Aksiaalvoomootori rootorite kolm peamist viga: parandada või asendada? Selge juhend piiride parandamiseks

Aksiaalvoomootoreid, millel on suur võimsustihedus, kompaktne struktuur ja suurepärased pöördemomendi omadused, kasutatakse üha enam uutes energiasõidukites, tööstuslikes servodes, tuuleenergias ja muudes valdkondades. Kuna aga töötunnid kuhjuvad ja töötingimused muutuvad keerukamaks, tekib rootoril – mootori südamiku pöörleval komponendil – paratamatult mitmesuguseid rikkeid. Nende hulgas on kolm levinumat veatüüpi aksiaalvoomootori rootori pinnakahjustused, püsimagneti (magnetterasest) demagnetiseerimine ja dünaamilise tasakaalu rike. Nende probleemidega silmitsi seistes on hoolduspersonali põhimure järgmine:  Milliseid rikkeid saab parandada? Millised vajavad asendamist? Kas pärast remonti saab tagada jõudluse ja töökindluse?

1. Rootori pinna kahjustused: väikesed kahjustused on parandatavad, tõsised kahjustused vajavad väljavahetamist

1.1 Vea põhjused ja ilmingud

Aksiaalvoomootori rootori pinnakahjustused on tavaliselt põhjustatud hõõrdumisest (staatori ja rootori vaheline hõõrdumine), võõrkehade sissetungimisest või rootori vajumise tõttu laagririkke tõttu. Kahjustuse tüübi tuvastamine aitab kindlaks teha algpõhjuse: kui rootori pinnal on üks hõõrumisjälg, samal ajal kui kogu staatori pind on kriimustatud, on selle põhjuseks sageli painutatud võll või rootori tasakaalustamatus; kui staatori pinnal on ainult üks hõõrumisjälg, samal ajal kui rootori pind on kogu ümbermõõdu ulatuses kriimustatud, tuleneb see staatori ja rootori vahelisest mittekontsentrilisusest, mis on tavaliselt tingitud raami ja otsakilbi tihvtide deformatsioonist või tugevast laagrite kulumisest.

1.2 Millal saab seda parandada?

Väiksed pinnakahjustused  on üldiselt parandatavad. Tööstusstandardite kohaselt on staatori sisepinna ja rootori välispinna kergete kahjustuste kõrvaldamiseks lubatud kasutada kraapimis- või lihvimismeetodeid, eeldusel, et mootori pinna temperatuur pärast remonti vastab asjakohastele standarditele. Konkreetsed kriteeriumid on järgmised:

• Vigastuse sügavus jääb töödeldavasse vahemikku (tavaliselt alla 0,5 mm) ega mõjuta rootori südamiku üldist konstruktsioonilist terviklikkust.

• Suure pindalaga lühist ega räniteraslehtede sulamist pole toimunud. Südamikuhammaste lokaalse põlemise korral saab sulanud ja sulanud osad maha viilida ning kahjustatud kohad parandada epoksüvaiguga.

• Pärast remonti võib õhupilu ühtlus siiski vastata projekteerimisnõuetele ja pinnatemperatuuri reiting on täidetud.

Mis puutub parandustehnikatesse, siis kergeid kriimustusi ja roostekohti saab poleerida õlisse kastetud peene smirgellapiga, mille ümardushälbeid kontrollitakse sageli mikromeetriga. Liitumispinna kahjustuste (nt võlli tihvti kulumine) korral võib kasutada pinnatehnilisi tehnoloogiaid, nagu laserkatet, pintsliga galvaniseerimist ja termilist pihustamist. Need parandusprotsessid töötavad madalatel temperatuuridel ega põhjusta võlli deformatsiooni ega muuda metallograafilist struktuuri.

1.3 Millal tuleb see välja vahetada?

•  Kahjustuse sügavus on liiga suur, ületades projekteeritud tolerantsi vahemikku ja jätkuv parandamine hävitaks südamiku struktuuri.

•  Tekkinud on laiaulatuslikud lühised või räniteraslehtede delaminatsioon, mis on põhjustanud märkimisväärselt suurenenud pöörisvoolukadusid ja südamiku ülekuumenemist.

• Rootori südamik on saanud taastumatut konstruktsiooni deformatsiooni ja õhuvahe ühtlust ei saa ka pärast remonti tagada.

• Kahjustused on laienenud rootori aluskonstruktsiooni nõrkadele kohtadele ja remondikulu on lähedane või ületab asendusmaksumuse.

2. Magneti demagnetiseerimine: kerge kuni mõõdukas on parandatav uuesti magnetiseerimisega, tõsine, vajab väljavahetamist

2.1 Demagnetiseerimise põhjused ja mehhanismid

Püsimagneti demagnetiseerimise olemus on magnetdomeeni struktuuri pöördumatu muutus, mis põhjusest lähtuvalt jaguneb peamiselt kolme kategooriasse:

• Termiline demagnetiseerimine : toimub siis, kui püsimagneti temperatuur ületab materjali klassi tolerantsi piiri. Näiteks NdFeB puhul on Curie temperatuur umbes 310 °C, millest kõrgemal tekib kogu magnetkadu. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et pärast 1000 tundi pidevat töötamist 150 °C juures võivad NdFeB magnetid kogeda vookadu 3–5%.

• Pöördvälja demagnetiseerimine : ebanormaalsete tingimuste, nagu ülekoormus või lühised, tekitatud vastupidised magnetväljad põhjustavad lokaalse magnetdomeeni ümberpööramise. Ühes uues energiasõiduki mootoris langes 200% ülekoormuse tingimustes magnetvoo tihedus 7% võrra 12%ni.

• Keemiline korrosioonidemagnetiseerimine : NdFeB materjalid oksüdeeruvad kuumas ja niiskes keskkonnas, põhjustades magnetiliste omaduste järkjärgulist halvenemist. Soolapihustustestid näitavad, et kaitsmata magnetid võivad 500 tunni pärast kogeda kuni 15% voolukadu.

Kuidas teha kohapeal kindlaks, kas magnetid on demagnetiseeritud? Kõige intuitiivsem meetod: pärast demagnetiseerimist suureneb mootori tühikäigukiirus märgatavalt, koormusvool tõuseb ja pidurdusmoment väheneb. Täpsem tuvastamine eeldab pinna magnetvälja tugevuse mõõtmiseks Tesla mõõturit (Gaussmeter) või tagumise EMF tuvastamist ja selle võrdlemist algsete parameetritega.

2.2 Millal saab seda parandada?

Demagnetiseerimise parandatavus sõltub  demagnetiseerimise astmest ja seda on soovitatav hinnata järgmise klassifikatsiooni alusel:

Kerge demagnetiseerimine  on tavaliselt põhjustatud lühiajalisest ülekuumenemisest või vähesest ülevoolust ning sellel on tugev pöörduvus. Raviplaan sisaldab kõigepealt soojuse hajumise optimeerimist, ülekoormuse piiramist ja toiteallika stabiliseerimist, seejärel kõrgepinge impulssmagnetisaatori kasutamist rootori püsimagnetite suunamiseks. Pärast magnetiseerimist kontrollige Gaussmeetriga, et magnetväli on taastunud algse väärtuseni. Tööstuspraktika kohaselt suudavad professionaalsed magnetiseerimisseadmed taastada üle 95% algsest jõudlusest.

Mõõdukas demagnetiseerimine  eeldab mootori lahtivõtmist, püsimagnetite ükshaaval testimist, tugevalt demagnetiseeritud üksuste väljavalimist, uute sama klassi ja suurusega magnetite ühendamist või kinnistamist täpselt algse polaarsuse järgi ning pärast täielikku magnetiseerimist tühivoolu, pöördemomendi ja efektiivsuse testide läbiviimist.

2.3 Millal tuleb see välja vahetada?

Järgmised olukorrad nõuavad otsustavat asendamist, mitte edasisi remondikatseid:

• Püsimagnetite remanentsus on alla 80% projekteeritud väärtusest ja seda ei saa pärast magnetiseerimist nimijõudlust taastada.

• Magnetid näitavad struktuurseid kahjustusi (praod, purunemised, tugev korrosioon), nii et mehaanilist tugevust ja kasutusiga ei saa tagada isegi pärast magnetiseerimist.

• Toimunud on pöördumatu demagnetiseerumine, mis tähendab, et püsimagnetmaterjal ise on vananenud või keemilise korrosiooni all niivõrd, et remanentsi ei saa magnetiseerimisega taastada.

•  Demagnetiseerimine on toonud kaasa mootori efektiivsuse nii tõsise languse ja ebatavalise temperatuuri tõusu, et remondikulud ületavad kogu mootori väljavahetamise kulusid.

3. Dünaamilise tasakaalu rike: suur enamus on parandatavad, väga vähesed vajavad väljavahetamist

3.1 Rikke põhjused ja diagnoosimine

Rootori tasakaalustamatus on pöörlevate masinate kõige levinum tõrkeallikas – statistika näitab, et 70% pöörlevate masinate vibratsioonihäiretest tulenevad rootorisüsteemi tasakaalustamatusest. Algpõhjus on rootori massikeskme nihkumine selle geomeetrilise teljega, mis tekitab massi ekstsentrilisuse, mis tekitab pöörlemise ajal tsentrifugaalse inertsiaalse jõu, mis väljendub suurenenud radiaalse vibratsiooni ja kiirenenud laagrite kulumisena.

Enne dünaamilise tasakaalu korrigeerimist tuleb aga esmalt teha üks oluline asi – analüüsida ebanormaalse vibratsiooni algpõhjust , sest tegemist ei pruugi olla dünaamilise tasakaalu probleemiga. Kui seadmel on tugev lõtvus, resonants, võllid mõranenud, laagrikahjustused, vale joondus või vundamendi vajumine, ei anna dünaamilise tasakaalu korrigeerimine oodatud tulemusi.

Tüüpiline tasakaalustamatuse vibratsioonisignatuur on see, et vibratsiooniperiood on sünkroonne töökiirusega (domineerib 1-kordne pöörlemissagedus), radiaalse vibratsiooni amplituud on suurim ning amplituud ja faas on stabiilsed ja korratavad.

3.2 Millal saab seda parandada?

Enamiku dünaamilise tasakaalu rikete probleemidest saab kõrvaldada kohapealse või tehasepõhise korrektsiooniga , välja arvatud juhul, kui rootor ise on saanud konstruktsioonikahjustusi.

Kohapealne dünaamiline tasakaalustamine  on tänapäeval tööstuses laialdaselt kasutatav küps tehnoloogia. See meetod teostab vibratsiooni mõõtmist ja tasakaalu korrigeerimist rootori tegeliku töökiiruse ja paigaldustingimuste juures, ilma et oleks vaja rootorit lahti võtta ja tehasesse tagasi saata. See võib säästa umbes 3–5 päeva aega ja transpordikulusid, vältides samas sekundaarsete kahjustuste ohtu lahtivõtmisel ja uuesti kokkupanemisel. Korrigeerimismeetodid hõlmavad peamiselt kaalu lisamist (tasakaaluskaalude, kruvide, neetimise, keevitamise) ja raskuse eemaldamist (puurimine, lihvimine, freesimine), kusjuures konkreetne valik sõltub rootori struktuurist ja protsessi nõuetest.

Parandustäpsus järgib ISO 1940-1 / GB/T 9239.1 standardeid ja jääktasakaalustatust saab kontrollida väga madalal tasemel. Täppistootmise stsenaariumide korral võib dünaamilise tasakaalu täpsus ulatuda G1 klassi (kõrgeim täpsusaste ISO 1940-1 järgi), kõrvaldades tõhusalt vibratsiooniohu.

Axial Flux Motor Rotori rootori ketasraam on enamasti valmistatud mittemagnetilistest komposiitmaterjalidest ja on suhteliselt kerge massiga. Kui aga tasakaaluseisund töö ajal muutub järgmistel põhjustel, muutub parandus veelgi kriitilisemaks:

• Pöörlevate komponentide korrosioon, kulumine või katlakivi töötamise ajal.

•  Võõrkeha adhesioon, mis põhjustab massi ekstsentrilisust.

• Aeglaselt muutuv tasakaalustamatus, mis on põhjustatud termilisest või mehaanilisest deformatsioonist.

Enamikul ülalnimetatud juhtudel saab normaalse funktsiooni taastada professionaalse dünaamilise tasakaalu korrigeerimise abil.

3.3 Millal tuleb see välja vahetada?

Järgmistes olukordades on dünaamilise tasakaalu korrigeerimine ebaefektiivne ja rootor tuleb välja vahetada:

• Rootori võllil on pragusid või murdumisi. Tuleb märkida, et kui pragude ulatus ei ületa 10% võlli kahvli ümbermõõdust, võib paranduskeevitus, millele järgneb tasapinnaline töötlemine, võimaldada edasist kasutamist; kui see aga ületab selle vahemiku, tuleks võll välja vahetada. Kui pragu on levinud võlli südamikule, tuleb kogu rootor välja vahetada.

• Rootori südamik on läbinud pöördumatu struktuurse deformatsiooni või kahjustuse ning tasakaalu täpsust ei saa ka pärast korrigeerimist tagada.

• Pöörlevad komponendid on eraldunud (nt tasakaaluraskused maha kukkunud, tera murdunud) ja kahjustused on korvamatud.

•  Vibratsioon ületab endiselt piire ka pärast mitut dünaamilise tasakaalu korrigeerimist, mis viitab tõsistele olemasolevatele probleemidele rootori aluskonstruktsiooniga.

Tasub mainida, et tänu modulaarsele konstruktsioonile on aksiaalvoomootoritel hoolduse käigus teatud eelis – vahetada tuleb vaid vigane moodul, mis vähendab kapitaalremondi raskusi ja hoolduskulusid.

4. Kokkuvõte: tabel parandamise ja asendamise mõistmiseks

5. Hooldussoovitused ja ennetavad meetmed

1. Regulaarne ülevaatus on eeltingimus : looge rutiinse kontrolli mehhanism. Kasutage magnetvälja nõrgenemise perioodiliseks punktkontrolliks Gaussmeetrit ja regulaarseks dünaamilise tasakaalu testimiseks vibratsioonianalüsaatorit, et kõrvaldada vead nende varases staadiumis.

2. Diagnoosige enne tegutsemist : Enne mis tahes parandustoimingut tuleb kõigepealt selgelt tuvastada vea põhjus. Eriti dünaamilise tasakaalu probleemide puhul tuleb esmalt välistada tasakaalustamata tegurid, nagu laagrikahjustused, vale joondamine ja lõtvus; vastasel juhul on tasakaalu korrigeerimine asjatu.

3. Taasmagnetiseerimine nõuab professionaalset kasutamist : Magnetiseerimistoimingud hõlmavad kõrgepinge impulssseadmeid ja neid peavad läbi viima kvalifitseeritud töötajad isoleeritud ja varjestatud keskkonnas. Pärast magnetiseerimist kontrollige jõudlust Gaussmeteriga ning viige pärast uuesti paigaldamist läbi tühikäigu ja koormuse kasutuselevõtt.

4. Materjali täiendused kordumise vältimiseks : kõrge temperatuuri või kõrge vibratsiooniga töötingimuste puhul eelistage kõrgekvaliteediliste püsimagnetite (nt H-, SH-seeria) valimist ja kandke magnetitele kasutusea pikendamiseks pinda kaitsvaid töötlusi, nagu PVD-alumiiniumkate või epoksükomposiitkate.

5. Hoolduse majanduslik hindamine : Rootorisõlme vahetamise ja mootori täieliku väljavahetamise vahel tuleb võrrelda kulusid – kui staatori mähised on endiselt heas seisukorras, piisab asendamisest sama mudeli originaalrootoriga, kulud ja tööaeg on paremad kui mootori täielik asendamine ning jõudlus on taastatud nagu uus. Kui remondikulud lähenevad või ületavad 60–70% uue mootori maksumusest, on soovitatav eelistada mootori täielikku väljavahetamist.