Przewietrznik silnika elektrycznego i osłona – rola w chłodzeniu, dobór i wymiana

Przewietrznik silnika elektrycznego to niewielki wirnik z tworzywa lub aluminium, osadzony na tylnym końcu wału, który przez cały czas pracy przetłacza powietrze wzdłuż użebrowanego kadłuba. Razem z osłoną przewietrznika tworzy układ chłodzenia, od którego zależy, czy silnik utrzyma dopuszczalną temperaturę uzwojeń przy obciążeniu znamionowym. Uszkodzony, pęknięty albo źle dobrany przewietrznik to jedna z najczęstszych, a jednocześnie najtańszych do usunięcia przyczyn przegrzewania się napędu.

W tym poradniku wyjaśniamy, jak działa chłodzenie silnika zamkniętego, za co odpowiada osłona przewietrznika, jak odczytać wymiary przewietrznika i dobrać zamiennik oraz jak przeprowadzić wymianę krok po kroku. Tekst jest przeznaczony dla mechaników, służb utrzymania ruchu i osób, które samodzielnie serwisują silniki w warsztacie lub gospodarstwie.

Na końcu znajdziesz listę kontrolną do przeglądu układu chłodzenia oraz odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania.

Jak działa chłodzenie silnika z przewietrznikiem

Typowy silnik indukcyjny ogólnego przeznaczenia ma kadłub zamknięty, a ciepło z uzwojeń i pakietu blach jest odprowadzane przez obudowę do otoczenia. Żeby ta wymiana ciepła była wystarczająca, na wale po stronie przeciwnej do napędu (tzw. strona N, czyli NDE) montuje się przewietrznik. Obraca się on z prędkością wirnika i zasysa powietrze przez otwory w osłonie, a następnie kieruje je wzdłuż żeber kadłuba w stronę kołnierza lub łap. Taki sposób chłodzenia w normie IEC 60034-6 opisuje kod IC 411: silnik zamknięty, chłodzony powierzchniowo, z wentylatorem własnym osadzonym na wale.

Kluczowe są trzy elementy, które muszą działać razem:

• przewietrznik – wytwarza przepływ powietrza; jego średnica i kształt łopatek decydują o wydajności;
• osłona przewietrznika – zabezpiecza przed dotknięciem wirujących części i kieruje strumień powietrza na żebra kadłuba zamiast rozpraszać go na boki;
• żebra kadłuba – zwiększają powierzchnię oddawania ciepła; zabrudzone lub zaklejone pyłem tracą dużą część skuteczności.

Wydajność przewietrznika rośnie wraz z prędkością obrotową, a moc pochłaniana przez wentylator rośnie w przybliżeniu z trzecią potęgą prędkości. Dlatego silniki dwubiegunowe (około 2800 obr/min) mają zwykle mniejsze, inaczej ukształtowane przewietrzniki niż silniki czterobiegunowe tej samej wielkości mechanicznej, a ich układ chłodzenia jest też głównym źródłem szumu aerodynamicznego.

Dlaczego łopatki są proste

Przewietrzniki silników ogólnego przeznaczenia mają najczęściej łopatki promieniowe, proste. Taki wirnik pracuje tak samo w obu kierunkach obrotów, więc silnik można podłączyć do pracy w prawo albo w lewo bez wymiany wentylatora. Przewietrzniki z łopatkami pochylonymi spotyka się w niektórych silnikach jednokierunkowych, zwykle dwubiegunowych o większej mocy, gdzie liczy się mniejszy hałas i straty wentylacyjne. Przy zamianie kierunku obrotów w takim silniku warto zajrzeć do dokumentacji producenta – więcej o samej zmianie kierunku piszemy w artykule jak bezpiecznie zmienić kierunek obrotów silnika.

Osłona przewietrznika – nie tylko zabezpieczenie BHP

Osłona przewietrznika, nazywana też kapturem, to tłoczony element z blachy stalowej lub z tworzywa, przykręcany do tylnej tarczy łożyskowej. Ma kratkę wlotową od czoła i otwartą krawędź od strony kadłuba. Jej pierwszą funkcją jest ochrona przed dotknięciem wirującego przewietrznika i przed dostaniem się do niego większych przedmiotów. Silnik bez osłony nie powinien być uruchamiany – wirujący przewietrznik bez osłony to bezpośrednie zagrożenie dla rąk, odzieży i narzędzi obsługi.

