Повышенный уровень поперечных вибраций асинхронного двигателя
ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ВИБРАЦИИ И ШУМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
18. Повышенный уровень поперечных вибраций
Вибрации электродвигателя могут возникнуть по многим причинам динамического и электромагнитного характера. Причины первой группы связаны как с конструктивными недостатками или с повреждением электродвигателя, так и с дефектами установки или соединения его с другой машиной. Причины второй группы связаны с недоброкачественным изготовлением или повреждением электродвигателя и в некоторых случаях с несимметричным напряжением на его зажимах. Основным недостатком, вызывающим поперечную вибрацию электродвигателя, является неуравновешенность ротора, допущенная при изготовлении или вызванная деформацией вала и ослаблением посадки вращающихся частей. Кроме того, поперечные вибрации могут быть вызваны повреждением подшипников качения, овальностью шеек вала, увеличенным радиальным зазором в подшипниках скольжения, низкой температурой масла (при подаче его насосом). Причины вибраций, связанные с установкой электродвигателя и его соединением с другими машинами, следующие: колебания фундамента или металлической конструкции, на которой установлен электродвигатель, вследствие передачи вибраций от соседних машин или же машин, жестко соединенных с электродвигателем, дефекты соединительной муфты (нарушение центровки при посадке полумуфты на вал, неправильная установка или износ пальцев), дефекты передачи (недоброкачественное изготовление и установка зубчатых колес, неправильная сшивка приводного ремня). Если вращающийся диск 1 (рис. 28) имеет добавочную тяжелую деталь 2, то центробежная сила сектора с добавочной деталью больше, чем других секторов, и поэтому появляется результирующая односторонняя центробежная сила, направленная по радиусу, на котором расположена тяжелая деталь. При положении детали, показанном на рис. 28, центробежная сила вместе с силой тяжести диска прижимает вал к нижним вкладышам подшипников. В верхнем положении детали центробежная сила будет прижимать шейки вала к крышкам подшипников, а в промежуточных положениях ее подшипники будут испытывать боковое давление. Центробежная сила вызывает поперечные вибрации частоты f=n/60, Гц, где n — частота вращения в об/мин.
Рис. 28. Неуравновешенный диск
Односторонняя центробежная сила появляется при вращении ротора с несимметричным распределением массы относительно оси вращения, например при неодинаковом заполнении пазов обмоткой, несимметричной укладке лобовых частей обмотки и т. д. В процессе эксплуатации неуравновешенность ротора может быть вызвана деформацией вала и нарушением плотности сопряжения вращающихся частей, например смещением обмотки ротора вследствие ослабления бандажей и усыхания клиньев.
Неуравновешенность вращающихся частей устраняется дополнительной технологической операцией — балансировкой, при которой устанавливается дополнительная масса в определенных местах или же снимается излишек массы. Размах вибрации измеряется специальным прибором — виброметром. Для спокойной работы электродвигателя при большой скорости вращения ротора устанавливается меньший допускаемый размах вибраций:
Номинальная скорость вращения ротора, об/мин.
Размах вибраций, мкм
Нарушенная плотность сопряжения вращающихся частей затрудняет проведение балансировки так как периодически изменяется взаимное положение этих частей. Признаком ослабления посадки сердечника ротора на валу служит появление налетов ржавчины на посадочных местах, а также возрастание размаха вибраций с течением времени, что объясняется прогрессирующим характером неисправности. Для проверки плотности посадки рекомендуется смазать керосином место соединения деталей. Если посадка ослаблена, то после непродолжительного вращения керосин приобретает красновато—коричневый цвет.
