|
Podstawowe zagadnienia:
|
Awaria silnika nie jest niczym dobrym i zawsze przytrafi a się w najgorszym momencie. Jeśli jest jakaś dobra strona, to tylko ta, że daje szansę na ocenę – naprawiać czy wymieniać. Aby wybrać najlepszą opcję, należy przy podejmowaniu decyzji znać możliwości naprawy i kierować się logiką. Na schemacie na str. 20 pokazany jest sposób podejmowania decyzji dotyczących zepsutego silnika. Nie podane są wszystkie możliwe opcje, gdyż nie uwzględniono wszystkich możliwych zastosowań.
Analiza zastosowania
Pierwszym krokiem jest ocena, czy silnik nadaje się do danego zastosowania. Dla przykładu, silnik z otwartą obudową nie będzie praktyczny do pił, gdzie mnóstwo kurzu i opiłków lub trocin unosi się w powietrzu. Lepszy będzie zamknięty, chłodzony wymuszonym ruchem powietrza (ang. TEFC – Totally Enclosed, Fan-Cooled). Procesy i zastosowania oraz cykle użycia często się zmieniają, dlatego zawsze warto zastanowić się nad tym, do czego w danej chwili służy silnik, aby podjąć właściwą decyzję o wymianie lub naprawie.
Jeśli uszkodzony silnik jest właściwy do danego zastosowania, należy ocenić stan rdzenia statora. Czy jest trwale i znacząco uszkodzony? Czy przed awarią silnik przekraczał dopuszczalną temperaturę pracy (widoczne ślady przegrzania na obudowie)? Jeśli w danym zastosowaniu nie są niezbędne specjalne cechy silnika, które jednocześnie powodują wzrost jego ceny lub utrudniają znalezienie właściwego urządzenia, może lepiej kupić nowy silnik, niż naprawiać rdzeń statora.
Jeśli rdzeń statora jest w satysfakcjonującym stanie, należy rozważyć następujące punkty decyzyjne:
-
Czy nastąpiła katastrofa?
-
Czy są przesłanki do wystąpienia katastrofy?
-
Czy rotor jest zniszczony?
-
Czy inne części mechaniczne są znacząco zniszczone?
-
Czy silnik spełnia normy EPAct, czy NEMA Premium?
Awaria katastrofalna
Jeśli wystąpiła awaria typu katastrofa, należy rozważyć koszt naprawy i porównać go z kosztem wymiany silnika. Katastrofy zwykle powodują znaczące uszkodzenia rdzenia statora i uzwojenia oraz rotora, obudowy, łożysk czy też wsporników. W takich wypadkach wymiana jest
najbardziej uzasadnioną ekonomicznie opcją, zwłaszcza jeśli wątpliwe było dopasowanie silnika do zastosowania. Uszkodzenia rotoru różnią się znacząco – od przetartych w wyniku kontaktu ze statorem powierzchni do stopionych lub pokrzywionych klatek i oparć łożysk w odlewach obudowy. Obtarcia powierzchni mogą być łatwo i tanio naprawione. Inne rodzaje napraw rotora mogą nie być wykonalne, o ile silnik nie jest bardzo duży lub ma specjalne cechy.
|
Poziomy napraw
Poziom 1. – naprawa łożysk, czyszczenie wszystkich części i wymiana smarów. Także wymiana uszczelnień i innych akcesoriów po uzgodnieniu z klientem.
Poziom 2. – czynności poziomu 1. oraz dodatkowo lakierowanie/ żywicowanie uzwojenia, naprawa osadzeń łożysk, wyważanie wałów.
Poziom 3. – czynności poziomu 1. oraz przewijanie statora (wymiana uzwojenia i izolacji).
Poziom 4. – przewijanie statora i znaczące naprawy pakietów i elementów rotora oraz wymiana wału. Możliwa także wymiana lub przełożenie pakietów. Ogólnie, znaczące prace, których koszt powoduje, że należy rozważyć wymianę.
Poziom 5. – silnik powinien zostać wymieniony, z wyjątkiem sytuacji, gdy potrzebne są specjalne cechy lub gdy jest ograniczona dostępność nowego silnika (np. brak w magazynie, nieakceptowany czas dostawy). Poziom 5. dotyczy też silników źle zastosowanych, z nieodpowiednimi obudowami. Silnik powinien być wymieniony, chyba że właściciel nie może prowadzić działalności bez niego. |
Obudowa, wsporniki, łożyska i inne części mechaniczne mogą być również bardzo zniszczone i muszą być wymienione. W tym wypadku koszt nabycia lub wykonania nowego elementu może decydować o naprawie lub wymianie silnika – znów z uwzględnieniem jego wielkości i cech specjalnych.
