Silniki są obecne we wszystkich środowiskach przemysłowych i są coraz bardziej złożone i techniczne, co czasami utrudnia ich optymalne wykonanie. Ważne jest, aby zrozumieć, że przyczyny problemów z silnikiem i napędem nie ograniczają się do jednego obszaru umiejętności. Rzeczywiście zarówno problemy mechaniczne, jak i elektryczne mogą prowadzić do awarii silnika. Dlatego ważne jest, aby uzbroić się w dobrą wiedzę, aby uniknąć kosztownych przestojów i poprawić dostępność zasobów.
Przerwy w izolacji uzwojenia i zużycie łożysk to dwie główne przyczyny awarii silnika, ale same te problemy wynikają z bardzo różnych przyczyn. W tym artykule wyjaśniono, jak zidentyfikować najczęstsze przyczyny awarii izolacji uzwojeń i wadliwego działania łożysk 13.
1) Napięcie przejściowe
Napięcia przejściowe mogą mieć różne źródła, wewnętrzne lub zewnętrzne w stosunku do lokalizacji. Włączone lub wyłączone sąsiednie obciążenia, baterie kondensatorów z korekcją współczynnika mocy, a nawet odległe warunki pogodowe mogą generować przejściowe napięcia w systemach dystrybucyjnych. Te napięcia przejściowe, których amplituda i częstotliwość są zmienne, grożą degradacją, a nawet zniszczeniem izolacji uzwojeń silnika. Zidentyfikowanie źródła przejściowych napięć może być trudne, ponieważ ich występowanie jest rzadkie, a ich objawy mogą objawiać się na różne sposoby. Na przykład napięcie przejściowe może pojawić się na kablach sterujących, które nie są bezpośrednio odpowiedzialne za uszkodzenie, ale mogą jednak zakłócić działanie.
Wpływ: pogorszenie izolacji uzwojeń silnika może spowodować przewidywaną awarię i nieplanowaną niedostępność
Przyrząd pomiarowo-diagnostyczny: trójfazowy licznik energii Fluke 435-II
Znaczenie: wysokie
2) Niezrównoważenie napięcia
Trójfazowe systemy dystrybucji często służą do obciążeń jednofazowych. Jakakolwiek nierównowaga w impedancji lub w rozkładzie ładunków może spowodować brak równowagi w trzech fazach. Potencjalne awarie mogą wynikać z okablowania silnika, jego zakończeń, a nawet z samych uzwojeń. Ta nierównowaga może powodować ograniczenia we wszystkich obwodach fazowych układu trójfazowego. Na najprostszym poziomie trzy fazy napięcia powinny zawsze mieć tę samą wielkość.
Wpływ: brak równowagi generuje nadmierny przepływ prądu przez jedną lub więcej faz, co zwiększa temperaturę roboczą i degraduje izolację.
Przyrząd pomiarowo-diagnostyczny: trójfazowy licznik energii Fluke 435-II
Znaczenie: średnie
3) Zniekształcenia harmoniczne
Mówiąc prościej, harmoniczne odnoszą się do wszystkich dodatkowych źródeł napięć przemiennych o wysokiej częstotliwości lub prądów zasilających uzwojenia silnika. Ta dodatkowa energia nie jest wykorzystywana do napędzania silnika wału, ale krąży w uzwojeniach i ostatecznie przyczynia się do wewnętrznych strat energii. Straty te rozpraszają się w postaci ciepła, co stopniowo pogarsza zdolność izolacyjną uzwojeń. Pewne zniekształcenie harmoniczne prądu jest normalne w elementach układu zasilającego obciążenia elektroniczne. Aby zidentyfikować źródła zniekształceń harmonicznych, użyj miernika energii do monitorowania poziomów prądu i temperatur transformatorów, aby upewnić się, że nie są one narażone na nadmierne obciążenia. Każda harmoniczna ma swój własny dopuszczalny poziom zniekształceń i jest określona przez standardy, takie jak IEEE 519-1992.
Wpływ: Zmniejszenie wydajności silnika powoduje dodatkowe koszty i podnosi temperaturę roboczą
Przyrząd pomiarowo-diagnostyczny: trójfazowy licznik energii Fluke 435-II
Znaczenie: średnie
Przetwornice częstotliwości
4) Refleksje na temat sygnałów wyjściowych napędu PWM
Napędy o zmiennej prędkości wykorzystują technikę modulacji szerokości impulsu (PWM) do sterowania napięciem wyjściowym i częstotliwością silnika. Odbicia są generowane, gdy impedancja nie jest odpowiednia dla źródła i obciążenia. Różnice impedancji mogą wystąpić z powodu niewłaściwej instalacji, niewłaściwego wyboru elementu lub stopniowej degradacji sprzętu. W obwodzie napędu silnika szczyt odbicia może być równoważny poziomowi napięcia szyny DC.
