Розуміння дефектів роторного стрижня
Визначення: Що таке дефекти роторного стрижня?
Дефекти роторного стрижня (також звані зламаними роторними стрижнями або тріснутими роторними стрижнями) – це переломи, тріщини або високоомні з'єднання в провідних стрижнях роторів асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором. Ротори з короткозамкненим ротором складаються з алюмінієвих або мідних стрижнів, вбудованих у пази залізного осердя, причому обидва кінці стрижнів з'єднані закорочувальними кільцями (кінцевими кільцями). Коли стрижні ламаються або кінцеві кільця тріскаються, електричний струм не може належним чином протікати через пошкоджені стрижні, створюючи електромагнітну асиметрію, пульсуючий крутний момент і характерні коливання. вібрація та поточні підписи з бічні смуги при інтервалі частоти ковзання.
Дефекти роторного стрижня складають 10-15% відмов двигунів і є особливо проблематичними, оскільки вони можуть прогресувати від одного зламаного стрижня до кількох відмов, створюючи сильну вібрацію, пульсації крутного моменту та, зрештою, вихід з ладу двигуна, якщо їх не виявити та не усунути.
Типи дефектів роторного стрижня
1. Зламані стрижні ротора
- Опис: Повний перелом провідної шини
- Розташування: Зазвичай поблизу торцевих кілець, де концентруються термічні та механічні напруження
- Прогресія: Зазвичай починається з тріщини, прогресує до повного розриву
- Кілька барів: Один зламаний стрижень збільшує навантаження на сусідні стрижні, що призводить до поступових руйнувань
2. Тріснуті торцеві кільця
- Опис: Переломи в замикаючих кільцях, що з'єднують стрижні ротора
- Ефект: Подібно до зламаних прутів — порушує потік струму
- Розташування: Часто на стику стрижня з кільцем
- Більш поширені в: Великі двигуни, двигуни з частими пусками, високоінерційні навантаження
3. Високоміцні з'єднання
- Опис: Погане електричне з'єднання між стрижнями та торцевими кільцями
- Причина: Виробничі дефекти, термоциклування, корозія
- Ефект: Схожі симптоми до зламаних прутів, але можуть бути періодичними
- Виявлення: Більш ледь помітні підписи, ніж повні розриви
4. Пористість ротора
- Порожнечі в литих алюмінієвих роторах
- Зменшує ефективний поперечний переріз провідника
- Може прогресувати до тріщин та розривів
- Виробничий дефект, але може не проявитися до пізнішого віку
Причини поломок роторної планки
Термічні напруження
- Термічний цикл: Розширення/скорочення від запуску/закриття
- Диференціальне розширення: Алюмінієві прутки розширюються більше, ніж залізний сердечник
- Гарячі точки: Локалізований перегрів через високий опір
- Часті запуски: Кожен запуск створює тепловий шок
Механічні напруження
- Відцентрові сили: Особливо у високошвидкісних двигунах
- Електромагнітні сили: Пульсуючі сили під час роботи
- Пусковий крутний момент: Високі струми під час запуску створюють механічне напруження
- Вібрація: Зовнішні вібраційні виснажливі стрижні
Виробничі дефекти
- Пористість литих роторів
- Погане з'єднання кільця між стрижнем та кінцем
- Матеріальні включення або порожнечі
- Недостатня термічна обробка
Умови експлуатації
- Частий запуск: Термічний та електромагнітний стрес
- Високоінерційні навантаження: Тривалий час розгону збільшує навантаження на брусок
- Події блокування ротора: Екстремальні течії та сили
- Однофазний: Робота з втратою однієї фази створює асиметричні струми
Вібраційний підпис
Характерний візерунок
Відмінною рисою дефектів роторного стрижня є бічні смуги навколо швидкості обертання:
- Центральний пік: 1× швидкість бігу (фр)
- Бічні смуги: fr ± fs, fr ± 2fs, fr ± 3fs
- Де fs = частота ковзання (зазвичай 1-3 Гц)
- Візерунок: Симетричні бічні смуги, розташовані з інтервалами частоти ковзання
Розрахунок частоти ковзання
- fs = (Nсинхронізація – Nфактичне) / 60
- Приклад: 4-полюсний двигун 60 Гц
