کنترل ولتاژ محورها؛ قسمت اول

جیمز اس. بوثول

15 می 2007

مترجم: رضاکیانی موحد

 الکتریسته ی ساکنی که توسط روتور یک توربین تولید می شود می تواند همان اثری را داشته باشد که هنگامی که شما در فصل زمستان و رطوبت کم پای خود را بر روی یک فرش می کشانید ایجاد می شود. با لمس کردن یک کلید برق معمولا یک قوس الکترکی بوجود می آید. الکتریسته ساکن بر روی محور توربینها در درجه اول توسط رطوبتی که از آخرین طبقه پره های آن سرازیر می شود ایجاد می شود. با طبیعتی تنبل، الکتریسیته ساکن ساده ترین راه را برای رسیدن به بدنه توربین انتخاب می کند: ایجاد قوس الکتریکی بر روی نزدیکترین قطعه به محور که معمولا تراست بیرینگ ها هستند(تصویر1).

تصویر1- عبور از یک مسیر مستقیم. به این علت است که تراست بیرینگ توربینهای با دور بالا بدون وسیله زمین کردن پس از 6 ماه کارکردن اینچنین می شوند.

در حالت ایده آل نزدیک ترین قطعه به محور باید وسیله زمین کردن داشته باشد که بتواند الکتریسته ساکن را از روتور به زمین منتقل کند. در بیشتر موارد -اما نه همیشه- این ولتاژ به یک یا دو ولت محدود می شود که نمی تواند قوس الکتریک ایجاد کند.

الکتریسیته ساکن تولید شد در محور توربین می تواند بین 1 تا 150 ولت متغیر باشد. مشاهده شده است که ولتاژ محور یک توربین با دور 20000 تا 30000 دور/دقیقه تا حدود 600 ولت هم رسیده است. الکتریسیته ساکن منتقل شده از محور به بیرینگها، بر روی سنسورهای مجاورتی تجهیزات سنجش لرزش نویز ایجادمی کنند. بازدیدها نشان می دهند که توربین و کمپرسور دارای کلرنسهای زیادی هستند که توسط روغن پر می شوند که خود دارای خواص عایقی است.

بعضی توربینها به وسیله زمین کردن محور مجهز نشده اند. برای جبران این نقیصه، مهندسین یک تسمه زمین بر روی آن نصب می کنند که ولتاژهای سوزنی ،که توسط تجهیزات لرزش سنج آشکار می شوند، را حذف کند و دامنه ولتاژ الکتریسیته ساکن را تا 0.01 ولت کاهش دهد. بررسی سوابق نشان می دهد که چگونه قبل از این وسایل زمین کردن محور توربین آسیب می بیند.

جریانهای گردابی

دو آسیب اصلی که به بیرینگهای نوع بابیت وارد می شوند عبارتند از "سرمازدگی" و "کرم توربین". کرم توربین یا "شیارهای کرم خوردگی" بر روی دندانه های جوشکاری شده کوپلینگهای چرخدنده ای و گیربوکس ها دیده می شوند. آنها اغلب به دلیل جریانهای گردابی ناشی از میدانهای مغناطیسی در تجهیزات دوار ایجاد می گردند (تصاویر 2 و 3). این جریان، بیشتر از ولتاژ به بیرینگها آسیب می رساند. اما چون اندازه گیری این گونه جریانها بر روی محور غیرعملی است به جایش دامنه ولتاژ را اندازه گیری می کنیم.

تصویر2- یک محور "سرمازده" شده.

تصویر 3- خوردگی های روی بابیت در اثر جریانهای گردابی

در زیر یک میکروسکوپ با بزرگنمایی X30، یک کرم توربین مانند یک رشته جوشکاری شده به نظر می رسد. آسیبهای وارد شده به بال بیرینگ ها و رول بیرینگها مانند موجهای راه راه (شبیه یک جاده شن بد شن پاشی شده) یا بدنه ورقه ورقه شده به نظر می رسد. چرخدنده ها و کوپلینگهای کرم زده می توانند با نشانه های قوس الکتریک یا جوشکاری بر روی دندانه هایشان یا سوراخهای ریز یا سرمازدگی شناخته شوند.

تصویر 5- اینجا یک کرم توربین ،که توسط اثرات الکترومغناطیسی ایجاد شده است، دیده می شود.

تصویر 6- کرمهایی که بر روی تراست بیرینگ یک کمپرسور پر سرعت ایجاد شده اند. توجه کنید که شیارها در یک جهت نیستند. آلودگی ها شیارهایی موازی هم ایجاد می کنند.

تولید یک ولتاژ متناوب به سه عنصر نیاز دارد: یک میدان مغناطیسی، یک سیم پیچ و حرکت نسبی این دو. جریان متناوب هنگامی ایجاد می شود که ولتاژ متناوب یک مسیر بسته را دور بزند. در مورد کمپرسور یا توربین، چرخش محور حرکت نسبی را ایجاد می کند و پره های توربین یک مسیر بسته را در خود هر پره می سازند.