Wpływ: pogorszenie izolacji uzwojeń silnika prowadzi do nieplanowanych przestojów
Przyrząd pomiarowy i diagnostyczny: przenośny oscyloskop 4 do szybkiego pobierania próbek Fluke 190-204® ScopeMeter.
Znaczenie: wysokie
5) Prąd Sigma
Prądy Sigma wskazują prądy pasożytnicze, które krążą w układzie. Prądy sigma zależą od częstotliwości sygnału, poziomu napięcia, pojemności i indukcyjności przewodów. Prądy te prawdopodobnie przechodzą przez ochronne przewody uziemiające i powodują pasożytnicze wyzwolenie, a nawet generują nadmierne ciepło w uzwojeniach. Prąd sigma jest ogólnie obecny w okablowaniu silników i odpowiada sumie prądu trzech faz przez cały czas T. W idealnej sytuacji suma tych trzech prądów musi być równa zeru. Innymi słowy, prąd powrotny napędu musi być równy prądowi otrzymanemu przez ten ostatni. Prąd sigma może być również reprezentowany w postaci sygnałów asymetrycznych w kilku przewodnikach zdolnych do pojemnościowego łączenia prądów w przewodniku uziemiającym.
Wpływ: tajemnicze wyzwolenie obwodu z powodu ochronnego prądu uziemienia
Przyrząd pomiarowy i diagnostyczny: przenośny oscyloskop 4 ScopeMeter Fluke 190-204 izolowane kanały z cęgiem prądowym (Fluke i400S lub podobny) i szerokim pasmem (10 kHz).
Znaczenie: niskie
6) Przeciążenia operacyjne
Przeciążenia silnika występują, gdy silnik jest poddany nadmiernemu obciążeniu. Pierwszymi objawami przeciążenia są nadmierne zużycie, niewystarczający moment obrotowy i przegrzanie. Nadmierne ciepło silnika jest główną przyczyną awarii. W przypadku przeciążenia różne elementy silnika, takie jak łożyska, uzwojenia i inne elementy, mogą działać normalnie, ale silnik pozostaje zbyt gorący. Dlatego warto rozpocząć procedurę rozwiązywania problemów, upewniając się, że silnik nie jest przeciążony. Ponieważ 30% awarii silnika wynika z przeciążenia, ważne jest, aby zrozumieć, jak mierzyć i identyfikować przeciążenia silnika.
Wpływ: przedwczesne zużycie komponentów elektrycznych i mechanicznych powodujące trwałe uszkodzenie
Przyrząd pomiarowy i diagnostyczny: multimetr cyfrowy Fluke 289
Znaczenie: wysokie
Mécanique
7) Niepoprawne wyrównanie
Wyrównanie staje się nieprawidłowe, gdy wał napędowy silnika nie jest właściwie wyrównany z obciążeniem lub gdy element łączący silnik z obciążeniem jest niewspółosiowy. Wielu specjalistów uważa, że elastyczne sprzęgło eliminuje lub kompensuje błąd wyrównania. Jednak w rzeczywistości chroni to tylko sprzęgło. Nawet w przypadku elastycznego sprzęgła niewyrównany wał przenosi szkodliwe siły cykliczne wzdłuż wału i silnika, co powoduje nadmierne zużycie silnika i wzrost pozornego obciążenia mechanicznego. Z drugiej strony nieprawidłowe ustawienie może wywoływać wibracje zarówno w obciążeniu, jak i na wale napędowym silnika. Niektóre rodzaje nieprawidłowego wyrównania:
Kątowe: osie drzew przecinają się, ale nie są równoległe
Równoległe: osie drzew są równoległe, ale nie koncentryczne
Mieszane: kombinacja wad kątowych i równoległych (Uwaga: większość niepoprawnych wyrównań to wyrównania mieszane. W praktyce łatwiej jest leczyć oba kształty osobno.)
