Silniki elektryczne przetwarzają około 2/3 energii elektrycznej używanej w przemyśle. Z reguły nie zastanawiamy się wiele nad ich wymianą, dopóki same nie przestaną pracować. W konsekwencji często jest tak, że w pośpiechu przywracamy ponownie maszynę do ruchu i produkcja trwa nadal.
Gdy jednak trzeba wymienić silnik, wypada zadabać aby ten nowy pracował dłużej i zużywał mniej energii. Należy odpowiedzieć sobie na kilka pytań:
- Dlaczego silnik uległ awarii?
- Czy zanieczyszczenia lub woda spowodowały przedwczesne uszkodzenie?
- Czy silnik był sterowany napędem prądu zmiennego, a uzwojenie silnika uszkodziło się, ponieważ jego poziom izolacji był za niski, aby wytrzymać oddziaływanie przebiegu fali z układu modulacji szerokości impulsu?
- Czy łożysko zostało przeciążone z powodu uderzenia zbyt dużego obciążenia?
- Czy silnik po prostu był już za stary?
Firmy powinny znać liczbę silników będących w jej posiadaniu, ich dane techniczne oraz mieć plan działania w razie awarii któregokolwiek z nich
Naprawiać czy wymieniać
Przede wszystkim należy zastanowić się, czy silnik należy przewinąć, czy raczej wymienić go na nowy. To zależy od silnika, jego mocy, wydajności, przepracowanych godzin i tego, czy jest to silnik ogólnie dostępny w sprzedaży, czy też wykonany na zamówienie. Większość firm nie naprawia jednak uszkodzonych silników.
Wielu użytkowników stosuje zasadę 50–50. Jeśli moc silnika jest mniejsza niż 50 KM (ok. 37,3 kW) lub koszt naprawy przewyższa 50% wartości nowego silnika, to taki silnik należy wymienić. W starym silniku nie można uzyskać większej wydajności, tak więc każdy silnik, który pracuje w sposób ciągły, powinien zostać wymieniony na nowy i bardziej wydajny NEMA Premium. Silniki o podwyższonej wydajności lub silniki specjalnie wykonane, które uległy awarii, mogą zostać przewinięte. Wykonany prawidłowo proces zapewnia, że silnik utrzymuje swoją znamionową wydajność.
Silniki pracujące w sposób ciągły i nieposiadające poziomu wydajności NEMA Premium powinny być raczej wymienione. Wiele zakładów energetycznych ma programy rabatowe, które pomagają pokryć dodatkowy koszt silnika NEMA Premium. Powinno się rozważyć koszt długości pracy silnika, a nie tylko koszt początkowy. Cena zakupu silnika to tylko 2% kosztów jego utrzymania w ciągu okresu życia. 97% kosztów przypada na energię elektryczną potrzebną do jego pracy.
Przedłużenie żywotności
Dokładna analiza przyczyn awarii może pomóc w doborze nowego silnika. Jeśli silnik uszkodził się z powodu wniknięcia wody, wtedy w nowym silniku należy uwzględnić lepszą obudowę i wyższy poziom ochrony IP. Silniki zaprojektowane do ciężkich warunków pracy lub silniki typu washdown zapewniają ochronę przed wilgocią i wodą oraz zanieczyszczeniami. Wiele zakładów przemysłu przetwórczego zajmujących się ropą naftową, chemią, kruszywami oraz wyrobami pozyskiwanymi z drewna, wybrało silniki spełniające normy „IEEE-841 – Severe Duty Totally Enclosed Fan-Cooled (TEFC) Squirell Cage Induction Motors – up to and including 370 kW (500 hp)”. Silniki odporne na korozję są obecnie łatwo dostępne w przetwórstwie spożywczym, gdzie w celu odkażenia często myje się wyposażenie pod wysokim ciśnieniem wodą zawierającą substancje żrące.
Nowsze silniki, a szczególnie te NEMA Premium, dobrze współpracują z napędami prądu przemiennego i zazwyczaj mają system o podwyższonej izolacji głównej oraz lepszą izolację papierową przewodów fazowych. Niższy poziom wzrostu temperatury tych silników pozostawia pewien margines na dodatkowe nagrzewanie w czasie pracy.
W silnikach obarczonych nagłymi uderzeniami obciążenia można stosować łożyska wałeczkowe, które są lepiej przystosowane do obciążeń osiowych. Inne rodzaje silników są wyposażone w specjalne łożyska do zastosowania w pompach stojących, które mają duże obciążenia o nacisku osiowym. Dla specjalnych aplikacji silniki te zapewniają dłuższą żywotność niż silniki ogólnego zastosowania.
