Tri glavne greške rotora motora s aksijalnim fluksom: popraviti ili zamijeniti? Jasan vodič za popravak granica

Motori s aksijalnim fluksom, sa svojom velikom gustoćom snage, kompaktnom strukturom i izvrsnim karakteristikama zakretnog momenta, sve se više koriste u novim energetskim vozilima, industrijskim servo motorima, energiji vjetra i drugim područjima. Međutim, kako se radni sati nakupljaju i radni uvjeti postaju sve složeniji, rotor—jezgra rotirajuće komponente motora—neminovno će doživjeti razne greške. Među njima, oštećenje površine rotora motora s aksijalnim fluksom, demagnetizacija trajnog magneta (magnetski čelik) i kvar dinamičke ravnoteže tri su najčešća tipa kvara. Suočeni s ovim problemima, glavna briga osoblja za održavanje je:  Koji se kvarovi mogu popraviti? Koje zahtijevaju zamjenu? Mogu li se zajamčiti rad i pouzdanost nakon popravka?

1. Oštećenje površine rotora: Manja oštećenja se mogu popraviti, teška oštećenja zahtijevaju zamjenu

1.1 Uzroci i manifestacije kvarova

Oštećenje površine rotora motora s aksijalnim fluksom obično je uzrokovano trenjem (trenje između statora i rotora), upadom stranog tijela ili potonućem rotora zbog kvara ležaja. Identificiranje vrste oštećenja pomaže u lociranju temeljnog uzroka: ako površina rotora ima jedan trag trljanja dok je cijela površina statora izgrebana, to je često uzrokovano savijenom osovinom ili neravnotežom rotora; ako površina statora ima samo jedan trag trljanja, dok je površina rotora izgrebena po cijelom opsegu, to je posljedica nekoncentričnosti između statora i rotora, obično zbog deformacije okvira i završetaka štitnika ili jakog trošenja ležaja.

1.2 Kada se može popraviti?

Manja površinska oštećenja  općenito se mogu popraviti. Prema industrijskim standardima, metode struganja ili brušenja dopuštene su kako bi se uklonila manja oštećenja na unutarnjoj površini statora i vanjskoj površini rotora, pod uvjetom da je temperatura površine motora nakon popravka u skladu s relevantnim standardima. Posebni kriteriji su:

• Dubina oštećenja je unutar raspona koji se može obraditi (obično manje od 0,5 mm) i ne utječe na ukupni strukturni integritet jezgre rotora.

• Nije došlo do kratkog spoja velike površine ili taljenja limova od silikonskog čelika. Ako dođe do lokalnog spaljivanja jezgre zuba, otopljeni i srasli dijelovi se mogu isturpijati, a oštećena područja mogu se popraviti epoksidnom smolom.

• Nakon popravka, jednolikost zračnog raspora još uvijek može zadovoljiti zahtjeve dizajna, a ocjena temperature površine je zadovoljena.

Što se tiče tehnika popravka, lagane ogrebotine i mrlje hrđe mogu se polirati finom brusnom krpom umočenom u ulje, uz čestu provjeru odstupanja okruglosti pomoću mikrometra. Za oštećenje površine spajanja, kao što je istrošenost rukavca osovine, mogu se koristiti tehnologije površinskog inženjeringa kao što su lasersko oblaganje, galvanizacija četkom i toplinsko raspršivanje. Ovi procesi popravka rade na niskim temperaturama i neće uzrokovati deformaciju osovine niti promijeniti metalografsku strukturu.

1.3 Kada se mora zamijeniti?

•  Dubina oštećenja je prevelika, premašuje projektirani raspon tolerancije, a nastavak popravka uništio bi strukturu jezgre.

•  Došlo je do kratkih spojeva velikih površina ili raslojavanja limova od silikonskog čelika, što je dovelo do značajno povećanih gubitaka vrtložnih struja i pregrijavanja jezgre.

