Print

Jak zjistit a odstranit nejčastější příčiny poškození elektromotorů

-- 01.07.2016

Výrobci elektromotorů se snaží vyrobit motory s životností 10 let a více. V praxi se však setkáváme s výrazně kratší životností. Výpadek výroby kvůli poruše může způsobit vážné ekonomické ztráty podniku. CMMS nabízí nový pohled na diagnostiku nejčastějších příčin poškození elektromotorů. Včasné odhalení a odstranění příčin poškození může prodloužit životnost motorů na 10 i více let.

Dva největší ničitelé životnosti motorů – nedostatečné mazání a nevyhovující prostorová geometrie

Léto 2015 bylo extrémně teplé. Diagnostická měření v jedné společnosti ukázala, že více než 50 % elektromotorů mělo nevyhovující mazání ložisek. Po důkladné analýze jsme zjistili, že nevyhovující mazání je u motorů, které jsme měřili při teplotách okolí nad 35 °C, a že ložiska byla mazána mazivem s viskozitou oleje 46 cSt. U motorů, jež byly mazány mazivy s viskozitou oleje 110 či 180 cSt, mazací problémy nenastaly ani v případě, že chvění bylo extrémně vysoké. Obdobné chování jsme zjistili i u ložisek čerpadel, které motory pohánějí.

V čem je problém? Viskozita je schopnost dynamické únosnosti olejového filmu mezi valivým tělesem a kroužky ložiska. Čím vyšší je viskozita, tím je tlustší mazací film a větší únosnost ložiska. Se zvýšením teploty viskozita exponenciálně klesá a mazací film se ztenčuje. Výrobci ložisek doporučují pro provozní teplotu tloušťku filmu 2,5- až 3krát vyšší, než je hodnota drsnosti povrchů ložisek. Pro minerální oleje s nízkým viskozitním indexem a viskozitou 46 cSt pro provozní teplotu 70–80 °C klesne tloušťka mazacího filmu na úroveň drsnosti povrchu ložiska a mazání přestane fungovat. Nemazané ložisko se velmi rychle zalepí oxidačními produkty, které z něj již nikdy nedostanete. Pro oleje s viskozitou 110 či 180 cSt, resp. pro hydraulické, převodovkové oleje s vysokým viskozitním indexem, je změna viskozity menší a při teplotě 70–80 °C je tloušťka mazacího filmu 2- až 3krát větší než drsnost povrchu ložiska a mazání funguje.

Bohužel v ČR je velká část motorů a jiných ložisek mazána plastickými mazivy s viskozitou oleje 40–46 cSt, což je primární příčinou při poškození ložisek. Mazání ložisek nevhodným mazivem zapříčiní 60–70 % všech poruch elektromotorů. V první řadě je třeba vyměnit maziva za vyhovující. Pro motory s 1 500 až 3 000 otáčkami doporučujeme používat maziva s viskozitou oleje 110–220 cSt.

Ustavení prostorové geometrie ve vzdálenosti 0,05 mm je požadavkem výrobců ložisek a mechanických ucpávek. Většina lidí si myslí, že se jedná jen o vyrovnání spojek, část z nich se dokonce domnívá, že spojka je pružná. Většina plastových, ale i gumových spojů je nepoddajná, tzn. že není schopna změnit tvar během dotyku a jedné otáčky, což je 20–40 ms. Nevyrovnaná prostorová geometrie je příčinou působení extrémních statických i dynamických sil, což zabraňuje vzniku mazacího filmu mezi kroužkem a valivými elementy ložisek; u čerpadel pak způsobí dotyk mezi čely mechanických ucpávek. Ložiska i ucpávky velmi rychle podléhají poškození. I když vyrovnáte nesouosost hřídelů, ještě nemáte vyhráno. Oteplení elektromotorů způsobí, že teplota volného konce a spojky se liší o 30 a více stupňů. Pro velké motory to může být vážný problém. Jakmile se tepelná roztažnost jednoho a druhého konce liší o 0,2 –0,3 mm, soustrojí se rozosí. Proto elektromotory vyrovnejte zastudena a nakřivo s ohledem na tepelný nárůst. Pro motory v horkém létě je nutno počítat s dalším nárůstem oproti studenému čerpadlu.

Soustrojí může být deformováno napětím od potrubí vlivem nevyhovující montáže anebo tepelnou roztažností. Deformované tělo čerpadla rozosí spojku a poškodí ložiska. Chvění na čerpadle je malé; zadržuje ho potrubí, ale motor se chvěje kvůli momentu působícímu na vysokém ramenu. Dalším častým problémem je hydrodynamická nevyváženost čerpadla. Provoz mimo optimální pracovní bod dynamicky ohne hřídel a rozosí spojku.