Drugą, często pomijaną funkcją jest prowadzenie powietrza. Osłona tworzy kanał, który zmusza strumień do opływania żeber kadłuba. Gdy osłona jest wgnieciona, nadpęknięta, źle dopasowana albo zamocowana krzywo, część powietrza ucieka bokiem, a przewietrznik może ocierać o blachę. Skutek: wyższa temperatura pracy, hałas, a w skrajnym przypadku zniszczenie łopatek.

Co psuje się w osłonie

• wgniecenia po uderzeniu – zmniejszają szczelinę między osłoną a przewietrznikiem i powodują ocieranie;
• pęknięcia w okolicy otworów mocujących – osłona zaczyna drgać i „dzwonić” przy pracy;
• zatkana kratka wlotowa – pył drzewny, plewy, pajęczyny lub folia potrafią odciąć dopływ powietrza niemal całkowicie;
• brak osłony po wcześniejszej naprawie – sytuacja niedopuszczalna ze względów bezpieczeństwa.

Pamiętaj też, że stopień ochrony silnika podany na tabliczce dotyczy kompletnego silnika. Uszkodzona lub zdjęta osłona oznacza, że deklarowany stopień ochrony przestaje obowiązywać.

Objawy uszkodzenia przewietrznika

Przewietrznik pracuje w trudnych warunkach: drgania, zmiany temperatury, pył, a w przypadku tworzyw – starzenie się materiału i promieniowanie UV. Po kilku latach tworzywo potrafi stać się kruche. Warto znać sygnały, które wskazują, że czas na wymianę przewietrznika:

• wyraźnie wyższa temperatura kadłuba niż zwykle przy tym samym obciążeniu, częstsze zadziałanie zabezpieczenia termicznego;
• nowy dźwięk – terkotanie, ocieranie, świst lub rytmiczne stukanie od tyłu silnika;
• drgania pojawiające się po uszkodzeniu jednej łopatki, bo wirnik traci wyważenie;
• luz przewietrznika na wale – wyrobiony otwór piasty, zgubiony pierścień osadczy lub pęknięta piasta;
• widoczne pęknięcia, ubytki łopatek lub ślady stopienia tworzywa.

Wiele z tych objawów przypomina usterki łożysk. Zanim zaczniesz wymieniać łożyska, zdejmij osłonę i sprawdź przewietrznik – to zajmuje kilka minut. Jeśli przewietrznik jest w porządku, a hałas pozostaje, przejdź do diagnostyki opisanej w poradniku łożyska w silniku elektrycznym – objawy zużycia i wymiana.

Przegrzewanie się silnika ma też inne przyczyny niż chłodzenie, np. przeciążenie, asymetrię napięć czy zbyt częste rozruchy. Szerzej opisujemy je w tekście dlaczego silnik elektryczny się grzeje.

Jak dobrać przewietrznik do silnika

Przewietrznik dobiera się do konkretnego silnika, a nie wyłącznie do mocy. Ta sama moc może występować w różnych wielkościach mechanicznych, a ta sama wielkość mechaniczna – w wykonaniu dwu- i czterobiegunowym. Najpewniejszą metodą jest odczytanie wymiarów ze starego przewietrznika lub z dokumentacji producenta silnika.

Wymiary, które trzeba sprawdzić

1. Średnica otworu piasty – musi odpowiadać średnicy czopa wału po stronie N. Zmierz ją suwmiarką na wale, a nie tylko w wyrobionym otworze starego przewietrznika.
2. Średnica zewnętrzna wirnika – decyduje o tym, czy przewietrznik zmieści się w osłonie z zachowaniem szczeliny i czy da wymagany przepływ.
3. Wysokość (szerokość) łopatek i długość piasty – wpływają na położenie przewietrznika względem osłony i tarczy łożyskowej.
4. Sposób mocowania – wpust, kołek, pierścień osadczy Segera, wkręt dociskowy albo piasta zatrzaskowa.
5. Materiał – tworzywo sztuczne w typowych zastosowaniach, aluminium tam, gdzie występuje wyższa temperatura otoczenia lub wymagana jest większa odporność mechaniczna.

