Tri glavne napake rotorjev motorjev z aksialnim pretokom: popravite ali zamenjajte? Jasen vodnik za popravilo meja

Motorji z aksialnim pretokom se s svojo visoko gostoto moči, kompaktno strukturo in odličnimi značilnostmi navora vse pogosteje uporabljajo v novih energetskih vozilih, industrijskih servo motorjih, vetrni elektrarni in drugih področjih. Ko pa se obratovalne ure kopičijo in delovni pogoji postajajo vse bolj zapleteni, bo rotor – jedro vrteče se komponente motorja – neizogibno imel različne napake. Med njimi so tri najpogostejše vrste napak površinske poškodbe rotorja motorja z aksialnim pretokom, demagnetizacija trajnega magneta (magnetnega jekla) in okvara dinamičnega ravnotežja. Ob soočenju s temi težavami je glavna skrb vzdrževalca:  Katere napake je mogoče popraviti? Kateri zahtevajo zamenjavo? Ali je po popravilu mogoče zagotoviti delovanje in zanesljivost?

1. Poškodba površine rotorja: Manjša poškodba je popravljiva, huda poškodba zahteva zamenjavo

1.1 Vzroki in manifestacije napak

Poškodbe površine rotorja motorja z aksialnim pretokom so običajno posledica drgnjenja (trenja med statorjem in rotorjem), vdora tujega predmeta ali pogrezanja rotorja zaradi okvare ležaja. Prepoznavanje vrste poškodbe pomaga pri iskanju temeljnega vzroka: če ima površina rotorja eno samo drgnjenje, medtem ko je celotna površina statorja opraskana, je vzrok za to pogosto zvita gred ali neuravnoteženost rotorja; če ima površina statorja samo eno oznako drgnjenja, medtem ko je površina rotorja opraskana po celotnem obodu, je to posledica nekoncentričnosti med statorjem in rotorjem, običajno zaradi deformacije nastavkov okvirja in končnega ščita ali hude obrabe ležaja.

1.2 Kdaj ga je mogoče popraviti?

Manjše površinske poškodbe  so na splošno popravljive. V skladu z industrijskimi standardi so metode strganja ali brušenja dovoljene za odpravo manjših poškodb na notranji površini statorja in zunanji površini rotorja, pod pogojem, da je temperatura površine motorja po popravilu v skladu z ustreznimi standardi. Posebna merila so:

• Globina poškodbe je znotraj območja, ki ga je mogoče obdelovati (običajno manj kot 0,5 mm) in ne vpliva na celotno strukturno celovitost jedra rotorja.

• Ni prišlo do velikega kratkega stika ali taljenja pločevine iz silicijevega jekla. Če pride do lokalnega ožiga jedrnih zob, lahko stopljene in zlite dele izpilite, poškodovana mesta pa popravite z epoksidno smolo.

• Po popravilu lahko enakomernost zračne reže še vedno izpolnjuje konstrukcijske zahteve in ocena površinske temperature je izpolnjena.

Kar zadeva tehnike popravila, je mogoče rahle praske in madeže rje polirati s finim brusnim papirjem, namočenim v olje, pri čemer odstopanja okroglosti pogosto preverjate z mikrometrom. Za poškodbe površine parjenja, kot je obraba ležaja gredi, je mogoče uporabiti tehnologije površinskega inženiringa, kot so lasersko oplaščenje, galvanizacija s čopiči in termično pršenje. Ti postopki popravljanja potekajo pri nizkih temperaturah in ne bodo povzročili deformacije gredi ali spremenili metalografske strukture.

1.3 Kdaj ga je treba zamenjati?

•  Globina poškodbe je prevelika, presega projektirano tolerančno območje, nadaljnje popravilo pa bi uničilo jedro strukture.

•  Prišlo je do kratkih stikov na velikem območju ali razslojevanja pločevine iz silicijevega jekla, kar je povzročilo občutno povečane izgube zaradi vrtinčnih tokov in pregrevanje jedra.

