Електрично изоловани котрљајући лежајеви

Заштита од оштећења лежаја узрокованих проласком електричне струје

Стеир, Аустрија, март 2015.Електрично изоловани ваљкасти лежајеви имају електричну изолацију која је уграђена у лежај, пружајући поуздану заштиту од проласка струје и електричне корозије. Типичне примене су електрични мотори, генератори и друге електричне машине. Аустријски произвођач НКЕ Аустриа ГмбХ нуди електрично изоловане котрљајуће лежајеве у више верзија. У овом чланку Клаус Гриссенбергер, примењени инжењер са НКЕ, објашњава узроке проласка електричне струје кроз котрљајуће лежајеве, симптоме оштећења и противмере, својства и производне процесе електрично изолованих лежајева.

Куглични лежај са дубоким уторима НКЕ СК77Е са изолацијом на унутрашњем прстену.

Разлика у електричном потенцијалу између спољног и унутрашњег прстена ваљаног лежаја може довести до оштећења електричне струје која трајно оштећује носаче лежаја и смањује његове радне карактеристике. Ток струје резултира електричним пражњењем у зони контакта између ваљаних елемената и унутрашњег или спољног прстена. То заузврат изазива локално топљење површина. Резултат: копање, пренос материјала и локално микроструктурно оштећење услед топлотног напрезања. Барем врло танки слој еродиране површине поново се очврсне, што чини изузетно тврдим и склоним пуцању. Овај поступак се назива електрична корозија и често утиче на лежајеве у електромеханичким применама, попут генератора и електромотора, али и на машине које покрећу електрични мотори, као што су пумпе и редуктори. Поред тога, електрично пражњење мазиво чини бескорисним. Базно уље и адитиви садржани у оксидирају мазиво, што резултира карактеристичном црном бојом мазива. Прерано старење трајно смањује способност мазива да формира раздвајајући слој између металних површина. Оштећене функционалне површине лежаја и губитак деловања подмазивања резултирају брзим губитком функционалности лежаја.

Могући узроци нежељеног проласка електричне струје кроз котрљајуће лежајеве

Сл. 1а

Сл. 1б

Тренутни пролаз је довео до стварања кратера / флаута на унутрашњој стази прстена (Сл. 1а) и бочној површини ваљаних елемената (Сл. 1б) цилиндричног ваљкастог лежаја.

Познати су главни разлози тренутног пражњења. Асиметрије магнетног тока електричне машине стварају напон ниске фреквенције између осовине и кућишта, што резултира протоком струје кроз лежајеве котрљања. Такав пролазак струје може такође бити резултат употребе неоклопљених асиметричних електричних каблова ако је прикључак машине на земљу неефикасан. Други узрок је употреба фреквентних претварача: Принцип рада многих фреквентних претварача заснован је на модулацији ширине импулса (ПВМ) и ствара високофреквентни напон заједничког начина рада, што такође резултира проласком струје кроз ваљање лежајева. Коначно, електростатичко пуњење осовине и кућишта праћено пражњењем кроз котрљајуће лежајеве такође је могући узрок.

Симптоми оштећења и могући контрамјери

Типични знакови електричне корозије укључују сиве, потамњене трагове на трачницама и на површинама ваљаних елемената. Кратери талине (Сл. 1а и 1б) или лепршање су такође видљиви, углавном на површинама колосека. Оштећења услед тренутног пражњења обично се манифестују појачаном буком рада.

Да бисте спречили оштећења ове врсте, препоручљиво је изолирати лежиште лежаја у кућишту или на осовини. Међутим, то подразумева додатне мере дизајна околних делова. Једноставно, економично решење у овом случају је употреба електрично изолованих котрљајућих лежајева од НКЕ. Будући да су кључне димензије и подаци о карактеристикама изолованих лежајева идентични онима у одговарајућим неизолованим моделима, нису потребне промене целокупног дизајна.

Електрично изоловани лежајеви - својства и примена

Електрично изоловани лежајеви НКЕ, означени суфиксом СК77, имају оксидно-керамички слој изолације. Преглед различитих варијанти дизајна изолационог слоја дат је у табели. Електрично изоловани котрљајући лежајеви НКЕ нуде потпуно исте спољне димензије и техничке карактеристике као и одговарајући неизоловани типови.

