Awaria systemów napędowych – jak nie przeoczyć niepokojących objawów prowadzących do awarii silnika elektrycznego

Każdy doświadczony inżynier utrzymania ruchu zna to specyficzne uczucie, nocny telefon, zatrzymana linia, krótka informacja od operatora i konieczność udzielenia odpowiedzi. Co konkretnie zawiodło? Silnik, przekładnia, sprzęgło, a może sam falownik? W ujęciu statystycznym rozkład przyczyn awarii napędów elektrycznych jest stosunkowo przewidywalny. Od lat wiadomo, że najczęściej są to łożyska toczne. Wyniki branżowych zestawień awarii prowadzonych przez EASA oraz przez serwisy remontowe plasują udział uszkodzeń związanych z łożyskami na około 51–65 procent wszystkich przypadków, a amerykański Departament Energii w części swoich raportów podaje wartości jeszcze wyższe.
Druga co do wielkości grupa awarii to uszkodzenia elektryczne uzwojenia stojana, takie jak: zwarcia międzyzwojowe, międzyfazowe i przebicia izolacji do masy. W badaniach IEEE udział tej kategorii oscyluje wokół 15–16 procent. Pozostałe kilkanaście procent stanowi mieszanka awarii wirnika, zanieczyszczeń, problemów z wentylacją, przeciążeń termicznych i innych zdarzeń wynikających z uwarunkowań zewnętrznych. Inżynier utrzymania ruchu, zerkając na te zestawienia, powinien jednak pamiętać o tym, że statystyka ogólnoprzemysłowa nie przekłada się wprost na konkretny park maszynowy. 

Najczęstsze źródła uszkodzeń

Łożysko toczne w silniku indukcyjnym to element z pozoru prosty, a w rzeczywistości pracujący w warunkach kilku niekompatybilnych obciążeń: promieniowego, osiowego, termicznego, a w maszynach zasilanych z falowników, również elektrycznego. Portal Reliable Plant od lat przytacza szacunek, zgodnie z którym niemal cztery piąte uszkodzeń łożysk wynika pośrednio lub bezpośrednio z błędów smarowania, a więc zbyt małej lub nadmiernej ilości smaru, niewłaściwej specyfikacji, zanieczyszczeń chemicznych i mechanicznych czy przekroczonego interwału smarowania. Mechanizm degradacji jest zawsze podobny – rosnące tarcie i temperatura prowadzą do osłabienia warstwy smarnej, co uruchamia mikropęknięcia bieżni, łuszczenie się powierzchni nośnych, uszkodzenia koszyka, aż po zatarcie elementów tocznych.
Druga kategoria to uszkodzenia elektryczne. Zwarcie międzyzwojowe uzwojenia stojana rzadko bywa zdarzeniem pojedynczym i gwałtownym. Zwykle zaczyna się od lokalnego przegrzania jakiegoś fragmentu cewki, następnie pojawia się powolna degradacja lakieru izolacyjnego, przyspieszana drganiami, wilgocią i kondensacją agresywnych substancji z atmosfery procesowej. Asymetria napięć zasilających i praca w trybie jednofazowym po utracie jednej z faz zasilania to klasyczne scenariusze, w których w silniku w kilka do kilkunastu minut może dojść do nieodwracalnego uszkodzenia uzwojenia. Osobnym proble...