Silnik elektryczny

Co wyróżnia okrętowy silnik elektryczny

Silnik elektryczny zamienia energię elektryczną z rozdzielnicy albo z przemiennika częstotliwości na moc na wale, a na typowym statku jest najliczniejszą maszyną wirującą na pokładzie: pompy, wentylatory, sprężarki, separatory, maszyna sterowa, wciągarki i dźwigi - wszystkie od niego zależą. Silniki przemysłowe są budowane z myślą o suchej, umiarkowanej hali fabrycznej. Na statku ta sama maszyna stoi w maszynowni o wysokiej temperaturze otoczenia i z mgłą olejową albo na otwartym pokładzie w rozpryskach wody, przykręcona do drgającego kadłuba. Wersje okrętowe różnią się więc w szczegółach, które decydują o trwałości: układ izolacji, obudowa, ochrona przed korozją, konstrukcja łożysk i sposób chłodzenia.

Główne konstrukcje

• Silniki indukcyjne klatkowe - standardowy silnik napędów pomocniczych; proste i wytrzymałe, bez szczotek i pierścieni ślizgowych do obsługi
• Silniki pierścieniowe - spotykane w starszych instalacjach, gdzie bez przemiennika potrzebny był sterowany moment rozruchowy albo regulowana prędkość
• Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi - zwarte i sprawne, coraz częściej stosowane w pędnikach, gondolach i napędzie elektrycznym, zawsze zasilane z przemiennika
• Silniki prądu stałego - nadal obecne w starszych wciągarkach, dźwigach i starszych napędach; komutator i szczotki wymagają regularnej uwagi
• Silniki przeciwwybuchowe (Ex) - certyfikowane obudowy do stref zagrożonych wybuchem gazów, takich jak pompownie i pokłady zbiornikowców, gdzie rodzaj ochrony musi odpowiadać strefie i grupie gazu

Główne elementy

• Uzwojenie stojana i układ izolacji, czyli część wyznaczająca granicę cieplną całej maszyny
• Wirnik z klatką albo z magnesami, wyważony do zakresu prędkości, w jakim będzie pracował
• Łożyska i sposób ich smarowania: smarowane na stałe, z możliwością uzupełniania smaru albo olejowe w większych maszynach
• Skrzynka zaciskowa z płytami dławnicowymi i uszczelnieniami, dobrana do kabla i sposobu przyłączenia
• Chłodzenie: wentylator na wale w maszynach z chłodzeniem własnym albo osobny wentylator z własnym napędem, gdy silnik musi pracować pod obciążeniem z małą prędkością
• Grzałki przeciwkondensacyjne i czujniki temperatury uzwojenia, zwykle elementy PT100 albo termistory

Dobór i wymiarowanie

• Moc i moment dla napędzanej maszyny, łącznie z warunkami rozruchu: obciążenia o dużej bezwładności, takie jak duże wentylatory, wymagają długiego rozruchu, który nagrzewa wirnik
• Napięcie zasilania, częstotliwość i liczba biegunów, dopasowane do rozdzielnicy albo przemiennika
• Rodzaj pracy, ciągła albo przerywana, zgodnie z IEC 60034-1; wciągarki i dźwigi nie są obciążeniami ciągłymi
• Stopień ochrony obudowy i sposób chłodzenia, zob. IEC 60034-5 i IEC 60034-6
• Klasa izolacji i dopuszczalny przyrost temperatury, z zapasem na temperaturę otoczenia w maszynowni, a nie na standardową temperaturę odniesienia z laboratorium
• Forma budowy i wielkość mechaniczna, aby zamiennik pasował do istniejącego fundamentu i wysokości osi wału
• Dla maszyn zasilanych z przemiennika: potwierdzenie, że izolacja i łożyska nadają się do pracy z falownikiem

Przepisy i klasa

Silniki do urządzeń o znaczeniu zasadniczym muszą być wykonane i badane według przepisów towarzystwa klasyfikacyjnego. Większe maszyny zwykle wymagają świadectwa klasy wydanego po badaniach odbywanych w obecności inspektora, a mniejsze są akceptowane na podstawie uznania typu albo protokołu badań producenta. Seria IEC 60034 określa parametry znamionowe, stopnie ochrony obudowy, chłodzenie i metody badań, a seria IEC 60092 obejmuje instalacje elektryczne na statkach. Silniki Ex mają dodatkowo certyfikat IECEx albo ATEX dla strefy, w której są zabudowane, a oznaczenie na tabliczce znamionowej trzeba porównać z rysunkiem stref zagrożonych wybuchem.

Typowe usterki

• Uszkodzenie łożyska wskutek zestarzałego smaru, zbyt dużej albo zbyt małej ilości smaru, a w maszynach zasilanych z przemiennika - przez prądy łożyskowe, które żłobią bieżnie
• Przebicie izolacji uzwojenia po przedostaniu się wilgoci, gdy silnik stał bezczynnie bez włączonej grzałki przeciwkondensacyjnej
• Przegrzanie wskutek zablokowanej drogi powietrza chłodzącego, uszkodzonego wentylatora zewnętrznego albo przeciążonego napędu
• Uszkodzone pręty wirnika albo poluzowany wirnik po powtarzanych ciężkich rozruchach, widoczne jako drgania, hałas i spadek prędkości
• Problemy ze skrzynką zaciskową: poluzowane połączenia, stwardniałe uszczelki i woda wewnątrz skrzynki
• Niewspółosiowość sprzęgła, która zużywa łożyska i uszczelnienia wału na długo przed awarią samego silnika

Na co zwracać uwagę przy wyborze dostawcy

• Świadectwo klasy albo uznanie typu odpowiadające dokładnie zamawianej wielkości mechanicznej, mocy i obudowie
• Dane z tabliczki znamionowej (moc, napięcie, częstotliwość, prędkość, rodzaj pracy, obudowa, klasa izolacji) identyczne z wymienianym urządzeniem albo różnice udokumentowane na piśmie
• Dla pracy z przemiennikiem - oświadczenie producenta o wytrzymałości izolacji i ochronie łożysk
• Łożyska, wentylatory, uszczelnienia, grzałki przeciwkondensacyjne i enkodery dostępne jako części zamienne do tej wielkości mechanicznej
• Dla silników Ex - certyfikat z pełnym oznaczeniem, a nie samo określenie przeciwwybuchowy

Przed każdym ponownym uruchomieniem po długim postoju trzeba zmierzyć i zapisać rezystancję izolacji. Pojedynczy odczyt niewiele mówi, ale trend z lat pokazuje wilgotne albo starzejące się uzwojenie na długo przed zadziałaniem zabezpieczenia.