ژنراتورها از اجزای مهم و حیاتی در سیستم‌های تولید برق هستند که عملکرد صحیح آنها مستلزم هماهنگی دقیق بین قطعات مکانیکی و الکتریکی است. شافت به عنوان محور چرخان روتور، نقش کلیدی در عملکرد مکانیکی ژنراتور دارد. هرگونه مشکل مانند خمش یا شل بودن آن میتواند تأثیرات منفی گسترده ای بر عملکرد روتور، سیم‌پیچی‌ها و در نهایت عملکرد کل دستگاه داشته باشد.
در ادامه این مطلب به بررسی خرابی ناشی از خمش یا شل بودن شافت ژنراتور، اثرات مکانیکی این خرابی بر روتور و سیم‌پیچی، نشانه‌های ظاهری و عملکردی ناشی از آن، تأثیر بر نامیزانی میدان مغناطیسی، روشهای تعمیر و پیشگیری و نکات مهم در طراحی و نگهداری خواهیم پرداخت.
آنچه خواهید خواند
علل خمش یا شل بودن شافت
خرابی‌های شافت معمولاً به دلایل متعددی ایجاد می‌شوند که موجب خمش یا شل شدن محور می‌گردد:
- نیروهای مکانیکی ناهمخوان یا اضافه بار: بارهای خارجی زیاد یا ضربات ناگهانی می‌توانند باعث انحراف شافت شوند.
- نصب نامناسب یا عدم تراز دقیق: مونتاژ ناصحیح یا عدم تراز دقیق شافت با سایر قطعات منجر به فشارهای جانبی و خمش می‌شود.
- فرسودگی بلبرینگ‌ها و اتصالات: بلبرینگ‌های خراب یا فرسوده فشار بیش از حد و نامتقارنی بر شافت وارد می‌کنند.
- لرزش و نوسانات طولانی مدت: لرزش‌های مکرر و نوسانات مکانیکی میتواند موجب خستگی شافت و در نهایت خمش شود.
- اثر حرارت و شرایط محیطی: افزایش دما و شرایط نامساعد محیطی میتواند باعث تغییر مشخصات مکانیکی شافت و شل شدن اتصالات شود.
- خطاهای طراحی یا مواد نامناسب: انتخاب ناصحیح مواد و طراحی ضعیف شافت و نگهداری میتواند باعث بروز خمش یا شل بودن شود.
اثرات مکانیکی روی روتور و سیم‌پیچی
خرابی ناشی از خمش یا شل بودن شافت ژنراتور تأثیرات فیزیکی و مکانیکی متعددی بر روتور و سیم‌پیچی دارد:
- جابجایی و نوسان روتور: حرکت غیر مرکزی شافت باعث پرت ناقص روتور و ایجاد ارتعاشات زیاد می‌شود که به سیم‌پیچی‌ها فشار مکانیکی وارد می‌کند.
- تماس‌های ناخواسته: لرزش و جابجایی میتواند موجب برخورد سیم‌پیچی‌ها با قطعات ثابت یا قطعات دیگر روتور شود و آسیبهای مکانیکی به عایق‌ها و سیم‌ها وارد کند.
- خستگی مکانیکی سیم‌ها و عایق‌ها: فشارهای مکانیکی مکرر باعث ترک خوردگی، شکستگی و تخریب عایق‌ها شده و به مرور زمان باعث خرابی دائمی سیم‌پیچی می‌گردد.
- کاهش عمر بلبرینگ‌ها: لرزش و خمش شافت بار غیرطبیعی روی بلبرینگ‌ها گذاشته و ممکن است باعث فرسودگی زودهنگام آنها شود. این مسئله خود عامل تشدید کننده مشکلات مکانیکی است.
- تغییر موقعیت قطب‌های مغناطیسی: حرکتهای ناصحیح شافت باعث جابه‌جایی مکانیکی قطب‌ها و در نتیجه ناهماهنگی در میدان مغناطیسی می‌شود.
نشانه‌های ظاهری و عملکردی خرابی شافت
شناسایی به موقع خرابی ناشی از خمش یا شل بودن شافت ژنراتور و عوارض آن با تشخیص علائم ظاهری و عملکردی ممکن است. برخی از این علائم عبارتند از:
- ارتعاشات غیرمتعارف و افزایش صدا: نویز و لرزش بیش از حد موتور یا ژنراتور در هنگام کارکرد.
- داغ شدن موضعی سیم‌پیچی‌ها یا بلبرینگ‌ها: افزایش دمای نقاط خاص در دستگاه که با سنسورهای حرارتی قابل اندازه‌گیری است.
- کاهش راندمان و افزایش مصرف انرژی: افت توان خروجی و افزایش تلفات داخلی ناشی از حرکت غیر مرکزی روتور.
- نوسانات ولتاژ و فرکانس: اثر مخرب بر کیفیت برق خروجی به دلیل نامیزانی میدان مغناطیسی.
- خرابی‌های مکرر عایق: افزایش میزان اتصال‌های کوتاه یا اتصال به زمین در سیم‌پیچی‌ها
- کجی یا تغییر شکل آشکار در محور: مشاهده مستقیم یا با استفاده از تجهیزات تراز و اندازه‌گیری مکانیکی.
