Dziś jest środa, 11 grudzień 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8711 +0.02% 1EUR 4.288 +0.12% 1GBP 5.0945 +0.06%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Produkcja w Polsce w kontekście Czwartej Rewolucji Przemysłowej
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Nowy cykl szkoleń praktycznych związanych z programowaniem sterowników marki Siemens
więcej
72 edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu - Kielce - Relacja
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
12 grudzień 2019
XII EDYCJA SEMINARIUM Z ZAKRESU "Eksploatacji urządzeń elektrycznych w strefach zagrożenia wybuchem Ex ATEX" 
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
10 grudzień 2018.

Przyczyny szybkiego uszkodzenia łożysk tocznych w silnikach elektrycznych

Przyczyny szybkiego uszkodzenia łożysk tocznych w silnikach elektrycznych

Powszechnie wiadomo, że na niezawodną pracę i dużą trwałość łożysk tocznych ważny wpływ ma prawidłowy montaż i właściwa obsługa polegająca na dosmarowywaniu odpowiednim gatunkiem smaru pozbawionym zanieczyszczeń, usuwaniem nadmiaru zużytego smaru, okresową wymianą całości smaru z łożysk na nowy. Na poniższej fotografii pokazany jest przykład gdzie użytkownik dosmarowywał łożysko, lecz nie usuwał nadmiaru zużytego smaru.

Jednak najszybsza degradacja łożysk tocznych w silnikach elektrycznych spowodowana jest głównie dwoma następującymi przyczynami:

  1. Nadmiernym parciem osiowym na wał silnika.
  2. Przepływem prądów łożyskowych.


Ad. 1. Do ustalenia osiowego wałów silników najczęściej stosowane są łożyska kulkowe, które nie są przystosowane do przenoszenia dużych sił osiowych. Z uwagi na konstrukcję łożyska siły osiowe powodują wielokrotnie większe naciski kulek na bieżnie łożyska co obrazowo jest przedstawione na poniższym szkicu:

          

Na poniższej fotografii widać asymetryczny ślad współpracy kulek z bieżnią łożyska. Duża asymetria jest spowodowana parciem osiowym na łożysko.

Na poniższej fotografii wyraźnie widoczny jest asymetryczny spowodowany parciem osiowym ślad nacisku kulek na bieżnię. Duże naciski poskutkowały już uszkodzeniami bieżni łożyska.

Główną przyczyną parcia osiowego jest zastosowanie niewłaściwych sprzęgieł. W przypadku znacznych odległości między łożyskami oporowymi silnika i maszyny napędzanej  sprzęgło powinno zapewnić kompensację przesunięć osiowych wskutek wydłużeń cieplnych wałów. Dotyczy to również silników pracujących na wolnym powietrzu z uwagi na duże różnice temperatury otoczenia. Najlepiej spełniają ten warunek np. sprzęgła zębate, które zapewniają swobodny przesuw końcówek napędowych wałów nawet w granicach +/- 3 mm. Poniżej przedstawiony jest rysunek przekroju takiego sprzęgła.

Diagnostyka łożysk prowadzona właściwymi metodami lub system automatycznego wyłączania silnika przy przekroczeniu odpowiednich progów nastaw (co będzie opisane w dalszej części artykułu) pozwalają na uniknięcie rozległych uszkodzeń silnika z powodu uszkodzenia łożyska. Naprawa wtedy ogranicza się jedynie do wymiany łożyska na nowe. Oczywistym jest, że należy również usunąć przyczynę awarii.

W przypadku braku monitoringu łożysk i systemu zabezpieczeń degradacja łożyska może doprowadzić do jego zatarcia. Wtedy zwykle dochodzi do zniszczenia całego węzła łożyskowego. Uszkodzone zostają pokrywki i piasta tarczy łożyskowej, odrzutnik smaru i labirynty oraz co najgorsze wał silnika. Uszkodzenie wału najczęściej wymaga wykonania całego nowego wirnika. Często dochodzi także do zatarcia wirnika o stojan. Wtedy konieczne jest wykonanie nowego stojana uzwojonego. W tej sytuacji staje się wątpliwym opłacalność naprawy i w wielu przypadkach trzeba wykonać nowy silnik. Przypadek takiego zatarcia łożyska jest pokazany na poniższych fotografiach. Na zatartym kompletnie zniszczonym łożysku wyraźnie widać, że przyczyną awarii było bardzo silne parcie osiowe na łożysko kulkowe.

