Trei defecțiuni majore ale rotorilor motorului cu flux axial: reparați sau înlocuiți? Un ghid clar pentru repararea limitelor

Motoarele cu flux axial, cu densitatea lor mare de putere, structura compactă și caracteristicile excelente ale cuplului, sunt din ce în ce mai utilizate în vehicule cu energie nouă, servomotoare industriale, energie eoliană și alte domenii. Cu toate acestea, pe măsură ce orele de funcționare se acumulează și condițiile de lucru devin mai complexe, rotorul - componenta rotativă de miez a motorului - va experimenta inevitabil diverse defecte. Printre acestea, deteriorarea suprafeței rotorului motorului cu flux axial, demagnetizarea cu magnet permanent (oțel magnetic) și defecțiunea echilibrului dinamic sunt cele mai comune trei tipuri de defecțiuni. În fața acestor probleme, preocuparea de bază a personalului de întreținere este:  Ce defecțiuni pot fi reparate? Care necesită înlocuire? Performanța și fiabilitatea pot fi garantate după reparație?

1. Deteriorarea suprafeței rotorului: Daunele minore sunt reparabile, daunele severe necesită înlocuire

1.1 Cauzele și manifestările defecțiunii

Deteriorarea suprafeței unui rotor cu motor cu flux axial este de obicei cauzată de frecare (frecare între stator și rotor), pătrunderea unui obiect străin sau scufundarea rotorului din cauza defecțiunii rulmentului. Identificarea tipului de deteriorare ajută la localizarea cauzei principale: dacă suprafața rotorului are un singur semn de frecare în timp ce întreaga suprafață a statorului este zgâriată, aceasta este adesea cauzată de un arbore îndoit sau de un dezechilibru al rotorului; dacă suprafața statorului are un singur semn de frecare în timp ce suprafața rotorului este zgâriată în jurul întregii sale circumferințe, aceasta rezultă din neconcentricitatea dintre stator și rotor, în mod obișnuit din cauza deformării cadrului și a șuruburilor scutului de capăt sau a uzurii severe a rulmentului.

1.2 Când poate fi reparat?

Deteriorările minore ale suprafeței  sunt în general reparabile. Conform standardelor din industrie, metodele de răzuire sau șlefuire sunt permise pentru a elimina deteriorarea ușoară pe suprafața interioară a statorului și pe suprafața exterioară a rotorului, cu condiția ca temperatura suprafeței motorului după reparație să fie în conformitate cu standardele relevante. Criteriile specifice sunt:

• Adâncimea deteriorării se află în domeniul prelucrabil (de obicei, mai puțin de 0,5 mm) și nu afectează integritatea structurală generală a miezului rotorului.

• Nu a avut loc un scurtcircuit de suprafață mare sau topirea tablelor de oțel siliconic. Dacă are loc o ardere localizată a dinților miezului, părțile topite și topite pot fi pilite, iar zonele deteriorate pot fi reparate cu rășină epoxidice.

• După reparație, uniformitatea spațiului de aer poate îndeplini în continuare cerințele de proiectare, iar evaluarea temperaturii suprafeței este satisfăcută.

În ceea ce privește tehnicile de reparație, zgârieturile ușoare și petele de rugină pot fi lustruite cu pânză fină de smirghel înmuiată în ulei, cu abaterile de rotunjime verificate frecvent cu ajutorul unui micrometru. Pentru deteriorarea suprafeței de împerechere, cum ar fi uzura arborelui, pot fi utilizate tehnologii de inginerie a suprafețelor, cum ar fi placarea cu laser, galvanizarea cu perie și pulverizarea termică. Aceste procese de reparare funcționează la temperaturi scăzute și nu vor provoca deformarea arborelui și nu vor modifica structura metalografică.

1.3 Când trebuie înlocuit?

•  Adâncimea deteriorării este prea mare, depășind intervalul de toleranță de proiectare, iar reparația continuă ar distruge structura de bază.

•  S-au produs scurtcircuite pe suprafețe mari sau delaminarea tablelor de oțel cu siliciu, ceea ce duce la creșterea semnificativă a pierderilor de curenți turbionari și la supraîncălzirea miezului.

• Miezul rotorului a suferit o deformare structurală irecuperabilă, iar uniformitatea spațiului de aer încă nu poate fi garantată nici după reparație.

• Daunele s-au extins la punctele slabe ale structurii bazei rotorului, iar costul reparației este aproape sau depășește costul de înlocuire.

2. Demagnetizare magnetică: ușoară până la moderată este reparabilă prin remagnetizare, gravă necesită înlocuire

2.1 Cauze și mecanisme de demagnetizare

Esența demagnetizării magnetului permanenți este o modificare ireversibilă a structurii domeniului magnetic, care, pe baza cauzei, se încadrează în principal în trei categorii:

• Demagnetizare termică : Apare atunci când temperatura magnetului permanent depășește limita de toleranță a gradului său de material. Pentru NdFeB, de exemplu, temperatura Curie este de aproximativ 310°C, peste care are loc pierderea magnetică totală. Datele experimentale arată că după 1000 de ore de funcționare continuă la 150°C, magneții NdFeB pot experimenta o pierdere de flux de 3% până la 5%.