Wpływ: przedwczesne zużycie mechanicznych elementów napędu, powodujące przedwczesne awarie
Przyrząd pomiarowy i diagnostyczny: narzędzie laserowe do osiowania wałów Fluke 830
Znaczenie: wysokie
8) Nierównowaga drzewa
Brak równowagi oznacza stan części obrotowej, której środek masy znajduje się poza osią obrotu. Innymi słowy, gdzieś na wirniku znajduje się „ciężki punkt”. Nierównowagi silnika nie można całkowicie wyeliminować, ale można całkowicie zidentyfikować wartości poza normalnymi zakresami i odpowiednio zastosować środki. Brak równowagi może być spowodowany wieloma czynnikami, w tym:
podwodne
brak przeciwwagi
warianty produkcyjne
nierównomierny rozkład masy w uzwojeniach silnika i inne czynniki związane ze zużyciem.
Tester wibracyjny lub analizator może pomóc ustalić, czy maszyna rotacyjna jest wyważona, czy nie.
Wpływ: przedwczesne zużycie mechanicznych elementów napędu, powodujące przedwczesne awarie
Przyrząd pomiarowy i diagnostyczny: tester wibracji Fluke 810
Znaczenie: wysokie
9) Poluzowanie wału
Poluzowanie odnosi się do nadmiernej gry między częściami. Istnieją różne rodzaje luzowania:
luzowanie obrotowe jest spowodowane nadmiernym luzem między obracającymi się i stacjonarnymi częściami maszyny, na przykład łożyskiem.
nieobrotowe poluzowanie między dwiema normalnie zamocowanymi częściami, takimi jak stopa i fundament, lub obudową łożyska i maszyną.
Podobnie jak w przypadku wszystkich innych źródeł wibracji, ważne jest, aby wiedzieć, jak rozpoznać luzowanie i rozwiązać problem, zanim stanie się on drogi. Tester wibracyjny lub analizator może pomóc ustalić, czy maszyna rotacyjna się poluzowuje.
Wpływ: przyspieszone zużycie wirujących elementów powodujące awarię mechaniczną
Przyrząd pomiarowy i diagnostyczny: tester wibracji Fluke 810
Znaczenie: wysokie
10) Zużycie łożysk
Wadliwe łożyska zwiększają tarcie, emitują więcej ciepła i mają niższą efektywność energetyczną z powodu problemów mechanicznych, smarowania lub zużycia. Awarie łożysk mogą mieć różne przyczyny:
obciążenie większe niż obciążenie nominalne;
nieodpowiednie lub nieprawidłowe smarowanie;
nieskuteczne uszczelnienia łożysk;
złe wyrównanie wału;
wadliwy montaż;
normalne zużycie;
indukowane napięcie wału.
Kiedy występuje awaria łożyska, ma on efekt kaskadowy, który znacznie zwiększa ryzyko awarii silnika. 13% awarii silnika jest spowodowanych awarią łożyska, a ponad 60% awarii mechanicznych na budowie jest spowodowany zużyciem łożyska. Dlatego ważne jest, aby nauczyć się rozpoznawać znaki ostrzegawcze tego problemu.
Wpływ: przyspieszone zużycie obracających się elementów powodujące uszkodzenie łożyska
Przyrząd pomiarowy i diagnostyczny: tester wibracji Fluke 810
Znaczenie: wysokie
Czynniki związane z niewłaściwą instalacją
11) Chwiejne podparcie stopy
Chwiejne podparcie oznacza, że stopy montażowe silnika lub elementu napędowego nie są na tym samym poziomie lub że powierzchnia montażowa, na której spoczywają stopy, nie jest równa. Jest to źródłem wielu frustracji, ponieważ dokręcenie śrub mocujących nogi powoduje więcej naprężeń i problemów z wyrównaniem. Nierównowaga występuje zwykle między dwiema śrubami mocującymi umieszczonymi po przekątnej, podobnie jak krzesło lub stół, który ma tendencję do wahania się po przekątnej. Istnieją dwa rodzaje chwiejnego podparcia stopy:
równolegle: jedna z nóżek montażowych jest wyższa niż pozostałe trzy;
kątowe: jedna ze stóp montażowych nie jest równoległa ani w „normalnym” położeniu względem powierzchni montażowej.
W obu przypadkach chwiejne podparcie wynika z nieregularności stóp montażowych lub podłogi, na której spoczywają. W każdym razie ważne jest, aby naprawić sytuację, aby uzyskać dobre wyrównanie drzewa. Narzędzie laserowe do wyrównywania jakości może ogólnie zidentyfikować dowolną formę chwiejnego wsparcia na maszynie rotacyjnej.
