Wyważanie wirników i regeneracja silników synchronicznych – ważny etap remontu kapitalnego maszyn przemysłowych

Podczas planowanego remontu maszyn warto przeanalizować nie tylko zużycie podstawowych podzespołów mechanicznych, ale również stan techniczny całego układu napędowego. Profesjonalnewyważanie wirników i naprawa silników synchronicznych pozwalają skutecznie wyeliminować problemy objawiające się podwyższonym poziomem drgań, hałasem czy nierównomierną pracą. Silnik synchroniczny, w którym wirnik obraca się w ścisłej synchronizacji z polem magnetycznym stojana, wymaga przy tym skrupulatnej diagnostyki mechanicznej i elektrycznej. Prawidłowo zaplanowany zakres prac w oknie serwisowym pozwala uniknąć najdroższego scenariusza – nagłej awarii na działającej linii produkcyjnej.

Niewyważenie wirników – źródło drgań i hałasu maszyn przemysłowych

Zjawisko niewyważenia powstaje, gdy masa wirnika nie jest równomiernie rozłożona wokół osi obrotu. Podczas pracy na wysokich obrotach nawet minimalna odchyłka generuje potężną siłę odśrodkową, przenoszoną na wał, oprawy łożyskowe, obudowę urządzenia oraz fundamenty. W praktyce przemysłowej problem ten uderza najczęściej w silniki elektryczne, wentylatory, pompy procesowe, turbiny, sprężarki oraz bębny robocze.

Przyczynami są najczęściej: zużycie eksploatacyjne, osady na łopatkach, korozja, ubytki materiałowe, błędy montażowe lub naprawy wykonane bez kontroli wyważenia. Problem ten rozwija się stopniowo, od nieznacznej zmiany dźwięku, po wzrost temperatury opraw łożyskowych i luzy na połączeniach.

Najczęstsze objawy niewyważenia:

• silne drgania mechaniczne przenoszone na całą konstrukcję,
• podwyższona temperatura pracy łożysk i degradacja środka smarnego,
• narastający hałas oraz zmiana charakterystyki pracy napędu,
• ubytki materiału, osady lub ogniska korozji na wirniku.

Diagnostycznie drgania wywołane niewyważeniem charakteryzują się dominacją składowej o częstotliwości obrotowej 1X (raz na jeden obrót wału). Diagnostyka opiera się na pomiarze drgań czujnikami na oprawach łożysk oraz analizie widmowej prądu stojana. Pozwala to odróżnić niewyważenie od braku współosiowości wałów, uszkodzeń bieżni łożysk czy asymetrii pola magnetycznego. Ocena stanu drganiowego realizowana jest w oparciu o normy ISO 20816 oraz ISO 21940, które określają dopuszczalne klasy jakości.

Wykorzystanie czasu przestoju: dlaczego remont kapitalny to idealny moment na serwis?

Zaplanowany remont kapitalny to najbardziej uzasadniony ekonomicznie moment na przeprowadzenie wyważania wirników oraz regeneracji silników synchronicznych. Cała linia technologiczna jest wtedy wyłączona z ruchu, co eliminuje koszty dodatkowego przestoju. W jednym oknie serwisowym można wykonać pełen ciąg prac:

• demontaż,
• czyszczenie,
• pomiary,
• naprawę maszyn przemysłowych,
• wymianę podzespołów,
• wyważanie i testy odbiorcze.

Podczas ciągłej pracy linii możliwości diagnostyczne są ograniczone do podstawowych parametrów zewnętrznych (ogólny poziom drgań, temperatura, pobór prądu). Dopiero po odłączeniu zasilania i demontażu możliwa jest głęboka weryfikacja stanu izolacji uzwojeń, pakietu blach rdzenia stojana czy gniazd łożyskowych.

W silnikach synchronicznych kontroli wymaga stojan, wirnik z układem wzbudzenia oraz węzły łożyskowe. Przezwajanie silników pozwala na pełne odtworzenie parametrów elektrycznych, jeśli badania izolacji wykażą jej zużycie. Przy okazji dokonuje się wymiany elementów tocznych na nowe łożyska premium.

