Zrozumienie wad prętów wirnika
Definicja: Czym są wady prętów wirnika?
Wady prętów wirnika Złamane pręty wirnika (nazywane również pękniętymi prętami wirnika) to pęknięcia, pęknięcia lub połączenia o wysokiej rezystancji w prętach przewodzących wirników silników indukcyjnych klatkowych. Wirniki klatkowe składają się z aluminiowych lub miedzianych prętów osadzonych w żelaznych rowkach rdzenia, których oba końce są połączone pierścieniami zwierającymi (pierścieniami końcowymi). W przypadku pęknięcia prętów lub połączeń pierścieni końcowych, prąd elektryczny nie może przepływać prawidłowo przez uszkodzone pręty, co powoduje asymetrię elektromagnetyczną, pulsujący moment obrotowy i charakterystyczne wibracja i aktualne podpisy z wstęgi boczne w odstępie częstotliwości poślizgu.
Uszkodzenia prętów wirnika odpowiadają za 10–15% awarii silników i są szczególnie problematyczne, ponieważ mogą się rozprzestrzeniać od pojedynczego pęknięcia pręta do wielu uszkodzeń, powodując silne wibracje, pulsację momentu obrotowego i ostatecznie awarię silnika, jeśli nie zostaną wykryte i naprawione.
Rodzaje uszkodzeń prętów wirnika
1. Złamane pręty wirnika
- Opis: Całkowite pęknięcie szyny przewodzącej
- Lokalizacja: Zwykle w pobliżu pierścieni końcowych, gdzie koncentrują się naprężenia termiczne i mechaniczne
- Postęp: Zwykle zaczyna się od pęknięcia i przechodzi w całkowite pęknięcie
- Wiele pasków: Jeden złamany pręt zwiększa naprężenie w sąsiednich prętach, co prowadzi do stopniowych awarii
2. Pęknięte pierścienie końcowe
- Opis: Pęknięcia w pierścieniach zwarciowych łączących pręty wirnika
- Efekt: Podobnie jak złamane pręty – zakłóca przepływ prądu
- Lokalizacja: Często na skrzyżowaniu bar-ring
- Bardziej powszechne w: Duże silniki, silniki z częstymi rozruchami, obciążenia o dużej bezwładności
3. Połączenia o wysokiej wytrzymałości
- Opis: Słabe połączenie elektryczne między prętami i pierścieniami końcowymi
- Przyczyna: Wady produkcyjne, cykle termiczne, korozja
- Efekt: Podobne objawy jak przy złamanych prętach, ale mogą występować okresowo
- Wykrywanie: Bardziej subtelne sygnatury niż całkowite przerwy
4. Porowatość wirnika
- Pustki w wirnikach aluminiowych odlewanych
- Zmniejsza efektywny przekrój przewodu
- Może prowadzić do pęknięć i złamań
- Wada produkcyjna, która może ujawnić się dopiero w późniejszym okresie życia
Przyczyny uszkodzeń drążków wirnika
Naprężenia termiczne
- Cykle termiczne: Rozszerzenie/kurczenie się od momentu uruchomienia/zamknięcia
- Rozszerzenie różnicowe: Pręty aluminiowe rozszerzają się bardziej niż rdzeń żelazny
- Gorące punkty: Lokalne przegrzanie spowodowane wysokim oporem
- Częste starty: Każdy start powoduje szok termiczny
Naprężenia mechaniczne
- Siły odśrodkowe: Szczególnie w silnikach szybkoobrotowych
- Siły elektromagnetyczne: Siły pulsujące podczas pracy
- Moment początkowy: Wysokie prądy podczas rozruchu powodują naprężenia mechaniczne
- Wibracja: Pręty do zmęczenia wibracjami zewnętrznymi
Wady produkcyjne
- Porowatość w wirnikach odlewanych
- Słabe połączenie pręta z pierścieniem końcowym
- Wtrącenia lub pustki materiałowe
- Niewłaściwa obróbka cieplna
Warunki pracy
- Częste uruchamianie: Naprężenia termiczne i elektromagnetyczne
- Obciążenia o dużej bezwładności: Długie czasy przyspieszania zwiększają naprężenie pręta
- Zdarzenia związane z zablokowanym wirnikiem: Ekstremalne prądy i siły
- Jednofazowe: Praca z jedną utraconą fazą powoduje prądy asymetryczne
Sygnatura wibracji
Charakterystyczny wzór
Cechą charakterystyczną uszkodzeń prętów wirnika są pasma boczne występujące wokół prędkości biegu:
- Szczyt Centralny: 1× prędkość biegu (fr)
- Wstęgi boczne: fr ± fs, fr ± 2 fs, fr ± 3 fs
- Gdzie fs = częstotliwość poślizgu (zwykle 1-3 Hz)
- Wzór: Symetryczne pasma boczne rozmieszczone w odstępach częstotliwości poślizgu
Obliczanie częstotliwości poślizgu
- fs = (Nsync – Nactual) / 60
- Przykład: silnik 4-biegunowy, 60 Hz
- Nsync = 1800 obr./min, Nactual = 1750 obr./min
