Sugedusių rotoriaus strypų supratimas
Sugedę rotoriaus strypai yra visiški laidžių strypų lūžiai indukcinio variklio trumpojo sukimosi rotoriuje. Ši būklė iš esmės yra tokia pati kaip rotoriaus strypo defektas, tačiau šis terminas reiškia visišką lūžį, o ne įtrūkimą ar didelio atsparumo jungtį. Kai viena ar kelios juostos nutrūksta, srovė nebegali tekėti per jas, o dėl to susidariusi elektromagnetinė asimetrija sukelia būdingą vibracija ir dabartiniai parašai — šoninės juostos atstumais polių perėjimo dažnis (polių skaičius × slydimo dažnis) around the darbinis greitis.
Sulūžusios juostos yra ypač klastingos, nes jų gedimas plinta grandininiu būdu. Viena sulūžusi juosta sukelia padidėjusią srovę ir apkrovą greta esančioms juostoms, kurios savo ruožtu taip pat pradeda gedti. Jei gedimas pastebimas anksti – dar esant tik vienai sulūžusiai juostai – variklis gali veikti kelis mėnesius, jei tik yra stebimas; jei gedimas lieka nepastebėtas, jis gali išplisti į kelias sulūžusias juostas ir baigtis katastrofišku rotoriaus gedimu, dėl kurio variklį teks pakeisti.
1. Kaip lūžta rotoriaus strypai
Terminis nuovargis (dažniausiai pasitaikantis)
Pagrindinė priežastis – pakartotiniai kaitinimo ir aušinimo ciklai, o šį mechanizmą verta išnagrinėti žingsnis po žingsnio:
- Paleidimo srovė: Paleidimo metu rotorius, esant užstrigusiam rotoriui, perduoda 5–7 kartus didesnę srovę nei įprastai.
- Šiluminis plėtimasis: aliuminio strypai labai išsiplečia, o jų plėtimosi koeficientas siekia apie 23 µm/m/°C.
- Apribojimas: geležinis šerdis išsiplečia kur kas mažiau (apie 12 µm/m/°C), taip sulaikydamas strypus.
- Įtempis: Šis nevienodas plėtimasis sukelia didelę terminę įtampą strypuose.
- Nuovargis: pakartotiniai paleidimo ciklai lemia mažą ciklų skaičių nuovargis.
- Įtrūkio susidarymas: įtrūkimai paprastai prasideda jungtyje tarp strypo ir galinio žiedo – vietoje, kur įtempiai yra didžiausi.
Mechaninis įtempis
- Išcentrinės jėgos at high speed.
- Elektromagnetinės jėgos bėgimo ir paleidimo metu.
- Iš išorinių šaltinių perduodami virpesiai.
- Staigios apkrovos paleidimo metu arba staigūs apkrovos pokyčiai.
Gamybos defektai
- Poringumas: tuštumos liejiniuose aliuminio rotoriuose.
- Blogas sukibimas: netinkamas strypo ir šerdies sujungimas.
- Medžiagų intarpai: liejinyje įstrigę priemaišos.
- Silpni galinių žiedų sujungimai: netinkami jungimai tarp strypo ir galinio žiedo.
Veikimo sąlygos
- Dažnas paleidimas: Kiekvienas paleidimas yra terminis ir mechaninis apkrovos veiksnys.
- Didelės inercijos apkrovos: Ilgas pagreitis prailgina strypo įtempimą.
- Automobilių apgręžimo paslauga: Prijungimas sukelia labai dideles sroves.
- Single-phasing: Veikiant be vienos fazės, likusios rotoriaus gyslos patiria per didelę apkrovą.
2. Būdingas šoninės juostos signalas
Kodėl atsiranda šoninės juostos
Šis būdingas diagnostinis modelis susiformuoja dėl aiškios priežasties ir pasekmės grandinės:
- Sulūžusi juosta negali perduoti srovės, todėl rotoriuje susidaro elektrinė asimetrija.
- Ši asimetrija atsilieka nuo besisukančio lauko slydimo dažniu fs — skirtumas tarp sinchroninio ir rotoriaus greičio, Hz.
- Ji sukelia sukimo momento pulsaciją polių praėjimo dažniu FP = polių skaičius × fs — lygiaverčiai du kartus santykinis slydimas, padaugintas iš tinklo dažnio (2·s·flinija).