Најважније предности ових лежајева су већа поузданост рада, што је загарантовано оптималном заштитом од електричне корозије. Електрично изоловани лежајеви су јефтинији него на пример наношење изолације на кућишта или шахтове. Они су заменљиви са уобичајеним лежајевима, јер имају исте кључне димензије и техничке карактеристике. Они такође нуде смањени ризик од оштећења, а самим тим и дужи радни век од класичних лежајева када се користе у електричним машинама. Ако се правилно рукује електрично изолираним лежајевима, нема опасности од оштећења премаза.

Главни распон електрично изолираних лежајева чине цилиндрични ваљкасти лежајеви и куглични лежајеви са дубоким уторима, али сви остали типови лежајева такође се могу изоловати електрично. Подручја примене укључују вучне моторе железничких возила, електромоторе и генераторе, посебно у комбинацији са фреквентним претварачима с брзим пребацивањем.

Процес производње и принцип рада електрично изолираних ваљака

Код електрично изолованих лежајева од НКЕ, изолациони слој се наноси на спољни прстен (СК77 или СК77Ц - Сл. 2а) или на унутрашњи прстен (СК77Е или СК77Х - Сл. 2б) помоћу плазма распршивањем, танкослојном технологијом. За време распршивања плазмом ствара се електрични лук између две електроде са одговарајућим напајањем гасом. Плазма млаз служи као носиви медиј за наношење праха алуминијум оксида (Ал2О3) било на спољни или унутрашњи прстен великом брзином. Да би се добила оптимална заштита оксидни слој такође покрива бочне стране прсканог прстена. У следећем кораку поступка, слој се затим заптива да се спречи продирање влаге.

Сл. 2а Сл. 2б

Смокве. 2а и 2б: Код електрично изолованих лежајева од НКЕ, изолациони слој се наноси на спољни прстен (СК77 или СК77Ц - Сл. 2а) или на унутрашњи прстен (СК77Е или СК77Х - Сл. 2б) помоћу распршивања плазмом, танки- филмска технологија.

Физички ефекат изолационог слоја зависи од фреквенције напона који узрокује штетне струје у лежајевима. У случају једносмерног напона, изоловани лежај има охмички отпор. Што је већи отпор, то је нижа електрична струја. Вредност отпора изолованих лежајева је већа од 50 МΩ, чиме се електрична струја ограничава на ниво који не може оштетити лежај.

У случају измјеничног напона погодна је капацитивна природа изолованог лежаја. Лежај се тада понаша на приближно исти начин као и паралелни круг који се састоји од отпорника и кондензатора са отпором који зависи од фреквенције, а назива се импеданса. Импеданса одређује величину наизменичне струје која тече кроз лежај за дате вредности напона и фреквенције. И овде импеданција треба да буде што већа да би се смањила струја до нивоа који не може да оштети лежај.

Да би се постигле високе вредности импеданције, отпор изолационог слоја мора бити висок, а његов капацитет мора бити низак. То се може постићи тако што ће изолациони слој бити што дебљи и смањењем укупне површине изолације. Када се пренесе на лежајеве, то значи да се овај слој пожељно наноси на проврт унутрашњег прстена. Међутим, премаз се обично наноси на спољни пречник из разлога трошкова и због ограничења производног процеса. У већини случајева то и даље резултира више него адекватном заштитом од оштећења од електричне корозије. Друго важно својство премаза је његова диелектрична чврстоћа. Зависно од њихове верзије, лежајеви НКЕ имају диелектричну чврстоћу од најмање 1000 В или 2000 В.

Аутор:

Клаус Гриссенбергер, инжењер апликације, НКЕ Аустриа ГмбХ.

Сто:

Преглед варијанти дизајна електрично изолираних НКЕ котрљајних лежајева:

Информације о компанији:

НКЕ Аустриа ГмбХ је произвођач лежајева са седиштем у Стеир-у, Аустрија. Компанију са око 140 запослених основала је 1996. група старих чланова бивше компаније Стеир Валзлагер. НКЕ производи стандардне и посебне лежајеве за све индустријске примене. Инжењеринг, развој производа, производња и финална обрада компоненти, модуларна монтажа, осигурање квалитета, логистика, продаја и маркетинг - централизовани су у седишту НКЕ-а у Стеир-у, Аустрија. Фабрика у Стеир-у сертификована је по ИСО 9001: 2008, ИСО 14001: 2004 и ОХСАС 18001. Широк спектар стандардних лежајева доступан је на залихама или у кратким роковима производње. НКЕ такође нуди прилагођене производе и решења. Поред развоја производа и инжењерства апликација, НКЕ пружа и читав спектар техничких, консултантских, документационих и обучних услуга. Производи НКЕ-а дистрибуирају се кроз 15 међународних представништава и више од 240 продајних мјеста у 60 земаља.