Typowa analiza awarii sprężarki spiralnej do klimatyzacji pojazdów elektrycznych nowej energii -- Przepalenie silnika

Usterki sprężarek silnikowych (zwanych dalej sprężarkami) można podzielić na usterki silnikowe oraz usterki mechaniczne (m.in. wał korbowy, korbowód, tłok, płyta zaworowa, uszczelka głowicy itp.). Awarie mechaniczne często powodują przeciążenie lub nawet utknięcie silnika, co jest jedną z głównych przyczyn uszkodzeń silnika.
Głównymi objawami uszkodzenia silnika są uszkodzenia warstwy izolacyjnej uzwojenia stojana (zwarcie) oraz przerwa w obwodzie. Uszkodzone uzwojenia stojana są trudne do wykrycia na czas i mogą ostatecznie doprowadzić do przepalenia uzwojeń. Po przepaleniu uzwojenia niektóre zjawiska lub bezpośrednie przyczyny prowadzące do przepalenia są zacierane, co utrudnia późniejszą analizę i badanie przyczyn.
Jednak pracy silnika nie można oddzielić od normalnego poboru mocy, rozsądnego obciążenia silnika, dobrego odprowadzania ciepła i ochrony warstwy izolacyjnej emaliowanego drutu uzwojenia. Na podstawie tych aspektów nietrudno stwierdzić, że przyczyny przepalenia uzwojenia są następujące:
(1) Nienormalne obciążenie i zablokowany wirnik;
(2) Zwarcie uzwojeń spowodowane opiłkami metalu;
(3) Problem ze stycznikiem;
(4) Zanik fazy zasilania i nieprawidłowe napięcie;
(5) Niewystarczające chłodzenie;
(6) Odkurzanie za pomocą sprężarki.
W rzeczywistości uszkodzenia silnika spowodowane wieloma czynnikami są bardziej powszechne.
1. Nienormalne obciążenie i zablokowany wirnik
Obciążenie silnika obejmuje obciążenie wymagane do sprężenia gazu oraz obciążenie wymagane do pokonania tarcia mechanicznego. Nadmierny stosunek ciśnień lub różnica ciśnień mogą utrudnić proces sprężania; Wzrost oporu tarcia spowodowany brakiem smarowania, aw skrajnych przypadkach zablokowanie silnika znacznie zwiększy obciążenie silnika.
Brak smarowania i zwiększony opór tarcia są głównymi przyczynami nieprawidłowego obciążenia. Powracająca ciecz w celu rozcieńczenia oleju smarowego, przegrzanie oleju smarowego, koksowanie i pogorszenie jakości oleju smarowego oraz brak oleju mogą zakłócić normalne smarowanie, prowadząc do awarii smarowania. Płyn powrotny rozcieńcza olej smarowy, wpływając na tworzenie normalnego filmu olejowego na powierzchni ciernej, a nawet wypłukując oryginalny film olejowy, zwiększając tarcie i zużycie. Przegrzanie sprężarki może spowodować, że olej smarowy stanie się rzadszy, a nawet koksujący w wysokich temperaturach, wpływając na tworzenie się normalnego filmu olejowego. Powrót oleju z układu nie jest dobry, a sprężarce brakuje oleju, co w naturalny sposób uniemożliwia utrzymanie normalnego smarowania. Gdy wał korbowy obraca się z dużą prędkością, a tłok korbowodu porusza się z dużą prędkością, powierzchnia cierna bez ochrony filmu olejowego szybko się nagrzewa. Lokalne wysokie temperatury powodują szybkie parowanie lub koksowanie oleju smarowego, co utrudnia smarowanie tej części i może spowodować poważne miejscowe zużycie w ciągu kilku sekund. Awaria smarowania i miejscowe zużycie wymagają większego momentu obrotowego do obracania wału korbowego. Sprężarki małej mocy (takie jak lodówki i domowe sprężarki klimatyzacji) często doświadczają zjawiska zablokowania wirnika po awarii smarowania z powodu niskiego momentu obrotowego silnika i wchodzą w martwy cykl „zabezpieczenia termicznego zablokowanego wirnika”. To tylko kwestia czasu, zanim silnik się spali. Jednak moment obrotowy półzamkniętego silnika sprężarki dużej mocy jest duży, a miejscowe zużycie nie spowoduje zablokowania wirnika. Moc silnika będzie rosła wraz z obciążeniem w pewnym zakresie, co spowoduje większe zużycie, a nawet poważne uszkodzenia, takie jak zatarcie cylindra (tłok utknął w cylindrze), pęknięcie korbowodu itp.