Każda ingerencja mechaniczna lub elektryczna (czyszczenie, przezwajanie, regeneracja czopów wału) zmienia rozkład masy wirnika. Dlatego wyważanie wirników po remoncie stanowi bezwzględny wymóg i ostateczny sprawdzian jakości. Alternatywą dla urządzeń wielkogabarytowych bywa wyważanie w łożyskach własnych za pomocą mobilnych zestawów pomiarowych, co eliminuje koszty transportu i demontażu.

Precyzyjne wyważanie dynamiczne – najważniejsze etapy

Profesjonalny proces wyważania dynamicznego realizowany jest na stacjonarnych wyważarkach warsztatowych lub przy użyciu mobilnych układów pomiarowych, takich jak ROTORTEST 9.5.

Diagnostyka i pomiar

Diagnosta montuje czujniki na oprawach łożyskowych i przy określonych obrotach rejestruje amplitudę drgań, fazę oraz rozpływ częstotliwościowy. Dominacja składowej 1X potwierdza niewyważenie. Urządzenia klasy ROTORTEST 9.5 precyzyjnie wyliczają wartość wektora niewyważenia, wskazując masę i kąt korekcji. W silnikach synchronicznych diagnostykę rozszerza się o pomiary rezystancji izolacji oraz analizę widmową prądu stojana (MCSA).

Korekcja niewyważenia

Korektę wykonuje się poprzez odjęcie materiału (wiercenie, frezowanie) albo dodanie masy (śruby, podkładki, ciężarki). W praktyce stosuje się trzy metody:

• amplitudowo-fazową (jednoczesny pomiar amplitudy i kąta fazowego),
• trzech uruchomień (analiza zmian po wprowadzeniu znanej masy próbnej),
• metodę prób (dla układów nietypowych).

Po wprowadzeniu poprawek realizuje się pomiar kontrolny aż do uzyskania klasy jakości wg ISO 21940 (najczęściej G 6.3 dla ogólnego parku maszynowego lub G 2.5 dla napędów precyzyjnych).

Wyważanie w łożyskach własnych

Wyważanie mobilne na usadowionym urządzeniu uwzględnia sztywność fundamentu, stan sprzęgła i podatność konstrukcji wsporczej. Wirnik wyważany jest w realnych warunkach swojej pracy, co stanowi filar predykcyjnego utrzymania ruchu.

Kompleksowa regeneracja silników synchronicznych

Proces pełnej regeneracji wymaga równoległych prac nad częścią elektryczną oraz mechaniczną silnika:

• stojan wymaga usunięcia zniszczonych cewek, dokładnego wyczyszczenia rdzenia oraz nawinięcia nowych uzwojeń w klasie izolacji H, które następnie impregnuje się lakierami elektroizolacyjnymi (np. metodą VPI) i utwardza termicznie,
• w układzie wzbudzenia przeprowadza się kontrolę, przetoczenie lub polerowanie pierścieni ślizgowych oraz wymianę zużytych szczotek węglowych,
• w węzłach łożyskowych kontroluje się pasowania czopów i gniazd (w przypadku wykrycia luzów wykonuje się regenerację gniazd łożyskowych poprzez tulejowanie, napawanie lub metalizację, a nowe łożyska montuje przy użyciu podgrzewaczy indukcyjnych).

Po montażu silnik przechodzi próby odbiorcze: pomiar rezystancji izolacji, prądu biegu jałowego, kontrolę temperatury i poziomu drgań.

Wyważając wirniki zwiększysz niezawodność i wydajność parku maszynowego

Rzetelnie przeprowadzone wyważanie redukuje obciążenia dynamiczne działające na wały, uszczelnienia mechaniczne i fundamenty. Wyważony wirnik to także wyższa efektywność energetyczna. Drgania to marnowanie energii elektrycznej przekształcanej w ciepło i wibracje. Przy jednostkach o mocy 200 kW pracujących 24/7 redukcja oporów daje wymierne oszczędności finansowe.

Wyważanie dynamiczne po remoncie to obligatoryjna kontrola jakości. Dla przykładu: spadek poziomu drgań wentylatora z 7,1 mm/s RMS (stan ostrzegawczy) do 2,8 mm/s RMS (stan bardzo dobry) oznacza cichszą pracę, niższą temperaturę łożysk i dłuższą żywotność całego układu. Regularna kontrola drgań pozwala planować naprawy w oknach serwisowych, chroniąc zakład przed kosztownymi przestojami.