Встроенный контроль параметров и мониторинг работы подшипников

Во многих машинах, включая измельчители, мешалки, насосы и вентиляционные системы с регулируемым расходом воздуха, все чаще применяются электродвигатели с преобразователями частоты. Это значит, что подшипники должны быть устойчивы к электрической эрозии как в нормальных условиях эксплуатации, так и при высоких температурах.

Новые вентиляционные системы с регулируемым расходом воздуха приходят на смену системам с постоянным расходом воздуха. Каждая зона регулируемого вентилирования чаще всего должна иметь собственные вентиляторы. Лопасти вентилятора непосредственно соединены с валом электропривода, а регулирование скорости вращения осуществляется через частотный преобразователь. Это дает возможность точно регулировать подачу воздуха в определенную зону.

Дополнительные требования к системам — высокая надежность, необходимость в резервировании, а также соответствие требованиям пожарной безопасности.

Электростойкие подшипники

На сегодняшний день около 50% неисправностей электродвигателей обусловлены состоянием подшипников. Ожидается значительный рост этого показателя для работающих в длительном режиме маломощных электродвигателей (0,15—15 кВт) в связи с возрастающим использованием преобразователей частоты. Они, как например, преобразователи с частотно-импульсной модуляцией, способствуют электроэрозионному разрушению стандартных стальных подшипников.

Большинство маломощных электродвигателей часто становятся неисправными в связи с применением в них обычных подшипников, не защищенных от разрядов при контактах шариков или роликов с дорожками качения подшипника. В мощных же электродвигателях обычно используют подшипники с электроизоляцией или изолирующие полимерные пленки, обеспечивающие такую защиту. Специальные подшипники — наиболее практичное обеспечение электрозащиты.

Признаки неисправности

Электроразряды обусловлены тем, что из-за очень малого времени переключения в частотном преобразователе возникают пиковые импульсы. Их можно измерить при помощи соответствующего осциллографа. Характерные признаки дефектности — это появление микросвищей, графитизация шариков, роликов и дорожек качения, вмятины на поверхности качения и потемнение смазки. Это приводит к плохому смазыванию, сильной вибрации и, наконец, к отказу подшипника.

Электрическая эрозия подшипников снижает срок их службы. Анализ данных по техобслуживанию показал, что расчетная долговечность подшипников (надежность 90%) снижается до 30% от предполагаемого значения (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Статистические данные отказов подшипников (повышенный шум) в вентиляторах с частотным преобразователем. Пунктирная линия соответствует обычным проектным рекомендациям для подшипников с закладной смазкой. (1 год непрерывной работы = 8760 часам).

Подшипники смазывались пластичной смазкой, однако статистический анализ показал большое снижение долговечности (надежность 50%). Присутствие электричества в подшипниках было выявлено непосредственными замерами (вал-корпус) в электродвигателях и анализом дефектных подшипников (потемнение смазки и запах озона).

Частота отказов и, следовательно, вероятность раннего повреждения подшипника в приведенном примере резко увеличится после четырех лет эксплуатации (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Частота отказов в подшипниках электродвигателей с частотными преобразователями. Прогноз для систем с электроизоляцией подшипников (1) в сравнении с аналогичными системами без защиты (2).

Риск отказов в ответственных системах недопустим. Во избежание такого риска настоятельно рекомендуется оснастить электропривод такого вентилятора двумя специальными подшипниками. Будучи электрически нейтральными, они обеспечивают защиту против прохождения электрического тока и других причин повреждения подшипников.

Специальные радиальные шарикоподшипники для электродвигателей, как правило, имеют уплотнения пониженного трения, сепаратор из стеклонаполненного полиамида, керамические шарики, увеличенный радиальный внутренний зазор и пластичную смазку для широкого температурного диапазона.