ГОСТ Р МЭК 60034-14-2008
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ
Механическая вибрация некоторых видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерения, оценка и пределы вибрации
Rotating electrical machines. Part 14. Mechanical vibration of certain machines with shaft heights 56 mm and higher. Measurement, evaluation and limits of vibration
Дата введения 2010-01-01
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Государственным образовательным учреждением высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 333 "Вращающиеся электрические машины"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 декабря 2008 г. N 586-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 60034-14:2003 "Машины электрические вращающиеся. Часть 14. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерения, оценка и пределы жесткости вибрации" (IEC 60034-14:2003 "Rotating electrical machines — Part 14: Mechanical vibration of certain machines with shaft heights 56 mm and higher — Measurement, evaluation and limits of vibration severity").
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для проведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (пункт 3.5).
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в приложении А
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы вибрационных испытаний и предельные значения вибрации электрических машин при условии их отсоединения от нагрузки и приводного двигателя.
Настоящий стандарт распространяется на машины постоянного тока и трехфазные машины переменного тока с высотой оси вращения 56 мм и более, номинальной мощностью до 50 МВт с частотой вращения от 120 до 15000 мин включительно.
Стандарт не распространяется на машины, установленные на месте эксплуатации, трехфазные коллекторные машины, однофазные машины, трехфазные машины с однофазным питанием, вертикальные гидрогенераторы, турбогенераторы мощностью свыше 20 МВт, машины на магнитном подвесе и машины с последовательными обмотками возбуждения.
Примечание 1 — Для машин, установленных на месте эксплуатации, допускается использовать соответствующие разделы ИСО 10816-1 и ИСО 7919.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты:
ИСО 2954:1975 Механическая вибрация машин с вращательным и возвратно-поступательным движением. Требования к приборам для измерения интенсивности вибрации.
ИСО 7919-1:1996 Вибрация механическая машин без возвратно-поступательного движения. Измерения и оценка вибрации вращающихся валов. Часть 1. Общее руководство.
ИСО 8821:1989 Вибрация механическая. Балансировка. Метод для вала и компонентов, посаженных на него с помощью шпонки.
ИСО 10816-1:1995 Вибрация механическая. Оценка состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 1. Общие руководящие указания.
ИСО 10817-1:1998 Системы измерения вибрации вращающихся валов. Часть 1. Относительные и абсолютные измерения радиальной вибрации.
МЭК 60034-1:2004 Машины электрические вращающиеся. Часть 1. Номинальные значения параметров и эксплуатационные характеристики.
МЭК 60034-7:2001 Машины электрические вращающиеся. Часть 7. Классификация типов конструкций и монтажных устройств и положения распределительной коробки (код IM)
3 Термины и определения
Используемые в настоящем стандарте термины и определения установлены в нормативных документах, перечисленных в разделе 2.
4 Измеряемые величины
4.1 Определение
Измеряемыми величинами являются вибрационные смещение, скорость и ускорение, а также относительное вибросмещение вала. Измерения следует проводить на подшипниковых узлах машины.
4.2 Величины вибрации
Критериями, принятыми для оценки вибрации на подшипниковых узлах машины, являются следующие величины: среднеквадратичные значения вибрационных смещений, выраженного в микронах, скорости — в миллиметрах в секунду и ускорения — в метрах в секунду в квадрате, измеренные в широком диапазоне частот, указанном в разделе 5. В качестве нормируемого среднеквадратичного значения вибрации машины принимают наибольшее из всех значений, измеренных в месте крепления измерительного вибродатчика (вибропреобразователя), выбранного в соответствии с подразделом 7.4.
При измерении вибрации в асинхронных двигателях (особенно двухполюсных) часто возникает биение с двойной частотой скольжения. В этих случаях вибрацию вычисляют по формуле
где и — соответственно среднеквадратичные максимальное и минимальное измеренные значения виброперемещения, виброскорости и виброускорения.
4.3 Относительное вибрационное смещение вала
5 Измерительное оборудование
6 Установка машины
6.1 Общие сведения
Вибрация электрической машины в значительной степени зависит от способа ее крепления, и поэтому желательно проводить измерение вибрации в условиях, близких к действительным условиям ее установки и эксплуатации. Однако для объективной оценки качества балансировки и вибрации вращающейся электрической машины измерения необходимо проводить на отсоединенной от нагрузки и приводного двигателя машине в точно определенных условиях, чтобы можно было обеспечивать воспроизводимость измерений и сопоставлять полученные результаты.
