Biorąc pod uwagę, że silniki elektryczne stanowią znaczącą część inwestycji kapitału oraz to, że ich roczny koszt użytkowania może nawet dziesięciokrotnie przekroczyć koszt zakupu – to dbanie o wydajność jest jednym z podstawowych zadań do wykonania dla obsługi w fabrykach.
Pogląd, że przezwajanie silników generalnie prowadzi do utraty wydajności, jest dość szeroki, lecz przestarzały. Rozwój materiałów, przestrzeganie procesów oraz restrykcyjne podejście do zagadnień zapewnienia jakości mogą sprawić, że wydajność silnika elektrycznego zostanie wiernie odwzorowana, a niejednokrotnie wręcz zwiększona. Udokumentowane najlepsze praktyki dowodzą, że przewinięcie wykonane przez wysoko wykwalifikowaną firmę może doprowadzić do znaczącej poprawy gęstości mocy i niezawodności silnika. W wielu przypadkach przezwojony silnik może pomóc w obniżeniu kosztów użytkowania, zwiększyć swoją niezawodność i efektywność pracy oraz podwyższyć wskaźnik zwrotu poniesionych nakładów.
Znaczenie przezwajania silników
Według najnowszych badań przeprowadzonych przez Green Motor Practices Group odpowiednio zaplanowane i wykonane przezwojenia nie powodują strat w wydajności silników elektrycznych. Poprawa osiągów, zwiększona gęstość mocy, niezawodność i wydajność związane są ze zwiększeniem jakości wykorzystywanych materiałów i poprawą ich wykonawstwa. Na przykład lepsze żywice i taśmy izolacyjne mają zwiększone właściwości rozpraszania cieplnego. Zautomatyzowana technologia formowania uzwojeń i precyzyjne zastosowanie taśm izolacyjnych zapewniają powtarzalność wytwarzania uzwojeń, co z kolei usprawnia instalację i pracę silnika.
Wykwalifikowana firma może zapewnić, że przewinięty silnik spełni lub przewyższy wydajność silnika oryginalnego. Dobra firma zastosuje najlepsze kluczowe praktyki, a wyniki opisze szczegółowo w dokumentacji. Wszystkie naprawy i przezwojenia powinny rozpocząć się od dokładnej oceny. Ocena powinna polegać na spisaniu danych z tabliczki znamionowej, wzrokowym sprawdzeniu przed rozpoczęciem demontażu oraz sprawdzeniu szczegółów uzwojeń.
Tabliczka znamionowa powinna wskazać, czy silnik jest specjalnie wykonany, czy jest silnikiem o podwyższonej sprawności Premium Efficient. Sprawdzenie wizualne powinno się odbyć, zanim silnik zostanie rozebrany. Kontrola ma na celu udokumentowanie stanu elementów obudowy, obrotów wału, ustawienia wspornika łożyska tylnego oraz pokryw łożysk, wymiarów łożysk oraz ich typów i luzów, położenia wału względem głównej skrzynki przyłączeniowej, stopnia zanieczyszczenia, np. wilgotność, degradacja kwasowo-zasadowa lub smary, osiowe położenie wirnika względem stojana oraz miejsca nadmiernego przegrzania lub zużycia łożysk.
Szczegóły uzwojenia są sprawdzane w celu ustalenia, czy silnik ma oryginalne uzwojenie fabryczne. W tym czasie wykonuje się także pomiary w celu późniejszego odtworzenia uzwojenia, jeśli ta informacja nie jest łatwo dostępna.
Znaczenie dokładności wykonania rdzenia
Dokładność wykonania rdzenia ma fundamentalne znaczenie dla wydajności i sprawności silnika. Uszkodzenie rdzenia jest jedną z pierwszych rzeczy, jakie dobra firma powinna sprawdzić – zarówno wizualnie, jak i poprzez wykonanie testów. Na przykład awaria uzwojenia może wytworzyć wystarczająco dużo ciepła, aby stopić fragment rdzenia. Awaria łożyska lub wału może spowodować uderzenie wirnika w stojan.