Każdy zakład powinien ustalić wymagania techniczne dla nowo kupowanych silników. Wielu producentów OEM wybiera jednak silniki ogólnego zastosowania, bez uwzględnienia specyfiki pracy i potencjalnych kosztów eksploatacji.
Plan w przypadku awarii
Bierne wyczekiwanie, aż silnik ulegnie awarii, a potem improwizowane przywracanie maszyny do ruchu nie jest dobrym rozwiązaniem. Każda fabryka powinna prowadzić przeglądy swojego parku maszynowego i oznaczać każdy silnik tak, aby było wiadomo, co należy zrobić w przypadku awarii: wymienić go na silnik o wydajności NEMA Premium, wymienić go na silnik EPAct lub go naprawić. Przegląd powinien zawierać spis części zapasowych i starych nisko wydajnych silników, które mogłyby zostać zezłomowane i wymienione na silniki NEMA Premium.
Przegląd może wykazać posiadanie będących w ciągłym użyciu starych silników o niskiej wydajności, które mogłyby zostać wymienione w celu ograniczenia zużycia energii. Oprogramowanie wspomagające takie przeglądy i analizę zwrotu kosztów jest dostępne w Amerykańskim Departamencie Energii (MotorMaster+) i u większości producentów silników.
Zadbaj o części zapasowe
Poniższe wymagania odnoszące się do składowania obejmują silniki i generatory, które nie będą używane przez co najmniej pół roku od daty wysyłki. Niewłaściwe składowanie silnika może doprowadzić do znacznie zmniejszonej niezawodności lub awarii. Silnik elektryczny, który nie jest regularnie używany i jednocześnie jest wystawiony na działanie wilgoci występującej w atmosferze, narażony jest na powstanie rdzy na łożyskach.
Elementy izolacji mogą pochłonąć nadmiar wilgoci, uszkadzając uzwojenia silnika. Minimalna rezystancja izolacji uzwojenia wynosi 5 MΩ lub minimum obliczeniowe, którekolwiek jest większe. Minimalna rezystancja jest obliczana następująco:
Rm = kV + 1
gdzie Rm jest minimalną rezystancją względem ziemi mierzoną w MΩ, a kV napięciem znamionowym.
Przykład: Dla silnika o napięciu znamionowym 480 V, Rm = 1,48 MΩ (użyj 5 M). Dla silnika 4,16 kV, Rm=5,16 MΩ.
Silniki zapasowe powinny być składowane w czystym i suchym miejscu, gdzie temperatura waha się od 10°C do ok. 50°C, a średnia wilgotność nie przekracza 60%. Rezystancję izolacji uzwojenia należy mierzyć i rejestrować co 30 dni składowania. W przypadku, kiedy izolacja silnika spada poniżej wartości minimalnej, należy skontaktować się z producentem.
Gdy silniki są montowane w urządzeniach, dreny i odpowietrzniki muszą być w pełni sprawne także w najniżej położonych punktach silnika. Silniki pionowe muszą być trzymane w bezpiecznej, stabilnej i pionowej pozycji. Otoczenie składowania musi być utrzymywane w podobnych warunkach.
Silniki z łożyskami tocznymi muszą być smarowane na czas ich składowania z okresowym serwisowaniem:
- Wały na łożyskach kulkowych i wałeczkowych (przeciwcierne) mają być obracane ręcznie co trzy miesiące i smarowane co sześć miesięcy zgodnie z zaleceniami producenta.
- Silniki z łożyskami tulejowymi (smarowane olejem) są odtłuszczane z oleju przed wysyłką. Zbiorniki z olejem muszą być uzupełniane do wskazanego poziomu. Wał powinien być obracany ręcznie raz na miesiąc najmniej 10–15 razy, w celu rozprowadzenia oleju po powierzchni łożysk.
W czasie składowania wszystkie kanały odpowietrzników muszą być czynne. Zawór spustowy musi się znajdować w najniższym punkcie, by umozliwić sprawne odprowadzanie wody i odpowietrzanie.
Czeklista zarządzania silnikami
Poniższa czeklista zapewnia szybkie dotarcie do najlepszych praktyk zarządzania silnikami:
- stwórz wykaz silników,
- opracuj program naprawy lub wymiany silników,
- spisz silniki, stwórz plan prac w przypadku awarii,
- skontaktuj się z zakładem energetycznym w sprawie programów rabatowych,
- uczul dział zakupów na koszty eksploatacji,
- dbaj o stany magazynowe części zapasowych.
John Malinowski jest dyrektorem produktu silników prądu zmiennego w firmie Baldor Electric Co.
Artykuł pod redakcją Marka Olszewika
Autor: John Malinowski