W ofercie przewietrzniki opisane są dwoma wymiarami w milimetrach, np. przewietrznik P24 20x142 mm. Przed zamówieniem sprawdź w opisie produktu, którym wymiarom odpowiadają te liczby, porównaj je z pomiarem wykonanym na silniku i upewnij się, że sposób mocowania jest zgodny.

Typowe zależności – orientacyjnie

Poniższa tabela pokazuje, które parametry przewietrznika są powiązane z wielkością mechaniczną silnika. Wartości konkretnych średnic zależą od producenta silnika, dlatego tabela nie zastępuje pomiaru.

Jeżeli w silniku brakuje przewietrznika i nie masz wzoru, zacznij od tabliczki znamionowej: wielkość mechaniczna, liczba biegunów i producent pozwalają znaleźć dokumentację. Jak czytać poszczególne pola tabliczki, wyjaśniamy w artykule o tabliczce znamionowej silnika.

Wymiana przewietrznika i osłony krok po kroku

Wymiana przewietrznika nie wymaga demontażu silnika z maszyny, o ile z tyłu jest dostęp do osłony. Prace przy odłączonym silniku może wykonać mechanik, ale odłączenie i ponowne podłączenie zasilania należy do osoby z uprawnieniami elektrycznymi (SEP).

1. Odłącz zasilanie i zabezpiecz je przed przypadkowym załączeniem (wyłącznik w pozycji 0, kłódka lub tabliczka ostrzegawcza). Upewnij się, że silnik się nie obraca – także pod wpływem napędzanej maszyny.
2. Zdejmij osłonę przewietrznika, odkręcając wkręty mocujące na obwodzie. Zwróć uwagę, czy pod wkrętami są podkładki dystansowe.
3. Zdejmij pierścień osadczy lub odkręć wkręt dociskowy. Pierścień Segera wymaga szczypiec do pierścieni zewnętrznych.
4. Zsuń przewietrznik z wału. Jeżeli piasta zapiekła się na czopie, użyj małego ściągacza dwuramiennego opartego o czoło wału. Nie podważaj łopatek śrubokrętem i nie uderzaj w tarczę łożyskową.
5. Oczyść czop wału z rdzy i zadziorów, sprawdź rowek pod pierścień i wpust. Przy okazji oceń luz wału – jeśli jest wyczuwalny, łożysko wymaga uwagi.
6. Załóż nowy przewietrznik, wsuwając go na czop równomiernie, do tej samej pozycji, którą zajmował stary. Nie dobijaj go młotkiem – przy ciasnym pasowaniu pomóż sobie tuleją opartą o piastę.
7. Zabezpiecz przewietrznik pierścieniem lub wkrętem. Obróć wał ręką i sprawdź, czy łopatki nigdzie nie ocierają.
8. Załóż osłonę i ponownie obróć wał. Szczelina między przewietrznikiem a osłoną powinna być równa na całym obwodzie.
9. Uruchom silnik na próbę bez obciążenia, posłuchaj pracy, a po kilkudziesięciu minutach pracy pod obciążeniem sprawdź temperaturę kadłuba.

Uszkodzoną osłonę najlepiej wymienić na nową tej samej wielkości. Osłony w ofercie mają w nazwie oznaczenie wielkości mechanicznej i średnicę, np. osłona G-90 o średnicy 167 mm. Przed zamówieniem porównaj średnicę i rozstaw otworów mocujących ze starą osłoną.

Przewietrznik a praca z falownikiem i obce chłodzenie

Przewietrznik osadzony na wale ma jedną zasadniczą wadę: jego wydajność zależy od prędkości silnika. Przy zasilaniu z falownika i pracy na niskich częstotliwościach (np. 10–20 Hz) przepływ powietrza spada bardzo mocno, a silnik nadal może być obciążony momentem zbliżonym do znamionowego. Prąd i straty w uzwojeniach zostają, chłodzenie znika – temperatura rośnie.

