Три главне грешке ротора мотора са аксијалним протоком: поправити или заменити? Јасан водич за поправку граница

Мотори са аксијалним флуксом, са својом великом густином снаге, компактном структуром и одличним карактеристикама обртног момента, све више се користе у возилима нове енергије, индустријским серво моторима, енергији ветра и другим пољима. Међутим, како се радни сати акумулирају и радни услови постају све сложенији, ротор — језгро ротирајуће компоненте мотора — неизбежно ће искусити разне кварове. Међу њима, оштећење површине ротора мотора аксијалног тока, демагнетизација трајним магнетом (магнетним челиком) и квар динамичке равнотеже су три најчешћа типа кварова. Суочени са овим проблемима, главна брига особља за одржавање је:  Које грешке се могу поправити? Које захтевају замену? Могу ли се гарантовати перформансе и поузданост након поправке?

1. Оштећење површине ротора: мања оштећења се могу поправити, тешка оштећења захтевају замену

1.1 Узроци и манифестације квара

Површинско оштећење ротора мотора са аксијалним протоком је обично узроковано трљањем (трење између статора и ротора), продором страног тела или потонућем ротора услед квара лежаја. Идентификовање врсте оштећења помаже у лоцирању основног узрока: ако површина ротора има само једну мрљу док је цела површина статора изгребана, то је често узроковано савијеном осовином или неравнотежом ротора; ако површина статора има само једну ознаку трљања док је површина ротора изгребана по целом обиму, то је резултат неконцентричности између статора и ротора, обично због деформације отвора оквира и крајњег штита или јаког хабања лежаја.

1.2 Када се може поправити?

Мања површинска оштећења  се углавном могу поправити. Према индустријским стандардима, дозвољене су методе стругања или брушења да би се елиминисала лака оштећења на унутрашњој површини статора и спољашњој површини ротора, под условом да је температура површине мотора након поправке у складу са релевантним стандардима. Специфични критеријуми су:

• Дубина оштећења је унутар опсега који се може обрадити (обично мање од 0,5 мм) и не утиче на укупни структурни интегритет језгра ротора.

• Није дошло до кратког споја велике површине или топљења лимова од силицијумског челика. Ако дође до локализованог сагоревања средишњих зуба, отопљени и спојени делови могу да се обришу, а оштећена места могу да се поправе епоксидном смолом.

• Након поправке, уједначеност ваздушног отвора и даље може да испуни захтеве дизајна, а оцена површинске температуре је задовољена.

Што се тиче техника поправке, лаке огреботине и мрље од рђе могу се полирати фином брусном крпом умоченом у уље, при чему се одступања заобљености често проверавају микрометром. За оштећења површине споја као што је хабање рукавца вратила, могу се користити технологије површинског инжењеринга као што су ласерско облагање, галванизација четком и термичко прскање. Ови процеси поправке раде на ниским температурама и неће изазвати деформацију осовине или променити металографску структуру.

1.3 Када се мора заменити?

•  Дубина оштећења је превелика, премашује распон толеранције дизајна, а наставак поправке би уништио структуру језгра.

•  Дошло је до кратких спојева великих површина или раслојавања лимова од силицијумског челика, што је довело до значајно повећаних губитака вртложних струја и прегревања језгра.

• Језгро ротора је претрпело непоправљиву структурну деформацију, а униформност ваздушног отвора се још увек не може гарантовати чак ни након поправке.

• Оштећење се проширило на слабе тачке у основној структури ротора, а цена поправке је близу или премашује цену замене.

2. Демагнетизација магнета: блага до умерена се може поправити поновним магнетизацијом, тешка захтева замену

2.1 Узроци и механизми демагнетизације

Суштина демагнетизације трајним магнетом је неповратна промена структуре магнетног домена, која се, на основу узрока, углавном сврстава у три категорије:

• Термичка демагнетизација : Настаје када температура перманентног магнета премашује границу толеранције његовог квалитета материјала. За НдФеБ, на пример, Киријева температура је око 310°Ц, изнад које долази до укупног магнетног губитка. Експериментални подаци показују да након 1000 сати непрекидног рада на 150°Ц, НдФеБ магнети могу доживети губитак флукса од 3% до 5%.

