Lagerschutzringe helfen dem Zementwerk, die Betriebszeit zu erhöhen

Es schien, als könnte nichts das Quietschen aufhalten. Nicht, dass die riesige Kugelmühle der Monarch Cement Company nicht schon laut gewesen wäre. Angetrieben von einem 5.000-PS-Motor pulverisiert sie 100 Tonnen Klinker (eine gebrannte Mischung aus Kalkstein und Schiefer) pro Stunde. Aber das Quietschen war nicht das, was Randy Riebel hören wollte. Als elektrischer Leiter im Monarch-Werk in Humboldt, Kan., wusste er, dass die Geräusche bedeuten, dass die Lager des Motors kaputt gingen – schon wieder.

Tatsächlich war das Geräusch eines chronischen Lagerschadens in dem Werk, das eine Produktionskapazität von 1,3 Millionen Tonnen Zement pro Jahr hat, nur allzu bekannt. Seit 2001, als die Kugelmühle neu war, wurden die Motorlager dreimal ausgetauscht.

„Wir haben diese Lager ständig geschmiert, aber sie haben immer wieder gequietscht“, erinnert sich Riebel. „Wir wussten, dass die Laufringwände der Lager wie in der Vergangenheit geriffelt werden würden, wenn wir zu lange warteten, und wir freuten uns wegen all der Kosten und Ausfallzeiten nicht auf einen weiteren Austausch. Es dauert mindestens 10 Tage, um diesen Motor zu ziehen – es ist eine große Produktion. Manchmal müssen wir Hilfe einstellen, eine Hebebühne mieten, um sie auf einen Lastwagen zu heben und sie zum Wiederaufbau abtransportieren zu lassen. Also beschloss ich dieses Mal (Sommer 2009), etwas anderes auszuprobieren.“

Das „etwas andere“ war der AEGIS iPRO Lagerschutzring, hergestellt von Electro Static Technology (EST) aus Maine. Durch die sichere Ableitung schädlicher elektrischer Ströme von den Lagern zur Erde verlängert der iPRO die Lebensdauer von Mittelspannungsmotoren und -generatoren und verbessert so die Zuverlässigkeit ganzer Systeme, in denen sie eingesetzt werden. Es ist in verschiedenen Größen erhältlich, um Generator-/Motorwellen mit einem Durchmesser von bis zu 30 Zoll aufzunehmen.

Der wartungsfreie AEGIS iPRO ist ideal für Mittelspannungsmotoren, die Pumpen, Kompressoren, Mischer, Schredder, Förderer und andere Maschinen antreiben, die im Bergbau, in der Lebensmittelverarbeitung, in der Abwasserbehandlung, in der petrochemischen Raffination und vielen anderen Hochstromanwendungen verwendet werden. Der iPRO schützt auch die Lager von Generatoren sowohl in Stromerzeugungssystemen von Versorgungsunternehmen als auch vor Ort.

Riebel hatte mit Scott Wilkins, dem Manager des Motorshop-Betriebs der Independent Electric Machinery Company (IEMCO), einer örtlichen Reparaturwerkstatt für Motoren und Geräte, über Schäden an elektrischen Lagern gesprochen. Wilkins empfahl den iPRO, und Riebel ließ von IEMCO zwei davon auf dem Kugelmühlenmotor installieren. Während EST bei den meisten großen Motoren die Installation eines iPRO auf der Antriebsseite und der Isolierung auf der Nichtantriebsseite empfiehlt, empfiehlt EST bei einigen großen Motoren – insbesondere solchen, bei denen keine Isolierung eingebaut ist oder bei denen die Isolierung nicht einfach installiert werden kann – die Installation von iPRO Ringe sowohl an der Antriebsseite als auch an der Nichtantriebsseite des Motors.

Riebel und Wilkins haben sich für das Split-Ring-Modell iPRO entschieden, das die Nachrüstung im Feld erleichtern soll. Die passenden Hälften jedes iPRO wurden um die Motorwelle herum installiert, ohne dass der Motor von der Mühle abgekoppelt werden musste.

Das 1906 gegründete Familienunternehmen IEMCO verkauft, wartet, repariert und testet Motoren, Generatoren, Hebezeuge, Schweißgeräte und elektrische Schaltanlagen. Die Hauptniederlassung von IEMCO in Kansas City, Kansas, verfügt über eine voll ausgestattete Maschinenwerkstatt. Darüber hinaus verfügt das Unternehmen über fünf weitere Service-Center in der Region. Da sie routinemäßig mit großen Motoren umgehen, sind sich die Mitarbeiter von IEMCO der schweren Schäden bewusst, die Wellenströme an Motorlagern verursachen können.

Minderung von Schäden an elektrischen Lagern
Wenn sie nicht umgeleitet werden, können sich Wellenspannungen durch Lager entladen, die Kugeln und Laufringwände durchlöchern. Ohne dauerhaften Lagerschutz kann es durch konzentrierte Lochfraßbildung in regelmäßigen Abständen entlang einer Laufringwand zu waschbrettartigen Rippen kommen, die als Riffelung bezeichnet werden und eine Geräusch- und Vibrationsquelle darstellen. Das Ergebnis ist schließlich ein Motorausfall.