         

Parcie osiowe oddziaływuje wzajemnie na łożyska oporowe silnika i maszyny napędzanej. Maszyny napędzane (najczęściej pompy, wentylatory, sprężarki) mają łożyska oporowe przystosowane do przenoszenia znacznych sił osiowych jakie działają na wirnik wewnątrz maszyny. Przeważnie są to łożyska kulkowe skośne, które mogą przenosić wielokrotnie większe siły osiowe w stosunku do zwykłych łożysk kulkowych zamontowanych w silniku. Dlatego uszkodzeniu ulega łożysko silnika.

Ad.2. Niszczące działanie prądów łożyskowych objawia się najwyraźniej na bieżniach łożysk kulkowych najczęściej w postaci charakterystycznych prążków jak na poniższej fotografii.

W celu zabezpieczenia łożysk przed przepływem prądów łożyskowych w silnikach elektrycznych stosuje się łożyska izolowane lub specjalną konstrukcję tarczy łożyskowej zapewniającej izolację elektryczną między tarczą,  a komorą łożyskową (piastą tarczy) co pokazane jest  na poniższym rysunku.

Dla przerwania obwodu prądów łożyskowych wystarczy zastosować izolowane łożysko, lub izolowaną tarczę łożyskową tylko od strony przeciwnapędowej silnika (dla silników trakcyjnych z obu stron).

Powyższe rozwiązanie jest obligatoryjnie stosowane szczególnie w silnikach przeznaczonych do zasilania z przemienników częstotliwości z powodu zwiększonego narażenia łożysk silnika na działanie prądów łożyskowych.

W eksploatacji silników problem uszkodzenia łożysk prądami łożyskowymi wynika głównie z błędów obsługi i dotyczy silników z izolowaną tarczą łożyskową. Zwarcie izolacji tarczy następuje przez rurkę smarowniczą, lub zbiornik zużytego smaru, które są mocowane do piasty komory łożyskowej i fabrycznie odizolowane od tarczy i osłony wentylatora zewnętrznego silnika. Na poniższej fotografii przedstawiony jest przypadek zwarcia rurki do osłony poprzez wykręcenie kalamitki i wkręcenie przez obsługę dorobionej końcówki ułatwiającej dosmarowywanie. Silnik był zasilany z przemiennika częstotliwości. Nastąpiło uszkodzenie łożysk prądami łożyskowymi.

Na poniższej fotografii pokazany jest przypadek zwarcia zbiornika zużytego smaru do osłony przez nie założenie specjalnej podkładki izolacyjnej pod śrubę mocującą zbiornik do osłony po usunięciu zużytego smaru ze zbiornika.

Dla wyeliminowania powyższych błędów obsługi zastosowano dwuczęściowe odizolowane od siebie zbiorniki  zużytego smaru i rurki smarownicze z dodatkową izolacją uniemożliwiającą zwarcie do osłony.

Zdarza się również, że parcie osiowe i przepływ prądów łożyskowych występują jednocześnie. Wówczas degradacja łożysk jest bardzo szybka. Niekiedy wystarczy kilka tygodni do kompletnego zniszczenia. Na kolejnych fotografiach wyraźnie widoczna duża asymetria odcisków na bieżni dowodzi silnego parcia osiowego, a charakterystyczne prążki świadczą o przepływie prądów łożyskowych.

               

W pokazanych powyżej przypadkach gdzie nie doszło jeszcze do zatarcia łożysk, uniknięcie groźnych awarii i bardzo dużych kosztów napraw silników zostało osiągnięte dzięki diagnostyce pracy łożysk prowadzonej odpowiednimi metodami. Coraz powszechniej na komorach łożyskowych silników montowane są czujniki mierzące skuteczną prędkość drgań RMS w mm/s. co pozwala na ocenę czy poziom drgań nie przekracza wymagań normy. Jednak pomiar jedynie prędkości drgań nie daje oceny pracy i stanu łożysk co zostanie przedstawione na poniższym przykładzie.

Prędkość drgań silnika na komorach łożyskowych była niewielka, kilkukrotnie mniejsza od  dopuszczalnej normą, jednak użytkownik w oparciu o pomiary SPM sygnalizował niewłaściwą pracę  łożysk. Diagności EMIT wykonali pomiary silnika na stanowisku pracy miernikiem VIBXpert II f-my  Pruftechnik. Poniżej są zamieszczone pomiary na komorze łożyskowej silnika od strony napędowej.

Jak widać na wykresie skuteczna prędkość drgań nie przekraczała RMS 0,74 mm/s przy dopuszczalnej normą 4,5 mm/s.

