ثلاثة أخطاء رئيسية في دوارات محرك التدفق المحوري: الإصلاح أم الاستبدال؟ دليل واضح لإصلاح الحدود

يتم استخدام محركات التدفق المحوري، بكثافة الطاقة العالية، والهيكل المدمج، وخصائص عزم الدوران الممتازة، بشكل متزايد في مركبات الطاقة الجديدة، والماكينات الصناعية، وطاقة الرياح، وغيرها من المجالات. ومع ذلك، مع تراكم ساعات التشغيل وتصبح ظروف العمل أكثر تعقيدًا، فإن الدوار - المكون الدوار الأساسي للمحرك - سيواجه حتمًا أخطاء مختلفة. من بينها، يعد الضرر السطحي لمحرك التدفق المحوري، وإزالة المغناطيسية من المغناطيس الدائم (الفولاذ المغناطيسي)، وفشل التوازن الديناميكي هي أنواع الأخطاء الثلاثة الأكثر شيوعًا. في مواجهة هذه المشكلات، يكون الاهتمام الأساسي لموظفي الصيانة هو:  ما هي الأخطاء التي يمكن إصلاحها؟ والتي تتطلب الاستبدال؟ هل يمكن ضمان الأداء والموثوقية بعد الإصلاح؟

1. تلف سطح الدوار: الأضرار الطفيفة قابلة للإصلاح، والأضرار الشديدة تتطلب الاستبدال

1.1 أسباب الخطأ ومظاهره

عادة ما يحدث تلف سطح الجزء الدوار بمحرك التدفق المحوري بسبب الاحتكاك (الاحتكاك بين الجزء الثابت والدوار)، أو دخول جسم غريب، أو غرق الدوار بسبب فشل المحمل. يساعد تحديد نوع الضرر في تحديد السبب الجذري: إذا كان سطح العضو الدوار يحتوي على علامة احتكاك واحدة بينما يتم خدش سطح الجزء الثابت بأكمله، فغالبًا ما يكون السبب هو انحناء العمود أو عدم توازن العضو الدوار؛ إذا كان سطح الجزء الثابت يحتوي على علامة احتكاك واحدة فقط بينما يتم خدش سطح الجزء الدوار حول محيطه بالكامل، فإن ذلك ينتج عن عدم التركيز بين الجزء الثابت والعضو الدوار، عادةً بسبب تشوه الإطار وصنابير درع النهاية، أو التآكل الشديد للمحمل.

1.2 متى يمكن إصلاحه؟

الأضرار السطحية الطفيفة  قابلة للإصلاح بشكل عام. وفقًا لمعايير الصناعة، يُسمح لطرق الكشط أو الطحن بإزالة الأضرار الخفيفة على السطح الداخلي للعضو الثابت والسطح الخارجي للعضو الدوار، بشرط أن تتوافق درجة حرارة سطح المحرك بعد الإصلاح مع المعايير ذات الصلة. المعايير المحددة هي:

• يقع عمق الضرر ضمن النطاق القابل للتشكيل (عادةً أقل من 0.5 مم) ولا يؤثر على السلامة الهيكلية الشاملة لقلب الدوار.

• لم يحدث أي ماس كهربائي في منطقة كبيرة أو ذوبان صفائح السيليكون الفولاذية. في حالة حدوث حرق موضعي للأسنان الأساسية، يمكن إزالة الأجزاء المنصهرة والمدمجة، ويمكن إصلاح المناطق المتضررة باستخدام راتنجات الإيبوكسي.

• بعد الإصلاح، يظل تماثل فجوة الهواء قادرًا على تلبية متطلبات التصميم، كما يتم استيفاء معدل درجة حرارة السطح.

أما بالنسبة لتقنيات الإصلاح، فيمكن تلميع الخدوش الخفيفة وبقع الصدأ بقطعة قماش صنفرة ناعمة مغموسة بالزيت، مع فحص انحرافات الاستدارة بشكل متكرر باستخدام ميكرومتر. بالنسبة لأضرار سطح التزاوج مثل تآكل عمود العمود، يمكن استخدام تقنيات هندسة السطح مثل الكسوة بالليزر والطلاء الكهربائي بالفرشاة والرش الحراري. تعمل عمليات الإصلاح هذه في درجات حرارة منخفضة ولن تتسبب في تشوه العمود أو تغيير البنية المعدنية.

1.3 متى يجب استبداله؟

•  عمق الضرر كبير جدًا، ويتجاوز نطاق تحمل التصميم، وسيؤدي استمرار الإصلاح إلى تدمير الهيكل الأساسي.

