่ากล้องถ่ายภาพความร้อนโดยเมื่อวัตถุมีการแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา รังสีอินฟราเรดจะถูกส่งผ่านเลนส์ของกล้างถ่ายภาพความร้อน และถูกโพกัสไปยังเซ็นเซอร์ โดยเซ็นเซอร์จะทำหน้าที่แปลงรังสีอินฟราเรดให้อยู่ในรูปสัญญาณไฟฟ้า หลังจากนั้นก็จะถูกกระบวนการทางอิเล็กทรอนิกส์แปลงเป็นรูปภาพที่สามารถแสดงผลบนจอภาพได้ ซึ่งข้อดีของการตรวจวัดรังสีอินฟราเรดโดยใช้กล้องถ่ายภาพความร้อนนั้นคือ ภาพถ่ายความร้อนที่ได้จากกล้องถ่ายภาพความร้อนสามารถมาใช้ในการตรวจวัดอุณหภูมิของวัตถุ อุปกรณ์ หรือ เครื่องจักรที่กำลังทำงานอยู่
รูปที่4 แบบจำลองการตรวจวัดการแผ่รังสีอินฟราเรด
โดยไม่จำเป็นต้องสัมผัสโดยตรวจที่ผิวสัมผัส หรืออุปกรณ์ส่วนใดส่วนหนึ่งของเครื่องจักร อาทิเช่น ศึกษากระบวนการในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์, ตรวจสอบการชำรุดของฉนวนในระบบท่อไอน้ำ เป็นต้น เนื่องจากกล้องถ่ายภาพความร้อนอาศัยหลักการวัดการแผ่รังสีเป็นหัวใจสำคัญ ตัวแปรที่มีผลกระทบกับความแม่นยำของการตรวจวัดผ่านภาพถ่ายความร้อนคือ ค่าการดูดกลืน (Emissivity, ) ซึ่งต้องเลือกค่าให้เหมาะสมกับ วัตถุ ดังตารางที่2
ตารางที่2 Emissivity Table some common material (8-14 m Region)
3. เกณฑ์ของอุณหภูมิสำหรับระบบทางกล(Temperature Criteria for Mechanical systems)
สำหรับกล้องถ่ายภาพความร้อนนั้นจำต้องมีเกณฑ์เบื้องต้นในการประเมินระดับความรุนแรง ที่ผิดปกติของเครื่องจักร หรืออุปกรณ์ทางกล บทความนี้จะยกตัวอย่างการพิจารณาระดับความรุนแรง เพื่อบอกสภาวะการทำงานของเครื่องจักร หรือ อุปกรณ์ทางกล จำแนกเป็น 2 ประเภทคือ
3.1 พิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ Temperature Difference) ของระบบทางกล( Delta T Criteria for Mechanical System)
สำหรับระบบทางกล การกำหนดระดับความรุนแรง ดังตารางที่3
ตารางที่ 3 การแบ่งระดับความรุนแรงจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Experience-Based) สำหรับระบบทางกล
ที่มา: อ้างอิง [1]
หมายเหตุ: Application-Specific Systems, Architectures, and Processors [ASAP]
3.2 พิจารณาจากอุณหภูมิสมบูรณ์ของระบบทางกล( Absolute Temperature Criteria for Mechanical System)
3.2.1 โดยดูจากค่าอุณหภูมิสมบูรณ์ที่ยอมรับได้สูงสุด (Absolute maximum allowable temperature) พิจารณาจากมาตรฐานของระบบทางกลนั้นๆ เป็นสำคัญ ดังตารางที่ 4
ตารางที่4 ตัวอย่างของเกณฑ์อุณหภูมิที่ยอมให้ได้สูงสุด (Maximum Allowable Temperature Criteria)
ที่มา: อ้างอิง [2]
ซึ่งในการกำหนดเกณฑ์อุณหภูมิเพื่อกำหนดระดับความรุนแรงนั้น ควรเปรียบเทียบอุปกรณ์ต่างๆ ว่าส่วนใดมีอุณหภูมิต่ำที่สุดอาทิเช่น ในการพิจารณาเกณฑ์อุณหภูมิของ ตลับลูกปืน ควรพิจารณาว่า อุณหภูมิของส่วนประกอบของตลับลูกปืนส่วนใดมีอุณหภูมิต่ำสุดโดยต้องทราบชนิดของตลับลูกปืน, ชนิดสารหล่อลื่น, และ ซีล ของตลับลูกปืนนั้นๆ แล้วพิจารณาว่า ส่วนใดมีอุณหภูมิต่ำสุดเพื่อใช้เป็นเกณฑ์ในการตัดสินใจและกำหนดระดับความรุนแรงของปัญหา
3.2.2 บางกรณีไม่สามารถหาชนิดของตลับลูกปืน, ชนิดสารหล่อลืน หรือ ชนิดซีลของตลับลูกปืน หรือส่วนประกอบต่างๆ ของอุปกรณ์ภายในเครื่องจักร จะใช้วิธีพิจารณาเปรียบเทียบกันของอุปกรณ์ ที่มีลัษณะการทำงานเหมือนกัน เป็นอุปกรณ์ชนิดเดียวกันดังรูปที่5 เพื่อกำหนดระดับความรุนแรง ของปัญหาซึ่งวิธีการนี้ จะต้องสามารถหาเครื่องจักรที่ทำงานปกติ มีคุณลักษณะ ภาระกรรม ใกล้เคียงกันมาเปรียบเทียบกัน
