Rotoriaus strypo defektų supratimas
Rotoriaus strypo defektai — dar vadinamos sulūžusiomis arba įtrūkusiomis rotoriaus juostomis — tai lūžiai, įtrūkiai arba didelio pasipriešinimo jungtys triušio narvelio tipo indukcinio variklio laidžiosiose juostose variklis rotorius. „Voverės narvelio“ tipo rotorius pagamintas iš aliuminio arba vario strypų, įterptų į sluoksniuoto geležinio šerdies griovelius, o kiekvieno strypo abu galai sujungti pora trumpinimo žiedų (galinių žiedų). Kai strypas lūžta arba įtrūksta galinio žiedo jungtis, srovė nebegali laisvai tekėti per pažeistą laidininką. Dėl to atsiranda elektromagnetinė asimetrija, pulsuojantis sukamasis momentas ir labai lengvai atpažįstamas vibracija ir dabartinis parašas, pažymėtas šoninės juostos išdėstyti su slydimo dažniu.
Rotoriaus strypo gedimai sudaro maždaug 10–15 % indukcinių variklių gedimų. Jie yra pavojingi būtent dėl to, kad yra progresuojantys: vienas sulūžusi rotoriaus sija perkrauna gretimus elementus, o tai, kas prasideda nuo vieno įtrūkusio laidininko, gali išsivystyti į daugybę lūžių, stiprius sukimo momento svyravimus ir galiausiai rotoriaus sugadinimą, jei problema nebus laiku pastebėta.
1. Rotoriaus strypo defektų rūšys
Ši gedimų grupė apima keletą skirtingų mechanizmų, kurie visi panašiu būdu sutrikdo rotoriaus elektrinę simetriją:
- Sulūžusios rotoriaus strypai: Visiškas laidininko juostos lūžis, paprastai atsirandantis netoli galinio žiedo, kur susikaupia terminis ir mechaninis įtempis. Lūžis beveik visada prasideda kaip nuovargio įtrūkimai ir progresuoja iki visiško atsiskyrimo.
- Įtrūkę galiniai žiedai: Lūžiai jungiamuosiuose žieduose, kurie sujungia strypus, dažniausiai strypo ir žiedo jungties vietoje. Jų elektrinis poveikis atitinka strypo lūžį. Jie dažniau pasitaiko didelėse mašinose, dažnai paleidžiamuose varikliuose ir didelės inercijos apkrovose.
- Aukšto atsparumo jungtys: Prastas elektrinis ryšys tarp strypo ir galinio žiedo, kurį sukelia gamybos defektai, terminiai ciklai arba korozija. Simptomai primena strypo lūžį, tačiau dažnai pasireiškia ne nuolat ir yra sunkiau pastebimi nei esant aiškiam lūžiui.
- Rotoriaus poringumas: Liejimo tuštumos liejiniuose aliuminio rotoriuose, kurios sumažina veiksmingą laidininko skerspjūvį. Poringumas yra gamybos defektas, kuris gali likti nepastebimas ištisus metus, kol galiausiai išsivysto į įtrūkimus ir lūžius.
2. Kodėl lūžta rotoriaus strypai
Strypų gedimus lemia šiluminių, mechaninių, gamybinių ir eksploatacinių veiksnių derinys, kurie vienas kitą sustiprina per visą variklio tarnavimo laiką.
Thermal stress
Kiekvienas paleidimas ir sustabdymas sukelia rotoriaus išsiplėtimą ir susitraukimą. Kadangi aliuminis išsiplečia kur kas labiau nei aplinkinis geležinis šerdis, šis skirtingas plėtimasis atpalaiduoja strypus ir sukelia jungčių nuovargį. Dažnas paleidimas sukelia pasikartojančius terminius šokus, o bet kuri vietinė didelio pasipriešinimo vieta tampa karšta vieta, kuri pagreitina gedimą.
Mechaninis įtempis
Taip pat atlaiko ir laidžiosios juostos išcentrinė jėga (ypač svarbus greitaeigėse mašinose), pulsuojančios elektromagnetinės jėgos įprastinio veikimo metu ir didelės paleidimo srovės, sukeliančios mechaninius smūgius. Išorės vibracija perduodama iš varomosios apkrovos dar labiau vargina strypus.
Gamybos defektai ir eksploatavimo sąlygos
Liejimo poringumas, silpnas strypo ir galinio žiedo sujungimas, medžiagos intarpai ir netinkamas terminis apdorojimas – visa tai sudaro prielaidas vėlesniems gedimams. Eksploatacijos metu didžiausią žalą daro dažnas paleidimas, didelės inercijos apkrovos su ilgu pagreičio laikotarpiu, rotoriaus užstrigimo atvejai, susiję su ekstremaliomis srovėmis, bei vienfazis veikimas – darbas praradus vieną maitinimo fazę, dėl ko per rotoriaus narvelį teka labai asimetriška srovė.