• Jedro rotorja je utrpelo nepopravljivo strukturno deformacijo in enakomernosti zračne reže še vedno ni mogoče zagotoviti niti po popravilu.

• Poškodba se je razširila na šibke točke v osnovni strukturi rotorja, stroški popravila pa so blizu ali presegajo stroške zamenjave.

2. Razmagnetenje magneta: blago do zmerno je mogoče popraviti s ponovnim magnetiziranjem, hudo zahteva zamenjavo

2.1 Vzroki in mehanizmi razmagnetenja

Bistvo demagnetizacije trajnega magneta je ireverzibilna sprememba strukture magnetne domene, ki se glede na vzrok v glavnem deli v tri kategorije:

• Toplotna demagnetizacija : Pojavi se, ko temperatura trajnega magneta preseže tolerančno mejo razreda njegovega materiala. Za NdFeB, na primer, je Curiejeva temperatura približno 310 °C, nad katero pride do popolne magnetne izgube. Eksperimentalni podatki kažejo, da lahko po 1000 urah neprekinjenega delovanja pri 150 °C magneti NdFeB občutijo izgubo pretoka od 3 % do 5 %.

• Demagnetizacija povratnega polja : povratna magnetna polja, ki nastanejo zaradi nenormalnih pogojev, kot so preobremenitev ali kratki stiki, povzročijo lokalno obračanje magnetne domene. Pri enem novem energetskem motorju vozila je pri 200-odstotni preobremenitvi gostota magnetnega pretoka padla za 7 % do 12 %.

• Razmagnetenje zaradi kemične korozije : NdFeB materiali oksidirajo v vročih in vlažnih okoljih, kar povzroči postopno upadanje magnetnih lastnosti. Preskusi s slanim pršilom kažejo, da lahko nezaščiteni magneti po 500 urah občutijo do 15-odstotno izgubo toka.

Kako na mestu ugotoviti, ali so magneti razmagneteni? Najbolj intuitiven način: po razmagnetenju se število vrtljajev motorja v prostem teku izrazito poveča, bremenski tok se poveča, zavorni moment pa zmanjša. Za natančnejše zaznavanje je potrebna uporaba Tesla metra (Gaussmeter) za merjenje jakosti površinskega magnetnega polja ali z zaznavanjem povratnega elektromagnetnega polja in njegovo primerjavo z originalnimi parametri.

2.2 Kdaj ga je mogoče popraviti?

Popravljivost razmagnetenja je odvisna od  stopnje razmagnetenja in je priporočljivo oceniti na podlagi naslednje klasifikacije:

Blaga demagnetizacija  je običajno posledica kratkotrajnega pregrevanja ali rahlega pretoka in ima močno reverzibilnost. Načrt zdravljenja vključuje najprej optimizacijo odvajanja toplote, omejitev preobremenitve in stabilizacijo napajanja, nato pa uporabo visokonapetostnega pulznega magnetizatorja za usmerjeno magnetiziranje trajnih magnetov rotorja. Po magnetizaciji z Gaussmetrom preverite, ali se je magnetno polje povrnilo na prvotno vrednost. V skladu z industrijsko prakso lahko profesionalna oprema za magnetizacijo obnovi več kot 95 % prvotne zmogljivosti.

Zmerno razmagnetenje  zahteva razstavljanje motorja, testiranje trajnih magnetov enega za drugim, izbiro močno razmagnetenih enot, lepljenje ali vdelavo novih magnetov enakega razreda in velikosti natančno v skladu z izvirno polarnostjo in po popolni magnetizaciji izvedbo toka brez obremenitve, navora in preskusov učinkovitosti.

2.3 Kdaj ga je treba zamenjati?

Naslednje situacije zahtevajo odločno zamenjavo namesto nadaljnjih poskusov popravila:

• Remanenca trajnih magnetov je pod 80 % projektirane vrednosti in je po magnetizaciji ni mogoče obnoviti na nazivno zmogljivost.

