2010/03: Villanymotor-diagnosztika: üzem közben (megbontás nélkül), rezgés, tápáram és szórt fluxus spektrumanalízise révén (II)

GyártásTrend 2010/03, Műszaki diagnosztika rovat

 “Tűzoltás és nagyjavítás helyett”

A villamos forgógépek felépítéséből és működéséből adódik, hogy esetükben nemcsak a hajtott forgógépeknél fellépő gépészeti (mechanikai) erőhatások és az abból adódó rezgések fordulnak elő, hanem az elektromágneses terekből eredő erőhatások az egyes gépelemek időben és irányban változó igénybevételét – és ezáltal mechanikai deformációját – is okozhatják. Cikkünkben folytatjuk a forgórészhibák miatt fellépő rezgések vizsgálatát, majd áttérünk az állórész hibáinak taglalására.

A forgórész elektromágneses terének excentricitása a forgórész excentrikus geometriája, illetve törött rudak vagy kalickák miatt keletkezhet. A következőkben csak a forgórész geometriai hibája miatt előforduló jelenségekkel foglalkozunk (a törött rudakat vagy kalickákat sorozatunk előző részében már tárgyaltuk). A forgórész geometriai excentricitása gyártási pontatlanságok, illetve üzem közbeni – többnyire termikus – hatások következménye lehet. Mivel általában a gyártási folyamatok végén történik a forgórészek kiegyensúlyozása, ilyen esetekben nem észlelhető a forgórész excentricitása által okozott mechanikus (statikus és dinamikus) kiegyensúlyozatlanság, hiszen ezt kiegyenlítették. Üzem közbeni alakváltozások – például termikus deformációk – viszont kiegyensúlyozatlanságot okozhatnak, amely azonnal észrevehető a kiegyensúlyozatlanságra jellemző forgásfrekvenciájú rezgéscsúcs révén.

Forgórész excentricitása

A forgórész geometriai excentricitása minden esetben változó légrésekkel jár együtt (a legkisebb és legnagyobb légrés a forgórésszel együtt körbe forog az állórészben). Ez mindenképpen rezgéseket kelt és az elektromágneses térerő periodikus változásait okozza. Forgórész-excentricitás esetén megnövekedett rezgésamplitúdók figyelhetők meg a hálózati frekvencia kétszeresén (és ennek többszörösein), de akár magán a hálózati frekvencián is. Továbbá a rúdfrekvencia körül kétszeres hálózati frekvenciájú oldalsávú rezgések fordulnak elő, valamint pólusmodulációs frekvenciájú oldalsávok a hálózati frekvencia kétszerese körül. Maga a pólusmodulációs frekvencia is jelentkezik alacsony-frekvenciás rezgésként.

Megjegyzendő, hogy excentrikus forgórészek alakulhatnak ki például termikus deformációk miatt is. Ilyenkor megfigyelhető, hogy a forgásfrekvenciájú rezgéskomponens az üzemidővel (a motor felmelegedésével) együtt folyamatosan nő. Emellett a görbe tengelyre jellemző rezgésjelenségek (kiegyensúlyozatlanságra utaló forgásfrekvenciájú – stabil fázisszögű – radiális rezgések, valamint 180° fáziskülönbséget mutató axiális rezgések) is fellépnek, egyre erősödve. Hibás tengelybeállítású vagy „puha” lábú motorok esetén változó légrés alakulhat ki, amely hasonlóan mutatkozik meg, mint a forgórész excentricitása.

Rezgésspektrum hálózati felharmonikussal (forrás: CSi)

 

A forgórész elektromágneses excentricitásáról

A német VDI 3839 szabvány szerint: Egy excentrikusan az állórészbe helyezett centrikus forgórész nem gerjeszt rezgéseket. Excentrikusan felépített forgórészek centrikus elhelyezéssel is kiegyensúlyozatlanságra jellemző rezgéseket, valamint a kétszeres szlipfrekvencia és a hálózati frekvencia szorzatának megfelelő frekvenciájú amplitúdómodulációkat okoznak.

Az állórész áramaiban is fellép lebegés, amelynek frekvenciája egyenlő a kétszeres szlipfrekvencia és a hálózati frekvencia szorzatával. Ez analóg árammérőkön a mutató periodikus elmozdulásán ismerhető fel, és oszcilloszkópokkal jól megjeleníthető.

Ha a motor rezgései amplitúdómodulációt mutatnak, és annak mértéke nem függ a terheléstől, nagy valószínűséggel forgórész-excentricitás van jelen. (Ha ez a moduláció a terheléstől függ, nagy biztonsággal törött forgórészrudakra következtethetünk.)

A CSI Pocked Vibration Troubleshooter’s Guide szerint: Az alacsony frekvenciájú modulációt mutató időjelek excentrikus elektromágneses teret okozó forgórészproblémákra utalnak. A hálózatfrekvenciájú rezgések meghajlott vagy excentrikus forgórészre jellemzők.

Kis amplitúdójú axiális rezgések enyhén elhajlott forgórész esetén lépnek fel. Nagy amplitúdójú axiális rezgések az ideális elektromágneses térből kimozdult forgórészre, illetve a forgórész excentrikus deformációjára engednek következtetni.