Влияние увеличенного зазора между шейкой вала и втулкой подшипника на вибрацию двигателя особенно заметно при большой скорости вращения. При увеличенном зазоре вал приподнимается масляным клином и отжимается в сторону, противоположную направлению окружной скорости шейки в нижней ее части, и затем опускается под влиянием тяжести ротора. Амплитуда колебаний и частота их зависят от величины зазора, массы ротора, вязкости масла и неуравновешенности ротора (даже небольшой). Так как вязкость масла очень сильно уменьшается при повышении температуры, то вибрации также уменьшаются иногда до полного исчезновения. Это может служить признаком увеличенного радиального зазора между шейкой вала и втулкой подшипника. Рекомендуемая величина зазора была приведена в таблице 2.
Электромагнитные причины вибраций связаны с возникновением односторонней силы магнитного притяжения вследствие нарушения магнитной или электрической симметрии статора или ротора. Электрическая несимметрия возникает при ошибочных соединениях фазных обмоток (см. раздел 6) и при повреждениях обмоток статора или ротора. Повреждения обмотки статора (обрывы И короткие замыкания, описанные в разделе 15) приводят к образованию пульсирующей односторонней силы магнитного притяжения с неизменным положением линии действия ее в пространстве. Частота вибраций в этом случае не зависит от скорости вращения ротора, т. е. от нагрузки электродвигателя, и равна 100 Гц. При повреждениях обмотки ротора, описанных в разделе 16, линия действия односторонней силы магнитного притяжения меняет свое положение в пространстве и частота изменения этой силы становится равной удвоенной частоте скольжения, поэтому при увеличении нагрузки электродвигателя частота вибраций также увеличивается. Неблагоприятное соотношение чисел пазов статора и ротора создает кроме описанных уже затруднений при пуске (см. раздел 3) пульсирующие односторонние силы магнитного притяжения. Вибрации, вызываемые этими силами, имеют большую частоту.
Магнитная несимметрия двигателя может быть обусловлена нарушением постоянства зазора между статором и ротором. Если непостоянство зазора является следствием плохого изготовления ротора или деформацией вала, то вибрации вызываются совместным действием односторонних сил магнитного притяжения и центробежных сил.
Вибрации вызываются также внешними силами, связанными с упомянутыми в начале параграфа недостатками передачи и с влиянием соединенных с электродвигателем машин. Амплитуды вибраций возрастают при плохом закреплении опор ротора, недостаточной жесткости подшипниковых стоек и фундаментной плиты, малой массе фундамента и т. д.
Недопустимо большие вибрации получаются при совпадении частоты свободных колебаний упругой системы статор — ротор с частотой вынуждающих сил. Вследствие малой величины зазора вибрации могут привести к задеванию ротора за статор и нарушить нормальную работу электродвигателя.
Чтобы установить причину вибраций, необходимо провести тщательное обследование электродвигателя, определить частоту вибраций, проверить зависимость вибраций от скорости вращения ротора, сопоставить величину вибраций при включенном и отключенном от сети электродвигателе.
Резкое уменьшение вибраций при отключенном двигателе от сети указывает на то, что они вызваны электромагнитными причинами или же недостатками передачи. Небольшая частота вибраций и зависимость их от скорости вращения ротора (увеличение частоты при увеличении нагрузки) наблюдается при коротких замыканиях в цепи ротора. Если частота вибраций равна частоте вращения ротора, то причиной вибраций может быть неправильная центровка электродвигателя и соединенной с ним машины или неисправность муфты. Совпадение частоты вибраций с удвоенной частотой сети имеет место при неисправностях или ошибочном включении фазных обмоток статора.
Если не наблюдается резкого уменьшения вибраций при отключении электродвигателя от сети и частота их равна частоте вращения, то вероятной причиной вибраций является неуравновешенность ротора, если же частота вибраций равна удвоенной частоте вращения, то причина вибрации — овальность шейки вала. Уменьшение вибраций при уменьшении вязкости масла в подшипниках (при увеличении температуры масла) и при снижении скорости вращения ротора указывает не увеличенный радиальный зазор между шейкой вала и втулкой подшипника.