• Magneti kažejo strukturne poškodbe (razpoke, zlomi, močna korozija), tako da mehanske trdnosti in življenjske dobe ni mogoče zagotoviti niti po magnetizaciji.

• Prišlo je do ireverzibilne demagnetizacije, kar pomeni, da se je sam material trajnega magneta postaral ali podvrgel kemični koroziji do te mere, da remanence ni mogoče obnoviti z magnetizacijo.

•  Demagnetizacija je privedla do tako hudih padcev učinkovitosti motorja in nenormalnega dviga temperature, da stroški popravila presegajo stroške zamenjave celotnega motorja.

3. Okvara dinamičnega ravnotežja: velika večina jih je mogoče popraviti, zelo malo jih je treba zamenjati

3.1 Vzroki okvare in diagnoza

Neuravnoteženost rotorja je najpogostejši vir napak pri vrtečih se strojih – statistični podatki kažejo, da 70 % napak zaradi tresljajev pri rotacijskih strojih izvira iz neuravnoteženosti sistema rotorja. Osnovni vzrok je neusklajenost središča mase rotorja z njegovo geometrijsko osjo, kar ustvarja masno ekscentričnost, ki ustvarja centrifugalno vztrajnostno silo med vrtenjem, kar se kaže kot povečane radialne vibracije in pospešena obraba ležajev.

Vendar pa je treba pred izvajanjem korekcije dinamičnega ravnotežja najprej narediti eno pomembno stvar – analizirati temeljni vzrok nenormalnih vibracij , saj morda ne gre za težavo z dinamičnim ravnotežjem. Če ima oprema močno ohlapnost, resonanco, razpokane gredi, poškodbe ležajev, neusklajenost ali posedanje temeljev, korekcija dinamičnega ravnotežja ne bo dosegla pričakovanih rezultatov.

Tipičen vibracijski znak neravnovesja je, da je obdobje vibracij sinhrono z delovno hitrostjo (prevladuje 1 × vrtilna frekvenca), radialna amplituda vibracij je največja, amplituda in faza pa sta stabilni in ponovljivi.

3.2 Kdaj ga je mogoče popraviti?

Veliko večino težav z okvarami dinamičnega ravnotežja je mogoče odpraviti s popravkom na kraju samem ali v tovarni , razen če je sam rotor utrpel strukturno poškodbo.

Dinamično uravnoteženje na kraju samem  je zrela tehnologija, ki se danes pogosto uporablja v industriji. Ta metoda izvaja merjenje vibracij in korekcijo ravnotežja pod dejansko delovno hitrostjo rotorja in pogoji namestitve, ne da bi bilo treba rotor razstaviti in poslati nazaj v tovarno. Lahko prihrani približno 3–5 dni časa in stroškov prevoza, hkrati pa se izogne ​​tveganju sekundarne škode med razstavljanjem in ponovnim sestavljanjem. Metode korekcije vključujejo predvsem dodajanje teže (pritrjevanje uteži, vijaki, kovičenje, varjenje) in odstranjevanje teže (vrtanje, brušenje, rezkanje), pri čemer je posebna izbira odvisna od strukture rotorja in zahtev procesa.

Natančnost popravka sledi standardom ISO 1940-1 / GB/T 9239.1, preostalo neuravnoteženost pa je mogoče nadzorovati na izjemno nizkih ravneh. V scenarijih natančne izdelave lahko natančnost dinamičnega ravnotežja doseže stopnjo G1 (najvišja stopnja natančnosti v ISO 1940-1), kar učinkovito odpravlja nevarnosti zaradi tresljajev.

Okvir diska rotorja rotorja motorja z aksialnim pretokom je večinoma izdelan iz nemagnetnih kompozitnih materialov in je relativno lahek. Ko pa se stanje ravnovesja spremeni med delovanjem zaradi naslednjih razlogov, postane korekcija še bolj kritična:

• Korozija, obraba ali luščenje vrtečih se komponent med delovanjem.