- Sukimo momento pulsacijos moduliuoja 1× dažnio virpesius, atsirandančius dėl įprasto mechaninio disbalanso.
- Rezultatas — šoninės juostos, išdėstytos bėgimo greičio ± polių praėjimo dažnio intervalais.
Vibracijos modelis
- Centrinis pikas: 1× bėgimo greitis (fr).
- Žemesnė šalinė juosta: fr − FP (where FP = poles × fs yra polių praėjimo dažnis).
- Viršutinė šalinė juosta: fr + FP.
- Kelios šoninės juostos: fr ± 2FP, fr ± 3FP kiekvieną kartą, kai simptomai stiprėja.
- Simetrija: šoninės juostos simetriškai išsidėsčiusios aplink 1× piką.
Veikiantis pavyzdys
4-polių, 60 Hz variklis esant pilnai apkrovai:
- Sinchroninis sukimosi greitis: 1800 aps/min.
- Faktinis greitis: 1750 aps/min (29,17 Hz).
- Slydimas: 50 RPM, taigi slydimo dažnis fs = 50/60 = 0.833 Hz.
- Polių praėjimo dažnis: FP = 4 poles × 0.833 Hz = 3.33 Hz.
- Vibracijos pikai ties: 25.8 Hz, 29.17 Hz ir 32.5 Hz.
- Nutrūkęs strypas patvirtinamas simetrinėmis šoninėmis juostomis ties ±3.33 Hz.
Kadangi slydimo dažnis yra pagrindinis šio modelio elementas, verta jį tiksliai apskaičiuoti konkrečiam varikliui; Variklio slydimo ir faktinių apsukų skaičiuoklė tai atlieka remdamasi tiesiogiai gamintojo pateiktais duomenimis.
3. Dabartinės signatūros analizė (MCSA)
Variklio srovės analizė atskleidžia labai panašų modelį aplink tinklo dažnis:
- Centrinis pikas: tinklo dažnis (50 arba 60 Hz).
- Šoninės juostos: flinija ± 2·s·flinija, kur s yra vieneto slydimas – tas pats ±FP atstumas kaip vibracijoje, nes 2·s·flinija lygus polių praėjimo dažniui.
- Pavyzdys: aukščiau nurodytas 4 polių variklis (s = 50/1800 ≈ 2.8%) rodo šonines juostas ties 60 ± 3.33 Hz — tai yra ties 56.7 Hz ir 63.3 Hz.
- Privalumas: neinvazinis ir puikiai tinka nuolatiniam stebėjimui.
- Jautrumas: dažnai aptinka lūžusias sijas anksčiau nei vibracija. Variklio elektros gedimų dažnio skaičiuoklė nuspėja būtent šias dabartines šonines juostas.
4. Progresavimo etapai
Viena sulūžusi juosta
- Atsiranda nedideli šoniniai juostiniai signalai, sudarantys apie 20–40 % 1× piko.
- Nedidelis sukimo momento pulsavimas, dažnai nepastebimas.
- Variklio veikimas yra beveik normalus.
- Variklis gali veikti kelis mėnesius, esant nuolatiniam stebėjimui.
- Vis dėlto reikėtų numatyti keitimą.
Keli gretimi sulaužyti strypai
- Ryškūs šoniniai juostiniai signalai, sudarantys daugiau nei 50 % 1× piko.
- Juntamas sukimo momento pulsavimas.
- Padidėjęs slydimas ir temperatūra.
- Procesas spartėja, kai kaimyninės juostos perkaista.
- Pakeitimas tampa skubus – tai tik kelių savaičių klausimas.
Sunki būklė
- Šoninės juostos gali viršyti 1× didžiausią amplitudę.
- Stiprus sukimo momento pulsavimas, pasiekiantis varomą įrangą.
- Didelis vibracijos lygis ir temperatūra.
- Gali atsirasti galinio žiedo gedimas arba visiškas rotoriaus gedimas.
- Reikia nedelsiant pakeisti.
5. Aptikimas lauke
Vibracijos analizė
Esminis iššūkis yra skiriamoji geba: šoninės juostos yra vos kelių hercų atstumu nuo 1× piko (ties polių praėjimo dažniu, paprastai 1–4 Hz), todėl analizatorius turi jas aiškiai atskirti.