Prąd zablokowanego wirnika (prąd zablokowanego wirnika) jest w przybliżeniu 4-8 razy większy od normalnego prądu roboczego. W momencie rozruchu silnika wartość szczytowa prądu może zbliżyć się lub osiągnąć prąd zablokowanego wirnika. Ze względu na fakt, że ciepło wydzielane przez rezystor jest proporcjonalne do kwadratu prądu, prąd podczas rozruchu i blokowania szybko nagrzeje uzwojenie. Zabezpieczenie termiczne może chronić elektrody podczas zablokowania wirnika, ale generalnie nie reaguje szybko i nie może zapobiec zmianom temperatury uzwojenia spowodowanym częstymi rozruchami. Częste uruchamianie i nieprawidłowe obciążenia, które narażają uzwojenia na działanie wysokich temperatur, mogą obniżyć właściwości izolacyjne przewodów emaliowanych. Ponadto obciążenie wymagane dla sprężonego gazu również wzrośnie wraz ze wzrostem stopnia sprężania i różnicy ciśnień. Dlatego używanie sprężarki wysokotemperaturowej do niskich temperatur lub używanie sprężarki niskotemperaturowej do wysokich temperatur może wpływać na obciążenie silnika i rozpraszanie ciepła, co jest niewłaściwe i może skrócić żywotność elektrody. Po pogorszeniu się właściwości izolacyjnych uzwojenia, jeśli współpracują ze sobą inne czynniki (takie jak opiłki metalu tworzące obwód przewodzący, kwaśny olej smarowy itp.), łatwo o zwarcie i uszkodzenie.
2. Zwarcie spowodowane opiłkami metalu
Opiłki metalu zmieszane w uzwojeniach są głównymi winowajcami zwarć i niskich wartości izolacji uziemienia. Normalne wibracje sprężarki podczas pracy, a także skręcanie uzwojenia spowodowane siłą elektromagnetyczną podczas każdego rozruchu, mogą sprzyjać względnemu ruchowi i tarciu między metalowymi wiórami zmieszanymi między uzwojeniami a emaliowanym drutem uzwojenia. Wióry metalowe z ostrymi krawędziami i narożnikami mogą porysować warstwę izolacyjną drutu emaliowanego, powodując zwarcie.
Źródłem złomu metalowego są odpady rur miedzianych pozostawione podczas budowy, żużel spawalniczy, odpady metalowe powstałe w wyniku wewnętrznego zużycia sprężarki oraz uszkodzeń podzespołów (np. pęknięte łopatki zaworów). W przypadku całkowicie zamkniętych sprężarek (w tym całkowicie zamkniętych sprężarek spiralnych) te metalowe opiłki lub zanieczyszczenia mogą spaść na uzwojenia. W przypadku sprężarek półzamkniętych niektóre cząstki będą przepływać wraz z gazem i olejem smarowym w układzie i ostatecznie gromadzą się w uzwojeniach z powodu magnetyzmu; Jednak niektóre opiłki metalowe (takie jak te powstające podczas zużycia łożysk oraz wirnika i stojana silnika (czyszczenie otworu)) mogą spadać bezpośrednio na uzwojenia. Po nagromadzeniu się opiłków metalu w uzwojeniach, wystąpienie zwarcia jest tylko kwestią czasu.
