Объяснение наиболее распространенных отказов двигателей в непрерывных промышленных операциях

Привод шаровой мельницы мощностью 1250 кВт в концентраторе непрерывного действия не останавливается постепенно. Он останавливается в тот момент, когда заклинивает подшипник, выходит из строя обмотка или срабатывает реле защиты при срабатывании сигнализации обмотки при температуре 130 градусов Цельсия.

Наиболее распространенные неисправности двигателей в условиях непрерывной промышленной эксплуатации представляют собой короткий, повторяемый список, а не случайные неудачи. Данные о надежности, собранные в стандарте IEEE 493, широко известном как «Золотая книга», объясняют примерно 41 процент отказов асинхронных двигателей подшипниками, 37 процентов — изоляцией обмотки статора, 10 процентов — неисправностями ротора, а оставшиеся 12 процентов — валом, корпусом и внешними причинами.

Таким образом, на долю двух компонентов, подшипников и статорных обмоток, приходится почти четыре из пяти незапланированных остановок двигателя. Интервалы проверок, запас запасных двигателей и критерии выбора должны строиться вокруг этого соотношения. При замене диска самым надежным документом со спецификацией является история отказов машины, которую он заменяет, и та же логика приводов. выбор двигателя для тяжелых условий эксплуатации на горнодобывающих, металлургических и цементных заводах.

Четыре режима отказа, которые преобладают в непрерывных промышленных операциях

Подшипники, изоляция обмотки статора, клетки ротора, а также неисправности вала или корпуса объясняют почти каждый незапланированный отказ двигателя при непрерывной работе, и только первые два являются причиной около 78 процентов поломок.

• Подшипники: механическая усталость, разрушение смазки, загрязнение и электрическая эрозия дорожки качения.
• Изоляция статора: термическое старение, частичный разряд выше 6 кВ, попадание влаги и токопроводящей пыли в обмотку.
• Ротор: сломанные стержни и треснутые концевые кольца, вызванные повторяющимися термическими циклами во время тяжелых запусков.
• Вал и рама: несоосность, перемещение фундамента, отказ охлаждения и механические повреждения от приводимого оборудования.

Почему подшипники выходят из строя первыми при длительной работе

Подшипники лидируют по всем рейтингам отказов, поскольку они являются единственным компонентом двигателя, подвергающимся одновременно механической нагрузке, электрическому току и химическому составу смазки, а непрерывная работа исключает периоды простоя, которые позволяют им восстановиться.

Смазочное голодание и деградация смазки

Смазка является расходным материалом, срок годности которого измеряется часами работы, а не календарными годами. Практические правила, используемые бригадами технического обслуживания, заключаются в том, что срок службы смазки сокращается вдвое примерно на каждые 15 градусов Цельсия при температуре выше 70 градусов Цельсия, измеренной на корпусе подшипника. Чрезмерная смазка так же вредна, как и недостаточная смазка, поскольку избыток смазки сбивается, увеличивает внутреннее трение и повышает рабочую температуру. Смешивание двух несовместимых основ загустителя дает тот же результат, что и высыхание.

Электрическая эрозия от токов вала

Преобразователи частоты создают синфазное напряжение, которое проходит через вал, подшипник и раму. Как только напряжение на валу превышает диэлектрическую прочность масляной пленки, на дорожке качения образуются микроразряды, образующие рифленый рисунок «стиральной доски», который сигнализирует об электрической эрозии, а не о механической усталости. Изолированные подшипники на неприводной стороне и кольцо заземления вала на приводной стороне являются стандартными мерами защиты для двигателей мощностью примерно 90 кВт.

Перекос, радиальная нагрузка и температурный рост

Параллельное смещение 0,05 мм на ступице муфты уже выходит за пределы типичных для высокоскоростных приводов допусков соосности, однако оно незаметно для глаза и слышно лишь как небольшое усиление вибрации. Ременная передача и радиальные нагрузки увеличивают радиальную силу на переднем подшипнике, а рост температуры во время четырехчасового запуска приводит к смещению центровки после того, как машина уже работает.

Нарушение изоляции обмотки статора работает по тепловым часам

Изоляция статора выходит из строя по тепловым часам: каждые 10 градусов по Цельсию постоянного повышения температуры выше предела класса изоляции вдвое сокращает оставшийся срок службы обмотки, поэтому одна только перегрузка редко приводит к разрушению двигателя, а заблокированный канал охлаждения всегда разрушает.

При напряжении выше 6 кВ вторым механизмом становится частичный разряд. Загрязненные обмотки, влажность и пустоты внутри системы изоляции приводят к возникновению небольших разрядов, которые медленно разрушают диэлектрик, пока не произойдет пробой во время нормального запуска. Длинные кабели, проходящие между приводом и двигателем, усугубляют ситуацию, примерно удваивая напряжение отраженной волны на клеммах.

Для непрерывной работы в условиях сильной запыленности, высоковольтные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором обычно поставляются с корпусом IP54 и системой охлаждения замкнутого контура, которая предотвращает попадание проводящей пыли в обмотку и удерживает рост температуры в пределах класса при постоянной нагрузке.