Proces naprawy wymaga szczególnej dbałości o to, aby używać odpowiednich temperatur w procesie wypalania ok. 360ºC w celu utrzymania odpowiedniej jakości stalowych warstw rdzenia. Podczas usuwania starego uzwojenia, czyszczenia rdzenia i instalowania nowego uzwojenia muszą być zachowane odpowiednie procedury.
W silnikach Premium Efficient o mocy do 300 hp (wielkość NEMA – 300 hp = ok. 223,7 kW) uszkodzony rdzeń uniemożliwia naprawę. W tym zakresie bardziej opłacalna jest wymiana starego silnika na nowy silnik Premium Efficient. Jednakże w wielu przypadkach, jeśli występują problemy z dostępnością nowego silnika, wówczas można go naprawić i przywrócić do pracy. Należy zauważyć, że trudniej jest utrzymać parametry oryginalnych silników NEMA Premium z powodu zastosowanej tam wysokiej klasy stali elektrotechnicznej. W przypadku większych maszyn, naprawy i przezwojenia mogą być opłacalne oraz przynieść zwrot poniesionych kosztów z inwestycji. W tych maszynach rdzeń może być naprawiany poprzez wymianę uszkodzonych blach rdzenia takimi samymi elementami bez obniżenia wydajności. Użycie takich samych komponentów oznacza wykorzystanie stali z takimi samymi właściwościami elektrycznymi oraz takim samym wymiarem izolacji i grubości materiału. Liczba usuniętych warstw musi być taka sama, jak liczba warstw wymienionych, aby przywrócić rdzeń do jego oryginalnych wymiarów.
Poprawione uzwojenie
Uzwojenie jest kluczowym elementem poprawy wydajności silnika. Firma naprawcza może zwiększyć średnicę drutu, ścieśnić więcej miedzi w każdym żłobku i zmniejszyć długość pętli uzwojenia w miejscu, gdzie wychodzi ono z jednego żłobka rdzenia stojana i wchodzi do kolejnego. Im krótszy jest odcinek pętli w tym miejscu – w połączeniu ze zwiększonym przekrojem drutu – tym większa jest gęstość mocy i wydajność silnika.
Przy nawijaniu ręcznym można zmieścić więcej miedzi w żłobkach stojana. Z reguły długość uzwojenia w miejscu, gdzie wychodzi ono ze żłobka, może być dokładnie kontrolowana, gdy jest wykonywana ręcznie. Według danych IPS w 90% wszystkich silników można zwiększyć ilość miedzianej powierzchni przewodzącej o 10%.
Wydajność, obciążanie
Silniki pracują przy maksymalnej wydajności wtedy, gdy są w pełni obciążone. Przewymiarowane silniki są zasadniczym problemem. Wydajność spada znacznie, gdy silnik jest obciążony poniżej 70%. Przewymiarowanie jest często wynikiem chęci zapewnienia większej niezawodności silnika.
Silniki Premium Efficient mają lepsze chłodzenie, zastosowano w nich lepszej jakości materiały i produkowane są z wyższymi tolerancjami. Zbyt duże silniki mają wyższe koszty eksploatacji i zazwyczaj niepotrzebnie są dobrane na dłuższy czas pracy.
Tak jak w przypadku każdej innej decyzji dotyczącej utrzymania ruchu, to użytkownik bierze na siebie ostateczną odpowiedzialność za niezawodność zakładu i czas sprawności maszyn. Aby być pewnym, że główna przyczyna awarii została poprawnie zdefiniowana, należy znaleźć prawdziwe i właściwe źródło usterki. Dla dużych silników naprawa lub przezwojenie może pomóc użytkownikowi obniżyć koszty eksploatacji, poprawić niezawodność i wydłużyć czas ich użytkowania, a także zwiększyć współczynnik zwrotu kosztów z inwestycji.
Rick Payton jest wiceprezesem w firmie Integrated Power Services (IPS), działającej w zachodnich stanach USA.
Artykuł pod redakcją Marka Olszewika
Autor: Rick Payton