3. Vibracija ir srovės charakteristika
Rotoriaus strypo pažeidimo diagnostinis požymis – šoninių juostų grupė, susitelkusi aplink sukimosi greitį.
- Centrinis pikas: 1× bėgimo greitis (fr), normaLus bėgimo greitis line.
- Šoninės juostos: simetrinės poros taške fr ± fs, fr ± 2fs, fr ± 3fs, where fs yra slydimo dažnis (paprastai 1–3 Hz).
- Raštas: vienodais atstumais išdėstyti, simetriški šoniniai juostos, kurių dažnių skirtumas yra lygus slydimo dažniui — visiškai skirtingai nei guolių gedimai, kurios yra susijusios su defektų dažniais.
Slydimo dažnio apskaičiavimas
Slydimo dažnis – tai skirtumas tarp sinchroninio ir faktinio greičio, išreikštas hercais: fs = (Nsinchronizuoti - Ntikrasis) / 60. Nagrinėkime 4 polių, 60 Hz variklį, kurio sinchroninis greitis yra 1800 aps/min, o apkrovos sąlygomis jis veikia 1750 aps/min greičiu. Tuomet fs = (1800 − 1750) / 60 = 0,833 Hz, o greičio kreivė eina per 29,17 Hz. Todėl šoninės juostos atsiranda 29,17 ± 0,833 Hz dažniuose, t. y. 28,3 Hz ir 30,0 Hz. A harmoninių dažnių skaičiuoklė ir a variklio slydimo skaičiuoklė kad šis perskaičiavimas būtų nesudėtingas, kai nustatote matavimus gamybos ceche.
Apkrovos priklausomybė
Kadangi slydimas – ir kartu srovė, tekanti per sulūžusius strypus – didėja didėjant apkrovai, šoninės juostos yra jautrios apkrovai. Be apkrovos jos yra minimalios; esant nedidelei apkrovai jos pradeda ryškėti; o esant maksimaliam apkrovimui jos yra stipriausios ir lengviausiai nustatomos. Praktinė taisyklė yra paprasta: norint pasiekti didžiausią jautrumą, įtartiną variklį visada reikia tikrinti esant įprastinei darbo apkrovai.
Dabartinis parašas (MCSA)
Variklio srovės charakteristikų analizė atskleidžia tuos pačius fizikos dėsnius elektrinėje srityje. Čia šoninės juostos susitelkia aplink tinklo dažnis užduotų greičio, o jos pasirodo flinija ± 2fs — dvigubai didesnis slydimo dažnis. 60 Hz varikliui, kurio slydimas yra 1 Hz, šoninės juostos atsiranda 58 Hz ir 62 Hz dažniais. Jų amplitudė didėja priklausomai nuo lūžusių strypų skaičiaus, o kai kuriais atvejais MCSA gedimą aptinka anksčiau nei vibracija. Tas pats su slydimu susijęs fizikinis reiškinys yra ir susijusių polių perėjimo dažnis used in elektros gedimas diagnosis.
4. Aptikimas, diagnozavimas ir matavimai vietoje
Norint išskirti šonines juostas, kurios nuo pagrindinio greičio piko skiriasi vos keliomis hercų dalimis, reikalingas didelis dažnio skiriamasis gebėjimas. Ši procedūra atliekama taip:
- Apskaičiuokite numatomą modelį: nustatyti sinchroninį greitį pagal polių skaičių ir tinklo dažnį, išmatuoti faktinį sukimosi greitį ir apskaičiuoti slydimo dažnį.
- Gaukite didelės skiriamosios gebos spektrą: use a fine FFT skiriamoji geba (geresnė nei maždaug 0,2 Hz), todėl arti viena kitos esančios šoninės juostos aiškiai atsiskiria nuo 1× linijos. A FFT skiriamosios gebos skaičiuoklė padeda pasirinkti tinkamą tarpą ir eilučių skaičių.
- Šoninių juostų paieška: ieškokite simetrinių smailių, esančių 1× ± slydimo dažnio ir jo kartotinių vietose.
- Bandymas esant apkrovai: rinkti duomenis, kai variklis veikia esant įprastinei apkrovai.
- Patvirtinkite šabloną: Prieš nustatydami diagnozę, įsitikinkite, kad šoninės juostos yra simetriškos ir tinkamai išdėstytos.
