گریسکاری در موتور‌های الکتریکی

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، در سال ۱۹۹۲ میلادی، موسسه تحقیقات قدرت الکتریکی (EPRI) , برنامه‌ای را در زمینه روانکاری توسعه داد. امروزه برنامه مذکور به طور گسترده در بیشتر نیروگاه‌های هسته‌ای به کار گرفته می‌شود. جلوگیری از گریسکاری بیش از حد در فاصله میان تعویض یاتاقان‌ها از اهداف اصلی این برنامه روانکاری است. در این مقاله به تشریح این مبحث پرداخته ایم.

تاریخچه

مسئله گریسکاری بیش از حد الکتروموتورها، برای اولین بار در سال ۱۹۸۸ میلادی در نیروگاه‌های اتمی ایالات متحده مورد توجه قرار گرفت. دراین سال چندین موتور و یاتاقان در نیروگاه‌های اتمی به دلیل مصرف بیش از حد گریس دچار خرابی شده بود. درسال ۱۹۹۲ میلادی، واحد تعمیرات هسته‌ای EPRI برنامه‌ای به منظور تعمیرات الکتروموتورها، با تاکید بر اصول نگهداری پیش بینانه و پیشگیرانه منتشر ساخت. این برنامه با توجه به اندازه و نوع یاتاقان‌های الکتروموتورها، روش‌های تعمیراتی جامعی را توصیه می‌کند.

بخشی از این برنامه تعمیراتی شامل پیشنهاداتی در مورد چگونگی گریسکاری یک الکتروموتور است. اجرای این برنامه، کاهش هزینه نیروی انسانی مورد نیاز را (برای تعمیرات) و کاهش خرابی یاتاقان‌ها (به دلیل گریسکاری بیش از حد) در پی داشت وموجب شد تا صنایع مذکور بتوانند با اجرای آن در هزینه‌های خود صرفه جویی کنند.

طراحی محفظه یاتاقان
در بیشتر موتور‌هایی که دارای یاتاقان‌های غلتشی قابل گریسکاری هستند دو نوع طراحی محفظه یاتاقان به چشم می‌خورد. بیشتر موتور‌ها به صورت Same-Side ساخته می‌شود و تعداد کمتری نیز به صورت Flow-Through طراحی می‌شوند.

طراحی Flow-Through تنها در یاتاقان‌های Open Face استفاده می‌شود.

در نوع Same-Side , محل ورود و خروج گریس در یک طرف بوده و با یاتاقان‌های Open Face- Single Shielded و Double Shielded استفاده می‌شود.

همانطوریکه مشاهده می‌شود، تنها راه خروج گریس، درپوش تخلیه است.

چهارنوع اصلی یاتاقان

۱- Open face bearing: این نوع از پوسته داخلی، خارجی، ساچمه‌ها و قفس ساچمه‌ها تشکیل شده است. این یاتاقان به دلیل نداشتن صفحات محافظ، گریس را درون خود حفظ نکرده و بنابراین برای روانکاری به حفره گریس نیاز دارد.

۲- Single- shielded bearing: این یاتاقان‌ها تنها در یک سمت دارای یک صفحه محافظ فلزی بوده و به طور معمول یاتاقان به گونه‌ای نصب می‌شود که سمت دارای صفحه فلزی رو بهسیم پیچی موتور قرار می‌گیرد. این گروه نیز قابلیت روانکاری مجدد با گریس را داشته و فواصل گریسکاری آن نیز مشابه یاتاقان‌های open-face است.

۳- Double shielded bearing: در این یاتاقان، هر دو سمت یاتاقان دارای صفحه محافظ فلزی بوده که در نتیجه گریس را بین این دو صفحه نگه می‌دارد. شکاف هوای کوچکی که بین پوستة داخلی و صفحات محافظ وجود دارد اجازه می‌دهد که در فواصل طولانی، حجم مشخصی از روغن، بین گریس موجود در حفره و گریس موجود میان صفحات محافظ، در جریان باشد.

در مورد اینکه آیا می‌توان این یاتاقان‌ها را گریسکاری کرد ابهام وجود دارد. تاکنون گریسکاری در یاتاقان‌های Double shielded با مشکلی مواجه نشده است.