Смотри еще по разделу:
НЕДОСТАТОЧНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
ПОВЫШЕННОЕ НАГРЕВАНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
ПОВРЕЖДЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ВИБРАЦИИ И ШУМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
ПОВЫШЕННЫЙ ИЗНОС И ПОВРЕЖДЕНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Подписка на рассылку
Появление вибраций при работе электродвигателя может быть вызвано целым рядом различных причин. Условно неисправности можно разделить на динамические и электромагнитные. При обнаружении вибраций следует немедленно принять меры по выявлению и устранению причин, снижающих надежность электродвигателя. На практике прежде всего желательно измерить величину вибраций специальным прибором виброметром или вибрографом. Работа электромотора вне допустимых пределов вибраций также приводит к быстрому выходу из строя подшипников. Данную операцию проделывают как на холостом ходу, так и при рабочих нагрузках. Выявление разницы вибраций поможет более точно определить причину неисправности и сократить время обслуживания двигателя.
Если при пуске вибрации не появляются, то причину, скорее всего, следует искать в неправильной центровке электродвигателя с механизмом. Если же вибрации присутствуют и на холостом ходу, тогда проблема заключается в неравномерных зазорах между ротором и статором или же в обрыве стрежня ротора (последняя неисправность лечится ремонтом обмотки).
Рисунок 1. Центровка валов При неудовлетворительном состоянии соединительной муфты требуется провести ремонт пальцев и мягких шайб, а также центровку полумуфт в соединительных отверстиях. Если пальцы имеют разницу в весе, то каждую пару со схожим весом устанавливают в противоположное отверстие полумуфт.
Дисбаланс ротора электродвигателя встречается довольно редко, но тоже является одной из причин возникновения вибраций в работе механизма. Устранить данную проблему можно с помощью специальных балансировочных станков. Величину дисбаланса и глубину сверления балансировочных отверстий показывает шкала прибора. Возникновение вибраций в электродвигателе только под нагрузкой может являться следствием дефекта подшипников приводимого механизма и их неравномерных зазоров. Устранить проблему довольно легко — достаточно просто заменить несправный подшипник или выполнить перезаливку. Дефектный подшипник нетрудно найти — под нагрузкой он сильно греется и шумит.
Изгиб или излом вала ротора может быть как причиной, так и следствием возникновения вибраций. В случае сильного перегрева механизма в работе детали подвергаются деформации, в том числе и вал. Перед устранением неисправности следует проверить систему охлаждения и теплоотвода. Вал ротора в данном случае подлежит замене или, если это возможно, ремонту. При ремонте наносится новый слой металла (наваркой или гальваническим процессом) и затем обтачивают до нужных размеров.
К вибрациям при работе могут приводить и износ креплений, ослабление соединений и слабое крепление отдельных деталей электродвигателя, подшипников, торцовых крышек. Исправить недостатки можно, заменив крепления и проверив момент затяжки болтов соединений. При деформации и невозможности закрепления деталей требуется их замена.
Если исправление всех вышеперечисленных возможных неисправностей не привели к исчезновению вибраций или же они уменьшились, но до конца устранить не удалось, следует обратить внимание на возможные дефекты фундамента и фундаментной рамы, где закреплен электродвигатель. Для этого при включенном двигателе на ощупь проверяют соединения двигателя с фундаментом, крепления лап, сравнивают вибрацию крепежных болтов. Если причина в недостаточной затяжке болта — при работе вибрирует только лапа двигателя. В противном случае, также на ощупь сравнивают вибрацию на стыках лапы и рамы, проверяют состояние бетона в месте крепления. Если бетон подвергся разрушению, его следует перезалить, на это время агрегат оставить в выключенном состоянии.
1 — тахогенератор, 2 — груз дисбаланса, 3 — маховик, 4 — электродвигатель, 5 — сиденье оператора, 6 — вибродатчик, 7 — рама, 8 — уступы, 9 — плита электродвигателя, 10 — прижимная гайка, 11 — резиновые виброизоляторы, 12 — пружинные виброизоляторы, 13 — уступы, 14 — прижимная гайка, 15 — плита сидения, 16 — тахометр, 17 — выключатель блока питания, 18 — блок питания, 19 — усилитель измерительный НВА-1, 20 — блок октавных фильтров НВА-1; 21 — усилитель предыдущий.