•  حدثت دوائر قصيرة بمساحة كبيرة أو انفصال صفائح السيليكون الفولاذية، مما أدى إلى زيادة كبيرة في خسائر التيار الدوامي وارتفاع درجة حرارة النواة.

• لقد عانى قلب العضو الدوار من تشوه هيكلي غير قابل للاسترداد، وما زال من غير الممكن ضمان تجانس الفجوة الهوائية حتى بعد الإصلاح.

• وامتد الضرر إلى نقاط الضعف في هيكل قاعدة الدوار، وتكلفة الإصلاح تقترب من تكلفة الاستبدال أو تتجاوزها.

2. إزالة المغنطة من المغناطيس: يمكن إصلاح المغنطة الخفيفة إلى المتوسطة عن طريق إعادة المغنطة، بينما تتطلب الحالة الشديدة الاستبدال

2.1 أسباب وآليات إزالة المغناطيسية

إن جوهر إزالة المغناطيسية الدائمة للمغناطيس هو تغيير لا رجعة فيه في بنية المجال المغناطيسي، والذي، بناءً على السبب، يقع بشكل أساسي في ثلاث فئات:

• إزالة المغناطيسية الحرارية : يحدث عندما تتجاوز درجة حرارة المغناطيس الدائم الحد المسموح به من درجة المادة. بالنسبة لـ NdFeB، على سبيل المثال، تبلغ درجة حرارة كوري حوالي 310 درجة مئوية، وفوق ذلك يحدث فقدان مغناطيسي كامل. تظهر البيانات التجريبية أنه بعد 1000 ساعة من التشغيل المستمر عند 150 درجة مئوية، يمكن أن تواجه مغناطيس ندفيب فقدان تدفق يتراوح من 3% إلى 5%.

• إزالة مغناطيسية المجال العكسي : تتسبب المجالات المغناطيسية العكسية الناتجة عن ظروف غير طبيعية مثل الحمل الزائد أو الدوائر القصيرة في انعكاس المجال المغناطيسي المحلي. في أحد محركات مركبات الطاقة الجديدة، وفي ظل ظروف التحميل الزائد بنسبة 200%، انخفضت كثافة التدفق المغناطيسي بنسبة 7% إلى 12%.

• إزالة المغناطيسية من التآكل الكيميائي : تتأكسد مواد NdFeB في البيئات الحارة والرطبة، مما يتسبب في اضمحلال تدريجي في الخواص المغناطيسية. تشير اختبارات رش الملح إلى أن المغناطيسات غير المحمية يمكن أن تواجه ما يصل إلى 15% من فقدان التدفق بعد 500 ساعة.

كيفية تحديد ما إذا كانت المغناطيسات منزوعة المغناطيسية في الموقع؟ الطريقة الأكثر بديهية: بعد إزالة المغناطيسية، تزداد سرعة عدم التحميل للمحرك بشكل ملحوظ، ويرتفع تيار الحمل، وينخفض ​​عزم الكبح. ويتطلب الكشف الأكثر دقة استخدام مقياس تسلا (Gaussmeter) لقياس قوة المجال المغناطيسي السطحي، أو عن طريق الكشف عن المجالات الكهرومغناطيسية الخلفية ومقارنتها بالمعلمات الأصلية.

2.2 متى يمكن إصلاحه؟

تعتمد قابلية إصلاح إزالة المغناطيسية على  درجة إزالة المغناطيسية ، ويوصى بالتقييم بناءً على التصنيف التالي:

عادة ما يكون سبب إزالة المغناطيسية المعتدلة  هو ارتفاع درجة الحرارة على المدى القصير أو التيار الزائد الطفيف وله قابلية انعكاس قوية. تتضمن خطة المعالجة أولاً تحسين تبديد الحرارة، والحد من الحمل الزائد، وتثبيت مصدر الطاقة، ثم استخدام ممغنط نبضي عالي الجهد لمغنطة المغناطيس الدائم للدوار بشكل مباشر. بعد المغنطة، تحقق باستخدام مقياس غاوس من أن المجال المغناطيسي قد عاد إلى قيمته الأصلية. وفقًا لممارسة الصناعة، يمكن لمعدات المغنطة الاحترافية استعادة أكثر من 95% من الأداء الأصلي.

تتطلب إزالة المغناطيسية المعتدلة  تفكيك المحرك، واختبار المغناطيس الدائم واحدًا تلو الآخر، واختيار الوحدات شديدة إزالة المغناطيسية، وربط أو تضمين مغناطيسات جديدة من نفس الدرجة والحجم بدقة وفقًا للقطبية الأصلية، وبعد المغنطة الكاملة، إجراء اختبارات عدم التحميل للتيار وعزم الدوران والكفاءة.