Wpływ: złe wyrównanie mechanicznych elementów napędu
Przyrząd pomiarowy i diagnostyczny: narzędzie laserowe do osiowania wałów Fluke 830
Znaczenie: średnie
12) Naprężenie rury
Naprężenia rurociągu odnoszą się do nowych sił, nowych naprężeń i nowych sił, które działają na resztę wyposażenia i infrastruktury, które są przekazywane do silnika i napędu i powodują niewspółosiowość. Najczęstszym przykładem jest prosta kombinacja silnik / pompa, w której coś wywiera presję na linie, takie jak:
ruch fundacyjny;
nowy zawór lub inny element;
obiekt uderza, skręca lub po prostu wciska rurę;
wspornik rurowy lub inny element wspornika ściennego, uszkodzony lub brakujący.
Siły te mogą być wywierane kątowo lub kompensowane na pompę, co z kolei powoduje niewspółosiowość wału silnika lub pompy. Dlatego ważne jest regularne sprawdzanie wyrównania maszyny. Precyzyjne wyrównanie jest stanem tymczasowym, który z czasem może ulec pogorszeniu.
Wpływ: złe wyrównanie wału i indukowane naprężenia obracających się elementów, prowadzące do przedwczesnych awarii.
Przyrząd pomiarowy i diagnostyczny: narzędzie laserowe do osiowania wałów Fluke 830
Znaczenie: niskie
13) Napięcie wału
Gdy napięcia wału silnika przekroczą zdolność do izolacji smaru łożyskowego, mogą wystąpić prądy skierowane na łożysko zewnętrzne, powodując wżery i rowki na pierścieniach łożyska. Problem ten powoduje po pierwsze pojawienie się hałasu, któremu towarzyszy przegrzanie, ponieważ łożyska zaczynają tracić swój pierwotny kształt, a fragmenty metalu mieszają się ze smarem i pogarszają tarcie. Może to zniszczyć łożysko w ciągu zaledwie kilku miesięcy. Awarie łożysk są kosztowne zarówno pod względem naprawy silnika, jak i przestojów. Dlatego ważne jest, aby podjąć środki zapobiegawcze, takie jak pomiar napięcia wału i prądu toczenia, aby przewidzieć problemy. Napięcie wału występuje tylko wtedy, gdy silnik jest zasilany energią i pracuje. Sonda ze szczotką węglową mierzy napięcie wału podczas obrotu silnika.
Wpływ: łuki elektryczne na powierzchniach łożysk mogą powodować pojawienie się wżerów i rowków, powodując nadmierne wibracje, a ostatecznie wadliwe działanie łożysk
Przyrząd pomiarowo-diagnostyczny: przenośny oscyloskop 4 ScopeMeter Fluke 190-204 izolowane kanały, z czujnikiem szczotkowym z włókna węglowego AEGIS do pomiaru napięcia wału.
Znaczenie: wysokie
Cztery strategie sukcesu
Systemy sterowania silnikiem są obecne w podstawowych procesach na wszystkich poziomach linii produkcyjnej. Awarie sprzętu mają poważne konsekwencje finansowe zarówno pod względem potencjalnej wymiany silnika lub części, jak i pod względem przestojów systemu, które zależą od silnika. Zapewnienie inżynierom i technikom obsługi technicznej odpowiedniej wiedzy, nadanie priorytetu obciążeniu i zarządzanie zapobiegawczą konserwacją silnika oraz rozwiązywanie nieregularnych, a czasem trudnych do zidentyfikowania problemów, może w niektórych przypadkach zapobiegać awariom związanym ze stresem koszty operacyjne i zmniejsz całkowity koszt przestojów.
Cztery kluczowe strategie są stosowane do rozwiązywania, a nawet zapobiegania, przedwczesnym awariom silnika i elementów obrotowych:
Udokumentuj warunki pracy, specyfikacje maszyny i zakresy tolerancji wydajności.
Przechwytuj i dokumentuj krytyczne pomiary podczas instalacji, przed i po konserwacji oraz rutynowo.
Archiwizuj pomiary podstawowe, aby ułatwić analizę trendów i zidentyfikować zmiany stanu.
Rysuj wykresy poszczególnych pomiarów, aby ustalić podstawowy trend. Każda zmiana podstawowego trendu o więcej niż +/- 10% na 20% (lub jakikolwiek inny% w zależności od wydajności i znaczenia twojego systemu) wymaga identyfikacji głównej przyczyny, aby zrozumieć, dlaczego to problem występuje.
Dobra wskazówka 13 do sprawdzenia lub wykonania (w zależności od zainstalowanej technologii silnika) w celu prawidłowej instalacji silnika!