Ironischerweise erfordern einige Produkte, die zum Schutz von Lagern entwickelt wurden, wie beispielsweise herkömmliche federbelastete Erdungsbürsten, selbst eine umfangreiche Wartung. Andere, wie Isolierungen und Keramiklager, können Schäden an angeschlossenen Geräten verursachen.

Um die Elektronentransferrate zu erhöhen, ist der gesamte Innenumfang des iPRO mit mehreren Reihen leitfähiger Mikrofasern ausgekleidet. Sicher im patentierten AEGIS FiberLock-Kanal des Rings eingeschlossen, umgeben diese Mikrofasern die Motorwelle vollständig, bieten Millionen von Ableitpunkten für schädliche Wellenströme und schaffen den Weg des geringsten Widerstands, der diese Ströme effektiv von den Lagern zur Erde umleitet. Die Mikrofasern selbst wurden speziell für außergewöhnliche Flexibilität entwickelt, um Brüche zu vermeiden und sicherzustellen, dass der Ring ein Leben lang des Motors hält. Da es die Lebensdauer von Lagern, Motoren und motorbetriebenen Systemen verlängert, qualifiziert sich der iPRO als nachhaltige Technologie im Rahmen des Federal Energy Management Program.

Ein quälendes, weit verbreitetes Problem
Bauunternehmer und Baumärkte im Einzelhandel in sechs Bundesstaaten des Mittleren Westens sind auf das Monarch-Werk angewiesen, das Zement per Lkw und Zug zu seinen Terminals in Des Moines, Iowa, und Dodge City, Kan., schickt. Die Terminals verteilen den Zement an 13 Monarch-Tochtergesellschaften, die es in ihren jeweiligen Bereichen verkaufen. Ein Teil des Zements wird lose verkauft, ein anderer Teil in Säcken. Und ein Teil davon wird von den Tochtergesellschaften weiterverarbeitet, die Bauprodukte herstellen oder Steine ​​und Sand zu Transportbeton hinzufügen.

Als Monarch im Jahr 1908 gegründet wurde, wurden Brocken von gesprengtem Kalkstein („geschossener Fels“) mit einem Durchmesser von bis zu 4 Fuß von Hand auf Maultierkarren geladen. Jetzt wird dieser Kalkstein von riesigen Frontladern, 50-Tonnen-Muldenkippern und Förderbändern bewegt, um von einer Reihe von computergesteuerten Brechern, Öfen und Mühlen verarbeitet zu werden, bis er so fein ist wie Oberflächenpulver.

Die meisten Verarbeitungsmaschinen werden von Elektromotoren angetrieben und das Problem chronischer Lagerschäden beschränkt sich keineswegs nur auf die Kugelmühlen des Werks. Viele der Motoren werden von Frequenzumrichtern (VFDs) gesteuert, die zusätzliche hochfrequente Ströme auf Motorwellen induzieren. Ein Lüfter- oder Pumpenmotor verbraucht tendenziell weniger Strom, wenn der Eingang von einem VFD moduliert wird, aber die Vorteile der verbesserten Effizienz gehen verloren, wenn der Motor weiterhin ausfällt.

Solche Pannen bereiteten Riebel immer wieder Kopfschmerzen, aber da die beiden 2009 installierten AEGIS iPRO-Ringe die Lager des Kugelmühlenmotors zu schützen scheinen, hat IEMCO den iPRO seitdem an neun weiteren Motoren installieren lassen, die außer Betrieb genommen werden mussten.

Ein typisches Beispiel ist ein VFD-gesteuerter Kühlerlüfter, bei dem der 300-PS-Motor fast acht Jahre lang häufig ausgetauscht werden musste. Jedes Mal musste der Ofen für mindestens einen Tag stillgelegt werden. Der alte Motor wurde ausgebaut und der umgebaute Ersatzmotor musste ausgerichtet und angekuppelt werden.

„Wir schickten den gezogenen Motor zum Überholen, aber drei bis sechs Monate später mussten wir das Gleiche noch einmal machen“, sagt Riebel. „Für den Kühlerlüftermotor haben wir eine Isolierung an beiden Lagern versucht. Mit der Isolierung hielt der Motor zwischen den Ausfällen zwei Jahre. Die nebengeschlossene Elektrizität könnte die Lager im Lüfter selbst beschädigt haben. Die Isolierung schiebt das Problem nur auf die ganze Linie. Der Strom muss irgendwo hin, wenn er nicht geerdet ist. Der iPRO hat diesem Lüfter einen Neuanfang gegeben.“

„Wir haben das Problem nicht wirklich erkannt“, erinnert sich Riebel. „Über Schäden an elektrischen Lagern gab es nicht viele Informationen. Wir wussten nur, dass Lager ausfallen und der Motor überhitzen würde, aber wir wollten nicht wissen, warum. Immer wieder haben wir den Motor einfach rausgeschickt, überholt und wieder in Betrieb genommen. Wir kannten die Ursache nicht.“

