Elektrotepelné vlastnosti kontaktního styku ložiska

Prezentace na téma: "Elektrotepelné vlastnosti kontaktního styku ložiska"— Transkript prezentace:

1 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

2 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

3 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

4 Detekce harmonických v rozběhovém proudu - STFT analýzy
Frekvenční otisk LabVIEWTM

5 Definice - Proudovodné dráhy ložiskových proudů

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

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

8 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

9 Měření vodivosti ložiska při frekvenci napětí 50Hz a 1KHz

10 Magnetické vlastnosti ložiskových ocelí ANSYS
BH Charakteristiky pro Hz Počáteční magnetizace, μr

11 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

12 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 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

13 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

14 Rozložení veličin v místě styku ANSYS
Proudová hustota Rozložení teploty

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

16 Rozložení veličin v místě styku ANSYS
Magnetická indukce Silové namáhání

17 Poškození ložiska drážkováním
Rozhraní poškození Poškození drážkováním Detail kovové šupiny

18 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

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

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

21 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.

22 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

23 Tlakové úbytky ve ventilačních drážkách stroje
ANSYS

24 Tok média v elektrickém stroji
ANSYS

25 Tlakové úbytky ve ventilačních drážkách stroje
ANSYS