Ventilaatori mootor vajab elektriliselt ohutuid kuullaagreid

Uued või uuendatud muutuva vooluhulgaga (VAV) ventilatsioonisüsteemid tagavad paindliku, töökindla ning energiasäästliku ventilatsiooni, vahetades välja konstantse vooluhulgaga ventilatsioonisüsteemid. Kontrolltasandil ventileeritavatesse tsoonidesse on sageli paigaldatud sisse- ja väljapuhkeventilaatorid. Ventilaatorite labad on elektromootori võlliga vahetult ühendatud ning kiiruse kontrollimine toimub sagedusmuunduri vahendusel. See võimaldab konkreetsesse tsooni suunatava õhu vooluhulga ülitäpset kontrollimist, mis on ülioluline haiglates, kaasaegsetes tootmistehastes, jne. Lisaks pakuvad VAV süsteemid ökonoomset ning täpset võimalust suurte ja keerukate hoonekomplekside, nt. lennujaamad, suured äri- ja kaubanduskeskused, büroohooned, praamid, sõjalaevad, jne ventileerimiseks.

Süsteemidele esitatavad täiendavad nõuded puudutavad ülikõrget töökindlust - näiteks operatsioonisaalides kasutatavad seadmed - või dubleerimisvajadust, nt. elektrilised suitsu ja kuumuse väljatõmbeventilatsiooni süsteemid (SKVVS), mida reeglina kasutatakse suurtes ehitistes ja tunnelites, mida iseloomustab tuleoht. Niisuguste SKVVS rakenduste puhul on vajalik uuest standardist EN 12101-3 tulenevate tuleohutusnõuete täitmine ning samal ajal normaalse kasutamise tingimustes ka pika kasutusaja garanteerimine. VAV ja SKVVS süsteemide madalate ekspluatatsioonikulude ja töökindluse tagamise vajadust silmas pidades muutub järjest olulisemaks hübriid-kuullaagrite ja teiste eriotstarbeliste kuullaagrite kasutamine.

Uute VAV süsteemide osaks on reeglina sajad, töökindluse suhtes äärmiselt nõudlikud elektrimootorid. Ventilaatorite puhul on kuullaagrid ainsateks suure koormusega, liikuvateks komponentideks, mille puhul on võimalik metallide omavaheline kontakt. Seega on töökindlusest ja madalatest hoolduskuludes rääkides kõige kriitilisemateks osadeks just laagrid. Tänapäeval võib väita, et 50% kõigist elektrimootorite riketest on vahetult seotud kuulaagrite riketega. Väiksemate, pidevalt kasutuses olevate 0.15-15 kW mootorite puhul prognoositakse vastava näitaja olulist suurenemist; eeskätt tänu sagedusmuunduri üha laiemale kasutuselevõtule. Sagedusmuundurid, näiteks pulsilaiusmodulatsiooniga mudelid (PWM) mudelid põhjustavad teadaolevalt kõigi standardsete terasest kuullaagrite puhul elektroerosioonist tingitud kahjustusi.

Kõige tundlikumad on vigastuste suhtes reeglina väiksemad mootorid, kuna need on varustatud standardlaagritega, millel puudub kuuli veeretee ja veereelemendi kokkupuutel tekkivate elektrilaengute vastane kaitse. Suuremates mootorites seevastu kasutatakse reeglina elektriisolatsiooniga laagreid või polümeerset isolatsioonikihti, mis tagab vajaliku kaitse. Väiksematele mootoritele samaväärse kaitse tagamiseks on kõige paremaks lahenduseks hübriidlaagrid.