Rezgések állórészhibák esetén

 

Az aszinkron villanymotorok állórésze tulajdonképpen a pólusok körül elhelyezett, fázisonként legalább egy-egy tekercsből, az állórészhornyokból és a lemezkötegből áll. Az alkalmazás követelményei alapján a konstrukciós megoldások nagyban eltérnek egymástól. A leggyakoribb hiba a tekercsek rövidzárlata (szigetelési problémák), az állórész excentricitása, a tekercsek törése (szakadása), valamint a laza lemezköteg, illetve kötegrész.

A tekercsek és egyéb alkatrészek közötti rövidzárlatok, illetve a tekercsek törései (szakadásai) elsősorban öregedés, üzemi rezgésterhelés, egyéb dinamikus igénybevétel, illetve villamos vagy termikus túlterhelés miatt fordulhatnak elő. Megfigyelhetünk rövidzárlatokat * egy póluspáron belül * különböző póluspárok között * valamint a pólusok és a lemezköteg között. Az állórész elektromágneses terének excentricitása az állórész tekercseiben, illetve a térbeli elhelyezésüknél előforduló geometriai hibák, anyagminőségi problémák (inhomogenitások), valamint az állórész mechanikai vagy termikus deformációja (ez eredményezi a kerület mentén eltérő légrésméreteket) miatt adódhat. Az állórész elektromágneses excentricitása gyártási pontatlanságok vagy üzem közbeni meghibásodások (például termikus hatások, rezgésterhelés) következménye lehet.

Nagyfeszültségű aszinkron-motor állórésze (forrás: DDC)

 

Állórészhiba esetén fellépő rezgések esetében a nagy amplitúdójú radiális rezgések a kétszeres hálózatfrekvencián excentricitásra, kiegyenlítetlen fázisokra, zárlatos tekercsekre, illetve meglazult vasmagra utalnak. Az axiális rezgés általában kicsi, kivéve, ha forgórészproblémák is jelen vannak. Ezen felül pólusmodulációs frekvenciájú oldalsávok jelentkeznek a forgásfrekvencia és többszörösei körül.

Ide tartozó megjegyzés, hogy meghajlott alapok, illetve „puha” lábbal felállított motorok esetén a kerület mentén gyakran eltérő légrésméreteket lehet találni. Így az állórész excentricitásából adódó hibajelenségek is kialakulnak. Valamint hibás tengelybeállítású vagy labilisan („puha” lábazattal) felállított motoroknál a kétszeres hálózati frekvencián szintén kiugró értékeket mutató rezgések léphetnek fel.

 

Rúdtörések diagnosztizálása villamos jelenségekkel

A leggyakrabban alkalmazott módszer a forgórész rúdjai, gyűrűi vagy kalickái töréseinek felderítésére az alacsony frekvenciás tartományban végzett áramfelvétel fázisonkénti vizsgálata. Az amerikai CSi cég a lakatfogóval történő áramspektrum-felvétel mellett a hordozható fluxustekercs alkalmazásával rögzíthető mágneses térerősség-spektrumok kiértékelését ajánlja. Azokban az esetekben, amikor az áramfelvétel mérése lehetetlen vagy veszélyes, a fluxusmérés-alapú spektrumanalízis jelenti az egyetlen megoldást az elektromágneses jelenségek rögzítésére.

Elmeleti áramspektrum rudtörés esetén (forrás: PIM)

 

Az áramfelvétel fázisonkénti vizsgálatához külön-külön mindegyik fázis áramát árammérő lakatfogó alkalmazásával kell megmérni. A hálózati frekvencia körüli tartományról minél nagyobb felbontású frekvenciaanalízis készítendő. Az így nyert áramspektrumban a hálózati frekvencia és a pólusmodulációs frekvenciájú oldalsávjai között megfigyelhető amplitúdóarány nyújt információt a hibadetektáláshoz. Ez az arány jellemzi az elektromágneses tér fordulatonkénti pulzálásának mértékét. Az irodalomban a hálózati frekvencia és a pólusmodulációs frekvenciájú oldalsávok között megfigyelhető amplitúdóarányra a táblázatunkban szereplő határértékek találhatók.

 

 Technical Associates of Charlotte (áram)Rudtöres fluxusspektruma (forrás: CSi)

ÉrtékelésArányMegjegyzés
kiváló>60 dB
54–60 dB
elfogadható48–54 dBtrendfigyelés ajánlott
figyelmeztetés42–48 dBsérült forgórészrúd vagy nagy ellenállású kontaktus
riasztás I.36–2 dBtörött forgórészrúd vagy több nagy ellenállású kontaktus
riasztás II.30–36 dBsok törött forgórészrúd-, kalicka- vagy kontaktushiba
üzemzavarsúlyos hibák (többféle is egyszerre)

 

CSI (áram, illetve fluxus)Mitchell (áram)
rendben>54 dB>45 dB
figyelmeztetés54–45 dB
riasztás45–40 dB35–45 dB

 

Rahne Eric  (PIM Kft.)
pim-kft.hu
gepszakerto.hu

 

Kapcsolatfelvétel

A publikáció tartalmát szerzői jogok védik, ennek (akár csak részben történő) felhasználása, elektronikus vagy nyomtatott tovább-publikálása csak a forrás és a szerző nevének feltüntetése mellett, valamint a szerző előzetes írásos engedélyének megléte esetén megengedett. A szerzői jogok (Copyright) megsértése jogi következményekkel jár.