• Demagnetizarea câmpului invers : Câmpurile magnetice inverse generate de condiții anormale, cum ar fi suprasarcina sau scurtcircuite, provoacă inversarea domeniului magnetic local. Într-un motor de vehicul cu energie nouă, în condiții de suprasarcină de 200%, densitatea fluxului magnetic a scăzut cu 7% până la 12%.

• Coroziune chimică Demagnetizare : Materialele NdFeB se oxidează în medii calde și umede, provocând o degradare treptată a proprietăților magnetice. Testele cu pulverizare cu sare indică faptul că magneții neprotejați pot experimenta pierderi de flux de până la 15% după 500 de ore.

Cum să determinați la fața locului dacă magneții sunt demagnetizați? Cea mai intuitivă metodă: după demagnetizare, viteza motorului în gol crește semnificativ, curentul de sarcină crește, iar cuplul de frânare scade. Detectarea mai precisă necesită utilizarea unui teslametru (Gaussmeter) pentru a măsura intensitatea câmpului magnetic de suprafață sau prin detectarea EMF din spate și compararea acestuia cu parametrii originali.

2.2 Când poate fi reparat?

Reparabilitatea demagnetizării depinde de  gradul de demagnetizare și se recomandă evaluarea pe baza următoarei clasificări:

Demagnetizarea ușoară  este de obicei cauzată de supraîncălzirea pe termen scurt sau de un ușor supracurent și are o reversibilitate puternică. Planul de tratament include mai întâi optimizarea disipării căldurii, limitarea supraîncărcării și stabilizarea sursei de alimentare, apoi utilizarea unui magnetizator cu impulsuri de înaltă tensiune pentru a magnetiza direcțional magneții permanenți ai rotorului. După magnetizare, verificați cu un Gaussmetru dacă câmpul magnetic și-a revenit la valoarea inițială. Conform practicii industriei, echipamentele profesionale de magnetizare pot recupera peste 95% din performanța originală.

Demagnetizarea moderată  necesită dezasamblarea motorului, testarea magneților permanenți unul câte unul, alegerea unităților grav demagnetizate, lipirea sau încorporarea de magneți noi de aceeași calitate și dimensiune exact în conformitate cu polaritatea originală și, după magnetizarea completă, efectuarea de teste de curent fără sarcină, cuplu și eficiență.

2.3 Când trebuie înlocuit?

Următoarele situații necesită înlocuire decisivă, mai degrabă decât încercări ulterioare de reparații:

• Remanența magneților permanenți este sub 80% din valoarea de proiectare și nu poate fi restabilită la performanța nominală după magnetizare.

• Magneții prezintă daune structurale (fisuri, fracturi, coroziune severă), astfel încât rezistența mecanică și durata de viață nu pot fi garantate nici după magnetizare.

• A avut loc o demagnetizare ireversibilă, ceea ce înseamnă că materialul magnetului permanent în sine a îmbătrânit sau a suferit coroziune chimică până la punctul în care remanența nu poate fi restabilită prin magnetizare.

•  Demagnetizarea a dus la scăderi atât de severe ale eficienței motorului și la creșterea anormală a temperaturii, încât costurile de reparație depășesc costul înlocuirii întregului motor.

3. Eșecul echilibrului dinamic: Marea majoritate sunt reparabile, foarte puține necesită înlocuire

3.1 Cauzele eșecului și diagnostic

Dezechilibrul rotorului este cea mai comună sursă de defecțiuni la mașinile rotative – statisticile arată că 70% dintre defecțiunile de vibrație la mașinile rotative provin din dezechilibrul sistemului rotor. Cauza principală este alinierea greșită a centrului de masă al rotorului cu axa sa geometrică, creând excentricitatea masei care generează forță inerțială centrifugă în timpul rotației, manifestându-se ca vibrație radială crescută și uzură accelerată a rulmentului.

Cu toate acestea, înainte de a efectua corecția echilibrului dinamic, trebuie făcut mai întâi un lucru important: analizați cauza principală a vibrației anormale , deoarece este posibil să nu fie o problemă de echilibru dinamic. Dacă echipamentul are slăbiciune severă, rezonanță, arbori fisurați, deteriorare a rulmenților, aliniere greșită sau așezarea fundației, corecția echilibrului dinamic nu va obține rezultatele așteptate.

Semnătura tipică de vibrație a dezechilibrului este aceea că perioada de vibrație este sincronă cu viteza de funcționare (dominată de frecvența de rotație 1×), amplitudinea vibrației radiale este cea mai mare, iar amplitudinea și faza prezintă stabilitate și repetabilitate.

3.2 Când poate fi reparat?

Marea majoritate a problemelor de defectare a echilibrului dinamic pot fi recuperate prin corecție la fața locului sau din fabrică , cu excepția cazului în care rotorul însuși a suferit daune structurale.

