Elektrotepelné vlastnosti kontaktního styku ložiska FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY VŠB-TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY VŠB-TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektrických strojů a přístrojů 453 Elektrotepelné vlastnosti kontaktního styku ložiska Jiří Pospišilík

Definování problematiky a rozložení analýzy vznik a existence ložiskových proudů a hřídelových napětí, rozbor nahodilosti, existence, lidský faktor, podpůrné a omezující faktory existence a trvání, opotřebení ložisek, tribologie, elektrochemické a tepelné procesy, způsob detekce, měření a diagnostika, problematika omezení konstrukčními úpravami, metodika prevence a informovanost. Jedná o řešení multidisciplinárního problému a je nutné uvažovat nad všemi závislostmi: z technického, ekonomického, a morálního pohledu a odborného vzdělání osob spojených s montáží a údržbou

Nesymetrie magnetického pole Výpočet magnetického pole pomocí MKP ANSYS Nesymetrie magnetického pole Může být způsobena: technologickým postupem výroby, nesprávným zatěžováním, nesymetrií napájecí sítě, nesprávnou montáží, nevhodnou konstrukcí, ….. Charakter: statické, dynamické, základní harmonické, vyšší harmonické

Detekce harmonických v rozběhovém proudu - STFT analýzy Frekvenční otisk LabVIEWTM

Definice - Proudovodné dráhy ložiskových proudů

Princip měření na zkoušeném ložisku Uhlíkové kartáče Měděný kroužek Zkoušené ložisko Uchycení Hřídel AS motoru Osc NF zdroj Bakelitové mezikruží I

Průběh změny elektrické pevnosti na ložisku s teplotou LabVIEWTM RMS RMS Napětí Proud

Plastický tuk dodávaný výrobcem Monitoring vodivosti uzavřeného ložiska v závislosti na teplotě LabVIEWTM Plastický tuk dodávaný výrobcem Elektrická pevnost v počátku měření byla dostatečná, k průchodům proudu dochází jen v ojedinělých případech. S rostoucí teplotou postupně narůstá četnost průchodů. Od určité teploty (v tomto případě 37,5°C) ztrácí mazivo schopnost obnovit elektrickou pevnost. Vodivý plastický tuk Po demontáži, vyčištění a opětném namazání vodivým mazivem již ložisko neztrácí svou pevnost. Proud protéká mazivem bez újmy na vlastnostech a jeho vodivost roste s oteplením ložiska, následkem záporného teplotního koeficientu odporu

Měření vodivosti ložiska při frekvenci napětí 50Hz a 1KHz

Magnetické vlastnosti ložiskových ocelí ANSYS BH Charakteristiky pro 5 -1000 Hz Počáteční magnetizace, μr

Specifika kontaktního styku ložiska Děj je dynamický, stochastický Vzájemný pohyb stýkajících se těles Styková plocha je poměrně menší než u trvalého styku Materiál kontaktů je ferromagnetický Dynamické účinky tepelného namáhání, Dynamické účinky silového namáhání Lokální strukturální změny Velikost vstupních veličin je daná mnoha nedefinovatelnými parametry Zjednodušení: Vzájemný pohyb převedený na kvazistacionární děj Teplotní koeficienty zanedbány Proud definovaný max. hodnotou a časovým charakterem Řešení elektromagnetického, tepelného a strukturálního modelu samostatně Bez přídavného silového zatížení, Deformace materiálu neovlivňuje zpětně elektromagnetický model

Kontaktní styk Velikost kontaktní plochy Velikost eliptické plochy S=40,42 μm2, a=9,26 μm, b=5,556 μm, proud ložiskem I=1A, rezistivita oceli 2.10-7 Ωm, měrné teplo 450J/(kg.K), měrná hmotnost 7850 kg/m3, měrná tepelná vodivost 50 W/m.K a počáteční teplota masy ložiska 60 °C. Oblasti tepelného a silového namáhání

1. Osminový model ložiska 2. Čtvrtinový model jednoho kontaktu Postupná tvorba a zjednodušování modelu kontaktního styku ANSYS 1. Osminový model ložiska 3. Výběr kulové části 2. Čtvrtinový model jednoho kontaktu

Rozložení veličin v místě styku ANSYS Proudová hustota Rozložení teploty

Rozložení veličin v místě styku ANSYS Vektorové zobrazení proudové hustoty Rozložení potenciálu

Rozložení veličin v místě styku ANSYS Magnetická indukce Silové namáhání

Poškození ložiska drážkováním Rozhraní poškození Poškození drážkováním Detail kovové šupiny

Ložisko po zkoušce zatížení proudem 1A 50 Hz, 300 h Valivá dráha mimo aktivní pásmo 2000x Valivá dráha v aktivním pásmu 2000x Valivá dráha 6,25x

Uměle vyrobený výboj vybíjením kapacity Osc D1 - D4 U U1 C

Mikroskopické snímky umělého výboje na ložisku Místo výboje 100x Řez v místě výboje 250x Výřez z místa výboje 1200x

Účinky proudu Závěrem: Malé proudy (řádově mA) Mohou vznikat při velkém napětí a v obvodech s velkou impedancí. Poškozují svým jiskrovým charakterem mazivo v místě styků a snižují tak spolehlivost chodu ložiska. Při pravidelné výměně maziva nemusí zapůsobit havárii. Střední proudy (0.1– 1A) Zatěžují ložisko tepelně, mazivo se mění rychleji, podílejí se na zvýšení oteplení, opotřebení ložiska se zvětší. Ložisko může vykazovat dříve poškození, ale při naddimenzování životnosti, což u strojů středních výkonů může být, k havárii nedojde. Velké proudy (1 – cca 20A) Začínají zahřívat materiál v místě styku na teploty, při nichž dochází ke strukturálním změnám, Ztráta pevnosti, vibrace, velké tření. Mazivo je spálené hned v začátku působení. Doba do havárie max. do 1000 hodin. Extrémní proudy (nad 20 - řádově kA) – Zkratové proudy okamžitě způsobí natavení místa případně celé dráhy. Havárie nastane do několika minut.

Doktorand oboru elektrické stroje, přístroje a pohony Vysoká škola Báňská -Technická univerzita Ostrava Za pozornost Vám děkuje Jiří Pospišilík Doktorand oboru elektrické stroje, přístroje a pohony

Tlakové úbytky ve ventilačních drážkách stroje ANSYS

Tok média v elektrickém stroji ANSYS

Tlakové úbytky ve ventilačních drážkách stroje ANSYS