Būtent tokio pobūdžio aukštos skiriamosios gebos spektro registravimas yra užduotis, kurią puikiai atlieka nešiojamas dviejų kanalų prietaisas, pavyzdžiui, Balanset-1A yra skirtas. Veikdamas variklio guoliuose esant darbinio greičio sąlygoms, jis tiesiogiai ant veikiančio įrenginio užregistruoja sukimosi greičio kreivę ir jos slydimo dažnio šonines juostas, todėl galite vietoje, be išardymo, patvirtinti diagnozę dėl lūžusios strypo dalies ir vėliau stebėti jos būklės pokyčius laikui bėgant.
Sunkumo vertinimas
Pagal plačiai taikomą praktinę taisyklę signalų stiprumas vertinamas pagal šoninių juostų aukštį, palyginti su 1× piko aukščiu:
- Šoninė juosta, mažesnė nei 40 % 1×: galbūt viena įtrūkusi ar sulūžusi strypo dalis — toliau stebėkite.
- 40–60% nuo 1×: patvirtinta, kad strypas (arba strypai) sulūžęs (-ę) — suplanuokite jo (-ų) keitimą.
- Daugiau nei 60 % 1×: kelios sulūžusios grotelės — jas reikia skubiai pakeisti.
- Šoninės juostos, aukštesnės už 1× smailę: sunki būklė, reikalaujanti nedelsiant imtis veiksmų.
5. Pasekmės ir ligos eiga
Jei problema lieka neišspręsta, vienas defektas retai kada lieka vienintelis. Žala progresuoja per aiškiai atpažįstamus etapus:
- Pradinis gedimas (viena juostelė): nežymus sukimo momento svyravimas, nedideli atsirandantys šoniniai dažniai ir minimalus našumo sumažėjimas. Variklis tokioje būsenoje gali veikti ištisus mėnesius.
- Laipsniški gedimai (kelios juostos): srovė, kuri turėjo tekėti per sulūžusią strypą, nukreipiama į gretimus strypus, dėl to jie perkaista; dėl terminio įtempimo galiausiai sulūžta ir tie strypai. Sukimo momento svyravimai ir vibracija stiprėja, todėl per kelias savaites mašina gali sugadėti dėl vieno ar kelių sulūžusių strypų.
- Sunkus būklė: kelios greta esančios sulūžusios strypų dalys sukelia stiprius sukimo momento svyravimus, didelę vibraciją ir triukšmą bei rotoriaus perkaitimą. Galutinis rezultatas – visiškas rotoriaus gedimas, o kartu kyla reali pavojaus, kad bus padaryta šalutinė žala stator žala, kurią sukelia per didelės cirkuliacinės srovės.
6. Korekcinės priemonės ir prevencija
Kai trūkumas patvirtinamas, reikia imtis veiksmų jį sąmoningai valdyti, o ne laukti, kol įvyks gedimas:
- Aptikus: sutrumpinti stebėjimo intervalą (nuo kas mėnesį iki kas savaitę), patvirtinti diagnozę atliekant MCSA tyrimą, suplanuoti variklio arba rotoriaus keitimą, paruošti atsarginį komplektą kritinėms užduotims atlikti ir išsiaiškinti, kodėl strypai iš viso lūžo.
- Remonto parinktys: Rotoriaus keitimas yra patikimiausias sprendimas didelėms mašinoms; visiškas variklio keitimas dažnai yra ekonomiškiausias būdas mažoms mašinoms; specializuotos dirbtuvės gali perlydyti aliumininius rotorius; o jei sulūžo tik viena strypo dalis, mašiną galima ribotai toliau eksploatuoti, atidžiai stebint jos veikimą.
- Prevencija: sumažinkite dažnus paleidimus naudodami minkštus paleidimo įrenginius arba kintamo dažnio pavaras, pašalinkite vienfazį veikimą, užtikrinkite tinkamą vėdinimą ir aušinimą, pasirinkite variklius, pritaikytus faktiniam darbo ciklui, ir pasikliaukite ankstyvu gedimų nustatymu, kad galėtumėte imtis veiksmų, kol gedimas neišsiplėtė.
Rotoriaus strypo defektai yra vieni iš labiausiai diagnostiniu požiūriu išskirtinių variklio gedimų: dėl jiems būdingų slydimo dažnio šoninių juostų juos galima patikimai aptikti tiek vibracijos diagnostika ir esamos padėties analizė. Laiku juos aptikus, potencialiai katastrofiškas rotoriaus gedimas ir ilgas neplanuotas prastovas virsta planuotu, valdomu remontu.
