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)

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).

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.

Теплостойкие подшипники

Для крупных сооружений типа складов особую важность имеет противопожарная защита.

Многие из этих сооружений оснащаются мощными система­ми для отвода горячих газов в случае пожара и подачи более про­хладного и чистого воздуха. Эти жизненно важные системы двойного назначения (штатное и противодымовое) требуют по­вышенной надежности.

Новый европейский стандарт EN 12101-3 предписывает, что вентиляторы и соответствующие электродвигатели для вентиля­торов с непосредственным приводом подлежат контролю на ис­пользование при экстремальных температурах на случай пожара. Уровень конструкции электродвигателей должны соответство­вать классу F600 (600 °С). Кроме того, установки должны обес­печивать низкие эксплуатационные расходы, поскольку эти сис­темы используются повседневно в качестве штатной вентиляции.

Необходимо отметить, что стандарт EN предоставляет реше­ние вопроса о снижении расходов в повседневной работе венти­ляторов двойного назначения на усмотрение их изготовителей и пользователей. Возможность работы в чрезвычайной ситуации после продолжительного повседневного использования также не регламентируется.

Потребителю важно контролировать и регулировать крити­ческие рабочие параметры, определяющие эксплуатационную надежность машин. Целью контроля являются обеспечение на­дежности и безопасности в производстве, а также получение ин­формации в процессе эксплуатации. Надежность в производстве позволяет снизить продолжительность и интервалы плановых и внеплановых остановок, что обеспечивает повышение эффектив­ности и прогнозируемое™ производства. Повышение безопасно­сти обеспечивается своевременными мерами, позволяющими из­бежать возникновения отказов и опасных ситуаций. Информация в процессе эксплуатации позволяет выявлять причины отказов машин, оптимизируя тем самым производство.

Традиционные методы контроля зачастую требуют установки на объекте контрольно-измерительных приборов и датчиков. Эта конфигурация имеет ряд недостатков, таких как чувствительность к вибрациям и необходимость дополнительной защиты.

Встроенные датчики

Новая концепция защиты подшипников заключается в том, что необходимые датчики встраиваются в основание корпуса подшипника (рис. 8.8). Сигналы от датчиков преобразуются схе­мой на печатной плате в устойчивый выходной сигнал. Электро­схема имеет также защиту датчиков от всплесков мощности пи­тания. Сигналы от датчиков передаются через штепсельные разъ­емы на передней части корпуса, обеспечивающих подключение к системе контроля. Благодаря этому достигается простота монта­жа и быстрый ввод системы в действие.

Важнейшими параметрами для контроля являются скорость вращения, температура и вибрация. Поэтому новая концепция защиты имеет модульную двухразъемную конструкцию. Первый разъем передает данные о скорости вращения и температуре, а второй - два сигнала вибраций. Контроль вибраций осуществля­ется по двум плоскостям - продольной и радиальной. Сигналы от датчика к разъему передаются через токосъемник специальной конструкции.

Контроль температуры дает информацию по перегреву, а контроль вибраций - о возможности повреждения подшипника и ослабления креплений.

Потенциальной сферой широкого применения новой систе­мы диагностирования являются вентиляторы. Например, встраи­вание датчиков в вентилятор позволяет диагностировать возмож­ную разбалансировку из-за загрязнения лопастей, в результате которой возникают вибрации, могущие привести к поломкам. Внешние вибрации эффективно выявляются датчиком радиаль­ных ускорений. Данные о скорости вращения используются для регулировки энергопотребления вентилятора. Область использо­вания вентиляторов - производства, где они являются неотъем­лемыми частями технологического процесса, например, при суш­ке или перемещении материалов.

Еще одна потенциальная область применения - промышлен­ные машины, работающие в больших диапазонах вибраций в за­висимости от нагрузки, например сепараторы.

Новая концепция диагностирования разработана для инте­грации как с уже существующими системами контроля, так и со специализированными системами.

Унифицирующий подход позволяет осуществить быстрый монтаж, ввод оборудования в эксплуатацию и повысить его на­дежность за счет системы мониторинга.

Преимуществами систем со встроенными датчиками являют­ся также получение более полной информации о конкретном процессе и безопасность.