۴- Sealed bearings: این یاتاقان‌ها به جز یک مورد استثنا، کاملاً شبیه Double shielded‌ها هستند. پوستر داخلی در این یاتاقان‌ها در برابر آب بند‌ها سُرخورده که در نتیجه موجب حذف شکاف هوا بین آب بند‌ها و پوسته داخلی می‌شود. این یاتاقان نمی‌تواند مجدداً گریسکاری شود.

خرابی‌های ناشی از گریس

خرابی‌هایی که در ارتباط با مسایل گریسکاری در یاتاقان‌ها روی می‌دهد دلایل مختلفی دارد که در زیر به آن‌ها پرداخته شده است.
- فقدان روانکاری: این حالت هنگامی رخ می‌دهد که یا حفره گریس در یاتاقان به طور صحیح با گریس پر نشده باشد، یا در زمان تعیین شده، یاتاقان گریسکاری نشود و یا روغن موجود در گریس به دلیل گرم شدن بیش از حد یاتاقان، تبخیر و خارج شود.
- ناسازگاری گریسها: تغلیظ کننده گریس‌ها از ترکیبات مختلفی مانند لیتیم یا پلی اوره تشکیل شده اند. تمامی گریس‌ها با یکدیگر سازگار نیستند و این نکته که در طول عمر یاتاقان، از همان گریس اولیه یا گریس‌های سازگار با آن استفاده شود از اهمیت خاصی برخوردار است.

- گریس نامناسب: استفاده و بکارگیری گریس مناسب بسیار مهم است. در بعضی از شرایط و در بعضی از انواع یاتاقانها، گریس‌های چندمنظوره کفایت می‌کند در حالیکه در مواردی، تنها گریس‌های EP جوابگو هستند. انتخاب نادرست گریس در گریسکاری اول و یا گریسکاری مجدد، منجر به خرابی زودهنگام یاتاقان می‌شود.

- تحت فشار قرار گرفتن بیش از حد صفحات محافظ یاتاقان: در زمان ورود گریس به داخل حفره گریس، حجم گریس و فشار حفره افزایش می‌یابد. در صورتی که اگر در حین گریسکاری مجدد، گریس به سرعت اضافه شود، صفحات محافظ یاتاقان‌های Single shielded یا Double shielded آسیب خواهند دید. هنگامی که موتور در سرویس قرار می‌گیرد، گریس به دلیل گرما منبسط می‌شود. اگر حفره گریس کاملاً پر باشد، انبساط گرمایی منجر به فشار مخرب بر روی صفحات محافظ یاتاقان می‌شود. در چنین حالتی، صفحات محافظ تحت فشار از جای خود خارج شده یا صفحه محافظ بیرونی تحت فشار گریس به محفظه یاتاقان فشرده می‌شود که در نهایت به خرابی یاتاقان منجر می‌شود.

درون یک الکتروموتور که با گریس پر شده است چه می‌گذرد؟

اگر حفره گریس کاملاً پر باشد و در عین حال باز هم گریسکاری انجام شود، گریس اضافی به سمت فضای بین کلاهک یاتاقان و محور موتور حرکت کرده و در نهایت به درون موتور راه پیدا می‌کند. این پدیده باعث می‌شود تا گریس فضای انتهایی سیستم عایق را پر کرده و در نهایت منجر به خرابی عایق بندی و یاتاقان شود.

ساچمه‌های یک یاتاقان همانند پمپ‌های بسیار ریز گرانروی عمل کرده که بر روی حجم محدودی از فیلم روغن بین ساچمه‌ها و پوسته می‌چرخند.

هنگامی که گریس بیش از حد مورد نیاز باشد، توسط ساچمه‌ها به شدت به هم می‌خورد و در نتیجه موجب افزایش دمای عملیاتی و هدر رفتن انرژی شده و احتمال خرابی یاتاقان را افزایش می‌دهد.

