Электроожог подшипника

На очередном реальном примере предлагаю рассмотреть вибродиагностику подшипников вентилятора. Разберем подшипники и убедимся, что их осмотр является ключевым шагом для определения коренной причины неисправности.

Вызов на центробежный вентилятор вытяжной системы. Причина - сильный посторонний шум. Электродвигатель вентилятора WEG AL112M-04 (N = 4,0 кВт) работает от частотного преобразователя.

При включении с набором оборотов шум от вентилятора усиливается и становится похожим на визг (очень неприятный). Частотный преобразователь показывает 2440 об/мин. Стробоскопом определяю 2308 об/мин. И не обращаю на этот факт внимания (в который раз допускаю такую ошибку). Измеряем вибрацию.

СКЗ виброскорости в диапазоне 5-1000 Гц (n = 2308 об/мин):

Допуск 6,3 мм/с (вентилятор с виброизоляторами). После измерений интересно послушать агрегат на выбеге.

Звук равномерно шумный, что мне показалось немного странным. Убедившись в отсутствии задевания рабочего колеса о диффузор можно смело делать вывод о дефекте подшипников. Далее необходимо определить сами дефекты. Анализ проведем по точкам 1П (подшипник 6206-Z) и 2П (подшипник 6307-Z). Поскольку я измеряю не только вибрацию, но и ударные импульсы, анализ будет несколько расширенным.

Начнем с ударных импульсов, а точнее с метода SPM HD. Не будем сильно вдаваться в теорию, а остановимся лишь на двух главных параметрах этого метода. HDm - это скалярная величина (измеряется в децибелах), характеризующая амплитуду самого сильного ударного импульса и является некоторым критерием механического состояния подшипника. HDc - скалярная величина (измеряется в децибелах), характеризующая некоторый ковровый уровень (в пределах 200 ударов в секунду). Разница между этими двумя параметрами характеризует качество смазки или нагруженность подшипника. Эмпирическим путем определены критерии для амплитуды HDm:
- до 21 дБ зеленая зона (состояние удовлетворительное);
- 21-35 дБ желтая зона (есть повреждение);
- более 35 дБ красная зона (критический уровень).
Для подшипника №1 HDm = 24 дБ, HDc = 16 дБ. Для подшипника №2 HDm = 25 дБ, HDc = 8 дБ. Дельта на обоих подшипниках велика, а значит вероятна проблема со смазкой. Судя по параметру HDm оба подшипника повреждены.

Перейдем к анализу спектров ударных импульсов.

Бросается в глаза высокий шум в спектре подшипника №1, что вероятно связано с плохим состоянием смазки. Явно выраженных частотных составляющих нет. На подшипнике №2 ковровый шум заметно ниже и наблюдается гармоническая активность частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу (BPFO) 119 Гц и частоты вращения сепаратора (FTF) 14,8 Гц.

Теперь посмотрим спектры виброскорости.

В спектрах основная энергия сосредоточена в области частот сепаратора. В практике были подобные картинки при полном разрушении сепаратора, поэтому я рассудил что и здесь имеем похожую проблему.

Рассмотрим огибающие вибросигнала (метод HD ENV).

В точке 1П уровни не высоки, присутствуют гармоники частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу (BPFO) подшипника №2. В точке 2П эти составляющие ожидаемо мощнее, присутствует частота вращения сепаратора (FTF).

Так же интерес вызывает виброускорение в этих точках. В точке 1П - 3,9 м/с², в точке 2П - 25,6 м/с².

Спектр виброускорения состоит в основном из гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу (BPFO), особенно выделяются 20 и 21 гармоники (отмечено маркерами на рисунке выше).

Мною был написан акт о дефекте наружного кольца и сепаратора подшипника №2, необходимости его замены, а так же рекомендация выполнить осмотр подшипника №1. После ремонта вызвали на измерение вибрации, посторонний шум отсутствует, частота вращения на табло частотного преобразователя теперь соответствует реальной частоте ротора электродвигателя.

СКЗ виброскорости в диапазоне 5-1000 Гц (n = 2310 об/мин):

Изменения виброскорости незначительны.

Зато огромные изменения произошли в высокочастотной области.

После измерения отправился к электрикам, которые сообщили, что были заменены оба подшипника. Сказали, что успели вовремя - еще немного и электродвигатель сгорел бы. Забираю у них демонтированные подшипники и разбираю для установления коренной причины.

Первое что бросается в глаза - смазка сгорела на обоих подшипниках.

Посадочная поверхность наружного кольца подшипника №1 окислена, что свидетельствует о его перемещении в щите электродвигателя (ослабленная посадка).

Смазка подшипника №1 в сепараторе была практически сухая. На дорожках подшипниковых колец виден износ поверхности.

На поверхностях всех тел качения следы перегрева.

Более интересен подшипник №2.

Поверхности дорожек колец подшипника №2 имеют рифленую форму по всему периметру. На внутреннем кольце дефект выглядит сильнее. Поверхности тел качения имеют следы перегрева. Эти факты указывают на такой дефект как электроожог - протекание электрического тока от ротора на корпус электродвигателя через подшипник. Так же заметно смещение контактных зон относительно центра дорожек, что свидетельствует о наличии высокой осевой нагрузки.

В начале статьи я упоминал о своей ошибке - не придал значения разности показаний частоты вращения вентилятора на табло преобразователя частоты с реальными данными. Памятуя о статье Сгорел электродвигатель. Поиск причины где фигурировал двигатель того же производителя (WEG), который допустил ошибку на шильдике в указании схемы подключения, считаю что коренная причина здесь таже самая. Неправильное подключение привело к перегреву электродвигателя, что разрушило смазку на обоих подшипниках, а на подшипнике №2 привело даже к электрическому пробою ротор-корпус. Судя по тому что обороты на табло преобразователя стали соответствовать реальным электрики похоже увидели следы перегрева ротора при ремонте и по опыту своей ошибки из прошлой статьи изменили схему подключения.

Так как таких случаев с электродвигателями WEG достаточно много на нашем предприятии, думаю что необходимо выполнить ревизию схем подключения на всех приводах бразильского производителя.