Возникновение электрических разрядов в подшипнике обычно происходит в зоне контакта тел качения с внутренним или наружным кольцом. Прохождение электрических токов приводит к точечным расплавлениям поверхности тел качения подшипника и появлением кратеров в местах возникновения электрической дуги в смазочной пленке. Так же электродуговые разряды оказывают негативное воздействие на смазку подшипника и ее ускоренное старение.
Признаки электрических токов в подшипниках
Повреждения, вызванные электрическими разрядами, сопровождаются повышенным уровнем шума и вибрацией подшипника при работе электродвигателя.
Электрическая дуга оказывает температурное воздействие на смазку подшипника. Это вызывает окисление и коксование смазки, что внешне проявляется в виде почернения при этом ее консистенция становиться более густой. Старение смазки ослабляет несущую способность масляной пленки (клина) между шариками и кольцами подшипника, что приводит к ускоренному выходу из строя подшипника уже по термомеханическим причинам:
Электрическая коррозия может возникать в течение нескольких недель или даже дней. Как правило, обычного НЕ токоизолированного подшипника хватает максимум на один год эксплуатации.
Характер электрокоррозионных повреждений подшипников качения
Электрическая коррозия имеет следующие характерные признаки:
1. Рифление поверхности на дорожках качения колец в виде повторяющихся бороздок.
2. Серо матовые потускневшие участки на дорожках качения.
3. Кратеры и точечные выплавления на поверхности тел качения подшипника.
Причины электрических разрядов в подшипниках
В технологических процессах промышленности широко используются асинхронные электрические двигатели с полупроводниковыми регуляторами частоты, у которых есть неоспоримые преимущества перед двигателями постоянного тока. Тем не менее, применение частотных преобразователей имеет ряд особенностей, связанных с высокой частотой коммутации тиристоров.
Использование преобразователей частоты для управления электроприводом, основанных на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) генерируют высокочастотные синфазные напряжения на роторе приводного электродвигателя, которые создают контурные токи, которые замыкаются с ротора на корпус через подшипники.
Так же несимметрия магнитного поля электродвигателя создают разность электрического потенциала по концам ротора, которая вызывает прохождение контурных токов вокруг двигателя через через подшипники.
Защита подшипников качения от электрической коррозии
Для защиты приводных электродвигателей ответственного оборудования от преждевременного электрического износа и повышенной вибрации, как правило, применяются токоизолированные подшипники. Такие подшипники имеют на своей поверхности напыление из окиси керамических материалов для создания изоляционного слоя. Их внешние размеры и технические характеристики ничем не отличаются от соответствующих неизолированных типов подшипников.
Однако стоимость токоизолированных подшипников от шести до десяти раз больше стоимости обычных подшипников. Поэтому их применение в ряде случаев становиться не обоснованным, т.к. срок службы обычных подшипников составляет порядка одного года, а токоизолированных - максимум 3-3,5 года.
Так же, защитить подшипники качения от электроискрового износа и ускоренного старения смазки возможно при выполнении заземления ротора электродвигателя. Заземление обеспечивает отвод контурных токов на корпус и тем самым предотвращает искровые разряды в подшипниках.
Мероприятие по заземлению ротора для защиты подшипников от контурных токов полностью соответствует требованиям национальных и международных стандартов по защите подшипников электродвигателей: ГОСТ Р 55136-2012/ (IEK/TS 60034-25:2007) «Машины электрические вращающиеся. Часть 25. Руководство по конструкции и характеристикам машин переменного тока, специально предназначенных для питания от преобразователей».
Компания «ЮВТЕК» производит токосъемные кольца JUVTEK K27 для заземления роторов электродвигателей, управляемых частотными преобразователями. Заземляющие кольца JUVTEK K27 не требуют технического обслуживания и рассчитаны на весь срок службы двигателя. Их применение позволяет полностью или частично отказаться от дорогостоящих токоизолированных подшипников и существенно увеличить ресурс работы стандартных подшипников (до трех-четырех лет).
Токосъем осуществляется при помощи высокопрочного углеродного волокна. Время непрерывной эксплуатации JUVTEK K27 составляет более двухсот тысяч часов. Кольца имеют различные варианты исполнения и легко устанавливаются в условиях производства, в комплекте поставки имеется весь необходимый крепеж.
На электродвигателях мощностью до трехсот киловатт допускается использовать одно заземляющее кольцо, на более мощных агрегатах рекомендуется дополнительно устанавливать токоизолированный подшипник с противоположной стороны от привода.
Практикой подтверждено значительное увеличение срока эксплуатации обычных подшипников при использовании заземляющих колец ООО «ЮВТЕК». Кольца К27 успешно применяются на электродвигателях, выпускаемых, в частности, на электромеханических заводах ПАО «НИПТИЭМ» (Электротехнический концерн «РУСЭЛПРОМ»), АО «РЭД» в Челябинске, АО "СЭГЗ".
Монтаж заземляющего кольца JUVTEK К27 осуществляется на торцевой щит электродвигателя. Кольца имеют различные варианты установки и легко монтируются в условиях производства: на винты, на кронштейны, на эпоксидный токопроводящий клей, под запрессовку. В комплекте поставляется весь необходимый крепёж. Применение заземляющих колец JUVTEK К27 приводит к существенной экономии денежных средств на эксплуатацию электродвигателя.