عنصر سوم ،میدان مغناطیسی، اغلب توسط تعمیرکارانی که آزمایشهای مغناطیسی را بر روی پره های توربین انجام می دهند ایجاد می شود. این تعمیرکاران چند دور سیم را دور یک دسته از پره های می بندند و سپس سیم را به یک منبع جریان مستقیم با دامنه بالا وصل می کنند. زمانی که جریان مستقیم یک میدان مغناطیسی در سیم ایجاد می کند تعمیرکار اسپری زیگلو (یا مواد مشابه) را بر روی قطعه می پاشد و زیر "نور سیاه" آن را آزمایش می کند تا نشانه ای از خوردگی یا شکستگی را بر روی سطح قطعه ببینند. هر خوردگی در جایی که قطبهای شمال و جنوب مغناطیسی در طرفین آن ایجاد می شوند درخشان می شود.

پس از قطع شدن منبع تغذیه مستقیم، قطعات توربین یا کمپرسور خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کنند که این خاصیت به میزان جریان مستقیم، تعداد دور سیم پیچ و جنـس قطعه بستگی دارد. پسماند مغناطیسی که در قطعات باقی می ماند به دلیل تغییر جهت دو قطبی های مغناطیسی درون ماده است. برای از بین رفتن این خاصیت مغناطیسی لازم است که دوقطبیها دوباره به صورت تصادفی ،همان گونه که قبل از شروع آزمایش بودند، آرایش بیابند.

بعضی از تعمیرکاران باور دارند که می توانند این ذرات مغناطیسی را با جریان مستقیمی درجهت معکوس و در همان زمان آزمایش قبلی به وضعیت قبل از آزمایش بگردانند. ممکن است که این روش مفید باشد اما شرط می بندم که آنها راه بهتری برای این کار در دسترس دارند.

جریانهای گردابی در روتور و اجزای ثابت یک توربین در هنگام چرخیدن آن بوجود می آیند. این جریانها می توانند در اثر اجزای مغناطیس شده یک توربین، کمپرسور یا پمپ ایجاد شوند. عموما، این گونه جریانها ولتاژ پایین و دامنه ی بالایی دارند. اگر فاصله هوایی بین اجزای گردان و ثابت یا غیرهادی بیرینگها زیاد باشد قوس الکتریکی ایجاد نمی شود اما در عوض ولتاژهای متناوبی بر روی اجزا ایجاد می شوند که منتظر شانسی برای بسته شدن مسیرشان می مانند.

توربین، کمپرسور یا پمپ همچنین می توانند به صورتهای زیر مغناطیسی شوند:

·        قرار دادن پایه مغناطیسی دستگاه ها بر روی قطعات.

·        نگه داشتن یک قطعه در مکانی که حوزه مغناطیسی (مانند دریلهای برقی و ...) وجود دارد.

·        نزدیک بودن قطعه به سیم یک دستگاه جوشکاری با جریان مستقیم درحالیکه دستگاه دارد جوشکاری می کند.

تمام اجزای توربینها، کمپرسورها یا پمپها باید پس از آزمایشهای مغناطیسی یا شرایطی که آنها مغناطیس می شوند پسماند مغناطیسی خود را از دست بدهند. این میزان باید به کمتر از 2 گوس کاهش یابد.

پیشنهاد می شود که پس از انجام این فعالیتها بر روی قطعات یا دستگاه های خریداری شد تمام اجزای دستگاه غیرمغناطیسی شوند:

·        تستهای مغناطیسی.

·        آزمایشهای غیرمخرب.

·        بازبینی یا تعمیراتی که شامل جوشکاری یا استفاده از دستگاه هایی با خاصیت مغناطیسی بالا باشد.

به نظر می رسد که هر زمان که یک پمپ برای تعمیرات اساسی می رود مشکلات زیادی پیش رو داریم اما تجربیات چیز دیگری می گویند. به عنوان مثال:

یک پمپ با قدرت 5 اسب آسیب دیده و نیاز به تعمیر ایمپلر و بدنه دارد. پمپ به تعمیرگاه فرستاده می شود و پس از تعمیر سرجای خود نصب می شود. این پمپ قبل از اینکه به دلیل خرابی بیرینگ از کار بیافتد 9 ماه کار کرد. برای بار دوم پمپ به تعمیرگاه فرستاده شد و بیرینگهای آن تعویض گردید و مجددا سرجای خود نصب شد. در حدود 6 ماه بعد بیرینگها دوباره آسیب دیدند. این بار، بیرینگها را زیر یک میکروسکوپ X30 قرار دادند که شیارهای کرم زدگی ناشی از میدان مغناطیسی را آشکار کردند. پمپ را به تعمیرگاه فرستادند تا پس از تعمیر، پسماند مغناطیسی قطعات آن گرفته شود و دوباره سرجایش نصب شود. این پمپ 5 سال بدون اشکال کار کرد.

منبع

http://www.powermag.com/issues/features/Controlling-shaft-voltages_352.html