Сгорел электродвигатель. Поиск причины

Техническая диагностика и наладка оборудования - большая ответственность. И вот представьте, что после ремонта агрегата и выполненной Вами балансировки через два дня сгорает электродвигатель. Ваши чувства? Думаю, как минимум неприятно. А когда Вам электрики говорят что причиной является заклинившие подшипники - это похоже на камень в Ваш огород. Можно согласиться и винить во всем неожиданно отказавшие подшипники (бывает же такое?), а можно провести собственное расследование и докопаться до коренной причины.

Как Вы поняли, в данной ситуации оказался я сам. Речь пойдет о приточном вентиляторе, балансировка которого описана в этой статье . Поскольку после балансировки я выполнял вибродиагностику подшипников и дефектов там не увидел, то в их неожиданный отказ я не верю. Пришло время поиска информации и ее анализа.

От владельца оборудования узнаю историю вентагрегата. Когда-то у него был дефект подшипника. После его замены вентилятор некоторое время проработал и сгорел электродвигатель. Причина - заклинили подшипники. Электродвигатель был отправлен на перемотку, подшипники заменены и, собственно, на измерения вибрации меня и вызвали. Повышенная вибрация, балансировка и вот опять. То есть проблема повторилась.

Вероятность механического дефекта крайне низка и надо смотреть в сторону электромагнитных проблем. В спектрах вибрации ничего интересного - только оборотная составляющая и ни о каких замыканиях обмотки, обгоревших стержнях и т.п. речи нет. Но кое-что мне не понравилось еще при балансировке - частота вращения 45,1 Гц. Частотный преобразователь? Цех-владелец заверяет что его нет. Увеличено скольжение из-за высокой нагрузки? Сопротивление в вентиляционной сети высокое (может клапан какой не открыли)? Ответ - нет. Неправильная схема подключения электродвигателя? Я не специалист в электрических делах, а консультироваться с электриками смысла нет, у них вопрос уже решен - подшипники.

Поиск информации в интернете на тему последствий при неправильной схеме подключения электродвигателя конкретных ответов не дал. И более того, на форумах электриков по данному вопросу наблюдаются ожесточенные дискуссии. Но большинство электриков реагирует так же как и у нас на предприятии - смотри шильдик и не забивай себе голову. Самое главное что удалось почерпнуть: при соединении "треугольником" электродвигатель развивает максимальную активную мощность, при соединении "звездой" при том же питающем напряжении активная мощность в 3 раза меньше. То есть можно предположить вариант перегрузки электродвигателя из-за низкой мощности на валу. Невольно вспомнился опыт наладки аспирационных установок (промышленная вентиляция для отвода пыли от мест перегрузки сыпучих веществ с ее последующим отделением в фильтрах или циклонах). Когда-то давно на одном из объектов Белгородской области была задача выполнить наладку по воздуху существующей сети. Проект был настолько неудачным, что необходимо было перекрыть диафрагмой всасывающую линию на 70%. При этом сопротивление сети, а соответственно и нагрузка на электродвигатель вентилятора, серьезно возросло, что за считанные минуты привело к сильному нагреву электродвигателя - его корпус стал просто огненным. Такое влияние перегрузки на электродвигатель прочно отложилось в моей памяти.

Поэтому смотрим паспорт на электродвигатель: 5,5 кВт, 2860 об/мин, схема подключения "треугольник". Кабель откинут, идем с коллегой посмотреть схему подключения в борно. А там "звездой". И на шильдике электродвигателя схема подключения "звездой". Интересненько. Чему верить, данным из паспорта или из шильдика? Думаю, лучше довериться логике. Двигатель при таком соединении имеет минимальную мощность на валу. При перегрузке обороты должны падать. Электродвигатель должен обороты поддерживать, соответственно увеличивать крутящий момент на валу. Чем сильнее нагрузка, тем выше должно быть скольжение (а оно у нас почти 5 Гц!). Все это влечет за собой увеличении токов в обмотках, а соответственно и тепловых потерь в ней. В статье про балансировку я писал о сильной термической деформации крыльчатки обдува электродвигателя после предыдущего отказа. Поэтому вероятной причиной отказа является перегрев обмотки из-за подключения "звездой". То есть, я бы доверился паспорту.