• Демагнетизација обрнутог поља : Реверзна магнетна поља настала услед ненормалних услова као што су преоптерећење или кратки спојеви изазивају преокрет локалног магнетног домена. У једном новом енергетском мотору возила, под условима преоптерећења од 200%, густина магнетног флукса је опала за 7% до 12%.

• Демагнетизација хемијске корозије : НдФеБ материјали оксидирају у врућим и влажним срединама, узрокујући постепено опадање магнетних својстава. Тестови сланог спреја показују да незаштићени магнети могу доживети губитак флукса до 15% након 500 сати.

Како на лицу места утврдити да ли су магнети демагнетизовани? Најинтуитивнији метод: након демагнетизације, брзина мотора у празном ходу се значајно повећава, струја оптерећења расте, а кочиони момент се смањује. Прецизнија детекција захтева коришћење Тесла метра (Гауссметра) за мерење јачине површинског магнетног поља, или детектовањем задњег ЕМФ-а и упоређивањем са оригиналним параметрима.

2.2 Када се може поправити?

Поправљивост демагнетизације зависи од  степена демагнетизације , а препоручује се процена на основу следеће класификације:

Блага демагнетизација  је обично узрокована краткотрајним прегревањем или благом прекомерном струјом и има јаку реверзибилност. План третмана укључује прво оптимизацију расипања топлоте, ограничавање преоптерећења и стабилизацију напајања, затим коришћење високонапонског импулсног магнетизатора за усмерено магнетизовање трајних магнета ротора. Након магнетизације, проверите Гаусметром да се магнетно поље вратило на првобитну вредност. Према индустријској пракси, професионална опрема за магнетизацију може повратити преко 95% оригиналних перформанси.

Умерена демагнетизација  захтева растављање мотора, тестирање трајних магнета један по један, бирање јако демагнетизованих јединица, лепљење или уградњу нових магнета истог степена и величине тачно у складу са оригиналним поларитетом, и након пуне магнетизације, спровођење струје без оптерећења, обртног момента и тестова ефикасности.

2.3 Када се мора заменити?

Следеће ситуације захтевају одлучну замену, а не даље покушаје поправке:

• Реманентност трајних магнета је испод 80% пројектоване вредности и не може се вратити на номиналне перформансе након магнетизације.

• Магнети показују структурна оштећења (пукотине, ломови, јака корозија) тако да се механичка чврстоћа и радни век не могу гарантовати чак ни након магнетизације.

• Дошло је до неповратне демагнетизације, што значи да је сам материјал трајног магнета остарио или претрпео хемијску корозију до те мере да се реманентност не може обновити магнетизацијом.

•  Демагнетизација је довела до тако озбиљног пада ефикасности мотора и абнормалног пораста температуре да трошкови поправке премашују цену замене целог мотора.

3. Квар динамичке равнотеже: велика већина се може поправити, врло мало њих захтева замену

3.1 Узроци квара и дијагноза

Неуравнотеженост ротора је најчешћи извор кварова у ротирајућим машинама—статистике показују да 70% кварова на вибрацијама у ротирајућим машинама потиче од неравнотеже система ротора. Основни узрок је неусклађеност центра масе ротора са његовом геометријском осом, стварајући ексцентричност масе која генерише центрифугалну инерцијску силу током ротације, која се манифестује као повећане радијалне вибрације и убрзано хабање лежајева.

Међутим, пре обављања корекције динамичке равнотеже, мора се прво урадити једна важна ствар — анализирати основни узрок абнормалне вибрације , јер то можда није проблем динамичке равнотеже. Ако опрема има велику лабавост, резонанцију, напукнута осовина, оштећење лежаја, неусклађеност или слијегање темеља, корекција динамичке равнотеже неће постићи очекиване резултате.

Типичан вибрацијски потпис неравнотеже је да је период вибрације синхрони са радном брзином (доминира 1× ротационом фреквенцијом), радијална амплитуда вибрације је највећа, а амплитуда и фаза показују стабилност и поновљивост.

3.2 Када се може поправити?

Огромна већина проблема са кваром динамичке равнотеже може се решити путем корекције на лицу места или у фабрици , осим ако сам ротор није претрпео структурно оштећење.