รูปที่ 5แสดงภาพถ่ายความร้อนของปั้ม 2 ตัว โดย
(ก) อุณหภูมิ เฉลี่ยที่แบริ่ง 51.2 oC
(ข) อุณหภูมิ เฉลี่ยที่แบริ่ง 43.0 oC
จากรูปแสดงภาพถ่ายความร้อน(ก) มีอุณหภูมิสูงกว่า ภาพถ่ายความร้อน (ข) แสดงว่ารูป (ก) มีความผิดปกติเกิดขึ้นนั่นเอง ซึ่งการกำหนดเกณฑ์อุณหภูมิสำหรับอุปกรณ์ทางกล เพื่อกำหนดระดับความรุนแรงของปัญหาและสามารถจำแนกอุปกรณ์ที่ทำงานปกติ และ อุปกรณ์ที่ต้องทำการแก้ไขได้ วิธีการข้างต้นเป็นเพียงตัวอย่างเบื้องต้น เพื่อช่วยให้ผู้ที่เริ่มต้นศึกษาการถ่ายภาพความร้อนนำไปเป็นเครื่องมือในการตัดสินใจ กำหนดกลยุทธ์งานบำรุงรักษาตามสภาพโดยใช้กล้องถ่ายภาพความร้อนได้
4. กรณีตัวอย่างการประยุกต์กล้องถ่ายภาพความร้อนกับอุปกรณ์ทางกล
ตัวอย่างที่จะทำการนำเสนอนั้นเป็นการนำกล้องถ่ายภาพความร้อนไปใช้ในการตรวจสอบสภาพ หม้อไอน้ำ(Boiler) เพื่อนำไปทำแผนซ่อมบำรุงหม้อไอน้ำ
รูปที่ 6 แสดงภาพถ่ายความร้อนบริเวณฝาของหม้อ ไอน้ำ
โดยอุณหภูมิเฉลี่ยที่บริเวณ A2 มีค่าเท่ากับ 84.6 oC สำหรับอุณหภูมิเฉลี่ยที่บริเวณ A1 มีค่าเท่ากับ 141.7 oC ซึ่งเป็นบริเวณที่มีจุดความร้อนสูงที่สุดบริเวณฝาของหม้อไอน้ำ หมายความว่าบริเวณฝาของหม้อไอน้ำมีการแผ่รังสีของมาจำนวนมาก ซึ่งโดยปกตินั้น อุณหภูมิตลอดฝาหลังควรมีค่าสม่ำเสมอคือมีค่าเท่ากับ หรือใกล้เคียงกับความร้อนบริเวณ A2 ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิบริเวณ A1 กับอุณหภูมิ A2 มีค่าเท่ากับ 57.1 oC จากตารางที่ 3 หม้อไอน้ำควรต้องทำการแก้ไขโดยทันที
รูปที่ 7 บริเวณฝาของหม้อไอน้ำเกิดการชำรุดเนืองจากการหลุดร่อนของอิฐทนไฟ
สาเหตุที่ทำให้อุณหภูมิบริเวณ A1 มีอุณหภูมิสูงกว่าปกตินั้นเนื่องจาก เกิดการชำรุดของอิฐทนไฟบริเวณฝาของหม้อไอน้ำซึ่งถ้าไม่ทำการแก้ไขจะทำให้การสูญเสียพลังงานความร้อนของหม้อไอน้ำมีค่าสูง ทำให้สิ้นเปลื้องพลังงาน และทำให้ต้นทุนในการผลิตสินค้ามีค่าสูงขึ้น
4. สรุป
สำหรับอุปกรณ์ทางกลนั้น กล้องถ่ายภาพความร้อนถือเป็นเครื่องมือหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ในการตรวจสอบความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์หรือระบบทางกลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ไม่ว่าจะเป็นการนำภาพถ่ายความร้อนมาเพื่อช่วยในการวางแผนงานซ่อมบำรุงให้กับอุปกรณ์หรือเครื่องจักรกล หรือนำมาช่วยในการอนุรักษ์พลังงาน กล้องถ่ายภาพความร้อนจึงเป็นเครื่องมือที่คุ้มค่าแก่การลงทุนอีกตัวหนึ่ง แต่ผู้ที่จะนำเครื่องมือชนิดนี้ไปใช้ต้องศึกษาการทำงาน ความต้องการหรือจุดประสงค์ในการนำมาใช้อย่างเข้าใจเพื่อจะทำให้การนำไปใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
5. เอกสารอ้างอิง
1). Infraspection Institute(2008). Standard for Infrared Inspection of Electrical & Rotating Equipment [Online]. Available: www.infraspection.com
2). Infraspection Institute(2008). Standard for Infrared Inspection of Electrical & Rotating Equipment[Online].Available: www.infraspection.com.
3.) Maintenance World(2008). Analyzing Mechanical Systems using Infrared Thermography [Online].Available: www.maintenanceworld.com
4.) Garnaik S.P., Infrared Thermography: A versatile Technology for Condition Monitoring and Energy Conservation [Online]. Available: www.reliabilityweb.com
5.) วินัย เวชวิทยาขลัง. (2550) ระบบบำรุงรักษาเครื่องจักร เชิงปฏิบัติ. พิมพ์ครั้งที่1 กรุงเทพ: เอ็มแอนด์อี 254 หน้า
BACK
0 Comments