Szczególną uwagę należy zwrócić na sprężarki dwustopniowe. W sprężarce dwustopniowej powietrze powrotne i normalny olej powrotny wchodzą bezpośrednio do cylindra pierwszego stopnia (stopień niskiego ciśnienia), a po sprężeniu wchodzą do wnęki silnika, aby schłodzić uzwojenie przez rurę średniego ciśnienia. Następnie, podobnie jak zwykłe sprężarki jednostopniowe, przechodzą do drugiego stopnia (cylinder stopnia wysokiego ciśnienia). Gaz powrotny zawiera olej smarujący, który sprawia, że ​​proces sprężania przypomina chodzenie po cienkim lodzie. Jeśli jest więcej cieczy powrotnej, płyta zaworowa cylindra pierwszego stopnia może łatwo pęknąć. Uszkodzony element zaworu może dostać się do uzwojenia po przejściu przez rurę średniego napięcia. Dlatego sprężarki dwustopniowe są bardziej podatne na zwarcia silnika spowodowane opiłkami metalu niż sprężarki jednostopniowe.
Niestety, rzeczy często się splatają, a kiedy wadliwa sprężarka uruchamia się do analizy, często pachnie spalonym olejem smarowym. Gdy powierzchnia metalu jest mocno zużyta, temperatura jest bardzo wysoka, a gdy olej smarowy ma powyżej 175ºC, zaczyna koksować. Jeśli w układzie jest za dużo wody (pompowanie próżniowe nie jest idealne, zawartość wody w oleju smarowym i czynniku chłodniczym jest wysoka, powietrze przedostaje się po pęknięciu rury powrotnej podciśnienia itp.), olej smarowy może stać się kwaśny. Kwaśny olej smarowy może powodować korozję miedzianych rurek i izolacji uzwojeń. Z jednej strony może powodować miedziowanie; Z drugiej strony ten kwaśny olej smarowy zawierający atomy miedzi ma słabe właściwości izolacyjne, stwarzając warunki do zwarć uzwojeń.
3. Problem ze stycznikiem
Stycznik jest jednym z ważnych elementów w obwodzie sterowania silnika, a jego niewłaściwy dobór może spowodować uszkodzenie najlepszej sprężarki. Niezwykle ważny jest właściwy dobór stycznika do obciążenia.
Styczniki muszą być w stanie sprostać trudnym warunkom, takim jak szybkie cykle, długotrwałe przeciążenie i niskie napięcie. Muszą mieć wystarczającą powierzchnię do rozpraszania ciepła generowanego przez prąd obciążenia, a dobór materiałów styków musi zapobiegać spawaniu w warunkach wysokiego prądu, takich jak rozruch lub zablokowanie wirnika.
Dla bezpieczeństwa i niezawodności stycznik sprężarki musi jednocześnie odłączać obwód trójfazowy. Metoda odłączania obwodu dwufazowego nie jest zalecana przez firmę Gulun. W Stanach Zjednoczonych styczniki zatwierdzone przez Gulun Corporation muszą spełniać następujące cztery wymagania:
(1) Styczniki muszą spełniać kryteria operacyjne i testowe określone w normie ARI 780-78, „Standard dla styczników specjalnego przeznaczenia”.
(2) Producent musi zapewnić, aby stycznik mógł się zamknąć przy 80 procentach minimalnego napięcia podanego na tabliczce znamionowej w temperaturze pokojowej.
(3) W przypadku stosowania pojedynczego stycznika prąd znamionowy stycznika musi być większy niż prąd znamionowy silnika (RLA) na tabliczce znamionowej. Jednocześnie stycznik musi być w stanie wytrzymać prąd zablokowanego wirnika silnika. Jeśli za stycznikiem znajdują się inne obciążenia, takie jak wentylatory silnika, należy je również wziąć pod uwagę.
(4) W przypadku korzystania z dwóch styczników, każdy stycznik musi mieć wartość znamionową zablokowanego wirnika poduzwojenia równą lub większą niż wartość znamionowa zablokowanego wirnika z połową uzwojenia sprężarki.