6.2 Упругое крепление
6.3 Жесткое крепление
6.3.1 Общие сведения
Максимальная виброскорость в горизонтальном и вертикальном направлениях у лап машины (или у основания опор подшипников, или у основания статора) не должна превышать 25% максимальной виброскорости на опорах подшипников в точках измерения, указанных в подразделе 7.2, в тех же направлениях.
Примечание 1 — Данное требование исключает возможность совпадения значений собственных частот колебаний машины вдоль горизонтальной и вертикальной осей со следующими диапазонами рабочих частот испытуемой машины:
a) ±10% частоты вращения машины;
b) ±5% двойной частоты вращения машины или
c) ±5% одно- и двукратной частоты сети.
Примечание 2 — Соотношение 1/4 виброскорости на лапах к виброскорости на подшипниках допустимо для вибрации от однократной частоты кругового вращения и для вибрации от двойной частоты сети (если последняя оценивается).
6.3.2 Машины с горизонтальным расположением вала
Машина для испытания должна быть закреплена:
— непосредственно на жестком основании;
— через опорную плиту на жестком основании или
— на опорной плите, соответствующей требованиям 6.3.1.
6.4 Внешние возмущения
Опоры, описанные в подразделах 6.2 и 6.3, предполагаются пассивными, т.е. не оказывающими заметного влияния на машину и изолирующими ее от внешних механических воздействий. Если в некоторых точках амплитуда вибрации невключенной машины превышает 25% от вращающейся амплитуды, имеет место существенное влияние окружающей среды и настоящий стандарт неприменим (ИСО 10816-1).
7 Условия измерения
7.1 Шпонка
При балансировке и измерении уровня вибрации машин, имеющих шпоночную канавку на конце вала, используют полушпонку в соответствии с ИСО 8821.
7.2 Точки измерения
7.2.1 Точки измерения вибрации
Расположение точек измерения и направление, в котором измеряют уровень вибрации, приведено на рисунке 2 для машин с горизонтальным валом и подшипниковыми щитами и на рисунке 4 — для машин со стояковыми подшипниками. На рисунке 3 представлен случай, когда точки измерения, указанные на рисунке 2, недоступны без разборки машины.
7.2.2 Точки измерения относительной вибрации вала
Бесконтактный датчик должен быть установлен непосредственно на корпусе подшипниковой опоры для измерения относительного смещения шейки вала или, когда крепление на опоре невозможно, рядом с корпусом опоры. Предпочтительны радиальные точки, обозначенные на рисунке 5.
7.3 Условия работы машин во время испытания
Машины следует испытывать в режиме холостого хода со всеми номинальными параметрами питания.
Машины переменного тока должны питаться от источника с номинальными частотой и напряжением синусоидальной формы по МЭК 60034-1.
Испытания следует проводить при всех рабочих частотах вращения или в номинальном диапазоне частот. Для всех частот уровни вибрации не должны превышать значений, приведенных в таблице 1.
Таблица 1 — Максимально допустимые значения вибросмещения, виброскорости и виброускорения для различных высот оси вращения вала
Причины возникновения
Вибрации электрических машин могут возникать на холостом ходу, тогда источник дефекта имеет магнитную природу (неправильный воздушный зазор между статором и ротором, отслоение лака обмоток и так далее) или в момент пуска и под нагрузкой, тогда источник проблемы механический.
К механическим источникам вибрации можно отнести изгиб вала (может быть как следствием, так и причиной), нарушение центровки ротора, перегрев подшипников (например, из-за отсутствия смазки), ослабление резьбовых соединений крепления элементов электродвигателя. Также режим использования электродвигателя (генератор или движитель) может объяснить причину возникновения неисправности, например, поломка лопастей электровентилятора или нарушение соосности муфты при вращении гидроагрегатов.
Вибрационные характеристики
При замере вибрации измеряют её вертикальную и горизонтальную составляющие (или как ещё называют осевая и поперечная). Существует несколько понятий вибрационных характеристик, давайте разберемся какими они бывают и в чем измеряются:
- Виброскорость (измеряется в миллиметрах на секунду, мм/с) – величина, характеризующая перемещение точки измерения вдоль оси электродвигателя.
- Виброускорение (измеряется в метрах на секунду в квадрате, м/с 2 ) – прямая зависимость вибрации от силы её вызвавшей. Виброперемещение (измеряется в микрометрах, мкм) – величина амплитуды, показывающая расстояние между крайними точками при вибрации.
При замерах вибрационных характеристик, как правило, замеряют виброскорость, так как она наиболее точно описывает характер проблемы. При этом измеряют не наибольшее значение виброскорости, а её среднеквадратичное значение (СКЗ). По причине того, что все стрелочные приборы по принципу действия (которые использовались ранее) являются интегрирующими. Допустимые нормы вибрации электродвигателей приведены в Правилах эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ) и в ГОСТ ИСО 10816.
Так как существует множество разнообразных электрических машин ГОСТ Р 56646-2015 поможет разобраться, какой именно стандарт из группы ГОСТ ИСО 10816 применим к конкретному электродвигателю. Например, для компрессоров, двигателей с насосом и других применений электропривода могут быть различные нормы и требования по проведению замеров.
В этих документах приведены основные требования, нормы, рекомендации, классы вибрационного состояния и прочее.
Приборы для измерения вибрации
Приборы для измерения вибрации делятся на несколько типов: виброметр, виброграф и виброанализатор. Виброметр, простейший прибор, определяет только один параметр (СКЗ виброскорости). Виброграф, пишущий прибор, регистрирующий амплитуду колебаний. Эти два прибора помогут выявить только превышения норм.
Выявить причины (на основании замеряемых параметров) нарушений вибрационных характеристик сможет лишь виброанализатор. Существую одноканальные и многоканальные виброанализаторы, эти приборы позволяют загрузить в них программу измеряемых параметров с компьютера, что после замеров позволит произвести анализ, сделать расчёт и выявить источник вибраций. При использовании виброанализатора, на электродвигатель навешиваются датчики вибрации. Таким образом можно точно установить причину неисправности и меры её устранения.
Алгоритм выявления неисправности
Для определения и устранения причин вибрации электродвигателя существует несложный алгоритм. Осмотреть работающий электродвигатель на предмет отсутствия незакрученных болтов, крышек, надежность крепления двигателя к раме. Далее необходимо рассоединить двигатель и приводимый им в движение механизм. Если вибрация пропала, то причина в соединительной муфте (нарушение центровки полумуфт, разный вес пальцев и так далее).
Если после отсоединения приводного механизма вибрация на холостом ходу присутствует. Значит причина в самом электродвигателе, при отключении питания (когда двигатель на выбеге) должна прекратиться вибрация. Если при отключенном питании она прекратилась, то всему виной воздушный зазор между статором и ротором. При затухающей амплитуде вибраций при отключенном питании, причина в механическом дефекте ротора (изгиб, трещина, дефект роторной бочки) или дефекте полумуфты.
Если при снятой полумуфте вибрация отсутствует, значит – в полумуфте, в противном случае необходимо снимать ротор для динамической балансировки на станке или выявления повреждений обмоток. При диагностике электродвигателя на подшипниках качения их неисправность легко выявить – повышенный шум и сильный нагрев.
Дефект подшипников скольжения будет проявляться под нагрузкой, если выявить причины вибрации под нагрузкой не удаётся, то, скорее всего, виноваты подшипники, необходимо их заменить или отдельно продиагностировать (например, датчики вибрации подключить к месту установки подшипников).
При выявлении повышенного нагрева подшипников необходимо также замерять уровень вибрационных характеристик, потому как сам по себе подшипник редко является источником проблемы, скорее, как следствие.
Важно понимать, что на ответственных механизмах (турбоагрегаты ГЭС, электродвигатели в АЭУ, электроприводы гидростанций и так далее) замер уровня вибрации должен производиться регулярно, в соответствии с графиком технического обслуживания. Замеры должны проводить представители завода-изготовителя или специалисты организации, имеющей лицензию на проведение такого типа работ. Замеры вибрационных характеристик с замером температуры подшипников должны быть отражены в формуляре электрической машины.
Теперь вы знаете, почему возникает вибрация электродвигателя, а также как происходит определение и устранение причин. Надеемся, предоставленная инструкция помогла найти и решить проблему!
Повышенные вибрации электродвигателя являются одной из главных причин его преждевременного выхода из строя, в первую очередь – подшипников. Помимо подшипников, повышенная вибрация быстро изнашивает изоляцию обмоток, может привести к излому/изгибу вала , появлению трещин и повреждений в корпусе, опорной раме или фундаменте и др.
Источники вибраций электродвигателя по происхождению классифицируют на:
- Магнитные источники, обусловленные: наличием зубцов на статоре и роторе; неравномерностью питающего напряжения; эксцентриситетом воздушного зазора; несинусоидальностью МДС (магнитной движущей силой) обмотки.
- Механические источники, обусловленные: погрешностями изготовления деталей и сборки (дефекты подшипников, дисбаланс ротора, перекос посадочных мест подшипника, прогиб вала, несоосность валов), а также тепловыми деформациями ротора;
- Аэродинамические источники, обусловленные расположенными на роторе деталями (вентиляторами).
Измерение вибраций двигателя проводится с целью получения данных о параметрах вибрации и дальнейшего их сравнения с допустимыми значениями, регламентируемыми ГОСТ Р МЭК 60034-14-2008 (см. табл.1).
Таблица 1 — Максимально допустимые значения вибросмещения, виброскорости и виброускорения для электродвигателей мощностью до 50 МВт, вращающихся с частотой (120÷15000) об/мин.
Измерение вибрации подшипников электродвигателей проводится в контрольных точках, расположенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, расположенных как можно ближе к оси вращения ротора (см.рис.2)
Рис. 2 Измерение составляющих вибрации.
Рис.3 Рекомендуемое расположение датчиков на одном или обоих краях электродвигателя
Рис.4 Рекомендуемое расположение датчиков, когда расположение датчиков по рис.3 невозможно без разборки электродвигателя.
Рис.5 Расположение датчиков для подшипников скольжения
Рис.6 Расположение датчиков для вертикальных электродвигателей
При возможности выбора способа установки вибропреобразователя к исследуемой поверхности (щуп, магнит, штифт), наиболее предпочтительным является резьбовое соединение, при котором штифт устанавливается в направлении измерения вибрации. Также следует помнить, что масса вибропреобразователя не должна превышать 5% от массы электродвигателя.
Измерение вибрации электродвигателей включает определение значений СКЗ вибросмещения (мкм), СКЗ виброскорости (мм/с) или СКЗ виброускорения (мм/с 2 ) в диапазоне частот от 10 Гц до 1000 Гц. Для низко-оборотистых электродвигателей со скоростью вращения менее 600 об/мин, нижний порог частотного диапазона не должен превышать 2 Гц. В случае асинхронных двигателей, для которых характерно появление биений с двойной частотой скольжения, действительное значение измеряемого параметра вычисляется по формуле:
где Xmax и Xmin – соответственно максимальное и минимальное значение СКЗ измеряемого параметра
Измерение вибрации электродвигателей, как правило, проводится в режиме холостого хода (если дополнительно не оговорено в технических условиях электродвигателя) при частоте:
- номинальной частоте вращения – для однорежимных электродвигателей;
- частоте вращения с наибольшей вибрацией – для многоскоростных электродвигателей;
- номинальной и максимальной частоте вращения – для электродвигателей с регулируемой частотой вращения.
Измерение вибрации электродвигателей быстро и легко проводится с помощью виброанализатора CSI 2140 и программного обеспечения MotorView Gold (Silver). Более бюджетным вариантом являются переносные виброметры «БАЛТЕХ» – виброручки BALTECH VP-3405-2 или вибротестер BALTECH VP-3410, а с помощью виброметра-балансировщика «ПРОТОН-Баланс-II» или взрывозащищенного BALTECH VP-3470-Ex можно еще провести и балансировку вала электродвигателя в собственных опорах. Все виброметры «БАЛТЕХ» соответствуют требованиям ГОСТ ISO 10816-1-97 и рекомендуются к использованию специалистам, прошедшим обучение на курсе повышения квалификации ТОР-103 «Основы вибродиагностики. Диагностика электродвигателей» в Учебном центре «БАЛТЕХ».