مسئله‌ای که در ارتباط با الکتروموتور‌ها وجود دارد، این است که مسیر خروج گریس اضافی از حفره یاتاقان محدود است. با استفاده از این اتصالات، دیگر به باز کردن درپوش تخلیه برای خارج ساختن گریس اضافی و کاهش فشار موجود نیازی نیست. در حال حاضر اتصالاتی که در شکل ۹ و ۱۰ نشان داده شده اند توسط شرکت Alemite تولید و به بازار عرضه شده و به صورت گسترده‌ای در نیروگاه‌های هسته‌ای بکار می‌رود.

تخریب گریس

تخریب گریس طی یک فرایند تدریجی اتفاق می‌افتد. گرچه عمده تخریب گریس زمانی اتفاق می‌افتد که موتور در حال کار است، ولی زمان‌هایی که الکتروموتور در جا کار می‌کند نیز اتفاق می‌افتد. گریس می‌تواند به حالت‌های مختلف و بنا به دلایلی خاص تخریب شود که عبارتند از:
سفت شدن گریس: این حالت در فواصل زمانی طولانی و به دلیل جذب گرد و غبار و رطوبت یا اکسید شدن اتفاق می‌افتد.
تخریب شیمیایی: تخریب شیمیایی گریس به دلیل گرمای بیش از حد ایجاد می‌شود. یکی از دلایل گرمای بیش از حد، گریسکاری بیش از حد است.

عواملی که در تخریب گریس تاثیر گذارند عبارتند از:

- بار‌های بیش از حد: الکتروموتور‌هایی که Side-Loaded بوده و به بیانی دیگر به صورت مستقیم و از طریق یک کوپلینگ به محور محرک متصل نشده اند نسبت به الکتروموتور‌های Direct Coupled بار بیشتری را به یاتاقان‌ها اعمال می‌کنند.

- جدایش روغن از گریس: این پدیده، بیشتر در مورد الکتروموتور‌هایی اتفاق می‌افتد که برای مدت زمان زیادی در جا کار می‌کنند. همچنین در مواردی که گریس بیش از حد بهم زده می‌شود نیز چنین پدیده‌ای رخ می‌دهد. البته عموماً با گذشت زمان نیز روغن به طور طبیعی از گریس جدا میشود.

- سرعت دورانی یاتاقان: هر چقدر سرعت بالاتر باشد، گریس سریعتر تخریب می‌شود.

- اندازه یاتاقان: هر چقدر یاتاقان بزرگتر باشد، گریس با سرعت بیشتری تخریب می‌شود. به طور معمول اندازه یاتاقان با توان الکتروموتور نسبت مستقیم دارد.
- محیط کارگاه: در صورتی که دمای محیطی که الکتروموتور در آن قرار گرفته بیشتر از ۶۰ درجه سانتیگراد باشد، تخریب گریس شدت می‌یابد.

تهیه برنامه- گریسکاری
برای تدوین یک برنامه گریسکاری که تمامی الکتروموتور‌های یک مجموعه صنعتی را در بر بگیرد، عوامل متعددی دخالت دارند. برای یک برنامه ریزی صحیح رعایت نکات زیر ضروری است.

۱- نوع یاتاقان‌های هر دو طرف الکتروموتور‌ها را شناسایی کنید. به این ترتیب این موضوع که آیا یاتاقان قابل گریس کاری مجدد است یا نه، مشخص می‌شود.
۲- باید مشخص شود که چه مقدار گریس در ابتدا استفاده شده است تا میزان فضای خالی برای گریسکاری‌های بعدی تعیین شود.
۳- نوع گریس (EP-GP , سنتزی و ...) و در صورت امکان سازنده آن را مشخص کنید.
۴- شرایطی ایجاد کنید تا اتصالات گریس- چه اتصالات شارژ گریس و چه اتصالات تخلیه گریس- در دسترس قرار گیرد.
۵- اطراف اتصالات ورود و تخلیه گریس را تمیز کنید.
۶- برای این برنامه یک مسئول تعیین کنید. احتمال اینکه یک برنامه بدون نیاز به یک مسئول مشخص به نتیجه برسد بسیار کم خواهد بود.

