Dołącz do czytelników
Brak wyników

Zmodyfikowana metoda detekcji obwiedni jako skuteczna metoda diagnostyki eksploatacyjnej łożysk tocznych w silnikach elektrycznych (cz. 1.)

Artykuł | 18 grudnia 2020 | NR 3
0 71

Ułożyskowanie jest jednym z najważniejszych elementów silników elektrycznych. Udział łożysk w ogólnym koszcie silników jest najczęściej mały albo bardzo mały, jednak ze względu na funkcję, jaką spełniają, oraz statystyki uszkodzeń diagnostyka ich stanu technicznego ma zasadnicze znaczenie w praktyce eksploatacyjnej.

 

W węzłach łożyskowych silników elektrycznych łożyska toczne stosowane są tam, gdzie jest to tylko możliwe ze względów technicznych. Ograniczenia w ich stosowaniu wynikają głównie z maksymalnych obciążeń oraz granicznych prędkości obrotowych [14]. W eksploatowanych w przemyśle silnikach zdecydowanie dominują łożyska toczne. W silnikach 8–12-biegunowych występują one do mocy rzędu 4,5 MW, w silnikach 4-biegunowych do mocy rzędu 2,4–3 MW. Dla silników o większych mocach konstruktorzy stosują łożyska ślizgowe. W silnikach dwu-biegunowych łożyska ślizgowe można spotkać już od mocy 500 kW. Czynione są starania, aby łożyska toczne stosować w silnikach o coraz większych mocach [23].

 

Tab. 1. Statystyka uszkodzeń maszyn elektrycznych [21]
Przyczyna uszkodzeń Procentowy udział
Łożyska 41%
Stojan 37%
Wirnik 10%
Osprzęt, wyposażenie dodatkowe i inne 12%

 

Autor w oparciu o swoje doświadczenia z eksploatacji silników z łożyskami tocznymi i ślizgowymi stwierdza, że uszkodzenia silników spowodowane uszkodzeniami łożysk ślizgowych zdarzają się rzadko lub bardzo rzadko. Zupełnie inaczej przedstawia się to dla silników z łożyskami tocznymi. Uszkodzenie łożysk ślizgowych prawie zawsze przebiega powoli, natomiast uszkodzenie łożysk tocznych bardzo często przebiega gwałtownie.

 

Łożyska toczne w silnikach elektrycznych

Wirniki silników elektrycznych mają najczęściej jedno z następujących ułożyskowań [14]:

  • na dwóch łożyskach kulkowych,
  • na jednym łożysku kulkowym i jednym walcowym,
  • na dwóch łożyskach walcowych,
  • na jednym łożysku baryłkowym i jednym walcowym,
  • na dwóch łożyskach baryłkowych,
  • na dwóch walcowych i jednym kulkowym.

Małe silniki mogą mieć po obu stronach łożyska kulkowe.

W silnikach wyprodukowanych przez jednego z czołowych krajowych producentów silników, firmę EMIT SA w Żychlinie (obecnie Cantoni), stosuje się najczęściej następujące rozwiązania węzłów łożyskowych: w silnikach 2-biegunowych o wielkości mechanicznej do 400 (500 kW) oraz we wszystkich silnikach 4 ÷ 1-biegunowych o wielkości mechanicznej do 560 (2000 kW) węzły łożyskowe są wykonane na łożyskach tocznych, mając od strony napędowej łożysko kulkowe lub łożysko walcowe i kulkowe, natomiast od strony przeciwnapędowej łożysko kulkowe lub kulkowe skośne albo walcowe. W silnikach 2-biegunowych o wielkości mechanicznej powyżej 400 (powyżej 560 kW) wspomniany wyżej producent stosuje łożyska ślizgowe [6].

 

Uszkodzenia łożysk tocznych i ich przyczyny

W łożyskach tocznych występują dwa naturalne procesy zużycia [5]:

  • zużycie zmęczeniowe,
  • ścierne zużycie powierzchni roboczych.

Ścieranie się powierzchni łożysk narasta w miarę upływu czasu ich eksploatacji. Przetaczanie się części tocznych powoduje zmiany jakościowe w materiale. Zmęczenie powierzchni, których zewnętrznym objawem jest wykruszanie się fragmentów łożyska, występuje w końcowym okresie trwałości łożyska. Zjawisko to przebiega lawinowo i prowadzi do „śmierci technicznej” łożyska [16]. Wystąpienie zmęczeniowego zużycia powierzchni zostało przyjęte za podstawę kryterium obliczania trwałości łożysk – L10 [16].

Obok trwałości nominalnej L10, w literaturze [16] spotyka się pojęcie „trwałości eksploatacyjnej łożysk tocznych” oraz „trwałości dokumentacyjnej łożysk tocznych”. Trwałość eksploatacyjna jest rzeczywistą trwałością osiągniętą przez dane łożysko, zanim stanie się ono niezdatne do użytku. Trwałość dokumentacyjna łożyska tocznego jest trwałością określoną przez konstruktora maszyny i opiera się na hipotetycznych danych dotyczących obciążenia i prędkości przyjętych dla konkretnego przypadku.

Bardzo ważne zagadnienie stanowi statystyka przyczyn uszkadzania się łożysk tocznych. Zagadnienie to jest przedmiotem intensywnych badań czołowych producentów łożysk tocznych, takich jak SKF, FAG, NSK, NTN, itd. SKF [14] podaje wyniki swoich badań w tym zakresie. Przedstawiono je w tabeli 2.

Analizując informacje zawarte w tabeli 2., podane w oparciu o wyniki badań, sformułować należy wniosek, że przedwczesnych jest aż 66% uszkodzeń łożysk tocznych (36% + 16% + 14%), tylko 34% uszkodzeń wynika z naturalnego procesu zużycia. Analizując dalej wyniki badań, trzeba stwierdzić, że prowadząc właściwą eksploatację i diagnostykę maszyn, można zapobiec aż 66% uszkodzeniom łożysk tocznych. Kolejny ważny wniosek to stwierdzenie, że 50% przedwczesnych uszkodzeń łożysk tocznych jest spowodowane złym smarowaniem i zanieczyszczeniem smaru, 16% uszkodzeń wynika ze złego montażu. Wnioski te są wytycznymi dla diagnostyki łożysk tocznych. Techniki diagnostyczne łożysk tocznych powinny, obok możliwości określenia na bieżąco stanu technicznego łożyska tocznego, umożliwić ocenę jego smarowania, a jeszcze wcześniej stan jego zamontowania.

 

Tab. 2. Statystyka przyczyn uszkodzeń łożysk tocznych wg SKF [14]
Przyczyna uszkodzenia Procentowy udział
Złe smarowanie 36%
Zmęczenie 34%
Zły montaż 16%
Zanieczyszczenia 14%

 

Aktualnych, krajowych statystyk w zakresie przyczyn uszkodzeń łożysk tocznych w silnikach elektrycznych autor nie spotkał. Z jego obserwacji i badań wynika, że w kraju zużycie łożysk tocznych jest zbyt duże w stosunku do zainstalowanych maszyn i urządzeń. Producenci silników elektrycznych w silnikach indukcyjnych trójfazowych klatkowych WN trwałość dokumentacyjną łożysk tocznych oceniają na 50 000 ÷ 60 000 godzin [6]. W silnikach niskich napięć trwałość dokumentacyjna jest szacowana na 20 000 ÷ 30 000 godzin [4]...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy