Kolme pääasiallista aksiaalivuomoottorin roottoreiden vikaa: Korjaa tai vaihda? Selkeä opas rajojen korjaamiseen

Aksiaalivuomoottoreita, joilla on suuri tehotiheys, kompakti rakenne ja erinomaiset vääntömomenttiominaisuudet, käytetään yhä enemmän uusissa energiaajoneuvoissa, teollisuusservoissa, tuulivoimassa ja muilla aloilla. Kuitenkin, kun käyttötunteja kertyy ja työolot monimutkaistuvat, roottorissa – moottorin sydämen pyörivässä komponentissa – tulee väistämättä erilaisia ​​vikoja. Niistä kolme yleisintä vikatyyppiä ovat aksiaalivuomoottorin roottorin pintavauriot, kestomagneettien (magneettinen teräs) demagnetointi ja dynaamisen tasapainon vika. Näiden ongelmien edessä huoltohenkilöstön keskeinen huolenaihe on:  Mitkä viat voidaan korjata? Mitkä vaativat vaihtoa? Voiko suorituskyky ja luotettavuus taata korjauksen jälkeen?

1. Roottorin pintavaurio: Pienet vauriot voidaan korjata, vakavat vauriot vaativat vaihtamisen

1.1 Vian syyt ja ilmenemismuodot

Aksiaalivuomoottorin roottorin pintavauriot johtuvat tyypillisesti hankautumisesta (staattorin ja roottorin välinen kitka), vieraan esineen tunkeutumisesta tai roottorin uppoamisesta laakerin vian vuoksi. Vaurion tyypin tunnistaminen auttaa löytämään perimmäisen syyn: jos roottorin pinnassa on yksi hankausjälki, kun koko staattorin pinta on naarmuuntunut, se johtuu usein taipuneesta akselista tai roottorin epätasapainosta; jos staattorin pinnassa on vain yksi hankausjälki, kun roottorin pinta on naarmuuntunut koko kehän ympäriltä, ​​se johtuu staattorin ja roottorin epäkeskeisyydestä, joka johtuu yleensä rungon ja päätykilven tappien muodonmuutoksesta tai voimakkaasta laakerien kulumisesta.

1.2 Milloin se voidaan korjata?

Pienet pintavauriot  ovat yleensä korjattavissa. Alan standardien mukaan kaavinta tai hiontamenetelmiä saa käyttää staattorin sisäpinnan ja roottorin ulkopinnan kevyen vaurion eliminoimiseksi edellyttäen, että moottorin pintalämpötila korjauksen jälkeen on asiaankuuluvien standardien mukainen. Erityiset kriteerit ovat:

• Vaurioitumissyvyys on työstettävän alueen sisällä (yleensä alle 0,5 mm), eikä se vaikuta roottorin sydämen yleiseen rakenteelliseen eheyteen.

• Mitään laaja-alaista oikosulkua tai piiteräslevyjen sulamista ei ole tapahtunut. Jos ydinhampaiden paikallinen palaminen tapahtuu, sulaneet ja sulaneet osat voidaan viilata pois ja vaurioituneet alueet korjata epoksihartsilla.

• Korjauksen jälkeen ilmaraon tasaisuus voi silti täyttää suunnitteluvaatimukset ja pinnan lämpötilaluokitus täyttyy.

Mitä tulee korjaustekniikoihin, kevyet naarmut ja ruostepisteet voidaan kiillottaa hienolla öljyyn kastetulla hiomakankaalla, jonka pyöreyspoikkeamat tarkistetaan usein mikrometrillä. Vastakkaisten pintavaurioiden, kuten akselin tappien kulumisen, varalta voidaan käyttää pintateknologioita, kuten laserpinnoitusta, sivellinsähköpinnoitusta ja lämpöruiskutusta. Nämä korjausprosessit toimivat alhaisissa lämpötiloissa eivätkä aiheuta akselin muodonmuutoksia tai muuta metallografista rakennetta.

1.3 Milloin se on vaihdettava?

•  Vaurioitumissyvyys on liian suuri, ylittää suunnittelutoleranssialueen, ja jatkuva korjaus tuhoaisi ydinrakenteen.

•  Laaja-alaisia ​​oikosulkuja tai piiteräslevyjen delaminaatiota on tapahtunut, mikä on johtanut merkittävästi lisääntyneisiin pyörrevirtahäviöihin ja sydämen ylikuumenemiseen.

• Roottorin ydin on kärsinyt korjaamattomista rakenteellisista muodonmuutoksista, eikä ilmaraon tasaisuutta vieläkään voida taata korjauksen jälkeen.

• Vahinko on levinnyt roottorin pohjarakenteen heikkoihin kohtiin ja korjauskustannukset ovat lähellä vaihtokustannuksia tai sitä suuremmat.

2. Magneetin demagnetointi: Lievästä kohtalaiseen on korjattavissa uudelleenmagnetoinnilla, vakava vaatii vaihtamista

2.1 Demagnetisaation syyt ja mekanismit

Kestomagneettidemagnetisaation ydin on peruuttamaton muutos magneettialueen rakenteessa, joka syyn perusteella jakautuu pääasiassa kolmeen luokkaan:

• Terminen demagnetointi : Tapahtuu, kun kestomagneetin lämpötila ylittää materiaalilaadunsa toleranssirajan. Esimerkiksi NdFeB:lle Curie-lämpötila on noin 310 °C, jonka yläpuolella tapahtuu kokonaismagneettinen häviö. Kokeelliset tiedot osoittavat, että 1000 tunnin jatkuvan käytön jälkeen 150 °C:ssa NdFeB-magneetit voivat kokea vuonhäviön 3 % - 5 %.

• Käänteisen kentän demagnetointi : Epänormaalien olosuhteiden, kuten ylikuormituksen tai oikosulkujen, synnyttämät käänteiset magneettikentät aiheuttavat paikallisen magneettikentän kääntymisen. Yhdessä uudessa energiaajoneuvon moottorissa 200 % ylikuormitusolosuhteissa magneettivuon tiheys putosi 7 %:sta 12 %:iin.

• Kemiallinen korroosiodemagnetointi : NdFeB-materiaalit hapettavat kuumissa ja kosteissa ympäristöissä aiheuttaen asteittaista magneettisten ominaisuuksien heikkenemistä. Suolasumutestit osoittavat, että suojaamattomat magneetit voivat kokea jopa 15 % vuonhäviön 500 tunnin jälkeen.

Kuinka määrittää paikan päällä, ovatko magneetit demagnetisoituneet? Intuitiivisin tapa: demagnetoinnin jälkeen moottorin tyhjäkäyntinopeus kasvaa huomattavasti, kuormitusvirta nousee ja jarrutusmomentti pienenee. Tarkempi havaitseminen edellyttää Tesla-mittarin (Gaussmeter) käyttöä pinnan magneettikentän voimakkuuden mittaamiseen tai tausta-EMF:n havaitsemista ja sen vertaamista alkuperäisiin parametreihin.

2.2 Milloin se voidaan korjata?

Demagnetisoinnin korjattavuus riippuu  demagnetisoitumisen asteesta ja on suositeltavaa arvioida seuraavan luokituksen perusteella:

Lievä demagnetoituminen  johtuu yleensä lyhytaikaisesta ylikuumenemisesta tai pienestä ylivirrasta ja sillä on voimakas palautuvuus. Hoitosuunnitelma sisältää ensin lämmönhajoamisen optimoinnin, ylikuormituksen rajoittamisen ja virransyötön stabiloinnin, minkä jälkeen käytetään suurjännitteistä pulssimagnetoijaa roottorin kestomagneettien suuntamagnetointiin. Varmista magnetoinnin jälkeen Gaussmeterillä, että magneettikenttä on palautunut alkuperäiseen arvoonsa. Alan käytännön mukaan ammattimaiset magnetointilaitteet voivat palauttaa yli 95 % alkuperäisestä suorituskyvystä.

Kohtalainen demagnetointi  edellyttää moottorin purkamista, kestomagneettien testaamista yksitellen, vakavasti demagnetoituneiden yksiköiden poimimista, uusien samanlaatuisten ja -kokoisten magneettien kiinnittämistä tai upottamista tarkasti alkuperäisen napaisuuden mukaan ja täyden magnetoinnin jälkeen kuormittamattoman virran, vääntömomentin ja tehokkuustestien suorittamista.

2.3 Milloin se on vaihdettava?

Seuraavat tilanteet edellyttävät päättäväistä vaihtamista uusien korjausyritysten sijaan:

• Kestomagneettien remanenssi on alle 80 % suunnitteluarvosta, eikä sitä voida palauttaa nimellissuorituskykyyn magnetoinnin jälkeen.

• Magneeteissa on rakenteellisia vaurioita (halkeamia, murtumia, voimakasta korroosiota), joten mekaanista lujuutta ja käyttöikää ei voida taata edes magnetoinnin jälkeen.

• On tapahtunut peruuttamaton demagnetoituminen, mikä tarkoittaa, että kestomagneettimateriaali itsessään on vanhentunut tai kärsinyt kemiallisesta korroosiosta niin paljon, että remanenssia ei voida palauttaa magnetoinnilla.

•  Demagnetointi on johtanut niin vakaviin moottorin hyötysuhteen laskuihin ja epänormaaliin lämpötilan nousuun, että korjauskustannukset ylittävät koko moottorin vaihtokustannukset.

3. Dynaaminen tasapainohäiriö: Suurin osa on korjattavissa, vain harvat vaativat vaihtamista

3.1 Vian syyt ja diagnoosi

Roottorin epätasapaino on yleisin pyörivien koneiden vikojen lähde – tilastot osoittavat, että 70 % pyörivien koneiden tärinävioista johtuu roottorijärjestelmän epätasapainosta. Perimmäinen syy on roottorin massakeskipisteen poikkeavuus sen geometrisen akselin kanssa, jolloin syntyy massaepäkeskisyyttä, joka synnyttää pyörimisen aikana keskipakoisen inertiavoiman, mikä ilmenee lisääntyneenä säteittäisenä tärinänä ja kiihtyneenä laakereiden kulumisena.

Ennen dynaamisen tasapainon korjausta on kuitenkin tehtävä yksi tärkeä asia - analysoida epänormaalin värähtelyn perimmäinen syy , koska se ei välttämättä ole dynaamisen tasapainon ongelma. Jos laitteessa on vakavaa löysyyttä, resonanssia, halkeilevia akseleita, laakerivaurioita, kohdistusvirheitä tai perustuksen painumista, dynaaminen tasapainon korjaus ei tuota odotettuja tuloksia.

Tyypillinen epätasapainon värähtelytunnus on, että värähtelyjakso on synkroninen käyttönopeuden kanssa (hallitsee 1× pyörimistaajuus), säteittäisen värähtelyn amplitudi on suurin ja amplitudi ja vaihe osoittavat vakautta ja toistettavuutta.

3.2 Milloin se voidaan korjata?

Suurin osa dynaamisen tasapainohäiriön ongelmista voidaan korjata paikan päällä tai tehtaalla tehdyllä korjauksella , ellei roottori ole kärsinyt rakenteellisia vaurioita.

On-site dynaaminen tasapainotus  on kypsä teknologia, jota käytetään laajasti teollisuudessa nykyään. Tämä menetelmä suorittaa tärinän mittauksen ja tasapainon korjauksen roottorin todellisella käyttönopeudella ja asennusolosuhteissa ilman, että roottoria tarvitsee purkaa ja lähettää takaisin tehtaalle. Se voi säästää noin 3–5 päivää aikaa ja kuljetuskustannuksia, samalla kun vältetään toissijaisten vaurioiden riski purkamisen ja uudelleenasennuksen aikana. Korjausmenetelmiä ovat ensisijaisesti painon lisääminen (tasapainon kiinnitys, ruuvit, niittaus, hitsaus) ja painonpoisto (poraus, hionta, jyrsintä), ja valinta riippuu roottorin rakenteesta ja prosessivaatimuksista.

Korjaustarkkuus noudattaa ISO 1940-1 / GB/T 9239.1 -standardeja, ja jäännösepätasapainoa voidaan ohjata erittäin alhaisilla tasoilla. Tarkkuusvalmistusskenaarioissa dynaamisen tasapainon tarkkuus voi saavuttaa G1-luokan (korkein tarkkuusluokka ISO 1940-1:ssä), mikä eliminoi tehokkaasti tärinävaarat.

Axial Flux Motor Rotorin roottorilevyrunko on enimmäkseen valmistettu ei-magneettisista komposiittimateriaaleista ja sen massa on suhteellisen kevyt. Kuitenkin, kun tasapainotila muuttuu käytön aikana seuraavista syistä, korjauksesta tulee vieläkin kriittisempi:

• Pyörivien osien korroosio, kuluminen tai hilseily käytön aikana.

•  Vieraiden esineiden tarttuminen aiheuttaa massaepäkeskisyyttä.

• Hitaasti vaihteleva epätasapaino, joka johtuu lämpö- tai mekaanisesta muodonmuutoksesta.

Suurimmassa osassa yllä mainituista tapauksista normaali toiminta voidaan palauttaa ammattimaisella dynaamisen tasapainon korjauksella.

3.3 Milloin se on vaihdettava?

Seuraavissa tilanteissa dynaaminen tasapainon korjaus on tehoton ja roottori on vaihdettava:

• Roottorin akselissa on halkeamia tai murtumia. On huomattava, että jos halkeaman laajuus ei ylitä 10 % akselitapin kehästä, korjaushitsaus ja sen jälkeen tasainen koneistus voi mahdollistaa käytön jatkamisen; Jos se kuitenkin ylittää tämän alueen, akseli on vaihdettava. Jos halkeama on levinnyt akselin ytimeen, koko roottori on vaihdettava.

• Roottorin sydämessä on tapahtunut peruuttamaton rakenteellinen muodonmuutos tai vaurio, eikä tasapainon tarkkuutta voida vieläkään taata korjauksen jälkeen.

• Pyörivät osat ovat irronneet (esim. tasapainopainot putoavat, terä murtuu) ja vaurioita ei voi korjata.

•  Tärinä ylittää edelleen rajat useiden dynaamisten tasapainokorjausten jälkeen, mikä viittaa vakaviin ongelmiin roottorin pohjarakenteessa.

On syytä mainita, että modulaarisen rakennerakenteensa ansiosta Axial Flux Motors -moottoreilla on tietty etu huollon aikana - vain viallinen moduuli on vaihdettava, mikä vähentää peruskorjauksen vaikeutta ja ylläpitokustannuksia.

4. Yhteenveto: Korjauksen ja vaihtamisen ymmärtämistä käsittelevä taulukko

5. Huoltosuositukset ja ehkäisevät toimenpiteet

1. Säännöllinen tarkastus on edellytys : Luo rutiinitarkastusmekanismi. Käytä Gaussmeteriä magneettikentän vaimennuksen säännöllisiin pistetarkastuksiin ja värähtelyanalysaattoria säännölliseen dynaamisen tasapainon testaamiseen, jotta viat voidaan poistaa niiden alkuvaiheessa.

2. Diagnosoi ennen toimenpiteitä : Ennen korjaustoimenpiteitä vian syy on ensin tunnistettava selvästi. Etenkin dynaamisen tasapainon osalta epätasapainoiset tekijät, kuten laakerivauriot, kohdistusvirhe ja löysyys, on suljettava ensin pois; muuten tasapainon korjaus on turhaa.

3. Uudelleenmagnetointi vaatii ammattikäyttöä : Magnetointitoiminnot koskevat suurjännitepulssilaitteita, ja pätevän henkilöstön on suoritettava ne eristetyssä ja suojatussa ympäristössä. Magnetoinnin jälkeen tarkista suorituskyky Gaussmeterillä ja suorita tyhjäkäynti ja kuormituskäyttö uudelleenasennuksen jälkeen.

4. Materiaalipäivitykset toistumisen estämiseksi : Korkeissa lämpötiloissa tai korkean tärinän käyttöolosuhteissa kannattaa valita korkealaatuiset kestomagneetit (esim. H-, SH-sarjat) ja käyttää pintoja suojaavia käsittelyjä, kuten PVD-alumiinipinnoite tai epoksikomposiittipinnoite magneetteihin käyttöiän pidentämiseksi.

5. Kunnossapidon taloudellinen arviointi : Kustannusten vertailu on tehtävä roottorikokoonpanon vaihdon ja täydellisen moottorin vaihdon välillä – kun staattorin käämit ovat edelleen hyvässä kunnossa, vaihtaminen alkuperäiseen saman mallin roottoriin riittää, kustannukset ja läpimenoaika ovat paremmat kuin täysi moottorin vaihto ja suorituskyky palautetaan uudenveroiseksi. Kuitenkin, kun korjauskustannukset lähestyvät tai ylittävät 60–70 % uuden moottorin kustannuksista, on suositeltavaa asettaa moottorin täydellinen vaihto etusijalle.