Metody diagnostyki łożysk tocznych układów napędowych

Diagnostyka termiczna

Jednym z możliwych symptomów uszkodzeń łożysk tocznych układów napędowych może być podwyższona temperatura węzła łożyskowego. Sytuacja ta może pojawić się w trakcie występowania takich niesprawności jak: brak smarowania, zacieranie, uszkodzenie koszyka czy też zablokowanie elementów tocznych itp. Temperaturą dopuszczalną dla większości łożysk tocznych jest 120°C. Dłuższa praca łożyska przy tej i wyższych temperaturach będzie skutkowała degradacją smaru i uszczelnień a także zmianą własności materiałowych elementów łożyska. Dlatego w trakcie badań diagnostycznych łożysk układów napędowych wykonuje się pomiary temperatury, podczas których zwraca się uwagę na temperaturę bezwzględną jak również przyrost temperatury w stosunku do wartości referencyjnej ustalonej na początku eksploatacji napędu [2].

Przyrost temperatury powyżej 20°C świadczy o potencjalnym uszkodzeniu i wymaga przeprowadzenia dokładniejszej analizy w celu ustalenia i wyeliminowania przyczyny problemu. Pomiary temperatury można wykonywać za pomocą termometrów stykowych, jak i w sposób bezkontaktowy. W bieżącej diagnostyce napędów elektrycznych powszechnie stosuje się kamery termograficzne zapewniające w trybie on-line stosunkowo szybką detekcję obszarów o podwyższonej temperaturze powstałych w wyniku uszkodzeń łożysk tocznych, uzwojeń czy też zewnętrznych oddziaływań cieplnych (rys. 7). W trakcie pomiarów temperatury na powierzchni oprawy łożyskowej należy pamiętać o tym, że źródło ciepła znajduje się wewnątrz oprawy. Faktyczna temperatura łożyska w zależności od konstrukcji i rozmiarów oprawy może być od 5°C do 20°C wyższa od temperatury mierzonej. Błąd ten może być jeszcze większy przy pomiarach termograficznych nieprawidłowo skonfigurowaną kamerą.

Wykorzystując termografię w podczerwieni do diagnozowania silników, warto pamiętać o istnieniu kilku istotnych norm przydatnych w przeprowadzaniu inspekcji i ocenie jej wyników. Jedną z nich jest norma ISO 18434-1:2008 [7] określająca ogólne zasady diagnostycznych inspekcji termograficznych urządzeń mechanicznych.

Diagnostyka bazującą na analizie widmowej prądów stojana

Do jednej ze skutecznych metod diagnozowania napędów elektrycznych, w tym i łożysk tocznych, można zaliczyć analizę widmową prądu stojana (CSA – Current Signature Analysis) [2]. Analiza widmowa prądów stojana pojawiła się we wczesnych latach 70. XX w. i aktualnie obok innych metod jest opisana w normie ISO 20958 [10]. W metodzie CSA wykorzystuje się widmo prądu fazowego stojana powstałe w wyniku zastosowania algorytmu szybkiej transformaty Fouriera (FFT – Fast Fourier Transform). Na podstawie analizy widma prądów fazowych stojana możliwa jest ocena nie tylko stanu technicznego łożyska. Przede wszystkim – układu eklektycznego napędu. Liczne zastosowania metody CSA pozwoliły powiązać odpowiednie składowe częstotliwościowe widma prądu z takimi niesprawnościami napędów elektrycznych, jak np.:

• pęknięcia prętów wirnika,
• pustki powietrzne w odlewanych uzwojeniach wirników,
• pęknięcia prętów wirnika przy pierścieniu zwierającym,
• pęknięcia pierścieni zwierających,
• mimośrodowość statyczna i dynamiczna,
• zwarcia międzyzwojowe w stojanie,
• przerwa w uzwojeniu stojana,
• uszkodzenia łożysk tocznych,
• rozosiowanie linii wałów napędu i maszyny napędzanej,
• brak styku na zaciskach,
• asymetria zasilania.

W przypadku uszkodzeń łożysk symptomy widoczne są w widmie w postaci linii widmowych o charakterystycznych częstotliwościach uszkodzeń. Wynikają one z kinematyki łożyska i stosowanych w diagnostyce drganiowej. Amplitudy składowych częstotliwościowych uszkodzeń są zwykle 100 do 1000 razy mniejsze od amplitud składowej sieci zasilającej, wartości składowych widma przedstawia się więc w skali decybelowej. Pozwala to zmniejszyć zakres dynamiczny między wartościami amplitud składowych w widmie.

Galeria

Zobacz więcej