روش‌های گریسکاری

با توجه به اینکه ساچمه‌های یاتاقان همانند پمپ‌های گرانروی بسیار ریز عمل می‌کنند و از آنجایی که گریس در هنگام گرم شدن شل‌تر
می‌شود، باید هنگامی که الکتروموتور در حال کار است، یاتاقان‌ها را گریسکاری کرد. در صورتی که این کار امکان پذیر نیست، بلافاصله پس از اینکه الکتروموتور از سرویس خارج و خاموش شد و تا زمانی که گریس هنوز گرم است، گریسکاری را انجام دهید. باید دانست که گرچه هیچ یک از این برنامه ها، مشکلات گریسکاری بیش از حد حفره گریسی را که قبلاً با گریس پر شده برطرف نمی‌کند، ولی انجام مراحل زیر کمک می‌کند تا این مشکلات را به حداقل برسد. لازم به یادآوری است که مراحل زیر می‌بایست به ترتیب انجام شود:

۱- ابتدا مطمئن شوید که گریس پمپ دستی حاوی مقدار مناسب گریس باشد.
۲- اطراف اتصالات ورود و تخلیه گریس را تمیز کنید.
۳- درپوش تخلیه گریس را باز کرده و در صورت امکان با استفاده از یک فرچه استوانه‌ای مقداری از گریس درون حفره گریس را برداشته و راه کوچکی برای خروج گریس باز کنید. اگر در پوش از نوع Plunger باشد نیازی به این کار نیست.
۴- حال یاتاقان را گریسکاری کنید. باید گریسکاری را به آرامی انجام داد تا از افزایش فشار ناگهانی در حفره گریس جلوگیری شود.
۵- در صورتی که گریسکاری در زمان خاموشی الکتروموتور انجام شود، بلافاصله بعد از گریسکاری می‌بایست موتور روشن شده تا با افزایش دمای یاتاقان، گریس اجازه انبساط یابد. در صورتی که درپوش تخلیه از نوع Plunger نیست حتماً باید تا انتها بازبماند.
۶- بعد از اینکه گریس اضافی خارج شد، درپوش تخلیه را ببندید و گریس‌هایی که احتمالاً اطراف را آغشته کرده پاک کنید.
معمولاً هر چند وقت یکبار باید یاتاقان‌ها را گریسکاری کرد؟ اطلاعاتی که در این جا ارایه می‌شود براساس گزارش NP-۷۵۰۲ موسسه EPRI است که آن نیز براساس داده‌های طراحی و عملیاتی الکتروموتور تهیه شده است. این داده‌ها عبارتند از:
۱- عملیات پیوسته
۲- عملیات ناپیوسته
۳- حالت موتور (آیا موتور در حالت Standby بوده یا در حالت خاموش)
۴- نوع یاتاقان (یاتاقان‌ها از نوع
Single shielded, Open face هستند یا Double shielded (داخلی یا خارجی). مدل‌های متفاوتی می‌توانند به عنوان یاتاقان داخلی و خارجی استفاده شوند. توجه کنید که یاتاقان‌های Sealed هرگز نمی‌توانند مجدداً روانکاری شوند.
۵- دور موتور
۶- توان الکتروموتور- اسب بخار
۷- چگونگی انتقال بار (انتقال نیرو از کنار در مقابل انتقال نیروی مستقیم توسط کوپلینگ)
۸- دمای محیط (کمتر از ۶۰ درجه سانتیگراد یا بیشتر از ۶۰ درجه سانتیگراد)
جدول ۱ برای یک نیروگاه هسته‌ای نسبتاً تمیز طراحی شده است. در صورتی که با محیط آلوده یا دارای گرد و غبار روبرو هستیم می‌باید تغییرات مورد نیاز را در فواصل زمانی توصیه شده انجام دهیم.
برای الکتروموتور‌هایی که بصورت پیوسته در حال کار نیستند و گاهی اوقات متوقف
می‌شوند، باید تنها ساعاتی را به عنوان مدت زمان عملیاتی به حساب آوریم که دستگاه در حال کار باشد. برای مثال در صورتی که یک الکتروموتور تنها در نیمی از یک زمان مشخص در سرویس است، بر طبق جدول ۱ زمان گریسکاری مجدد آن بین ۲۴ تا ۳۶ ماه توصیه می‌شود,، ولی باید زمان گریسکاری مجدد آن را بین ۴۸ تا ۷۲ ساعت در نظر گرفت.