Przy długotrwałej pracy z obniżoną prędkością masz dwa wyjścia: zmniejszyć obciążenie zgodnie z charakterystyką producenta albo zastosować wentylator napędzany niezależnie. O tym, kiedy silnik nadaje się do regulacji częstotliwości i na co zwrócić uwagę, piszemy w artykule silnik elektryczny a falownik, a budowę i montaż niezależnego wentylatora opisujemy w poradniku obce chłodzenie silnika elektrycznego.

Odwrotna sytuacja, czyli praca powyżej 50 Hz, też ma znaczenie: przewietrznik kręci się szybciej, pobiera więcej mocy i hałasuje głośniej. W przypadku przewietrzników z tworzywa należy sprawdzić w dokumentacji, czy są przewidziane do pracy przy zwiększonej prędkości.

Lista kontrolna przeglądu układu chłodzenia

Przy okresowych przeglądach silników warto przejść przez krótką listę. Większość punktów sprawdzisz w kilka minut:

• kratka wlotowa osłony jest czysta i nic nie ogranicza dopływu powietrza;
• żebra kadłuba nie są pokryte warstwą pyłu, smaru ani farby;
• wokół silnika jest wolna przestrzeń od strony wlotu – silnik nie stoi tylną osłoną tuż przy ścianie lub innej maszynie;
• osłona jest kompletna, niewgnieciona i dokręcona wszystkimi wkrętami;
• przewietrznik nie ma pęknięć ani ubytków, nie ma luzu na wale;
• gorące powietrze z innych urządzeń nie jest zasysane przez silnik;
• temperatura kadłuba w ustalonych warunkach pracy jest podobna jak przy poprzednich pomiarach.

Zapisuj wyniki pomiarów temperatury w tych samych punktach kadłuba. Wzrost o kilka–kilkanaście stopni przy niezmienionym obciążeniu to wczesny sygnał, że coś dzieje się z chłodzeniem lub łożyskami.

Najczęstsze pytania

Czy silnik może pracować bez przewietrznika?

Krótkotrwale bez obciążenia – tak, ale w normalnej pracy nie. Silnik IC 411 bez przewietrznika szybko przekroczy dopuszczalną temperaturę uzwojeń, co skraca żywotność izolacji. Brak osłony jest dodatkowo niedopuszczalny ze względów bezpieczeństwa.

Czy mogę założyć przewietrznik o większej średnicy?

Nie zaleca się tego. Większy wirnik może ocierać o osłonę, zwiększa obciążenie i hałas. Dobieraj zamiennik o tych samych wymiarach co oryginał lub zgodny z dokumentacją producenta silnika.

Przewietrznik plastikowy czy aluminiowy?

W typowych warunkach przewietrznik z tworzywa w zupełności wystarcza. Aluminiowy sprawdza się przy wyższych temperaturach otoczenia, w środowisku agresywnym dla tworzyw oraz tam, gdzie występują uderzenia lub wysokie wymagania mechaniczne.

Jak poznać, że przewietrznik ociera o osłonę?

Słychać rytmiczne skrobanie lub piszczenie od tyłu silnika, a na wewnętrznej stronie osłony lub na krawędziach łopatek widać wytarte ślady. Najczęściej przyczyną jest wgnieciona osłona albo przesunięty na wale przewietrznik.

Czy wymiana przewietrznika wymaga elektryka?

Sama wymiana to praca mechaniczna. Odłączenie i zabezpieczenie zasilania przed rozpoczęciem prac oraz ponowne uruchomienie powinna wykonać lub nadzorować osoba z uprawnieniami SEP.

Części układu chłodzenia w ofercie

Jeżeli przewietrznik jest pęknięty lub osłona została uszkodzona, w kategorii przewietrzniki do silników elektrycznych znajdziesz wirniki opisane wymiarem otworu i średnicą zewnętrzną, a w kategorii osłony przewietrznika – kaptury dla kolejnych wielkości mechanicznych. Przy zamawianiu kieruj się pomiarem starej części i danymi z tabliczki znamionowej silnika.