2.3 متى يجب استبداله؟

تتطلب المواقف التالية الاستبدال الحاسم بدلاً من محاولات الإصلاح الإضافية:

• إن نسبة بقاء المغناطيس الدائم أقل من 80% من قيمة التصميم ولا يمكن استعادتها إلى الأداء المقدر بعد المغنطة.

• يُظهر المغناطيس تلفًا هيكليًا (شقوقًا وكسورًا وتآكلًا شديدًا) بحيث لا يمكن ضمان القوة الميكانيكية وعمر الخدمة حتى بعد المغنطة.

• حدثت إزالة مغناطيسية لا رجعة فيها، مما يعني أن مادة المغناطيس الدائم نفسها قد تقادمت أو عانت من التآكل الكيميائي لدرجة أنه لا يمكن استعادة بقائها من خلال المغنطة.

•  أدت إزالة المغناطيسية إلى انخفاض حاد في كفاءة المحرك وارتفاع غير طبيعي في درجة الحرارة بحيث تتجاوز تكاليف الإصلاح تكلفة استبدال المحرك بأكمله.

3. فشل التوازن الديناميكي: الغالبية العظمى منها قابلة للإصلاح، والقليل منها يتطلب الاستبدال

3.1 أسباب الفشل والتشخيص

يعد عدم توازن الجزء الدوار هو مصدر الخطأ الأكثر شيوعًا في الآلات الدوارة - حيث تشير الإحصائيات إلى أن 70٪ من أخطاء الاهتزاز في الآلات الدوارة تنبع من عدم توازن نظام الدوار. السبب الجذري هو عدم محاذاة مركز كتلة الدوار مع محوره الهندسي، مما يخلق انحرافًا جماعيًا يولد قوة قصورية طاردة مركزية أثناء الدوران، والتي تتجلى في زيادة الاهتزاز الشعاعي وتآكل المحمل المتسارع.

ومع ذلك، قبل إجراء تصحيح التوازن الديناميكي، يجب القيام بشيء مهم أولاً - تحليل السبب الجذري للاهتزاز غير الطبيعي ، لأنه قد لا يكون مشكلة توازن ديناميكي. إذا كانت المعدات تعاني من ارتخاء شديد، أو رنين، أو أعمدة متشققة، أو تلف في المحامل، أو اختلال في المحاذاة، أو تسوية الأساس، فلن يحقق تصحيح التوازن الديناميكي النتائج المتوقعة.

إن علامة الاهتزاز النموذجية لعدم التوازن هي أن فترة الاهتزاز تكون متزامنة مع سرعة التشغيل (التي يهيمن عليها تردد دوراني 1 ×)، وسعة الاهتزاز الشعاعي هي الأعلى، وتظهر السعة والطور الاستقرار والتكرار.

3.2 متى يمكن إصلاحه؟

يمكن إصلاح الغالبية العظمى من مشكلات فشل التوازن الديناميكي من خلال التصحيح في الموقع أو في المصنع ، ما لم يتعرض الدوار نفسه لأضرار هيكلية.

يعد التوازن الديناميكي في الموقع  تقنية ناضجة تستخدم على نطاق واسع في الصناعة اليوم. تقوم هذه الطريقة بقياس الاهتزاز وتصحيح التوازن في ظل سرعة التشغيل الفعلية للدوار وظروف التثبيت، دون الحاجة إلى تفكيك الدوار وإرساله مرة أخرى إلى المصنع. يمكن أن يوفر حوالي 3-5 أيام من الوقت وتكاليف النقل، مع تجنب خطر الأضرار الثانوية أثناء التفكيك وإعادة التجميع. تشتمل طرق التصحيح في المقام الأول على إضافة الوزن (ربط أوزان الميزان، والبراغي، والتثبيت، واللحام) وإزالة الوزن (الحفر، والطحن، والطحن)، مع الاختيار المحدد الذي يعتمد على هيكل الدوار ومتطلبات العملية.

تتبع دقة التصحيح معايير ISO 1940-1 / GB/T 9239.1، ويمكن التحكم في عدم الاتزان المتبقي عند مستويات منخفضة للغاية. في سيناريوهات التصنيع الدقيق، يمكن أن تصل دقة التوازن الديناميكي إلى درجة G1 (أعلى درجة دقة في ISO 1940-1)، مما يزيل مخاطر الاهتزاز بشكل فعال.

يتكون إطار القرص الدوار لمحرك التدفق المحوري في الغالب من مواد مركبة غير مغناطيسية وخفيف الوزن نسبيًا. ومع ذلك، بمجرد تغير حالة التوازن أثناء التشغيل للأسباب التالية، يصبح التصحيح أكثر أهمية:

• تآكل أو تآكل أو تحجيم المكونات الدوارة أثناء التشغيل.