Prąd znamionowy stycznika nie może być niższy niż prąd znamionowy na tabliczce znamionowej sprężarki. Styczniki o małych parametrach lub słabej jakości nie są w stanie wytrzymać udaru wysokiego prądu spowodowanego rozruchem sprężarki, zablokowanym wirnikiem i niskim napięciem i są podatne na wstrząsy styków jedno- lub wielofazowych, spawanie, a nawet odpadanie, powodując uszkodzenie silnika.
Styczniki z drgającymi stykami często uruchamiają i zatrzymują silnik. Częste uruchamianie silnika, duży prąd rozruchowy i wydzielanie ciepła przyśpieszają starzenie się warstwy izolacyjnej uzwojenia. Podczas każdego rozruchu moment magnetyczny powoduje nieznaczny ruch i wzajemne tarcie uzwojeń silnika. W przypadku współdziałania innych czynników (takich jak opiłki metalu, olej smarowy o słabej izolacji itp.) łatwo o zwarcie między uzwojeniami. System ochrony termicznej nie jest przeznaczony do zapobiegania takim uszkodzeniom. Ponadto drgające cewki styczników są podatne na awarie. Jeśli cewka stykowa jest uszkodzona, łatwo o stan jednofazowy.
W przypadku zbyt małego doboru typu stycznika styk nie jest w stanie wytrzymać łuków elektrycznych i wysokich temperatur spowodowanych częstymi cyklami załączeń i wyłączeń lub niestabilnym napięciem obwodu sterującego, co może spowodować zgrzewanie lub odklejanie się od ramki styku. Spawany styk wygeneruje stały stan jednofazowy, umożliwiając ciągłe włączanie i wyłączanie zabezpieczenia przed przeciążeniem.
Należy szczególnie podkreślić, że po zespawaniu styków stycznika wszystkie elementy sterowania, które polegają na odłączeniu obwodu zasilania sprężarki przez stycznik (takie jak sterowanie wysokim i niskim ciśnieniem, sterowanie ciśnieniem oleju, sterowanie odszranianiem itp.) ulegną awarii, a sprężarka będzie w stanie niezabezpieczonym. Dlatego, gdy silnik jest przepalony, sprawdzenie stycznika jest niezbędnym procesem. Styczniki są ważną i często zapominaną przyczyną uszkodzeń silnika.
4. Zanik fazy zasilania i nieprawidłowość napięcia
Nieprawidłowe napięcie i utrata fazy mogą łatwo zniszczyć każdy silnik. Zakres wahań napięcia zasilania nie może przekraczać ± 10 procent napięcia znamionowego. Asymetria napięć między trzema fazami nie może przekraczać 5%. Silnik dużej mocy musi być zasilany niezależnie, aby zapobiec spadkowi napięcia spowodowanemu uruchomieniem i pracą innych urządzeń dużej mocy na tej samej linii. Przewód zasilający silnika musi być zdolny do przenoszenia prądu znamionowego silnika.
Jeśli sprężarka pracuje, gdy wystąpi zanik fazy, będzie nadal działać, ale będzie miała duży prąd obciążenia. Uzwojenia silnika mogą szybko się przegrzać, a zwykle sprężarka jest chroniona termicznie. Gdy uzwojenie silnika ostygnie do ustawionej temperatury, stycznik zamknie się, ale sprężarka nie może się uruchomić, co powoduje zablokowanie wirnika i wejście w martwy cykl „zabezpieczenie termiczne zablokowanego wirnika zablokowany wirnik”.
Różnice w uzwojeniach nowoczesnych maszyn elektrycznych są bardzo małe, a różnice w prądach fazowych przy zasilaniu trójfazowym zrównoważonym można zignorować. Idealnie, napięcia fazowe są zawsze równe, o ile zabezpieczenie jest podłączone do jednej z faz, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym przez przetężenie. W rzeczywistości trudno jest zapewnić równowagę napięć fazowych.