Awarie przed katastrofą
Czasem przesłanki do katastrofy są odkrywane jedynie po rozłożeniu silnika, gdy komponenty są sprawdzane i poddawane inspekcji. Przykładem mogą być zgięte elementy wałka, uszkodzenia rotora, zarówno rdzenia, klatki, jak też zakończeń wałka, a także zniszczone lub brakujące fragmenty rdzenia statora. Jeśli wcześniejsze naprawy dawały efekty i nie ma znaczącej degradacji sprawności oraz widocznych postępujących uszkodzeń, można zastanowić się nad ponowną naprawą. Z drugiej strony, wymiana może być uzasadniona, jeśli obecna awaria jest wynikiem wcześniejszych katastrof, które degradują silnik. W niewielu sytuacjach opłacalna ekonomicznie jest skuteczna naprawa silnika, który uległ katastrofi e i jest już bardzo zużyty. Zarówno jeśli silnik jest wymieniany, jak i naprawiany, należy zidentyfi kować i przeanalizować przyczyny, na skutek których zdarzyła się awaria, aby zapobiec ponownym.
Energooszczędne silniki
Punkty omawiane dotychczas dotyczyły decyzji – wymieniać czy naprawiać, podejmowanych przez ostatnie 50 lat. Nastanie ery silników energooszczędnych w ciągu ostatniej dekady wprowadziło dodatkowy element decyzyjny – czy wymienić uszkodzony silnik na bardziej wydajny model. Silniki energooszczędne to te, które są ujęte w regulacji federalnej (EPAct), i nowsze, bardzo wydajne modele (NEMA Premium). Decyzje o naprawie i wymianie tych silników są takie same jak modeli o standardowej wydajności. Jeśli naprawy wykonywane są z zachowaniem najlepszych praktyk przemysłowych, kwalifi kowane centrum naprawcze jest w stanie dokonać reperacji wszystkich typów silników bez szkody dla ich wydajności.
Przed naprawą silników tradycyjnych należy rozważyć zwrot z inwestycji w silnik bardziej efektywny i energooszczędny, opierając się na przewidywanej długości życia silnika. Aby to wykonać, należy porównać koszty naprawy i wymiany (włączając w to koszty wszelkich modyfi kacji potrzebnych do zastosowania nowego silnika) i oszacować koszty zaoszczędzonej energii dla przewidywanego czasu pracy. Należy zwrócić uwagę, że oszczędności będą bardziej odczuwalne dla silników pracujących w trybie 24/7, niż dla tych, które pracują tylko 8 godzin przez 5 dni w tygodniu lub tylko chwilowo. Większe silniki (o mocach 250 koni i więcej) zwykle są wystarczająco wydajne. Tak więc dla dużych silników może okazać się, że różnica pomiędzy standardowym a energooszczędnym silnikiem nie będzie zbyt duża.
Jeśli analiza zwrotu kosztów z inwestycji wykaże, że wymiana jest lepsza od naprawy, następnym pytaniem jest, czy są pieniądze w budżecie na ten zakup. Jeśli nie, można zdecydować się na naprawę, jeśli bieżący koszt jest mniejszy od zakupu. Zakładając, że są fundusze na zakup nowego silnika, kolejnym punktem jest jego dostępność. Standardowe (niespełniające norm EPAct) silniki są zwykle dostępne „z magazynu”. Czasy dostaw większych silników lub silników posiadających jakieś specjalne cechy wynoszą zwykle kilka tygodni, a nawet kilka miesięcy. Jeśli czas dostawy jest dłuższy, niż się tego wymaga, kwalifikowany zakład jest w stanie przeprowadzić naprawę dużo szybciej. Często są w stanie uwzględnić specjalne wymagania i „dołączyć” je do standardowego silnika, np. umożliwiając specjalną zabudowę lub mocowanie.
Opcje naprawcze
Aby podjąć właściwą decyzję, naprawiać czy wymienić, dobrze jest też znać możliwości naprawcze klatkowych silników indukcyjnych. W ramce na stronie 18 przedstawione są zakresy napraw od poziomu 1. do 4., wykonywanych od podstawowego odnowienia poprzez przewinięcie statora do głównych napraw rdzenia statora, rotora, obudowy czy klatki. Naprawy poziomu 5. dotyczą silników, które normalnie powinny być wymienione, uwzględniając jedynie proces decyzyjny „napraw – wymień”, a wobec których inne czynniki są brane pod uwagę.
Naprawy poziomu pierwszego są to podstawowe przeglądy lub odświeżenia. W ich zakres wchodzi czyszczenie elementów oraz małe naprawy, jak wymiana łożysk i uzupełnienie smarów. Także zaliczają się do tej grupy inspekcje i testy (przed, w trakcie i po naprawie).
Naprawy poziomu drugiego zawierają wszystkie czynności wymienione w poziomie 1. oraz dodatkowo lakierowanie/żywicowanie uzwojenia, naprawa osadzeń łożysk, wyważanie wałów. Głównie ze względu na dodatkową pracę, Poziom drugi stanowi znaczne rozszerzenie zakresu prac. Naprawy te mogą kosztować zdecydowanie więcej niż naprawy poziomu 1. i trwać znacząco dłużej.