•  التصاق الأجسام الغريبة يسبب انحرافًا جماعيًا.

• اختلال التوازن المتغير ببطء بسبب التشوه الحراري أو الميكانيكي.

في الغالبية العظمى من الحالات المذكورة أعلاه، يمكن استعادة الوظيفة الطبيعية من خلال تصحيح التوازن الديناميكي الاحترافي.

3.3 متى يجب استبداله؟

في الحالات التالية، يكون تصحيح التوازن الديناميكي غير فعال، ويجب استبدال الدوار:

• يظهر عمود الدوار شقوقًا أو كسورًا. تجدر الإشارة إلى أنه إذا كان مدى التشقق لا يتجاوز 10% من محيط عمود العمود، فإن اللحام الإصلاحي الذي يتبعه التصنيع المسطح يمكن أن يسمح بالاستخدام المستمر؛ ومع ذلك، إذا تجاوز هذا النطاق، فيجب استبدال العمود. إذا انتشر الشق إلى قلب العمود، فيجب استبدال الدوار بأكمله.

• لقد تعرض قلب العضو الدوار لتشوه أو تلف هيكلي لا يمكن إصلاحه، وما زال من غير الممكن ضمان دقة التوازن بعد التصحيح.

• لقد انفصلت المكونات الدوارة (على سبيل المثال، سقوط أوزان الميزان، وكسر الشفرة) وأصبح الضرر غير قابل للإصلاح.

•  لا يزال الاهتزاز يتجاوز الحدود بعد تصحيحات التوازن الديناميكي المتعددة، مما يشير إلى مشاكل خطيرة موجودة في هيكل قاعدة الدوار.

ومن الجدير بالذكر أنه نظرًا لتصميمها الهيكلي المعياري، تتمتع Axial Flux Motors بميزة معينة أثناء الصيانة - فقط الوحدة المعيبة هي التي تحتاج إلى الاستبدال، مما يقلل من صعوبة الإصلاح وتكاليف الصيانة.

4. ملخص: جدول لفهم الإصلاح مقابل الاستبدال

5. توصيات الصيانة والتدابير الوقائية

1. التفتيش المنتظم هو الشرط الأساسي : إنشاء آلية تفتيش روتينية. استخدم مقياس غاوس لإجراء فحوصات موضعية دورية لتوهين المجال المغناطيسي، ومحلل الاهتزاز لاختبار التوازن الديناميكي المنتظم، لإزالة الأخطاء في مراحلها المبكرة.

2. التشخيص قبل التصرف : قبل إجراء أي عملية إصلاح، يجب أولاً تحديد سبب الخلل بوضوح. خاصة بالنسبة لقضايا التوازن الديناميكي، يجب استبعاد عوامل عدم التوازن مثل تحمل الضرر، واختلال المحاذاة، والارتخاء أولاً؛ وإلا فإن تصحيح التوازن سيكون عديم الجدوى.

3. تتطلب إعادة المغنطة عملية احترافية : تتضمن عمليات المغنطة معدات نبضية عالية الجهد ويجب أن يتم تنفيذها بواسطة موظفين مؤهلين في بيئة معزولة ومحمية. بعد المغنطة، تحقق من الأداء باستخدام مقياس Gaussmeter، وقم بإجراء التشغيل بدون تحميل وتحميل بعد إعادة التثبيت.

4. ترقيات المواد لمنع التكرار : بالنسبة لظروف التشغيل ذات درجات الحرارة العالية أو الاهتزازات العالية، قم بإعطاء الأولوية لاختيار مغناطيس دائم عالي الجودة (على سبيل المثال، سلسلة H وSH) وتطبيق معالجات حماية السطح مثل طلاء الألومنيوم PVD أو الطلاء المركب الإيبوكسي على المغناطيس لإطالة عمر الخدمة.

5. التقييم الاقتصادي للصيانة : يجب إجراء مقارنة التكلفة بين استبدال مجموعة الدوار والاستبدال الكامل للمحرك - عندما تكون ملفات الجزء الثابت في حالة جيدة، يكون الاستبدال بدوار أصلي من نفس الطراز كافيًا، مع تكاليف ووقت إنتاج أفضل من استبدال المحرك بالكامل، واستعادة الأداء إلى ما كان عليه جديدًا. ومع ذلك، عندما تقترب تكاليف الإصلاح من 60% إلى 70% من تكلفة المحرك الجديد أو تتجاوزها، يوصى بإعطاء الأولوية لاستبدال المحرك بالكامل.