- Naudokite didelės skiriamosios gebos FFT — didesnė nei 0,2 Hz skiriamoji geba — kad būtų galima atskirti šonines juostas; FFT skiriamosios gebos skaičiuoklė padeda pasirinkti eilučių skaičių ir tarpą.
- Išbandykite variklį esant apkrovai, nes šoninės juostos stiprėja didėjant srovei.
- Iš anksto apskaičiuokite numatomą slydimą ir polių praėjimo dažnį varikliui.
- Search the spektras simetrinių šoninių juostų ties ±FP aplink 1× piką.
- Pateikite šoninės juostos amplitudės kitimą laikui bėgant.
Šį darbą puikiai galima atlikti naudojant nešiojamąjį prietaisą. Dviejų kanalų analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A užfiksuoja vibracijos spektrą prie variklio guolio, o jo optinis lazerinis tachometras nuskaito tikrąjį veleno greitį, todėl galite nustatyti tikslų 1× dažnį, apskaičiuoti slydimą ir ieškoti poliaus perėjimo dažniu išdėstytų šoninių juostų, patvirtinančių lūžusius rotoriaus strypus — visa tai varikliui dirbant normalia apkrova. Kadangi tas pats prietaisas taip pat matuoja 1× amplitudę ir fazę, jis aiškiai atskiria tikrą rotoriaus strypų požymį nuo paprasto bėgimo greitis disbalansas, kurį reikėtų ištaisyti, o ne keisti rotorių.
MCSA testavimas
- Pritvirtinkite srovės matuoklius prie variklio laidų.
- Užfiksuokite esamą signalo formą ir apskaičiuokite jos FFT.
- Ieškokite šoninių juostų dažniu flinija ± 2·s·flinija (that is, flinija ± FP).
- Palyginkite su sveiko variklio baziniais duomenimis.
- Tai gali signalizuoti apie problemą dar prieš pasireiškiant akivaizdiems vibracijos požymiams.
6. Korekcinės priemonės
Neatidėliotini veiksmai
- Padidinkite stebėjimo dažnumą – kas mėnesį, vėliau kas savaitę, o galiausiai kasdien.
- Stebėkite šoninės juostos amplitudės augimo tempą per tendencijų analizė.
- Užsisakykite atsarginį variklį arba suplanuokite rotoriaus keitimą.
- Jei įmanoma, sumažinkite darbo ciklą, kad kuo rečiau įsijungtų.
- Užfiksuokite procesą gedimų analizei.
Remonto parinktys
- Rotoriaus keitimas: patikimiausias pasirinkimas didelės galios varikliams (daugiau nei 100 AG).
- Rotoriaus perdarymas: specializuotos dirbtuvės gali perdirbti aliumininius rotorius.
- Variklio keitimas: dažnai tai yra ekonomiškiausias sprendimas mažos galios varikliams (iki 50 AG).
- Pagrindinių priežasčių tyrimas: nustatyti, kodėl lūžo strypai, kad būtų išvengta pakartotinio atvejo.
Prevencija
- Naudokite minkštus paleidimo įrenginius arba dažnio keitiklius, kad sumažintumėte paleidimo srovę ir terminį krūvį.
- Apribokite paleidimo dažnį, kai dirba didelės inercijos apkrovos.
- Pasirinkite variklius, pritaikytus faktiniam darbo ciklui – dažnai paleidžiamus modelius, skirtus intensyviam darbui.
- Užtikrinkite tinkamą variklio ventiliaciją ir aušinimą.
- Apsaugokite nuo vienfazės veikimo.
Sulūžusios rotoriaus strypai sudaro tik apie 10–15 % motor failures, tačiau jos palieka neabejotiną polių praėjimo šoninių juostų parašą, kuris leidžia patikimai anksti aptikti defektą vibracijos arba srovės analize. Šiluminio nuovargio mechanizmo supratimas, būdingo šoninių juostų modelio atpažinimas ir šių patikrų įtraukimas į būklės stebėjimas Ši programa leidžia planingai keisti variklį – kol dar nė viena sulūžusi strypas nesukels daugelio kitų strypų gedimų ir ilgalaikio neplanuoto prastovos laikotarpio.