Laengute tekkimise põhjuseks on asjaolu, et standardne pingerežiim erineb nullist ning tänu sagedusmuundurite väga lühikestele lülitusaegadele tekivad lisaimpulsid. Seda on võimalik muuta elektrisüsteemides võlli ja maanduri vahelisi liitmikke ning elektrimootorile sobivaid ostsilloskoope kasutades. Vigastuste levinumateks sümptomiteks on kuuli veeretee mikropraod ja vigastused, veereelementide ja kuuli veeretee halliks tõmbumine, "pesulauale" iseloomulikud mustrid määrdeainega töödeldud pindadel ja määrdeaine mustaks muutumine. Tagajärjeks on puudulik määrimine, kõrge vibratsioonitase ning lõppkokkuvõttes laagrite kokkujooksmine.

VAV süsteemide puhul lühendab elektroerosioon laagrite kasulikku eluiga ja hooldusintervalli. Seda võib lugeda varaste rikete ning rikete suurema esinemissageduse tekkepõhjusena. Ühe hiljutise näitena võib välja tuua neli aastat vana haigla Rootsis, mis varustati uue, PWM sagedusmuunduritega VAV süsteemiga. Hooldusandmete statistilise analüüsi tulemuste kohaselt lühenes seadmete baaseluiga L10h (90 % töökindlus) üksnes 30%-ni prognoositavast väärtusest. Tegemist oli määrdega täidetul kujul tarnitud laagritega, mille puhul täiendav määrimine pole enam vajalik ning statistiline analüüs näitas nende puhul rikete suuremast esinemissagedusest tingitult töötundide arvu L50h veelgi järsemat langemist (50% töökindlus). Elektrivoolu esinemine laagrites määrati kindlaks mootoreid vahetute diagnostiliste meetodite abil (võlli ja maanduri vahel) kontrollides ning vigastada saanud laagreid analüüsides (osoonilõhn ja mustaks tõmbunud määrdeaine kiht). Kirjeldatuga sarnanevat analüüsi on suuremate VAV süsteemide puhul võimalik teostada ka üksikute vigastada saanud laagrite põhjal, kuna suures populatsioonis esinevate üksikute süsteemirikete puhul on statistiline tulem esinduslikum väikese süsteemi ja suurte rikete arvu baasil saadud tulemustest.

Haigla juhtumi puhul hakkab tõrkesagedus, st. laagrite varase vigastada saamise tõenäosus nelja aasta möödudes ajas kiiresti tõusma. Kriitilistes tsoonides, näiteks operatsioonisaalides, kasutatavate seadmete tõrkeohu suurenemine ei ole vastuvõetav. Nimetatud riski suurenemise vältimiseks on soovitav varustada seda tüüpi ventilaatorite mootorid kahe hübriidlaagriga. Elektri suhtes tundlikkust omamata pakuvad need kaitset tavalisel töörežiimil tekkivate pingekõikumiste, lisaimpulsside ning muude laagrite elektroerosiooni põhjustavate tegurite eest.

Siinkohal tuleks mainida, et üks hübriidlaager, mis reeglina ei asu võlli veotapi otsas, peaks kaitse tagamiseks piisav olema. Sellele vaatamata tuleks elektriisolatsiooniga laagrite, kaasa arvatud hübriidlaagrid, valimisel teha koostööd mootoriekspertidega ning kõiki mõõtmiste tulemusi praktikas kontrollida. Rõhutame, et elektriseamete konstruktsiooni muutmisega seotud otsuste tegemisel tuleb alati eelnevalt konsulteerida originaalseadme tootjaga.

Saadaval on peamiselt 60, 62 ja 63 seeria kuullaagrid (toruõõne) kaliibriga 5-70 mm. Olemas on ka suuremaid laagreid. VAV mootorite kuullaagrid on reeglina varustatud madala hõõrdeteguriga tihenditega (2RZ või 2RSL), klaaskiudmaterjalist - tugevdatud polüamiid - valmistatud survevaluseparaatoriga, tsentreeritud rullidega (TN9), keraamiliste kuulidega (HC5), tavalisest suurema lõtkuga (C3) ja erinevatele temperatuurivahemikele sobiva määrdeainega (WT), mille omadused ühilduvad elektrimootoritest tulenevate nõuetega.