• Jezgra rotora pretrpjela je nepopravljivu strukturnu deformaciju, a ravnomjernost zračnog raspora još uvijek se ne može jamčiti čak ni nakon popravka.

• Oštećenje se proširilo na slabe točke u strukturi baze rotora, a cijena popravka je blizu ili premašuje cijenu zamjene.

2. Demagnetizacija magneta: blaga do umjerena može se popraviti ponovnim magnetiziranjem, teška zahtijeva zamjenu

2.1 Uzroci i mehanizmi demagnetizacije

Bit demagnetizacije permanentnog magneta je nepovratna promjena u strukturi magnetske domene, koja se, ovisno o uzroku, uglavnom dijeli u tri kategorije:

• Toplinska demagnetizacija : Događa se kada temperatura trajnog magneta premaši granicu tolerancije za njegovu vrstu materijala. Za NdFeB, na primjer, Curiejeva temperatura je oko 310°C, iznad koje dolazi do ukupnog magnetskog gubitka. Eksperimentalni podaci pokazuju da nakon 1000 sati neprekidnog rada na 150°C, NdFeB magneti mogu doživjeti gubitak fluksa od 3% do 5%.

• Demagnetizacija obrnutog polja : Obrnuta magnetska polja generirana nenormalnim uvjetima kao što su preopterećenje ili kratki spojevi uzrokuju lokalnu promjenu magnetske domene. U jednom novom motoru energetskog vozila, pod uvjetima preopterećenja od 200%, gustoća magnetskog toka pala je za 7% do 12%.

• Demagnetizacija kemijskom korozijom : NdFeB materijali oksidiraju u vrućim i vlažnim okruženjima, uzrokujući postupno slabljenje magnetskih svojstava. Ispitivanja slanog spreja pokazuju da nezaštićeni magneti mogu doživjeti gubitak toka do 15% nakon 500 sati.

Kako na licu mjesta utvrditi jesu li magneti demagnetizirani? Najintuitivnija metoda: nakon demagnetizacije, brzina motora u praznom hodu značajno se povećava, struja opterećenja raste, a moment kočenja se smanjuje. Preciznije otkrivanje zahtijeva korištenje Tesla metra (Gaussmetar) za mjerenje jakosti površinskog magnetskog polja ili otkrivanje povratnog EMF-a i njegovu usporedbu s izvornim parametrima.

2.2 Kada se može popraviti?

Popravljivost demagnetizacije ovisi o  stupnju demagnetizacije , a preporučuje se procjena na temelju sljedeće klasifikacije:

Blaga demagnetizacija  obično je uzrokovana kratkotrajnim pregrijavanjem ili blagom prekomjernom strujom i ima jaku reverzibilnost. Plan liječenja prvo uključuje optimizaciju rasipanja topline, ograničavanje preopterećenja i stabilizaciju napajanja, zatim korištenje visokonaponskog pulsnog magnetizatora za usmjereno magnetiziranje trajnih magneta rotora. Nakon magnetiziranja, provjerite Gaussmetrom je li se magnetsko polje vratilo na svoju izvornu vrijednost. Prema industrijskoj praksi, profesionalna oprema za magnetizaciju može vratiti više od 95% izvorne učinkovitosti.

Umjereno demagnetiziranje  zahtijeva rastavljanje motora, ispitivanje permanentnih magneta jednog po jednog, odabir jako demagnetiziranih jedinica, spajanje ili ugrađivanje novih magneta istog stupnja i veličine točno u skladu s izvornim polaritetom, te nakon potpunog magnetiziranja, provođenje testova struje praznog hoda, momenta i učinkovitosti.

2.3 Kada se mora zamijeniti?

Sljedeće situacije zahtijevaju odlučnu zamjenu, a ne daljnje pokušaje popravka:

• Remanencija trajnih magneta ispod je 80% projektirane vrijednosti i ne može se vratiti na nazivnu učinkovitost nakon magnetizacije.