Echilibrarea dinamică la fața locului  este o tehnologie matură utilizată pe scară largă în industrie astăzi. Această metodă efectuează măsurarea vibrațiilor și corecția echilibrului în condițiile reale de funcționare a rotorului și în condițiile de instalare, fără a fi necesară demontarea rotorului și trimiterea acestuia înapoi la fabrică. Poate economisi aproximativ 3-5 zile de timp și costuri de transport, evitând în același timp riscul de deteriorare secundară în timpul dezasamblarii și reasamblarii. Metodele de corecție includ în primul rând adăugarea greutății (atașarea greutăților de echilibrare, șuruburi, nituire, sudare) și îndepărtarea greutății (găurire, șlefuire, frezare), cu alegerea specifică în funcție de structura rotorului și de cerințele procesului.

Precizia corecției urmează standardele ISO 1940-1 / GB/T 9239.1, iar dezechilibrul rezidual poate fi controlat la niveluri extrem de scăzute. În scenariile de producție de precizie, precizia echilibrului dinamic poate atinge gradul G1 (cel mai înalt grad de precizie din ISO 1940-1), eliminând efectiv pericolele de vibrații.

Cadrul discului rotor al unui rotor cu motor cu flux axial este realizat în mare parte din materiale compozite nemagnetice și are o masă relativ ușoară. Cu toate acestea, odată ce starea echilibrului se schimbă în timpul funcționării din următoarele motive, corectarea devine și mai critică:

• Coroziunea, uzura sau detartrarea componentelor rotative în timpul funcționării.

•  Aderența obiectelor străine care provoacă excentricitatea masei.

• Dezechilibru care variază lent cauzat de deformarea termică sau mecanică.

În marea majoritate a cazurilor de mai sus, funcția normală poate fi restabilită prin corecția profesională a echilibrului dinamic.

3.3 Când trebuie înlocuit?

În următoarele situații, corecția echilibrului dinamic este ineficientă și rotorul trebuie înlocuit:

• Arborele rotorului prezintă fisuri sau fracturi. Trebuie remarcat faptul că, dacă întinderea fisurii nu depășește 10% din circumferința tijei arborelui, sudura de reparație urmată de prelucrarea în plan plat poate permite utilizarea în continuare; totuși, dacă depășește acest interval, arborele trebuie înlocuit. Dacă fisura sa propagat la miezul arborelui, întregul rotor trebuie înlocuit.

• Miezul rotorului a suferit deformari sau deteriorări structurale ireversibile, iar precizia echilibrului încă nu poate fi garantată după corecție.

• Componentele rotative s-au desprins (de exemplu, căderea greutăților de echilibru, ruperea lamei) și deteriorarea este ireparabilă.

•  Vibrația încă depășește limitele după mai multe corecții ale echilibrului dinamic, indicând probleme serioase existente cu structura bazei rotorului.

Merită menționat faptul că, datorită designului lor structural modular, motoarele cu flux axial au un anumit avantaj în timpul întreținerii — doar modulul defect trebuie înlocuit, reducând dificultatea de revizie și costurile de întreținere.

4. Rezumat: un tabel pentru a înțelege reparația vs. înlocuirea

5. Recomandări de întreținere și măsuri preventive

1. Inspecția regulată este condiția prealabilă : stabiliți un mecanism de inspecție de rutină. Utilizați un Gaussmetru pentru verificări periodice ale atenuării câmpului magnetic și un analizor de vibrații pentru testarea regulată a echilibrului dinamic, pentru a elimina defecțiunile în stadiile incipiente.

2. Diagnosticare înainte de a acționa : Înainte de orice operațiune de reparație, cauza defecțiunii trebuie mai întâi identificată în mod clar. În special pentru problemele de echilibru dinamic, factorii care nu au echilibru, cum ar fi deteriorarea rulmentului, alinierea greșită și slăbirea trebuie excluși mai întâi; în caz contrar, corectarea echilibrului va fi inutilă.

3. Remagnetizarea necesită operare profesională : Operațiunile de magnetizare implică echipamente cu impulsuri de înaltă tensiune și trebuie efectuate de personal calificat într-un mediu izolat și ecranat. După magnetizare, verificați performanța cu un Gaussmetru și efectuați punerea în funcțiune fără sarcină și sarcină după reinstalare.

4. Îmbunătățiri ale materialelor pentru a preveni reapariția : pentru condiții de funcționare cu temperaturi ridicate sau cu vibrații ridicate, acordați prioritate selectării magneților permanenți de înaltă calitate (de exemplu, seria H, SH) și aplicați tratamente de protecție a suprafețelor, cum ar fi straturile de aluminiu PVD sau acoperiri epoxidice compozite pe magneți pentru a prelungi durata de viață.

5. Evaluare economică de întreținere : Trebuie făcută o comparație a costurilor între înlocuirea ansamblului rotorului și înlocuirea completă a motorului - când înfășurările statorului sunt încă în stare bună, înlocuirea cu un rotor autentic de același model este suficientă, cu costuri și timp de rotație mai bune decât o înlocuire completă a motorului și performanța restabilită la ca nou. Cu toate acestea, atunci când costurile de reparație se apropie sau depășesc 60%-70% din costul unui motor nou, se recomandă prioritizarea înlocuirii complete a motorului.