Hea tulekindlus on mastaapsetes rajatistes - näiteks transporditunnelid, lennukjaamad, laohooned, suured üldkasutatavad hooned - äärmiselt oluline.

Paljud sellistest rajatistest on varustatud tulekahju korral kuumade gaaside kihi alt tulekoldesse jahedamat ja puhtamat õhku toimetavate elektriliste suitsu ja kuumade gaaside väljatõmbeventilatsiooni süsteemidega. Tegemist on kriitilise tähtsusega, kaheotstarbeliste (standardne ventilatsioon ja suitsu väljatõmbeventilatsioon) süsteemidega, mis peavad aja jooksul oma töökindluse säilitama.

Asjaomase Euroopa standardi EN 12101-3 värskeimas väljaandes sätestatakse nõue, mille kohaselt SKVVS süsteemid ja nendega vahetult ühendatud, otseajamiga ventilaatorimootorid peavad kuuluma temperatuuriklassi, mis võimaldab nende jätkuvat kasutamist tulekahju korral. Tänapäeval on kõige levinumaks klassiks F400 (400o C) ja paljud Euroopas hoonetesse ja tunnelitesse paigaldatavad SKVVS süsteemid kuuluvad nimetatud klassi või teevad läbi uuenduskuuri, et asjaomaseid nõudeid täita. Uued mootorid seevastu hakkavad tulevikus täitma klassile F600 (600Y C) esitatavaid nõudeid. Lisaks peaksid SKVVS paigaldiste ekspluatatsioonikulud olema võimalikult madalad, kuna neid kasutatakse igapäevaselt mugavusventilatsiooni tagamiseks. Töökindel ja toimiv mugavusventilatsioon mängib paljudes paigaldistes kriitilise tähtsusega rolli, eemaldades sõidu- ja veoautode eritatud toksilisi põlemisgaase ning vähendades liiklusvoogude häirimise võimalusi.

EN standard teeb kaheotstarbeliste ventilatsioonisüsteemide madalate kasutuskulude tagamise seadmete tootjate, omanike ja kasutajate ülesandeks. Kehtestamata on jäetud nõuded eriolukorras käivitumiseks pärast pikaajalist igapäevast kasutamist.

SKF töötas välja ja võttis kasutusele uue HEAT1 katserakise (kuumuskatsete nõuetele vastavuse kontrollimiseks), mida kasutatakse laagrite prototüüpide testimiseks temperatuuril kuni 600Y C. HEAT1 annab võimaluse elektrimootorite katsetamiseks standardis EN 12101-3 sätestatud koormuse ja töötingimuste korral. Esimese sammuna teostatakse erinevast materjalist valmistatud, määrdeainet kasutavate ning separaatoriga laagrite, kaasa arvatud kõrget temperatuuri taluva määrdega töödeldud laagrid, võrdlevad klassifitseerimiskatseid.

Kirjeldatud katses täheldati kolme elektrimootori määrde variandi (A, B ja C) puhul kõrget temperatuuri taluva silikooni või PRFE määrdega (D, E, F ja G), või polümeerseparaatoriga (H) mudelitega võrreldes oluliselt paremat toimivust eriolukordades. See on tingitud veereteede ja veereelementide oluliselt parematest materjalikombinatsioonidest. Järgnevad funktsioonikatsetused (mis kopeerisid konkreetseid standardis EN 12101-3 kirjeldatud mootorite töökatseid - aeg, kiirus ja temperatuur) olid edukad kahe peamise kandidaadi jaoks. Nimetatud kahte laagri tüüpi on võimalik kasutada mootorites, mis peavad vastama F400 ja F600 nõuetele. Funktsioonikatsetused näitasid, et F600 klass on laagrite puhul saavutatav ilma lõhis/kaheliskonstruktsioonita. Piiravaks teguriks on seevastu elektrilised mähised, mis täidavad esitatud nõudeid kuni 400Y C korral.

Autor: Lars Kahlman