Nevyrovnané rámy či základy jsou rovněž velmi nebezpečné, zvláště pak pro velké motory s měkkými skořepinovými statory. Deformovaný stator způsobí nerovnoměrnou vzduchovou mezeru a různoběžnost mechanické a elektromagnetické osy. Různoběžnost os vyvolává síly v axiálním směru, které můžou tvořit až 10 % hnací síly. A tady jde skutečně o značné energetické ztráty. Velké osové vibrace na hnací frekvenci způsobí ztrátu mazacího filmu a poškození ložisek. Výrobce motoru nedovolí působení axiální síly na ložiska, většinou jsou použita jen ložiska na radiální zatížení. Dalším vážným problémem je nesymetrie statoru, který způsobí chvění v rozpětí 1–3 kHz, což neumožní vytvoření mazacího filmu v ložisku. Ložisko je poškozené během několika měsíců provozu. Vyrovnání roviny pod motorem je klíčové z hlediska životnosti motoru.

Motory s frekvenčními měniči hřídelové a ložiskové proudy

Změna otáček a výkonu zařízení je často regulována frekvenčními měniči. Bohužel není všechno zlato, co se třpytí… Frekvenční měniče jsou jedním z největších likvidátorů ložisek elektromotorů. Napětí z měniče má vysokofrekvenční složky a jinou nesymetrii, což způsobí hřídelové napětí a proud, jiskření přes ložiska a poškození ložisek. Mechanismy jsou všude možně popsané. Řešením jsou izolovaná či hybridní ložiska, vodivé mazivo, kartáče proti zkratování rotoru a statoru, stíněné kabely a sinusové filtry. V praxi však nejsou tyto problémy řešeny dostatečně a velká část motorů s měniči je poškozena do 3 let provozu.

Dalším málo popsaným jevem je invertorová frekvence, která způsobí vysokofrekvenční vibrace v rozmezí 5–15 kHz; tyto vibrace zničí mazací film i ložisko.

Jak zjistit základní příčiny poškození elektromotorů?

Vibrační diagnostika a normy s ní související měří a analyzuje chvění do 1 kHz. Bohužel většina problémů elektromotorů se projeví ve vysokých kmitočtech (1–15 kHz), které se však neměří a neanalyzují. Axiální vibrace nad 100 Hz jsou velmi důležité z hlediska deformace statoru. Statické deformace pocházející od potrubí anebo rozosení, jehož příčinou je hydrodynamická nevyváženost, se neanalyzují.

Metodika používaná v přístrojích a softwaru firmy CMMS dokáže mimo standardní diagnostické metody odhalit a sledovat základní příčiny a průběh poškození mechanických ucpávek a ložisek. Metodika využívá pokročilé metody měření a zpracování signálu pro detekci velmi nízké úrovně nežádoucího šumu. Pro analýzu využívá metody statistické analýzy v několika frekvenčních pásmech, metody stékajícího deště, Hilbertovy a Fourierovy analýzy. Pro vyhodnocení stovek naměřených parametrů uplatňuje automatickou analýzu spekter a metody umělé inteligence – neuronové sítě a fuzzy logiku. Vyvinuté metody byly úspěšně ověřeny na databázích několika set motorů a čerpadel v různých provozech. 

Diagnostický systém CMMS je v motorech a čerpadlech schopen detekovat:

1. základní příčiny a poškození a zbytkovou životnost elektromotorů:

  • nevyrovnané základy, rámy – deformace statoru
  • nevyrovnaná spojka, rozosení spojek pocházející od potrubí, hydrodynamická nevyváženost
  • velké vibrace způsobené frekvenčním měničem
  • ložiskové proudy – poškození ložiska

2. základní příčiny, průběh poškození a zbytkovou životnost ložisek:

  • nevyhovující mazání – z důvodu deformace statoru či nevyhovujícího maziva, nadměrného statického i dynamického zatížení
  • poškození ložiska na jednom místě – pitting od mikrometrického až po centimetrové poškození
  • poškození celé dráhy kvůli nedostatečné viskozitě anebo nadměrnému statickému a dynamickému zatížení
  • velká vůle
  • zničená dráha na kroužku nebo tělesech

3. základní příčiny a poškození a zbytkovou životnost mechanických ucpávek (MU):

  • statická deformace tělesa čerpadla od napětí z potrubí
  • dotyk statoru a rotoru
  • rázy od dotyku dvou čel MU
  • broušení, zadírání čel MU
  • prasklá vlnovka MU
  • hydrodynamická nevyváženost čerpadla – provoz mimo nejlepší pracovní bod
  • rozosení spojek a ohnutí hřídele kvůli hydrodynamické nevyváženosti
  • turbulence, kavitace

www.cmms.cz

Autor: RNDr. Ondrej Valent, CSc., CMMS s. r. o.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

WEBINÁŘ: Trendy v IIoT V
2017-09-13 - 2017-09-13
Místo: webinář
3. ročník konference SMART HOME
2017-09-19 - 2017-09-19
Místo: Grandior Hotel Prague, Na Poříčí 42, Praha, konferenční sál C + D
Moderní metody rozpoznávání a zpracování obrazových informací 2017
2017-09-19 - 2017-09-19
Místo: Technická univerzita v Liberci Budova G, Univerzitní náměstí 1410/1, Liberec (posluchárna G312)
Moderní technologie pro potravinářský průmysl IV
2017-09-20 - 2017-09-20
Místo: Kongresové centrum Praha
Konference CityCON 2017
2017-09-20 - 2017-09-20
Místo: Clarion Congress, České Budějovice

Katalog

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Štětkova 1638/18
14000 Praha 4
tel. +420739552216

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2017 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI