Ipari és vasúti szénkefék Zavarok a futási magatartásban Ha a szénkefék futási magatartásában tapasztalt zavarokról vagy üzemi nehézségekről beszélünk, akkor figyelembe kell vennünk azt, hogy nem minden olyan állapotot kell zavarnak tekinteni, amely eltér az ideális állapottól. Meg kell különböztetni az olyan jelenségeket, amelyek veszélyt jelentenek a gépre és az üzemre (pl. erős kefeszikrázás), vagy túl nagy karbantartási ráfordítást igényelnek (pl. a kefe nagyfokú, egyenetlen kopása) azoktól a problémáktól, amelyek többé kevésbé szépséghibának tekinthetők (pl. egyenetlen patina). Az ilyen hibáknak nem szabad túl nagy jelentőséget tulajdonítani, ha a gép egyébként kifogástalanul működik. Ha a szénkefék olyan futási magatartást tanúsítanak, amely nem tekinthető kielégítőnek, akkor gondolnunk kell arra, hogy nem mindig maga a kefe a probléma okozója. Gyakran nem könnyű megtalálni a hiba tulajdonképpeni okát, mert az adott magatartás okozójaként gyakran több zavaró tényező is számításba jöhet. Az alábbiakban röviden tárgyaljuk a leggyakoribb zavarokat és a megnevezzük a lehetséges hibaforrásokat: A hiba kiküszöbölésének módja értelemszerűen a hiba okából vezethető le, pl. úgy, hogy a kefe nyomását kel korrigálni, vagy a nem szabályos kör keresztmetszetű kommutátort újra kell esztergálni. A hiba kiküszöbölésének módját ezért külön nem említjük. Az utasításokat a tipikus kefe- és kollektorképek ábrázolása egészíti ki (az 5. és 6. oldalon). Ezzel azt szeretnénk elérni, hogy termékeink felhasználói és mi, a gyártó cég, a szénkefékkel kapcsolatos kérdésekben ugyanazt a nyelvet beszéljük. Ez csökkenti a félreértések veszélyét és megkönnyíti az esetek megítélését. Természetesen külső irodáink és törzsházunk szakmérnökei rendelkezésre állnak a problémák megoldásában. A kefeszikrázás A szikrázás csak akkor veszélyes, ha a szénkefék és/vagy a kollektor sérülését okozza. A gyenge gyöngyöző tűz a kommutátoros gépek esetén gyakorlatilag minden esetben ártalmatlan, és még tartós működés esetén is megengedhető. Ha azonban vörös szikrák jelentkeznek, akkor ez már a szenet is megtámadja. A lamella élein a patina elszíneződése léphet fel. Kilövelő szikrázás esetén gyors beavatkozás szükséges, míg a zölden világító, pattogó fényív a leggyorsabb intézkedést követeli meg. Az összehasonlítás alapjának meghatározása érdekében 5.5-ig terjedő értékelést végeztünk, és az egyes számokhoz egy egy szikrázási fokot rendeltünk hozzá (lásd a 12. oldalt). A túl erős kefetűz okai lehetnek: a kommutátor vagy a csúszógyűrű nem kör keresztmetszetű, erős vibráció, túl kicsi a kefe nyomása, túl nagy a kefe holtjátéka a tartóelemében, a lamella szigetelésének kimélyítése nem elégséges, vagy az előre kilóg, a csapszegek kiosztása nincs rendben, túl nagy vagy túl kicsi a kefefedés, a forgórész tekercselése hibás, hibás a kefehíd helyzete, segédpólus hibásan van beállítva, a gép túl van terhelve, a kommutátor vagy a csúszógyűrű szennyezett, hiányos érintkezés a lamellák és a tekercs között, egyenetlen árameloszlás, egyes szénkefék túl vannak terhelve, a szénkefék nincsenek megfelelően becsiszolva, nem megfelelő a kefe fajtája. Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
A futási magatartás hibái A szénkefék túl nagy vagy egyenetlen kopása Az előzőekben már említettük, hogy a pontos üzemi körülmények ismerete nélkül nagyon nehéz megmondani, hogy milyen mértékű kopás (hosszfelvétel időegységenként, azaz helyesen a kopás sebessége) tekintendő normális és milyen mértékű túl nagy kopásnak. A szénkefe felhasználója csekély kopást szeretne, mert így nagyobbak a karbantartási intervallumok, kisebb a gép szennyeződése és természetesen alacsonyabbak a fenntartási költségek. A kopás mértéke az igénybevételtől, az üzemi feltételektől és a szénkefe alkalmazott alapanyagától függően, stacionárius gépeknél normál esetben a 2 7 mm/1.000 h tartományba esik. Egy szénkefe pl. 20 mm-es elhasználható hossza esetén ez a tartomány 2900 és 10000 óra közötti kefe élettartamot tesz lehetővé. A vonatatási területen a kopást szokásosan az 1000 megtett kilométerre eső mm-nyi elhasználódásban adjuk meg. A normálnak tekintendő kopási értékek az igénybevételtől függően 1000 km-enként a 0,2 0,35 mm nagyságrendbe esnek. A kefe egyenetlen kopását csak akkor lehet kifogásolni, ha a hosszabb futási idő elteltével jelennek meg a nagyobb hosszkülönbségek. A kis eltérések, pl. a kopási hossz < 10 %-a, normálisnak tekintendők. Foltok és beégések a csúszógyűrűn és a kommutátoron A foltok és a beégések nyomainak oka túlnyomórészt a kefe mozgásának mechanikai zavarában rejlik, amikor az érintkezés megszakadása következtében olyan szikrák keletkeznek, amelyek a kommutátor vagy a csúszógyűrű felületének károsodását okozzák. Először enyhe foltok jelentkeznek, amelyek hosszabb üzemidő elteltével erősebbé válnak. A kommutátor ill. a csúszógyűrű revésedett anyaga a kefe kopásával összekapcsolódva aztán egy idő után úgynevezett beégés képez. A túl kicsi kopás azonban bizonyos körülmények között, hosszabb üzemidő elteltével nehézségeket is okozhat, mert a kis mértékű ledörzsölődés következtében a szénkefén sima és tömör futófelület keletkezik, amely a kerület nagy sebessége esetén aerodinamikai hatásokat válthat ki, és így érintkezési zavarokat okozhat. Alacsony kerületi sebesség és sima futási felület esetén kedvezőtlen esetben a csúszás a tapadó súrlódás közelében történhet meg, ami a szénkefe rezgését okozhatja. A biztonságos áramátmenethez szükséges egy minimális számú érintkezési pont, amelyek aztán a csúszási folyamat következtében kényszerűen kopni kezdenek. A kopás mértéke függ az üzemi feltételektől, a környezeti körülményektől és a kefe alkalmazott alapanyagától. A sokféle hatás következtében ezért nehéz, vagy csaknem lehetetlen kötelező érvényű adatokat megállapítani az egyedi esetben várható kopásra vonatkozóan. Az alábbi hibák okozhatnak túl nagy ill az egyenetlen kopást: a kommutátor vagy a csúszógyűrű nem kör keresztmetszetű foltképződés a kommutátoron vagy a csúszógyűrűn, olaj vagy szennyeződés befolyása, portartalmú levegő, kiálló csillám, vibráció, agresszív gőzök és gázok a levegőben, a levegő túl alacsony páratartalma, rossz kommutálás, a gép túlterhelése, egyenetlen vagy túl alacsony kefenyomás, egyenetlen áramelosztás, különböző kefefajták, alkalmatlan kefefajták. A foltosodás egy különleges fajtája az álló kommutátorokon vagy gyűrűkön jelentkezik, ha a levegő magas páratartalma következtében a szénkefe/rotor pár galvanikus anyagot alkot. Az ilyen foltok elkerülésére ha a megfelelő feltételek adottak szigetelőlapot kell a szénkefék alá helyezni. A foltok vagy tűznyomok kialakulásához vezető hibák a következők lehetnek: a kommutátor vagy a csúszógyűrű nem kör keresztmetszetű, a lamella szigetelése kilóg, a lamella kilóg vagy laza, kiegyensúlyozatlan a forgórész, túl alacsony a kefe nyomása, vibráció vagy rezgés a tartón és a szénkefén, tekercselési hiba.. 2
A futási magatartás hibái Barázdaképződés Egy egész sor olyan üzemi feltétel és külső hatás van, amely azt okozza, hogy a kommutátor vagy a csúszógyűrű anyaga keskeny nyomokban, úgynevezett barázdákban megsérül. Ezek a barázdák aztán kedvezőtlen esetben olyan, viszonylag mély és széles mélyedésekké alakulhatnak, amelyek az egész, a szénkefe által érintett felületre kiterjednek. Ezek a barázdák eleinte nem jelentenek közvetlen veszélyt a gép üzembiztonságára nézve. Azonban a drága kommutátorréz elkopik, így a szénkefe minőségének összehangolásával vagy az üzemi és környezeti feltételek megváltoztatásával meg kell akadályozni a barázdaképződést. A barázda mélységének meghatározásakor figyelembe kell venni, hogy a rezessima nyomok és a patinás részek közötti nagy színbeli ill. világosságbeli különbség miatt a patinás részek gyakran barázdának látszanak, miközben csak jelentéktelen mélységű, de szembe tűnő csíkokról van szó. A barázdaképződés leggyakoribb okai: Idegen test A hűtőlevegővel bekerülő legfinomabb, kemény porszemcsék bekerülhetnek a szénkefe futófelülete és a kollektor közé, és esetleg még a szénkefe felületére is rátapadhatnak. A porszemcsék megkarcolják a patinát, és a későbbiekben a kollektor felületén barázdaképződéshez vezetnek. A természetes grafit és az elemi grafit ásványi alkotórészei szintén a rotor kis mértékű károsodásához, ill. enyhe barázdaképződéshez vezetnek. Miután manapság már a nagy gépeken túlnyomórészt műszén szénkeféket alkalmaznak, ez a pont már csak néhány esetre korlátozódik. Alacsony terhelés és rézfészek a kefe futófelületén Ha a gép terhelése túl alacsony, akkor a rotor hőmérséklete általában nagyon alacsony. Ugyanez vonatkozik a normál terhelés mellett végzett túl intenzív szellőztetésre is. Ezekben az esetekben a patina rossz vezetővé válik, és így az áramátadás inkább pontszerűen, fritthidakon történik. A hőmérséklet ezeken a pontszerű helyeken olyan magas, hogy a rotor anyaga elpárolog, és a nagyon finom fémrészecskék becsapódnak a szénkefe futófelületébe, amely extrém esetben az úgynevezett rézfészek formájában ismerhető fel. A barázdaképződés kiváltói a katódos kefék, mert az elektromos mező iránya fontos szerepet játszik a réz vándorlásában. Váltóáramú terhelés esetén a barázdaképződésnek ez a formája gyakorlatilag nem figyelhető meg. A kefe futófelületére kerülő rézrészecskék megkarcolják a patinát, és barázdaképződéshez vezetnek. Elősegíti a barázdaképződést, ha olyan szénkefe kerül alkalmazásra, amely szénnel csak gyengén dúsított patinát tartalmaz. Különösen könnyen lép fel barázdaképződés akkor, ha a szénkefék egyenáramú terhelés esetén a polaritások szerint elválasztott pályákon járnak. A barázdák csak a katódos kefék alatt alakulnak ki. A levegő magas páratartalma A levegő magas páratartalma elősegíti a rotort alkotó fém oxidációját, így vastag idegen réteg keletkezik. Ez aztán a hideg kommutátorokhoz hasonlóan helyenként frittelődik, és barázdaképződést vált ki. A nagy páratartalom mellett valószínűleg az elektrolízis is fontos szerepet játszik. Horonyképződés olajból és zsírból álló idegen réteg miatt A kollektorra kerülő olajok, zsírok és egyéb, nem vezető anyagok szigetelő filmet alkotnak, így csökken az elektromos érintkezési helyek száma. A fennmaradó érintkezési helyeken a helyileg nagyon magas hőmérséklet miatt a rotort alkotó fém megolvad, így a fritthez hasonló hatás tapasztalható. Ezen kívül a kollektoron található olaj és zsír a hőigénybevétel miatt krakkolódik, és nagyon kemény olajkoksz keletkezik, amely tovább erősíti a barázdaképződést. A környező levegőben lévő gázszennyeződés miatti barázdaképződés A vegyileg agresszív gázok nagyon gyorsan hoznak létre rossz vezetőképességű idegen rétegeket a kollektor felületén. Az intenzív frittképződés tönkre teszi a rétegeket ill. a vékony filmeket, ami megindítja a barázdaképződést. Ilyen esetekben célszerű olyan kefealapanyagot választani, amely tömör, grafitos patinát alkot. A kefe rezgése és a kefe rázkódása A kefe rezgése az intenzitásától függően viszonylag gyorsan az áramvezető sodrat tönkremeneteléhez, valamint a kefe talpán saruképződéshez, a rázkódás törésekhez és lemezes leváláshoz vezet, különösen a futófelület környezetében. A kefe rezgése és különösen a rázkódása ezen kívül a szénkefe és a kollektor közötti érintkezés megszakadását okozza. Ha a kommutátor vagy a csúszógyűrű kifogástalanul kör keresztmetszetű és a kefék rázkódnak, (a nem kör keresztmetszet, a kiálló csillám, stb. termé- 3
A futási magatartás hibái szetesen vibrációt okoz) akkor annak általában a túl nagy súrlódási érték az oka. A nagyon sima, polírozott patina, amelynek képződését elősegíti a kis terhelés melletti folyamatos működés vagy az üresjárat, ahhoz vezethet, hogy a szénkefék csúszása a tapadó súrlódás közelében történik. Más rendszerek esetén az úgynevezett fojtó csúszási hatás alakul ki. A szénkefék elegendően nagy súrlódás esetén úgynevezett ingó rezgésre hajlamosak, amelyet rázkódásnak nevezünk. A kefe rázkódását megkönnyíti, ha a kefetartó nyomórészét úgy nyomjuk a kefefejre, hogy a rápréselő nyomás iránya a felfutó él környezetében hasson. Ebben az esetben a különösen az ingadozó súrlódó erő esetén fontos, stabilizáló és a súrlódó erőt kompenzáló visszaállító nyomaték nagyon kicsi a szénkefén (lásd az 1. és 1.a ábrát). fordított állásban. A rápréselési nyomás megnövelése nem küszöböli ki a rázkódást, mert egyidejűleg a súrlódó erő is nagyobb lesz. Az áramátmenet ezzel ellentétben a patina mikroszkopikus finomságú érdesedését okozza, és olyan kopási részecskéket hoz létre, amelyek csökkentik a súrlódást (úgynevezett áramkenés). Ugyanebből az okból csillapodik egy rázkódó elem, ha a kollektort enyhén lecsiszoljuk. Itt is felhívjuk a figyelmet arra, hogy a kommutátorok és a gyűrűk megmunkálása révén nem szabad túl sima felületet létrehozni (lásd a 10.32-t is). A kis mennyiségű, len ruhával a kommutátorra vagy a gyűrűre felhordott paraffin szintén csökkenti a súrlódást. Ennek az intézkedésnek azonban nincs mindig tartós hatása, mert a paraffin, különösen magas hőmérsékleten gyorsan elillan. Ha az üzemi feltételek azonban olyanok, hogy a kefe megfelelően kiválasztott alapanyaga ellenére sem küszöbölhető ki teljesen a kefe rázkódása, akkor hasznos lehet a patina időszakonként való enyhe lecsiszolása. A kefe rezgésének és rázkódásának okai: túl sima kollektorok, a szénkefék túl alacsony terhelése, polírozó hatású idegen por a környező levegőben, túl nagy a tartó távolsága, túl nagy a holtjáték a tartószekrényben, a radiális tartók kis mértékben reakciós állásban vannak, a nyomóujj elhajlott, a kommutátorok nem kör keresztmetszetűek, túl alacsony a levegő páratartalma, a kommutátor szigetelés kiáll, nem megfelelő a kefe anyaga. A túl nagy tartótávolság is kedvezőtlen, mert emiatt a súrlódás által keltett forgatónyomaték a tartószekrény alsó élénél megnövekedik. A szénkefék reakciós helyzetben inkább hajlamosak rázkódásra, mint Ha az üzemi körülmények miatt fennáll annak a veszélye, hogy rázkódás léphet fel, akkor már a kezdet kezdetén, a szénkefével szemben támasztott egyéb feltételek figyelembe vételével úgynevezett üresjáratálló minőséget kell választani. 1 ábrát 1a ábrát a a b b V K Pµ V K Pµ P P P P a > Pµ b stabil P a = Pµ b labil 4
Szénkefe futófelületek összehasonlító ábrázolása Villamos okok a kommutátor 1 ívpontok a felfutó vagy lefutó élen 5 csóvák 9 égése okozta égett sávok a lefutó élen 2 diffúz foltok a futófelület közepén 6 erős égésnyomok a felfutó vagy lefutó élen 10 bemaródások a felfutó vagy lefutó élen izzó pontok okozta 3 égett és repedezett futófelület 7 égésnyomok a felfutó vagy lefutó élen 11 lamella lenyomatok 4 fémtiszta, sima, és matt, fellazult sávok váltakozása 8 kiüregelődések 12 éles szélű égett sávok Mechanikai okok 20 kifogástalan futófelület 23 pályák barázdákkal és bordákkal 26 leválások az induló vagy távozó élen 21 hajszálvékony barázdák 24 tört tükrösödés 27 rézfészkek 22 finom bordák 25 többszörös tükrösödés 28 olajcsepegés okozta matt fényű elkenődött sávok 5
A szénkefék lehetséges károsodásai 30 33 a) idegen por okozta b) a por horonnyal a) mechanikus b) az áramátmenet oldalnézet elágazások csökkentve saruképződés következtében létrejövő egyidejű mállás 31 34 rezgés okozta törés a) a felfutó oldal réteges leválása b) a felfutó oldal kagylós lepattogzódása 32 A szénkefe fejfelülete A nyomórész bemarása A szénkefe kábeleinek sérülései 35 36 37 38 39 40 a) kizárólag mechanikus hatás miatt sima összenyo- vibráció miatti kioldott elnyíródott átizzott gázok okozta b) a plusz áramátmenet és a szikrák miatt módott, felbomlik, korrózió égett 6
Jellegzetes kommutátor felületek ábrázolása Egyenletes, világosbarna patina Egyenletes, középbarna patina Egyenletes, sötétbarna patina P2 P4 A patina mindhárom megjelenési formája normálisnak mondható. Mindegyik esetben jók a futási tulajdonságok. A patina különböző elszíneződését többek között a különféle szénkefe alapanyagok okozhatják. P6 Patina erősen jellegzetes sávokkal és pályákkal Felszakadt patina enyhe barázdaképződéssel Egyenetlenül kialakult, foltos patina P12 Nagy terhelésváltozás esetén gyakran kialakuló patinakép. Ha nincsenek negatív külső hatások, akkor a patina ilyen állapota stabil maradhat. P14 Ha kedvezőtlenek a környezeti levegő körülményei, pl. olajgőzök, porok, agresszív gázok, stb. vannak jelen, akkor a P 12 P 14-gyé alakulhat. Megoldás lehet ilyen esetben az üzemi feltételek javítása, vagy elemi szén patinát alkotó kefeanyag alkalmazása. P16 Egyenetlenül foltos patina. Oka lehet: nem kör keresztmetszetű kommutátor, a rendkívül sima kommutátor okozta súrlódó rezgések, a gép rezgése. 7
Jellegzetes kommutátor felületek ábrázolása Különálló, rendszerezetten vagy rendszertelenül előforduló sötét foltok Foltos lamellák kis mértékű pontképződéssel Elmosódott foltok, ill. égésnyomok a lamella közepén, finom olvadt kráterek a lamella élein P22 Okok: mint a P16 esetén, plusz a kommutátor mechanikai hibája. P24 Gyakran fordul elő túl sima kommutátorok és kis mértékben grafitos, nagy ohmos kefeanyagok esetén. Az úgynevezett pontképződés és az érintkezési hiba miatt keletkező foltosodás P22-vé fejlődhet. P26 Rossz kommutáció vagy hibás kommutátormegmunkálás esetén lép fel. Oka lehet a kis kefenyomás, a vibráció vagy a kefe nem megfelelő anyaga egyaránt. Foltosodás a kettős pólusosztásban Elmosódott, a lamellák élei felé erősödő foltok Szabályosan váltakozó világos és sötét lamellák, úgynevezett zebracsíkok képződése P28 Ha minden lamellán jelentkezik, nehézkes kommutációra lehet következtetni. Egyenetlen eloszlás esetén az ok a kommutátor formájának eltérése miatti érintkezési zavar lehet. P42 Oka a tekercs méretezésében rejlik. Általában kétmenetes hurkos tekercseknél lép fel. A jelenség jól érintkező kefeanyaggal csökkenthető ill. küszöbölhető ki. P46 A kettős pólusosztás foltosodásának oka a forgórész tekercsének úgynevezett kiegyenlítő kötésének hibája, valamint a tekercs és a kommutátor közötti forrasztás károsodása. Az üresjárati terhelés szintén ilyen kommutátorképet hozhat létre. 8
Jellegzetes kommutátor felületek ábrázolása Közepes égésfoltok a lamella élein, rézolvadási kráterek még nem érzékelhetők Az élek erősebb égése egy vagy több lamellán, rézolvadási kráterek láthatók Égésnyomok a lamella közepén B2 Égésnyomok a távozó lamellaéleken a hiányos áramirányváltoztatás következtében. B6 A leggyakoribb ok a forgórész tekercselés egy ponton való károsodása, vagy mechanikai hiba, pl. kiálló vagy visszahúzott lamellák a kommutátoron, ami aztán pl. helyi intenzív kefeszikrázáshoz vezet. B8 A lamella égését hibás kommutálás váltja ki. Revesedett égésnyomok határozott pontoképződéssel B10 Égésnyomok előrehaladott stádiumban a rossz áramirányváltás miatt és kefeszikrázás a szénkefék alatt. Fordított üzemmódban a felfutó és lefutó élek károsodása esetén az okok megegyeznek a B2 és B6 alatt leírtakkal. 9
Jellegzetes kommutátor felületek ábrázolása A lefutó kefeél által erősen lehatárolt, a lefutó lamella éltől a forgásirányban növekvő foltok, az úgynevezett égéssávok a lefutó lamella élen, részben olvadékgyöngyök Gyenge nyomok egy vagy több lamellaélen, gyenge pontképződéssel Erős égésnyomok a lamellán, revesedett felülettel T10 T12 Általában a kommutátornak az ezen a helyen jelentkező olyan mechanikai hibájának jele (de lehet a kefe billenése, a súrlódási érték változása, a lamella repedése is), amely még nem vezet erősebb kefeszikrázáshoz. T14 Vibráció és túl kicsi kefenyomás esetén keletkezik. Oka lehet a kommutátor nem szabályos kör alakú járása is. Mint a T10, de nincsenek olvadékgyöngyök a távozó élen Gyenge égésnyomok a lefutó lamella élén egyébként viszonylag jó kommutátorfelület mellett T16 Oka a hiányos áramirányváltás miatti erős szikraképződés. Ennek a legkülönbözőbb okai lehetnek. T18 A kommutálás határesete. Esetleg jobban kommutáló kefeanyagot kell alkalmazni. 10
Jellegzetes kommutátor felületek ábrázolása Viszonylag erős kollektorkárosodás pályákkal és hátak képződésével A kollektor károsodása barázda- és égésnyomokkal együtt R2 Nagyon hosszú működés túl alacsony terheléssel hideg kommutátor mellett. Gyakran fordul elő nagy fémtartalmú szénkefék esetén. R4 A hiányos érintkezési viszonyok miatti égett sávok (alacsony kefenyomás) és szennyeződések. kiálló/visszahúzott lamellák kiálló lamellaszigetelés sorjás lamella él rézcsúszás Kérdés esetén kérjük, használja a rövid megnevezéseket (P2, P4, stb.). Ez megkönnyíti az egységes értékelést és a tárgyalást. 11
A szikrakép értékelése 1 sötét kommutáció 1.5 gyenge, intermittáló gyöngyözés 2 gyenge, konstans gyöngyözés 2.5 erős gyöngyözés, részben vörös elszíneződéssel 3 intenzív gyöngyözés néhány kilövelléssel 12
A szikrakép értékelése 3.5 intenzív gyöngyözés kilövelléssel 4 erős kilövellő szikrák 4.5 erős kilövellés részben zöld szikrákkal 5 egyedi, vándorló izzó pontok 5.5 erős izzó pontok 13
Ádám Gröschl G. Grafit Kft SWA H-2831 Tarján Rákóczi u. 20/A 10.36u/2007 Telefon +36 (34) 37 32 94 Telefax +36 (34) 37 26 76 adam.groeschl@schunk-group.com www.schunk-group.com