•  Adhezija tujega predmeta, ki povzroča ekscentričnost mase.

• Počasi spreminjajoče se neravnovesje zaradi toplotne ali mehanske deformacije.

V veliki večini zgornjih primerov je normalno delovanje mogoče vzpostaviti s profesionalno dinamično korekcijo ravnotežja.

3.3 Kdaj ga je treba zamenjati?

V naslednjih situacijah je korekcija dinamičnega ravnotežja neučinkovita in je treba rotor zamenjati:

• Gred rotorja kaže razpoke ali zlome. Upoštevati je treba, da če obseg razpoke ne presega 10 % oboda ležaja gredi, lahko popravilo z varjenjem, ki mu sledi strojna obdelava, omogoči nadaljnjo uporabo; če pa preseže to območje, je treba gred zamenjati. Če se je razpoka razširila na jedro gredi, je treba zamenjati celoten rotor.

• Jedro rotorja je bilo podvrženo nepopravljivi strukturni deformaciji ali poškodbi in po popravku še vedno ni mogoče zagotoviti natančnosti ravnotežja.

• Vrtljivi deli so se ločili (npr. odpadanje uteži, zlom rezila) in poškodba je nepopravljiva.

•  Vibracije še vedno presegajo meje po večkratnih popravkih dinamičnega ravnotežja, kar kaže na obstoječe resne težave s strukturo osnove rotorja.

Omeniti velja, da imajo motorji Axial Flux Motors zaradi svoje modularne strukturne zasnove določeno prednost pri vzdrževanju – zamenjati je treba le pokvarjen modul, kar zmanjša težave pri remontu in stroške vzdrževanja.

4. Povzetek: Tabela za razumevanje popravila v primerjavi z zamenjavo

5. Priporočila za vzdrževanje in preventivni ukrepi

1. Redni pregled je predpogoj : Vzpostavite mehanizem rutinskega nadzora. Uporabite Gaussmeter za redne naključne preglede slabljenja magnetnega polja in analizator vibracij za redno testiranje dinamičnega ravnotežja, da odpravite napake v zgodnjih fazah.

2. Diagnosticirajte pred ukrepanjem : Pred kakršnim koli popravilom je treba najprej jasno ugotoviti vzrok napake. Zlasti pri težavah z dinamičnim ravnotežjem je treba najprej izključiti dejavnike neuravnoteženosti, kot so poškodbe ležaja, neusklajenost in ohlapnost; v nasprotnem primeru bo popravljanje ravnotežja zaman.

3. Ponovna magnetizacija zahteva strokovno delovanje : operacije magnetizacije vključujejo visokonapetostno impulzno opremo in jih mora izvajati usposobljeno osebje v izoliranem in zaščitenem okolju. Po magnetizaciji preverite delovanje z Gaussmetrom in po ponovni namestitvi izvedite zagon brez obremenitve in obremenitve.

4. Nadgradnje materiala za preprečevanje ponovnega pojava : Za pogoje delovanja pri visokih temperaturah ali visokih vibracijah dajte prednost izbiri trajnih magnetov visoke kakovosti (npr. serije H, SH) in uporabite zaščitne obdelave površin, kot je PVD prevleka iz aluminija ali epoksi kompozitni premazi na magnete, da podaljšate življenjsko dobo.

5. Ekonomska ocena vzdrževanja : Narediti je treba primerjavo stroškov med zamenjavo sklopa rotorja in popolno zamenjavo motorja – ko so navitja statorja še vedno v dobrem stanju, zadostuje zamenjava z originalnim rotorjem istega modela, pri čemer so stroški in čas obratovanja boljši od popolne zamenjave motorja, zmogljivost pa je povrnjena na novo. Ko pa se stroški popravila približajo ali presežejo 60–70 % stroškov novega motorja, je priporočljivo dati prednost popolni zamenjavi motorja.