- فیلمبرداری یا اسکن تصویری: ثبت ناهنجاری‌های مکانیکی شافت توسط دوربین یا دستگاه‌های تصویربرداری صنعتی.
تاثیر خمش شافت بر نامیزانی میدان مغناطیسی
خمش شافت باعث ناهماهنگی در موقعیت روتور نسبت به استاتور و در نهایت ایجاد میدان مغناطیسی نامتقارن می‌شود که اثرات زیر را به همراه دارد:
- ایجاد جریان‌های دوار غیر معمول در سیم‌پیچی: افزایش تلفات اهمی و حرارتی ناشی از جریان‌های القایی ناخواسته.
- افزایش نوسانات ولتاژ و فرکانس: کاهش کیفیت و پایداری ولتاژ خروجی ژنراتور.
- ایجاد تنش‌های الکتریکی غیر متقارن: در سیم‌پیچی‌ها و در برخی موارد اثرات مخرب جرقه‌های الکتریکی در عایق‌ها.
- کاهش عمر مفید تجهیزات: از دست دادن تعادل مغناطیسی باعث فشار مکانیکی و حرارتی بر دستگاه می‌شود.
- افزایش احتمال آسیب سیم‌پیچی: که منجر به خرابی‌های موضعی و کلی در سیم‌پیچی‌ها می‌گردد.
راهکارهای تعمیر و جلوگیری از آسیب سیم‌پیچی
تعمیر و پیشگیری خرابی ناشی از خمش یا شل بودن شافت ژنراتور شامل موارد زیر است:
- اصلاح یا تعویض شافت: در صورت وجود کجی یا آسیب جدی، تعویض یا تعمیر شافت با استفاده از تجهیزات تراشکاری و تراز دقیق.
- تنظیم و بالانس دقیق روتور: اجرای عملیات بالانس مکانیکی برای کاهش لرزش و فشارهای بی‌مورد بر سیم‌پیچی‌ها.
- بازبینی و نگهداری منظم بلبرینگ‌ها: تعویض بلبرینگ‌های فرسوده و روغن‌دهی مناسب برای جلوگیری از ایجاد فشارهای جانبی بر شافت.
- بازسازی یا سیم‌پیچی مجدد: اصلاح سیم‌پیچی‌های آسیب‌دیده با استفاده از مواد و روشهای استاندارد صنعتی.
- بهبود سیستم‌های تراز و مهار: نصب تجهیزات تراز و مهار برای حفظ موقعیت دقیق شافت در زمان کار.
- نظارت مستمر با سنسورهای لرزش و دما: نصب سیستم‌های پایش پیوسته برای شناسایی زودهنگام آسیبهای مکانیکی.
- آموزش اپراتورها و اجرای دستورالعمل‌های دقیق نصب و بهره‌برداری: جهت کاهش خطاهای انسانی و شرایط زمینه‌ساز آسیب.
نکات پیشگیرانه در طراحی و نگهداری
پیشگیری بهترین راه محافظت از ژنراتورها در برابر آسیب و خرابی ناشی از خمش یا شل بودن شافت ژنراتور است. برای این کار:
- استفاده از مواد مرغوب و استاندارد در ساخت شافت و بلبرینگ‌ها.
- اجرای دقیق فرآیند هم‌ترازی در نصب و راه‌اندازی ژنراتور.
- اجرای برنامه‌های نگهداری دوره‌ای و برنامه‌ریزی شده.
- نظارت بر شرایط محیطی و محافظت دستگاه‌ها در برابر رطوبت و گرد و غبار.
- طراحی سیستم خنک کننده مناسب برای کاهش اثرات حرارتی همراه با لرزشها.
- ارزیابی بار دستگاه و تنظیم مناسب آن برای جلوگیری از فشارهای اضافی مکانیکی.
- استفاده از فناوری‌های پایش وضعیت (Condition Monitoring) و تشخیص زودهنگام خطا.
نتیجه‌گیری
خرابی ناشی از خمش یا شل بودن شافت ژنراتور، یکی از مشکلات جدی و پرهزینه در صنعت برق است. این نوع خرابی میتواند آسیبهای جدی و گسترده‌ای به روتور و سیم‌پیچی دستگاه وارد کند. تأثیر مکانیکی این خرابی‌ها بر نامیزانی میدان مغناطیسی، افزایش تلفات حرارتی، لرزشها و کاهش عمر مفید اجزای دستگاه غیر قابل چشم پوشی است. با تشخیص به موقع علائم ظاهری و عملکردی، استفاده از روشهای دقیق تعمیر و اجرای برنامه‌های پیشگیرانه در طراحی و نگهداری، می‌توان از بروز آسیبهای شدید جلوگیری کرد. همچنین، پایش مداوم و استفاده از تجهیزات مدرن تراز و لرزش‌سنج، کلید حفظ عملکرد بهینه و افزایش عمر ژنراتورها محسوب می‌شود. در نهایت، توجه به هم‌آمیزی کامل بین بخش‌های مکانیکی و الکتریکی و آموزش تخصصی اپراتورها، باعث افزایش پایداری و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری خواهد شد.