- Nсинхронізація = 1800 об/хв, Nфактична = 1750 об/хв
- fs = (1800 – 1750) / 60 = 0,833 Гц
- Бічні смуги з'являються на частоті 29,17 ± 0,833 Гц (28,3 Гц та 30,0 Гц)
Залежність від навантаження
- Без навантаження: Мінімальні бічні смуги (низьке ковзання, низький струм через обірвані стрижні)
- Легке навантаження: Починають з'являтися невеликі бічні смуги
- Повне завантаження: Сильні бічні смуги, найочевидніший діагноз
- Діагностична стратегія: Перевірте під навантаженням для найкращої чутливості
Поточний підпис (MCSA)
Аналіз струму двигуна показує таку ж закономірність, як і вібрація:
- Бічні смуги навколо лінійної частоти (не швидкості роботи)
- Схема: fline ± 2fs (подвоєна частота ковзання струму)
- Для двигуна 60 Гц з ковзанням 1 Гц: бічні смуги при 58 Гц та 62 Гц
- Амплітуда збільшується з кількістю зламаних стрижнів
- У деяких випадках може виявляти раніше, ніж вібрацію
Виявлення та діагностика
Процедура аналізу вібрації
- Обчисліть очікуваний візерунок: Визначення синхронної швидкості, вимірювання фактичної швидкості, обчислення частоти ковзання
- Швидке перетворення Фур'є високої роздільної здатності: Використовуйте високу роздільну здатність (< 0,2 Гц) для розділення бічних смуг
- Шукайте бічні смуги: Пошук піків на частоті ковзання 1× ±
- Під навантаженням: Випробування з двигуном під нормальним робочим навантаженням
- Підтвердити візерунок: Перевірте симетричність бічних смуг на правильному інтервалі
Оцінка серйозності
- Бічна смуга < 40% піку 1×: Можлива окрема зламана планка, монітор
- 40-60% з 1×: Підтверджено зламаний(і) брусок(и), план заміни
- > 60% з 1×: Кілька зламаних прутів, потрібна термінова заміна
- Бічні смуги > 1× пік: Важкий стан, потрібні негайні дії
Наслідки та прогрес
Початковий збій (один смужковий сигнал)
- Незначна пульсація крутного моменту
- З'являються невеликі бічні смуги
- Може працювати місяцями з однією зламаною планкою
- Мінімальне зниження продуктивності
Прогресивні невдачі (кілька барів)
- Сусідні стрижні перегріваються від збільшення струму
- Термічний стрес спричиняє додаткові руйнування
- Пульсації крутного моменту збільшуються
- Вібрація стає сильною
- Можна переходити від одного до кількох барів за тижні
Важкий стан
- Кілька суміжних розірваних смуг
- Сильна пульсація крутного моменту
- Висока вібрація та шум
- Перегрів ротора
- Ризик повного виходу з ладу ротора
- Може пошкодити статор через надмірний струм
Коригувальні дії
При виявленні
- Збільшити частоту моніторингу (щомісяця → щотижня)
- Виконайте MCSA для підтвердження діагнозу
- Планування заміни двигуна або заміни ротора
- Підготуйте запасний двигун, якщо застосування є критичним
- Розгляньте першопричину (чому зламалися прути)
Варіанти ремонту
- Заміна ротора: Найнадійніше рішення для великих двигунів
- Повна заміна двигуна: Часто найекономічніший для невеликих двигунів
- Переливання ротора: Спеціалізовані майстерні можуть переробляти алюмінієві ротори
- Тимчасова операція: Один зламований штрих може дозволити продовження роботи з моніторингом
Профілактика
- Мінімізуйте часті запуски (використовуйте плавні пускові установки або частотні перетворювачі)
- Уникайте однофазних умов
- Забезпечте належну вентиляцію та охолодження
- Використовуйте двигуни, розраховані на робочий цикл (двигуни з частим пуском для високоциклових застосувань)
- Моніторинг для раннього виявлення до появи кількох збоїв
Дефекти роторного стрижня є одними з найбільш діагностично відмітних несправностей двигуна, а їх характерні бічні смуги частоти ковзання дозволяють надійно їх виявляти за допомогою аналізу вібрації та струму. Раннє виявлення дозволяє планувати заміну двигуна до того, як це призведе до численних відмов стрижня, які можуть спричинити катастрофічне пошкодження ротора та тривалий незапланований простой.
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 