Стандарт ГОСТ IP54 IC511 Высоковольтный электродвигатель с короткозамкнутым ротором Вопрос: Предоставляете ли вы услуги по выбору двигателей и технические консультации? Мы обеспечиваем профессиональный подбор двигателей и технические консультации с учетом условий эксплуатации, ап... Посмотреть продукт →

Кластер отказов роторов в высокомоментных и высокоминерционных приводах

Неисправности ротора являются третьей по величине категорией отказов, и они почти полностью концентрируются в приводах, которые запускаются часто, под нагрузкой или в обратном направлении.

Во время прямого запуска ротор пропускает в пять-семь раз ток полной нагрузки, пока не разгонится. При каждом запуске стержни и соединения концевых колец нагреваются с разной скоростью, и после нескольких тысяч циклов механическое напряжение разрушает соединение. Анализ сигнатур тока обнаруживает возникающие боковые полосы вокруг частоты питания задолго до того, как стержень выскочит из паза и повредит статор.

• Контуры измельчения и дробления с высокой инерцией и частотой от трех до пяти запусков в час.
• Крановые и металлургические приводы с реверсивным режимом работы и частыми пробками
• Экскаватор и тяжелое горнодобывающее оборудование, подверженное ударным нагрузкам и пыли

Там, где пусковой момент и контроль тока имеют большее значение, чем простота, машины с фазным ротором и пусковыми контактными кольцами или мощные синхронные двигатели, предназначенные для шаровых мельниц и дробилок, выдерживают тот же профиль нагрузки с гораздо меньшим напряжением ротора.

Высоковольтные синхронные двигатели для тяжелых условий эксплуатации серии СДМ/СДМЗ для шаровых мельниц Высоковольтные синхронные двигатели серий СДМ и СДМЗ специально разработаны для шаровых мельниц в горнодобывающей, цементной и тяжелой промышленности. Предназначен для... Посмотреть продукт →

Причины экологических нарушений: пыль, влажность и опасные зоны

В пыльной, влажной или взрывоопасной среде загрязнение преобладает над перегрузкой и является основной причиной выхода из строя обмотки, и выбор корпуса, сделанный при покупке, определяет, как скоро это произойдет.

Во взрывоопасных средах требования еще более строгие: корпус должен содержать внутреннее воспламенение, не передающее его окружающему газу или пыли, а двигатель должен быть сертифицирован для конкретной зоны и температурного класса. Поэтому экспортные поставщики, такие как ICEM Electric (Shanghai Menti Electromechanical Trading Co., Ltd.), имеют версии одной и той же рамы как по ГОСТ, так и по IEC, поскольку в российских и центральноазиатских проектах используется ГОСТ, а в европейских проектах — IEC.

Стандарт ГОСТ IP54 IC511/IC516 Высоковольтный взрывозащищенный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором Двигатель асинхронный высоковольтный взрывозащищенный по ГОСТ IP54 IC511/IC516 с короткозамкнутым ротором предназначен для безопасной и надежной работы в опасных средах... Посмотреть продукт →

Пятиэтапная процедура проверки, позволяющая заранее выявить неисправности двигателя

Пятиэтапная процедура, основанная на вибрации, температуре, изоляции и токе, обнаруживает четыре основных режима отказа за несколько недель до того, как они отключат привод, и это обходится гораздо дешевле, чем одна внеплановая остановка производства.

При последовательном применении эта процедура превращает большинство отказов двигателя из аварийных ситуаций в плановые вмешательства, а также дает доказательства, необходимые, когда необходимо подобрать замену машины для той же задачи.

Часто задаваемые вопросы о неисправностях двигателя

Какова наиболее распространенная причина выхода из строя двигателя при длительной работе?

Подшипники — примерно 41 процент отказов согласно данным надежности IEEE 493. Нарушение смазки, загрязнение и эрозия тока вала являются причиной большинства этих отказов подшипников, а изоляция обмотки статора следует за ними (около 37 процентов).

Как часто следует смазывать подшипники двигателей, работающих в непрерывном режиме?

Соблюдайте интервал производителя, выраженный в часах работы, который обычно составляет от 2000 до 4000 часов для средних и больших машин. Сократите интервал, когда температура подшипника превышает 70 градусов Цельсия, и никогда не смешивайте несовместимые типы смазок в одном корпусе.

Можно ли отремонтировать вышедший из строя двигатель или его следует заменить?

Перемотка обычно экономична, когда повреждение ограничивается одной фазой и сердечник не поврежден. Вместо этого замените машину, если ротор поврежден, рама деформирована или перемотка снизит эффективность более чем на два процентных пункта двигателя, который работает непрерывно.

Какой тип двигателя лучше всего справляется с частыми пусками и высокой инерцией?

Для шаровых мельниц и дробилок предпочтительны мощные синхронные двигатели, поскольку они выдерживают высокую инерцию и обеспечивают коррекцию коэффициента мощности. Машины с фазным ротором и контактными кольцами контролируют пусковой ток там, где ограничивающим фактором является потребность в крутящем моменте, в то время как стандартные двигатели с короткозамкнутым ротором используют устройства плавного пуска для ограничения температурных циклов.