Naprawy poziomu trzeciego dodatkowo zawierają przewijanie statora (wymianę uzwojenia i izolacji). Małe, jednobiegowe silniki są łatwe do przewijania. Specjalne uzwojenia (np. dwubiegowe lub wolnobiegowe) zwykle wymagają dużo więcej pracy, materiałów oraz wiedzy, by je naprawić. W każdym wypadku dodatkowe kroki przy przewijaniu statora rozszerzają zakres i zwiększają koszt naprawy w sposób znaczący.
Naprawy poziomu czwartego są najbardziej wszechstronne. Oprócz czynności ujętych na poziomach od 1. do 3., zawierają główne naprawy rdzenia statora i /lub wymianę elementów rotora. Mogą też zawierać wymianę pakietów rdzenia statora lub obudowy. Nigdy nie należy rozpoczynać naprawy poziomu 4. bez rozważenia opcji wymiany silnika na nowy. Naprawy poziomu piątego, jak wspomniano wcześniej, dotyczą silników, które powinny być wymienione, jednak ze względu na specjalne okoliczności (np. brak zamiennika) są naprawiane. W zależności od standardowych i specjalnych właściwości określonego silnika, naprawa poziomu 5. może być analogiczna w dowolnym z czterech poziomów napraw.
|
Remontować czy wymieniać silniki w warunkach polskich
Wydaje się, że przy rosnących cenach energii opcja wyboru silnika energooszczędnego powinna być rozważana w każdym przypadku przed zakupem lub remontem. Urządzenia takie dostępne są w ofercie wszystkich producentów, są zwykle oznaczone symbolem eff1 (dodatkowo silniki objęte dopłatami programu PEMP mają logo programu).
Dla ułatwienia oceny efektywności energetycznej i ekonomicznej zastąpienia silnika uszkodzonego nowym energooszczędnym dostępnych jest szereg programów komputerowych. Przykładem może być polski program EFEmotor (www.centrum.pemp.pl/programy_komputerowe) rozwijany przez Fundację na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii w ramach programu PEMP, zawierający w bazie danych informacje zarówno o nowych silnikach, jak i tych, które nie są już produkowane. Zainteresowani mogą jednak korzystać również z programów: Eurodeem – program stworzony w ramach europejskiego projektu Motor Challenge (http://energyefficiency.jrc.cec.eu.int/eurodeem/index.htm) lub Motor Master+ i Motor Master+ International narzędzia rozwijane przez Departament Energii w ramach programu technologii przemysłowych (Industrial Technologies Program) (www.eere.energy.gov/industry/bestpractices/software.html). Wszystkie te narzędzia dostępne są bezpłatnie, mają one szereg dodatkowych funkcji przydatnych w procesie zarządzania napędami, jak na przykład moduły inwentaryzacyjne.
W przypadku małych silników o mocy kilku lub kilkunastu kW, które nie pracują dorywczo, decyzja powinna być bezsporna – wymiana na nowy energooszczędny silnik. Zainteresowani tą problematyką mogą skorzystać z normy N SEP-E-006 „Silniki energooszczędne (silniki o wysokiej sprawności). Wymagania. Wytyczne doboru. Komentarz” (www.cosiw.pl).
Przykładowe porównanie sprawności silnika starego i nowoczesnego. Charakterystyczna w warunkach polskich jest wysoka opłacalność wymiany w przypadku dużych układów napędów – powyżej 200 kW
Jeżeli decydujemy się na remont, należy zwrócić uwagę na sposób i jakość wykonanej naprawy. Mimo braku systematycznych badań w tym zakresie przyjmuje się, że w wyniku przezwojenia silnika zwykle następuje obniżenie jego sprawności. Czy jesteśmy w stanie zagwarantować, że naprawa będzie wykonana poprawnie, tzn. że silnik wyremontowany nie trafi w krótkim terminie do warsztatu? Dobrze jest znać historię danego silnika, ile razy i jak często był naprawiany i również tym czynnikiem kierować się przy podejmowaniu decyzji – remontować czy wymieniać. |
Jak to wynika z pięciu poziomów napraw, przyczyny awarii mogą być różne, różne też mogą być koszty napraw. Koszt zwiększa się wraz z zakresem naprawy, nie ma reguły, która pozwala pokazać, jak jest on zmienny. Jasne jest natomiast, że nieuwzględnienie różnych poziomów napraw jest zdecydowanym uproszczeniem w stosunku do zysku, jaki daje decyzja „napraw – wymień”. W następnym wydaniu I&UR omówimy różne sytuacje, które mogą powodować zwiększoną awaryjność silników, jak je rozpoznawać i jak się przed nimi ustrzec.
Tomas Bishop jest specjalistą pomocy technicznej Electrical Apparatus Service Association. EASA to międzynarodowe stowarzyszenie handlowe ponad 210 fi rm z 50 krajów, sprzedających i serwisujących aparaty elektryczne, elektroniczne i mechaniczne.
Artykuł pod redakcją Andrzeja Sobczaka
Autor:
Thomas H. Bishop, Electrical Apparatus Service Association, USA