Również pomiar widma prędkości drgań nie wskazywał na uszkodzenie łożyska, ponieważ amplitudy pików widma były niewielkie, a ich częstotliwości nie pokrywały się z częstotliwościami charakterystycznymi dla uszkodzenia poszczególnych elementów (koszyk, bieżnia zewnętrzna, element toczny, bieżnia wewnętrzna) zamontowanego łożyska 6324MC3 FAG.

Dopiero pomiar widma obwiedni przyspieszenia drgań wykazał uszkodzenie łożyska. Częstotliwości pików widma pokrywały się z charakterystycznymi dla uszkodzeń bieżni zewnętrznej i wewnętrznej łożyska. Bardzo duża ich amplituda  (powyżej 15 m/s2) kwalifikowała łożysko do natychmiastowej wymiany na nowe. Dopuszczalną amplitudę 0-P pików obwiedni przyspieszenia drgań pokrywających się z częstotliwościami charakterystycznymi uszkodzenia elementów łożyska przyjmuje w granicach do 1 m/s2.

Również szerokopasmowy w przedziale do 40000 Hz pomiar przyspieszenia drgań Zero-Peak  potwierdził uszkodzenie łożyska. (530 m/s2 przy dopuszczalnej 75 m/s2 dla prędkości obrotowej 1500 obr./min.).

Pomiary drugiego łożyska strony przeciwnapędowej również wykazały jego uszkodzenie i konieczność wymiany na nowe. Łożyska zostały uszkodzone przepływem prądów łożyskowych. Przyczyną było zwarcie na rurce smarowniczej strony przeciw napędowej, które zostało usunięte.

Przedstawione powyżej wyniki pomiarów potwierdzają, że pomiary tylko samej  prędkości drgań nie dają żadnego obrazu o stanie łożysk we wczesnej fazie ich degradacji, natomiast pokazują czy prawidłowe jest wyważenie wirnika silnika, sprzęgnięcie z maszyną napędzaną i posadowienie silnika na stanowisku pracy (o wpływie posadowienia przedstawia inny artykuł autorów p.t. "Wpływ posadowienia na wielkość drgań silników elektrycznych").

Prawidłowa ocena stanu łożysk wymaga szerokopasmowego  pomiaru przyspieszenia drgań  w granicach do 40 kHz i pomiarów widma obwiedni przyspieszenia drgań w granicach do 1 kHz. Ocena na podstawie widma wymaga znajomości typu i producenta łożyska oraz pomiaru prędkości obrotowej silnika. Oczywiście jest to jedna z lepszych, z wielu innych metod diagnostyki łożysk tocznych. Drugą dość powszechnie stosowaną jest metoda pomiaru impulsów uderzeniowych SPM. Do metod opierających się o trend zmian należy również dość prosty pomiar współczynnika szczytu będący stosunkiem wartości szczytowej 0-p przyspieszenia drgań do wartości skutecznej RMS w danym przedziale częstotliwości. Dla łożysk w dobrym stanie wartość tego  bezwymiarowego współczynnika wynosi  ok. 3. Wzrost wartości do 10-15 wskazuje na pogorszenie się stanu łożyska i konieczność jego wymiany na nowe.

W przypadku braku diagnostyki łożysk może dojść do zatarcia łożyska i bardzo dużych zniszczeń silnika jak w przypadku przedstawionym na stronie 5.

Natomiast w przypadku braku diagnostyki, jeżeli na komorach łożyskowych silnika są zamontowane czujniki drgań mierzące skuteczną prędkość drgań w systemie ciągłym on-line to najpewniejszym systemem zabezpieczenia silnika przed rozległymi zniszczeniami wskutek  zatarcia łożyska jest automatyczne wyłączenie silnika po przekroczeniu nastawionego progu prędkości drgań. Dla uniknięcia niepotrzebnych wyłączeń próg  powinien mieć wartość ok. 2-3 krotnie większą od wartości drgań występujących podczas normalnej pracy silnika na stanowisku pracy. Początek zacierania łożyska następuje po skasowaniu luzu miedzy elementami tocznymi a bieżniami do wartości ujemnych. Przejście z toczenia w tarcie elementów tocznych po bieżniach skutkuje szarpnięciem i chwilowym nagłym wzrostem drgań (kilku lub nawet kilkunastokrotnym). Automatyczne wyłączenie zabezpiecza silnik przed rozległymi zniszczeniami. Wystarczy wymienić na nowe jedynie samo łożysko i usunąć przyczynę awarii.

Źródło: Urządzenia dla Energetyki
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl