Zrozumienie pękniętych prętów wirnika
Definicja: Czym są złamane pręty wirnika?
Złamane pręty wirnika Są to całkowite pęknięcia prętów przewodzących w wirnikach silników indukcyjnych klatkowych. Jest to zasadniczo ten sam stan, co wady prętów wirnika ale szczególnie podkreśla całkowite pęknięcie pręta, a nie pęknięcia lub połączenia o wysokiej rezystancji. Gdy jeden lub więcej prętów pęka, prąd elektryczny nie może przepływać przez te pręty, co powoduje asymetrię elektromagnetyczną, która powoduje charakterystyczne wibracja i aktualne podpisy z wstęgi boczne Na częstotliwość poślizgu odstępy wokół prędkości biegu.
Złamane pręty wirnika są szczególnie podstępne, ponieważ powodują kaskadowe awarie: jeden złamany pręt zwiększa natężenie prądu i naprężenie w sąsiednich prętach, powodując ich stopniowe zużycie. Jeśli nie zostanie wykryty wcześnie (pojedynczy złamany pręt), stan może szybko się pogorszyć, powodując wiele złamanych prętów i katastrofalną awarię wirnika, wymagającą wymiany silnika.
Jak pękają pręty wirnika
Zmęczenie cieplne (najczęstsze)
Powtarzające się cykle grzania i chłodzenia:
- Aktualny stan uruchomienia: Podczas rozruchu silnika prąd wirnika 5-7× normalny (stan zablokowania wirnika)
- Rozszerzalność cieplna: Pręty aluminiowe znacznie się rozszerzają (współczynnik 23 µm/m/°C)
- Ograniczenie: Rdzeń żelazny rozszerza się w mniejszym stopniu (12 µm/m/°C), co ogranicza rozszerzalność pręta
- Stres: Różnicowe rozszerzanie powoduje naprężenia cieplne w prętach
- Zmęczenie: Powtarzające się cykle rozruchu powodują zmęczenie niskocykliczne
- Inicjacja pęknięcia: Zwykle na połączeniu pręta z pierścieniem końcowym (punkt największego naprężenia)
Naprężenie mechaniczne
- Siły odśrodkowe przy dużych prędkościach
- Siły elektromagnetyczne podczas pracy i rozruchu
- Wibracje ze źródeł zewnętrznych
- Obciążenie udarowe podczas rozruchu lub zmian obciążenia
Wady produkcyjne
- Porowatość: Pustki w wirnikach aluminiowych odlewanych
- Słabe wiązanie: Niewystarczające połączenie pręta z rdzeniem
- Zawartość materiału: Zanieczyszczenia w odlewach
- Połączenia pierścieniowe słabego końca: Słabe połączenia pręta z pierścieniem końcowym
Warunki pracy
- Częste uruchamianie: Każdy start to zdarzenie stresu termicznego i mechanicznego
- Obciążenia o dużej bezwładności: Długie czasy przyspieszania zwiększają naprężenie pręta
- Usługa cofania: Zatykanie powoduje powstawanie ekstremalnych prądów
- Jednofazowe: Praca z jedną utraconą fazą powoduje przeciążenia prętów wirnika
Charakterystyczny podpis wstęgi bocznej
Dlaczego pojawiają się pasma boczne
Charakterystyczny wzór diagnostyczny:
- Złamany pręt nie może przewodzić prądu, co powoduje asymetrię elektryczną
- Asymetria obraca się z częstotliwością poślizgu (różnica między prędkością synchroniczną a prędkością wirnika)
- Tworzy pulsację momentu obrotowego z częstotliwością 2× poślizgu
- Pulsacja momentu obrotowego moduluje drgania 1× wynikające z niewyważenia mechanicznego
- Wynik: pasma boczne przy prędkości biegu ± przedziały częstotliwości poślizgu
Wzór wibracji
- Szczyt Centralny: 1× prędkość biegu (fr)
- Dolna wstęga boczna: fr – fs (gdzie fs = częstotliwość poślizgu)
- Górna wstęga boczna: fr + fs
- Wiele pasm bocznych: fr ± 2fs, fr ± 3fs w miarę wzrostu nasilenia
- Symetria: Pasma boczne symetryczne wokół piku 1×
Przykład
Silnik 4-biegunowy, 60 Hz przy pełnym obciążeniu:
- Prędkość synchroniczna: 1800 obr./min
- Rzeczywista prędkość: 1750 obr./min (29,17 Hz)
- Poślizg: 50 obr./min (0,833 Hz)
- Szczyt drgań występuje przy: 28,3 Hz, 29,17 Hz, 30,0 Hz
- Złamany pręt potwierdzony symetrycznymi pasmami bocznymi przy ±0,833 Hz
Aktualny podpis (MCSA)
Analiza prądu silnika wykazuje podobny wzorzec:
- Szczyt Centralny: Częstotliwość linii (50 lub 60 Hz)
- Wstęgi boczne: fline ± 2fs (uwaga: 2× częstotliwość poślizgu w prądzie, nie 1×)
- Przykład: Silnik 60 Hz z poślizgiem 1 Hz → pasma boczne przy 58 Hz i 62 Hz
- Korzyść: Nieinwazyjny, może monitorować w sposób ciągły
- Wrażliwość: Często wykrywa złamane pręty wcześniej niż drgania
Etapy progresji
Pojedynczy złamany pręt
- Pojawiają się małe pasma boczne (20-40% o 1× piku)
- Nieznaczne pulsowanie momentu obrotowego (może być niezauważalne)
- Wydajność silnika prawie normalna
- Może działać przez miesiące z monitorowaniem
- Należy zaplanować wymianę
Wiele sąsiadujących z sobą złamanych prętów
- Silne pasma boczne (> 50% 1× szczytu)
- Zauważalne pulsowanie momentu obrotowego
- Zwiększony poślizg i temperatura
- Przyspieszenie postępu w miarę przegrzewania się sąsiednich prętów
- Pilna wymiana (termin realizacji: kilka tygodni)
Ciężki stan
- Pasma boczne mogą przekraczać amplitudę szczytową 1×
- Silne pulsacje momentu obrotowego wpływające na napędzany sprzęt
- Wysokie wibracje i temperatura
- Ryzyko uszkodzenia pierścienia końcowego lub całkowitego uszkodzenia wirnika
- Wymagana natychmiastowa wymiana
Najlepsze praktyki wykrywania
Analiza drgań
- Użyj FFT o wysokiej rozdzielczości (< 0,2 Hz rozdzielczości) w celu rozróżnienia pasm bocznych
- Silnik testowy pod obciążeniem (bardziej widoczne pasma boczne przy przepływie prądu)
- Oblicz oczekiwaną częstotliwość poślizgu dla silnika
- Widmo poszukiwań pasm bocznych symetrycznych przy ±fs około 1×
- Amplituda pasma bocznego trendu w czasie
Testowanie MCSA
- Zaciskowe sondy prądowe na przewodach silnika
- Zdobądź aktualny przebieg i oblicz FFT
- Szukaj pasm bocznych przy fline ± 2fs
- Porównaj ze zdrową bazą motoryczną
- Możliwość wykrycia objawów wibracji jeszcze przed ich ustąpieniem
Działania korygujące
Natychmiastowa odpowiedź
- Zwiększ częstotliwość monitorowania (miesięcznie → tygodniowo → codziennie)
- Szybkość wzrostu amplitudy wstęgi bocznej śladu
- Zamów zapasowy silnik lub zaplanuj wymianę wirnika
- Jeśli to możliwe, skróć cykl pracy (minimalizacja uruchomień)
- Udokumentuj postęp analizy awarii
Opcje naprawy
- Wymiana wirnika: Najbardziej niezawodny w przypadku dużych silników (> 100 KM)
- Regeneracja wirnika: Warsztaty specjalistyczne mogą przetapiać wirniki aluminiowe
- Wymiana silnika: Często najbardziej ekonomiczne rozwiązanie dla małych silników (< 50 KM)
- Badanie przyczyn źródłowych: Określ przyczynę pęknięcia prętów, aby zapobiec ponownemu wystąpieniu problemu
Zapobieganie
- Aby zmniejszyć prąd rozruchowy i obciążenie cieplne, należy stosować rozruszniki miękkie lub przetwornice częstotliwości.
- Ogranicz częstotliwość początkową dla obciążeń o dużej bezwładności
- Określ silniki o znamionowym cyklu pracy (silniki o częstym rozruchu do pracy o dużej liczbie cykli)
- Zapewnij odpowiednią wentylację i chłodzenie silnika
- Zabezpieczenie przed warunkami jednofazowymi
Złamane pręty wirnika, choć odpowiadają za zaledwie 10–15% awarii silnika, tworzą charakterystyczne sygnatury częstotliwości poślizgu wstęgi bocznej, które umożliwiają niezawodne wczesne wykrywanie poprzez analizę drgań lub prądu. Zrozumienie mechanizmu zmęczenia cieplnego, rozpoznanie charakterystycznego wzoru wstęgi bocznej i wdrożenie monitorowania stanu umożliwia planową wymianę silnika, zanim awaria pojedynczego pręta przerodzi się w katastrofalną awarię wielu prętów i wydłuży 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 