Такими вот мыслями я поделился с персоналом цеха-владельца вентилятора. А в ответ услышал, что двигатели производства WEG у них горят не впервый раз. На холодильных машинах была та же беда - из-за неправильной схемы подключения указанной на шильдиках сгорело несколько электродвигателей. Завод свою ошибку полностью признал, извинился и заменил двигатели. По информации завода произошел брак при производстве этих самых шильдиков.

В это время электрики докладывают руководству, что электродвигатель разобран и причиной отказа являются подшипники. Я, в свою очередь, иду на три идентичные вентиляционные установки, которые в работе.

Вентилятор со сгоревшим электродвигателем назовем вентилятором №1. Остальные №2, №3 и №4. Измеряю вибрацию и температуру статора.

Вибрация вентилятора №2 (виброскорость, мм/с):

Температура статора 65 °С.

Вибрация вентилятора №3 (виброскорость, мм/с):

Температура статора 66 °С.

Вибрация вентилятора №4 (виброскорость, мм/с):

Температура статора 57 °С.

По спектрам определяем частоты вращения (для вентилятора №1 взят спектр до балансировки):

Пересчитываем в об/мин:

Как видим, у сгоревшего вентилятора №1 было на 200 об/мин меньше.

Далее, отключаем вентилятор №2, разбираем электросхему и вскрываем борно. Схема подключения - "треугольник".

Проблема идентифицирована - заводской шильдик, в соответствии с которым выполнялось подключение электродвигателя №1, содержит неправильную информацию. Всю информацию компаную в справочку и отправляю руководству заинтересованных цехов.

Теперь необходимо идти в обитель электриков и взглянуть на разобранный электродвигатель. Версия электриков: произошло разрушение сепаратора подшипника №2, сам сепаратор выбил защитную шайбу подшипника и повредил обмотку статора.

Вот подшипник №2 с отсутствующей защитной шайбой (видно что подшипник черный от перегрева):

Вот выскочившая из подшипника часть сепаратора (видим следы перегрева):

Выбитая защитная шайба подшипника:

А вот что сепаратор натворил:

И у меня возникает вопрос. Защитная шайба отсутствует только со стороны подшипникового щита. Как сепаратор попал в обмотку? Со стороны обмотки шайба на месте:

Ответ электриков немного поразил - там шайба тоже вылетела, это мы ее обратно засунули. В голове немой вопрос - зачем?

Переходим к подшипнику №1 (фото с щитом и без него):

Видны следы высоких температур. Подшипник заклинен. Но память мне напоминает, что когда с коллегой ходили смотреть схему подключения, я ему показывал деформированную крыльчатку обдува при этом вращая ее.

Ну и вишенка на торте. Со стороны подшипника №1 между обмоткой статора и корпусом выскреб детали развалившегося сепаратора. На вопрос о том как это туда попало электрики ответить не смогли.

То ли меня обманывают, то ли что-то ...

Порадовало другое. При общении электрики уже не столь категорично были настроены по поводу схемы подключения. Конечно, я все карты открывать не стал, а лишь посоветовал сходить и посмотреть как подключены такие же электродвигатели.

Какой можно подвести итог? Два варианта - перегрев обмотки привел к замыканию, либо к перегреву подшипников с дальнейшей историей о повреждении сепаратором обмотки статора (верится в это крайне слабо). Конечно, прежде всего надо признать свою вину. Должен был сразу искать причину частоты вращения 45,1 Гц, а не балансировать. Электрики тоже лопухнулись - когда дважды сгорает один и тот же двигатель продолжать перематывать обмотку и менять подшипники не есть хорошо. Ну и вина завода-производителя электродвигателей WEG без сомнений. Для меня это был интересный опыт поиска причины такого вот отказа и я рад с Вами им поделиться.