• Magneti pokazuju strukturna oštećenja (pukotine, lomovi, jaka korozija) tako da se mehanička čvrstoća i vijek trajanja ne mogu jamčiti čak ni nakon magnetizacije.

• Došlo je do nepovratne demagnetizacije, što znači da je sam materijal trajnog magneta ostario ili pretrpio kemijsku koroziju do te mjere da se remanencija ne može obnoviti magnetizacijom.

•  Demagnetizacija je dovela do tako velikih padova u učinkovitosti motora i abnormalnog porasta temperature da troškovi popravka premašuju cijenu zamjene cijelog motora.

3. Kvar dinamičke ravnoteže: velika većina se može popraviti, vrlo mali broj zahtijeva zamjenu

3.1 Uzroci kvara i dijagnoza

Neuravnoteženost rotora je najčešći izvor greške u rotirajućim strojevima—statistika pokazuje da 70% grešaka uzrokovanih vibracijama u rotirajućim strojevima proizlazi iz neuravnoteženosti sustava rotora. Glavni uzrok je neusklađenost središta mase rotora s njegovom geometrijskom osi, stvarajući ekscentričnost mase koja generira centrifugalnu inercijsku silu tijekom rotacije, što se očituje kao povećane radijalne vibracije i ubrzano trošenje ležaja.

Međutim, prije izvođenja korekcije dinamičke ravnoteže, prvo se mora učiniti jedna važna stvar— analizirati glavni uzrok abnormalne vibracije , jer to možda nije problem dinamičke ravnoteže. Ako oprema ima veliku labavost, rezonanciju, napuknute osovine, oštećenje ležaja, neusklađenost ili slijeganje temelja, korekcija dinamičke ravnoteže neće postići očekivane rezultate.

Tipični vibracijski potpis neravnoteže jest da je razdoblje vibracije sinkrono s radnom brzinom (dominira 1× rotacijska frekvencija), amplituda radijalne vibracije je najveća, a amplituda i faza pokazuju stabilnost i ponovljivost.

3.2 Kada se može popraviti?

Velika većina problema s kvarom dinamičke ravnoteže može se popraviti korekcijom na licu mjesta ili u tvornici , osim ako sam rotor nije pretrpio strukturno oštećenje.

Dinamičko balansiranje na licu mjesta  je zrela tehnologija koja se danas široko koristi u industriji. Ova metoda provodi mjerenje vibracija i korekciju ravnoteže pod stvarnom radnom brzinom rotora i uvjetima ugradnje, bez potrebe za rastavljanjem rotora i slanjem natrag u tvornicu. Može uštedjeti oko 3-5 dana vremena i troškova prijevoza, dok se izbjegava rizik od sekundarne štete tijekom rastavljanja i ponovnog sastavljanja. Metode korekcije prvenstveno uključuju dodavanje težine (pričvršćivanje utega za ravnotežu, vijke, zakivanje, zavarivanje) i uklanjanje težine (bušenje, brušenje, glodanje), s posebnim odabirom ovisno o strukturi rotora i zahtjevima procesa.

Točnost korekcije slijedi standarde ISO 1940-1 / GB/T 9239.1, a zaostala neravnoteža može se kontrolirati na iznimno niskim razinama. U scenarijima precizne proizvodnje, točnost dinamičke ravnoteže može doseći stupanj G1 (najviši stupanj točnosti u ISO 1940-1), učinkovito eliminirajući opasnosti od vibracija.

Okvir diska rotora rotora motora s aksijalnim fluksom uglavnom je izrađen od nemagnetskih kompozitnih materijala i relativno je male mase. Međutim, kada se stanje ravnoteže promijeni tijekom rada zbog sljedećih razloga, korekcija postaje još kritičnija:

• Korozija, trošenje ili kamenac na rotirajućim komponentama tijekom rada.