Gelöst durch eine innovative, grüne Technologie
Es ist jetzt Monarch-Richtlinie, dass IEMCO den iPRO-Ring in den Shop einfügt, wenn ein VFD-gesteuerter Monarch-Lüftermotor überholt wird zieht ofenbeheizte Luft durch eine Walzenmühle, um Kalkstein und Schiefer während des Rohmahlprozesses zu trocknen. Zu den anderen Motoren, die jetzt mit iPROs ausgestattet sind, gehören vier in den Öfen des Werks, in denen Luft ein- und ausgepresst wird:zwei 2.000-PS-ID-Lüftermotoren und zwei 1.000-PS-Sackhouse-(Staubsammel-)Lüftermotoren.

Da ein Zementwerk ein sehr staubiger Ort ist und viele Motoren im Freien stehen, hat Monarch damit begonnen, festzulegen, dass einige seiner neuen Motoren mit dem AEGIS Severe-Duty SGR-Lager-Isolator-Wellen-Erdungsring, einem weiteren Produkt der Elektrostatik-Technologie, ausgestattet sein müssen. Wie beim iPRO umgeben die gesicherten leitfähigen Mikrofasern des AEGIS Severe-Duty SGR die Motorwelle für eine effiziente Erdung vollständig, aber dieses Modell verfügt über eine eingebaute berührungslose Isolationsdichtung nach IP56, um zusätzlichen Schutz vor Staub, Wasser und anderen Verunreinigungen zu bieten.

Der Wartungsmanager von Monarch, Mark Pily, genehmigte nach Rücksprache mit Wilkins von IEMCO den Kauf des ersten Motors der Anlage mit einem werkseitig installierten Severe-Duty-SGR. Zum jetzigen Zeitpunkt ist ein 200-PS-Luftkompressormotor der einzige derartige Motor, der in der Anlage in Betrieb ist.

„Wir wollen die Lager sauber halten, weil wir den Motor richtig stark antreiben“, erklärt Riebel. „Normalerweise verlieren wir diesen Motor aufgrund eines Wicklungsfehlers. Ich denke, das liegt hauptsächlich daran, dass die Lager ausfallen, was zu einer Überlastung des Motors führt.“

Eine Unze Prävention
Mit einem Spannungstastkopf und einem Oszilloskop nimmt Riebel regelmäßig Wellenspannungsmessungen an allen Motoren der Anlage mit Erdungsringen vor. Er ist mit den Ergebnissen zufrieden, da die Messwerte niedrig sind, was darauf hindeutet, dass die Ringe potenziell schädliche Wellenspannungen reduziert haben.

Riebel lobt auch den Service, den das Werk von IEMCO erhalten hat:„Meiner Meinung nach ist das mit Abstand der beste Shop, mit dem wir zusammengearbeitet haben, und wir haben mit fast jedem Shop in der Umgebung zusammengearbeitet. Scott (Wilkins) ist wirklich involviert. Er ist wirklich ein Typ, der es gleich beim ersten Mal richtig macht.“

Die Zeit wird genau zeigen, wie viel Geld Monarch mit den Ringen insgesamt einsparen wird, aber Riebel ist überzeugt, dass AEGIS iPRO einen effektiven, langfristigen Lagerschutz bietet, der die Kosten für Ausfallzeiten und Motorwartung reduziert.

„So weit, so gut“, sagt er. „Bei den 5.000 PS, da der letzte Lagersatz nur ein Jahr gehalten hat, haben wir wahrscheinlich schon Probleme bemerkt, aber wir hatten keine – kein Quietschen.“

Für weitere Informationen wenden Sie sich an:John Shepherd, Regional Sales Manager Midwest, Electro Static Technology, Loveland, OH 45140. Sie können 513-417-1161 anrufen, eine E-Mail an [email protected] senden oder . besuchen www.est-aegis.com .

Abbildung 1. Werk der Monarch Cement Company in Humboldt, Kansas.

Abbildung 2. Die Kugelmühle, in der die ersten beiden Erdungsringe im Werk der Monarch Cement Company installiert wurden. Die Lager des 5.000-PS-Motors der Mühle fielen regelmäßig aus, bis schädliche Spannungen durch einen AEGIS iPRO-Lagerschutzring (Einsatz) an jedem Ende des Motors abgeleitet wurden. Diese Nachrüstungen vor Ort wurden dank der Verwendung einer Split-Ring-Version des iPRO durchgeführt, ohne dass der Motor von der Mühle abgekoppelt werden musste.

Abbildung 3. Ein AEGIS iPRO-Lagerschutzring, der im Rahmen einer Motorüberholung für Maschinen der Monarch Cement Company in einem internen Lagerhalter in der IEMCO-Werkstatt installiert wurde.

Abbildung 4. Nach dem Erfolg des AEGIS iPRO-Lagerschutzrings an seiner Kugelmühle installierte die Monarch Cement Company den Ring an diesem ebenfalls erforderlichen Baghouse-Lüftermotor (blau) häufiger Lagerwechsel.