- fs = (1800 – 1750) / 60 = 0,833 Hz
- Pasma boczne pojawiają się przy 29,17 ± 0,833 Hz (28,3 Hz i 30,0 Hz)
Zależność od obciążenia
- Bez obciążenia: Minimalne pasma boczne (niski poślizg, niski prąd przepływający przez zerwane pręty)
- Lekki ładunek: Zaczynają pojawiać się małe pasma boczne
- Pełne obciążenie: Silne pasma boczne, najbardziej oczywista diagnoza
- Strategia diagnostyczna: Przetestuj pod obciążeniem, aby uzyskać najlepszą czułość
Aktualny podpis (MCSA)
Analiza prądu silnika pokazuje ten sam wzór co w przypadku drgań:
- Pasma boczne wokół częstotliwości linii (nie prędkości biegu)
- Wzór: fline ± 2fs (dwukrotność częstotliwości poślizgu w prądzie)
- Dla silnika 60 Hz z poślizgiem 1 Hz: pasma boczne przy 58 Hz i 62 Hz
- Amplituda wzrasta wraz z liczbą złamanych prętów
- W niektórych przypadkach można wykryć wcześniej niż drgania
Wykrywanie i diagnostyka
Procedura analizy drgań
- Oblicz oczekiwany wzór: Określ prędkość synchroniczną, zmierz rzeczywistą prędkość, oblicz częstotliwość poślizgu
- FFT o wysokiej rozdzielczości: Użyj wysokiej rozdzielczości (< 0,2 Hz) w celu rozróżnienia pasm bocznych
- Szukaj wstęg bocznych: Wyszukaj szczyty przy częstotliwości poślizgu 1× ±
- Pod obciążeniem: Test z silnikiem pod normalnym obciążeniem roboczym
- Potwierdź wzór: Sprawdź, czy pasma boczne są symetryczne i znajdują się w prawidłowych odstępach
Ocena stopnia zagrożenia
- Wstęga boczna < 40% 1× szczyt: Możliwe uszkodzenie pojedynczego paska monitora
- 40-60% z 1×: Potwierdzono złamanie pręta(ów), plan wymiany
- > 60% z 1×: Wiele złamanych prętów, pilna potrzeba wymiany
- Pasma boczne > 1× szczyt: Stan poważny, wymagana natychmiastowa interwencja
Konsekwencje i postęp
Początkowa awaria (pojedynczy pręt)
- Nieznaczne pulsowanie momentu obrotowego
- Pojawiają się małe pasma boczne
- Może działać miesiącami z jednym złamanym prętem
- Minimalne pogorszenie wydajności
Postępujące awarie (wiele słupków)
- Sąsiadujące pręty przegrzewają się od zwiększonego prądu
- Naprężenie cieplne powoduje dodatkowe awarie
- Zwiększają się pulsacje momentu obrotowego
- Wibracje stają się silne
- Możliwość przejścia od jednego do wielu taktów w ciągu kilku tygodni
Ciężki stan
- Wiele sąsiadujących z sobą złamanych prętów
- Silne pulsowanie momentu obrotowego
- Wysokie wibracje i hałas
- Przegrzanie wirnika
- Ryzyko całkowitej awarii wirnika
- Może uszkodzić stojan przez nadmierny prąd
Działania korygujące
Po wykryciu
- Zwiększ częstotliwość monitorowania (miesięcznie → tygodniowo)
- Wykonaj badanie MCSA w celu potwierdzenia diagnozy
- Zaplanuj wymianę silnika lub wirnika
- Przygotuj zapasowy silnik, jeśli jest to krytyczne zastosowanie
- Weź pod uwagę przyczynę (dlaczego pręty pękły)
Opcje naprawy
- Wymiana wirnika: Najbardziej niezawodne rozwiązanie dla dużych silników
- Całkowita wymiana silnika: Często najbardziej ekonomiczne rozwiązanie dla małych silników
- Regeneracja wirnika: Warsztaty specjalistyczne mogą przetapiać wirniki aluminiowe
- Operacja tymczasowa: Pojedynczy złamany pręt może pozwolić na dalszą pracę z monitoringiem
Zapobieganie
- Zminimalizuj częste uruchamianie (stosuj łagodne rozruszniki lub przetwornice częstotliwości)
- Unikaj warunków jednofazowych
- Zapewnij odpowiednią wentylację i chłodzenie
- Stosuj silniki przystosowane do cyklu pracy (silniki o częstym rozruchu do zastosowań o wysokiej częstotliwości)
- Monitoruj w celu wczesnego wykrycia przed wystąpieniem wielu awarii
Uszkodzenia prętów wirnika należą do najbardziej charakterystycznych usterek silnika pod względem diagnostycznym, a ich charakterystyczne pasma boczne częstotliwości poślizgu umożliwiają niezawodną detekcję zarówno poprzez analizę drgań, jak i prądu. Wczesna identyfikacja pozwala na planową wymianę silnika, zanim dojdzie do awarii wielu prętów, które mogą spowodować katastrofalne uszkodzenie wirnika i dłuższy nieplanowany przestój.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 