•  Prianjanje stranog tijela koje uzrokuje ekscentričnost mase.

• Sporo promjenjiva neravnoteža uzrokovana toplinskom ili mehaničkom deformacijom.

U velikoj većini gore navedenih slučajeva normalna funkcija može se vratiti profesionalnom dinamičkom korekcijom ravnoteže.

3.3 Kada se mora zamijeniti?

U sljedećim situacijama korekcija dinamičke ravnoteže je neučinkovita i potrebno je zamijeniti rotor:

• Osovina rotora pokazuje pukotine ili lomove. Treba napomenuti da ako opseg pukotine ne prelazi 10% opsega rukavca osovine, zavarivanje za popravak praćeno strojnom ravnom obradom može omogućiti nastavak uporabe; međutim, ako prelazi ovaj raspon, osovinu treba zamijeniti. Ako se pukotina proširila na jezgru osovine, mora se zamijeniti cijeli rotor.

• Jezgra rotora je podvrgnuta nepovratnoj strukturnoj deformaciji ili oštećenju, a točnost ravnoteže se ne može jamčiti ni nakon korekcije.

• Rotirajući dijelovi su se odvojili (npr. otpali utezi za ravnotežu, lom oštrice) i šteta je nepopravljiva.

•  Vibracije još uvijek prelaze granice nakon višestrukih korekcija dinamičke ravnoteže, što ukazuje na ozbiljne postojeće probleme s baznom strukturom rotora.

Vrijedno je spomenuti da, zbog svog modularnog konstrukcijskog dizajna, motori s aksijalnim fluksom imaju određenu prednost tijekom održavanja - potrebno je zamijeniti samo neispravan modul, čime se smanjuju poteškoće remonta i troškovi održavanja.

4. Sažetak: Tablica za razumijevanje popravka u odnosu na zamjenu

5. Preporuke za održavanje i preventivne mjere

1. Redovita inspekcija je preduvjet : Uspostavite mehanizam rutinske inspekcije. Upotrijebite Gaussmetar za periodične provjere slabljenja magnetskog polja i analizator vibracija za redovito ispitivanje dinamičke ravnoteže, kako biste eliminirali kvarove u njihovim ranim fazama.

2. Dijagnosticirajte prije djelovanja : Prije bilo kakvog popravka, prvo se mora jasno identificirati uzrok kvara. Osobito za probleme s dinamičkom ravnotežom, prvo se moraju isključiti faktori neravnoteže kao što su oštećenje ležaja, neusklađenost i labavost; inače će korekcija ravnoteže biti uzaludna.

3. Ponovno magnetiziranje zahtijeva profesionalne operacije : Radnje magnetiziranja uključuju visokonaponsku pulsnu opremu i mora ih izvoditi kvalificirano osoblje u izoliranom i zaštićenom okruženju. Nakon magnetiziranja, provjerite rad s Gaussmetrom i provedite puštanje u rad bez opterećenja i opterećenja nakon ponovne instalacije.

4. Nadogradnja materijala za sprječavanje ponovnog pojavljivanja : Za radne uvjete visoke temperature ili visoke vibracije, dajte prednost odabiru visokokvalitetnih trajnih magneta (npr. serije H, SH) i primijenite površinske zaštitne tretmane kao što su PVD aluminijski premaz ili epoksidni kompozitni premazi na magnete kako biste produžili vijek trajanja.

5. Ekonomska procjena održavanja : Potrebno je napraviti usporedbu troškova između zamjene sklopa rotora i potpune zamjene motora—kada su namoti statora još uvijek u dobrom stanju, dovoljna je zamjena s originalnim rotorom istog modela, s troškovima i vremenom preokreta boljim od potpune zamjene motora, a performanse vraćene na nove. Međutim, kada se troškovi popravka približavaju ili premašuju 60%–70% cijene novog motora, preporučuje se davanje prioriteta potpunoj zamjeni motora.