Динамичко балансирање на лицу места  је зрела технологија која се данас широко користи у индустрији. Ова метода врши мерење вибрација и корекцију баланса под стварним радним брзинама ротора и условима уградње, без потребе да се ротор демонтира и пошаље назад у фабрику. Може уштедети око 3-5 дана на времену и трошковима транспорта, уз избегавање ризика од секундарног оштећења током растављања и поновног састављања. Методе корекције првенствено обухватају додавање утега (причвршћивање балансних тегова, шрафова, закивање, заваривање) и уклањање тежине (бушење, брушење, глодање), са специфичним избором у зависности од структуре ротора и захтева процеса.

Прецизност корекције је у складу са стандардима ИСО 1940-1 / ГБ/Т 9239.1, а резидуална неравнотежа се може контролисати на изузетно ниским нивоима. У сценаријима прецизне производње, прецизност динамичке равнотеже може да достигне оцену Г1 (највиша оцена тачности у ИСО 1940-1), ефикасно елиминишући опасности од вибрација.

Оквир диска ротора ротора мотора са аксијалним протоком је углавном направљен од немагнетних композитних материјала и релативно је мале масе. Међутим, када се стање баланса промени током рада из следећих разлога, корекција постаје још критичнија:

• Корозија, хабање или скалирање ротирајућих компоненти током рада.

•  Адхезија страног предмета изазива ексцентрицитет масе.

• Полагано променљива неравнотежа узрокована термичком или механичком деформацијом.

У великој већини горенаведених случајева, нормална функција се може вратити кроз професионалну корекцију динамичке равнотеже.

3.3 Када се мора заменити?

У следећим ситуацијама, корекција динамичке равнотеже је неефикасна и ротор је потребно заменити:

• Осовина ротора показује пукотине или ломове. Треба напоменути да ако обим пукотине не прелази 10% обима осовине, заваривање након поправке праћено машинском обрадом може омогућити наставак употребе; међутим, ако прелази овај опсег, вратило треба заменити. Ако се пукотина проширила на језгро вратила, цео ротор се мора заменити.

• Језгро ротора је претрпело неповратну структурну деформацију или оштећење, а тачност баланса и даље се не може гарантовати након корекције.

• Ротирајуће компоненте су се одвојиле (нпр. падање балансних тегова, прелом сечива) и штета је непоправљива.

•  Вибрације и даље прелазе границе након вишеструких корекција динамичке равнотеже, што указује на озбиљне постојеће проблеме са структуром базе ротора.

Вреди напоменути да, због свог модуларног структуралног дизајна, мотори са аксијалним флуксом имају одређену предност током одржавања — само неисправни модул треба да се замени, смањујући потешкоће при ремонту и трошкове одржавања.

4. Резиме: Табела за разумевање поправке у односу на замену

5. Препоруке за одржавање и превентивне мере

1. Редовна инспекција је предуслов : Успоставити механизам рутинске инспекције. Користите Гауссметар за периодичне провере слабљења магнетног поља и анализатор вибрација за редовно тестирање динамичке равнотеже, да бисте елиминисали грешке у раним фазама.

2. Дијагноза пре предузимања радњи : Пре било какве операције поправке, прво мора бити јасно идентификован узрок квара. Посебно за питања динамичке равнотеже, фактори неравнотеже као што су оштећење лежаја, неусклађеност и лабавост морају се прво искључити; у супротном, корекција равнотеже ће бити узалудна.

3. Ремагнетизација захтева професионалну операцију : Операције магнетизације укључују високонапонску пулсну опрему и мора их спроводити квалификовано особље у изолованом и заштићеном окружењу. Након магнетизације, проверите перформансе Гаусметром и извршите пуштање у рад без оптерећења и оптерећења након поновне инсталације.

4. Надоградња материјала за спречавање понављања : За радне услове високе температуре или високе вибрације, дајте приоритет одабиру трајних магнета високог квалитета (нпр. Х, СХ серије) и примените површинске заштитне третмане као што је ПВД алуминијумски премаз или епоксидни композитни премази на магнете да бисте продужили радни век.

5. Економска процена одржавања : Потребно је направити поређење трошкова између замене склопа ротора и потпуне замене мотора—када су намотаји статора и даље у добром стању, довољна је замена оригиналним ротором истог модела, са трошковима и временом обрта бољим од потпуне замене мотора, а перформансе су враћене као нове. Међутим, када се трошкови поправке приближавају или пређу 60%–70% цене новог мотора, препоручује се давање приоритета потпуној замени мотора.