Charakterystyczne stukanie i drgania silnika to zwykle pierwszy objaw jego niewyważenia, czyli nierównego rozłożenia masy wirnika względem jego osi obrotu skutkującego powstawaniem dużych sił odśrodkowych w łożyskach. I choć wada ta może wydawać się niegroźna, a hałasy i wibracje – do wytrzymania, w dłuższej perspektywie wywiera ona negatywny wpływ zarówno na tempo zużycia silnika, jak i bezpieczeństwo oraz komfort pracy operatorów napędzanych nim maszyn. Siły odśrodkowe zwiększają bowiem obciążenie łożysk, fundamentów, obudów i zawieszeń układu, skracając ich żywotność. Z kolei wibracje – oddziałując długotrwale na poszczególne połączenia – osłabiają ich zacisk, powodują samoistne luzowanie się śrub mocujących, a także uszkodzenia innych elementów współpracujących zespołów. Taki poluzowany układ z jednej strony wymaga większego wysiłku przy jego obsłudze, a z drugiej zwiększa ryzyko dezintegracji w trakcie pracy – z łatwymi do wyobrażenia konsekwencjami dla życia i zdrowia operatora. Warto więc zawczasu pomyśleć o przeprowadzeniu kontroli wyważenia silnika – zwłaszcza że wiele jego wad powstaje jeszcze na etapie procesu produkcyjnego.

Trzy źródła niewyważenia
Wysokie prędkości obrotowe wirników powodują, że nawet najmniejsza asymetria mas wirujących skutkuje niewyważeniem całego mechanizmu. Jej źródłem mogą być zaś zarówno wady konstrukcyjne i materiałowe, jak również te powstające podczas montażu poszczególnych komponentów układu. Pierwsze wynikają bądź z błędów samego konstruktora – zaprojektowania osiowo- -niesymetrycznych elementów lub zbyt luźnego pasowania przy osadzaniu na wale, bądź są efektem celowego działania ukierunkowanego na ograniczenie kosztów produkcji, jak np. w przypadku pozostawienia nieobrobionych powierzchni wirnika. Wady materiałowe są z kolei pochodną specyfiki procesu wytwarzania wirników i występują szczególnie często w przypadku elementów odlewanych. Proces odlewania sprzyja bowiem niejednorodności materiału i/lub nierównomiernemu rozkładowi jego gęstości.

Najczęściej występującymi wadami są jednak te powstające już na etapie montażu gotowych półfabrykatów, a więc m.in. w procesach spawania (nierówna grubość poszczególnych elementów) oraz skręcania za pomocą śrub – zarówno w wyniku odkształcenia złącza, jak i stosowania śrub nierównej długości, różnych podkładek i/lub nakrętek.

Jakie niewyważenie, taka wyważarka
Jedynym niezawodnym sposobem wyważania wirników jest korzystanie z profesjonalnych wyważarek. Nie ma przy tym konieczności inwestowania w zakup tego typu sprzętu: na rynku działa wiele firm, które świadczą profesjonalne usługi wyważania w oparciu o własny nowoczesny park maszynowy (np. firma SCHENCK – RoTec Polska). Skorzystanie z ich oferty zwolni nas również z konieczności ustalenia, z jakiego typu niewyważeniem mamy do czynienia. Analiza taka jest bowiem niezbędna do prawidłowego określenia położenia płaszczyzny korekty, tolerancji niewyważenia, a co za tym idzie – typu wyważarki: pionowej lub poziomej.

Do wyważania wirników silników elektrycznych stosuje się głównie wyważarki poziome – szczególnie przydatne przy usuwaniu niewyważenia momentowego powstającego często w wydłużonych wirnikach cylindrycznych. Ten typ niewyważenia cechuje się występowaniem dwóch punktów nierównowagi o przeciwnych zwrotach, których oddziaływanie powoduje powstawanie ruchu drgającego w strefie pionowej osi wirnika.

Niewyważenie momentowe jest wykrywalne jedynie w ruchu – podobnie jak niewyważenie dynamiczne, które w odróżnieniu od tego pierwszego charakteryzuje się pewną przypadkowością płaszczyzn poszczególnych punktów nierównowagi. Z tego względu jego usunięcie wymaga ustalenia dwóch płaszczyzn korekty, z których jedna będzie miała znaczenie dominujące. Losowość niewyważenia przekłada się też na uniwersalność metod jego eliminacji: niewyważone dynamicznie wirniki można korygować zarówno za pomocą wyważarki pionowej, jak i poziomej.

Czyścić, izolować, smarować
Operacja wyważania wirnika może zostać przeprowadzona zarówno bezpośrednio po zakupie, jak i w trakcie eksploatacji lub kapitalnego remontu silnika. Ważne jest jednak, aby nie traktować jej jako czynności jednorazowej: jako najważniejszy element silnika wirnik wymaga regularnych zabiegów serwisowych i konserwacyjnych służących utrzymaniu jego sprawności i ograniczeniu nadmiernego zużycia. Oprócz wyważania ich zakres obejmuje również m.in. usuwanie zabrudzeń, kontrolę stanu uzwojeń, przewodów oraz ich połączeń, a także wymianę środków smarnych.

Zabrudzenia – w tym kurz, pył i smary – w istotny sposób oddziałują na pracę silnika, niszcząc izolację oraz zatykając kanały wentylacyjne wirnika i stojana. Ich usuwanie polega z jednej strony na przedmuchiwaniu sprężonym powietrzem o ciśnieniu 2 atmosfer, a z drugiej na ręcznym oczyszczaniu zabrudzonych powierzchni za pomocą szmatki nasączonej benzyną ekstrakcyjną. Oczyszczony wirnik należy następnie dokładnie zbadać pod kątem szczelności izolacji, a wszelkie wykryte uszkodzenia zaizolować taśmą płócienną i pokryć lakierem izolacyjnym lub szelakiem. Utrzymaniu szczelności układu służy również staranne dokręcenie przewodów i oczyszczenie ich połączeń. Drobiazgowej kontroli powinien zostać poddany także stan wentylatora (luz oraz ewentualne pęknięcia), łożysk oraz szczeliny między stojanem a wirnikiem. Przy tym ostatnim badaniu pomocny okaże się szczelinomierz, który pozwoli ustalić ogólną wielkość szczeliny oraz różnicę między rozwartością jej górnej i dolnej części (< 30-40%). W przypadku silników o budowie otwartej lub osłoniętej tego typu inspekcję należy przeprowadzać raz w miesiącu. Silniki o konstrukcji zamkniętej mogą być sprawdzane i czyszczone rzadziej – najlepiej co dwa miesiące.

Ostatnim elementem, na który warto zwrócić uwagę, jest odpowiednie smarowanie łożysk. Znaczenie ma tu nie tylko jakość i odpowiedni dobór środka smarnego, ale także częstotliwość smarowania. Smar w łożyskach ślizgowych powinien być wymieniany raz na miesiąc, a towot w łożyskach tocznych – raz na 3-4 miesiące w zależności od obciążenia maszyny (liczby godzin pracy). Nie należy natomiast – wbrew obiegowym opiniom – ciągle dolewać smaru do łożysk, gdyż jego nadmiar grozi zaoliwieniem uzwojenia i kadłuba silnika.