Повышенная вибрация резко снижает надежность электродвигателя и прежде всего, опасна для его подшипников.
Под воздействием толчковых, ударных нагрузок от вибрирующего ротора в подшипниках скольжения может нарушиться масляная пленка и наступить подплавление баббита. В некоторых случаях в баббите появляются трещины и сколы. В подшипниках качения быстро развиваются усталостные явления металла, появляются трещины, выбоины на рабочих поверхностях качения, разрываются сепараторы.
От воздействия вибрации может также наступить изгиб или излом вала, бочка ротора — оторваться от вала, появиться трещина в станине статора или в торцовой крышке, повредиться опорная рама и фундамент.
Повышается и ускоряется износ изоляции обмоток.
Поэтому согласно «Правилам технической эксплуатации электростанций и сетей» вертикальная и поперечная составляющие вибрации (среднее квадратическое значение виброскорости или удвоенная амплитуда колебаний), измеренные на подшипниках электродвигателей, сочлененных с механизмами, не должны превышать значений, указанных в заводских инструкциях.
При отсутствии таких указаний в технической документации вибрация подшипников электродвигателей, сочлененных с механизмами, не должна быть выше следующих значений:
Синхронная частота вращения, об/мин……………… 3000 1500 1000 750 и менее
Удвоенная амплитуда колебаний подшипников, мкм 30 60 80 95
Для электродвигателей, сочлененных с углеразмольными механизмами, дымососами и другими механизмами, вращающиеся части которых подвержены быстрому износу, а также для электродвигателей, сроки эксплуатации которых превышают 15 лет, допускается работа агрегатов с повышенной вибрацией подшипников электродвигателей в течение времени, необходимого для устранения причины повышения вибрации.
Нормы вибрации для этих условий не должны быть выше следующих значений:
Синхронная частота вращения, об/мин……………..3000 1500 1000 750 и менее
Удвоенная амплитуда колебаний подшипников, мкм 50 100 130 160
Вибрация, превышающая норму, должна быть устранена. Но для этого нужно знать ее причину.
Причинами вибрации, которые условно разделяются на две группы, могут быть следующие.
1. Неправильная центровка электродвигателя с механизмом.
2. Неудовлетворительное состояние соединительной муфты: износ пальцев, сухариков, зубцов, несоосность отверстий под пальцы в полумуфтах, небаланс полумуфты или пальцев.
3. Небаланс ротора приводимого механизма, особенно часто встречающийся у дымососов и вентиляторов вследствие износа лопаток.
4. Дефект подшипников приводимого механизма.
5. Дефекты фундамента и фундаментной рамы: разрушение бетона маслом, обрыв сварки на ребрах жесткости рамы, плохое крепление двигателя к раме после центровки и т. д.
Эта группа причин должна устраняться персоналом, ремонтирующим приводимый механизм, за исключением, пожалуй, устранения дефекта в сварке рамы под электродвигателем, если она одновременно не является рамой механизма.
1. Небаланс ротора электродвигателя.
2. Образование трещин и обрыв стержней коротко замкнутой обмотки ротора от кольца.
3. Отрыв бочки ротора от вала.
4. Изгиб или излом вала ротора.
5. Слабое крепление отдельных деталей электродвигателя (подшипников, торцовых крышек).
6. Недопустимо большой зазор в подшипниках скольжения, дефекты подшипников качения.
Эта группа причин устраняется персоналом, ремонтирующим электродвигатели.
На практике вибрация иногда вызывается не одной, а несколькими причинами.
При обнаружении повышенной вибрации подшипников электродвигателя желательно замерить ее виброметром или вибрографом, чтобы знать истинную величину.
Не отключая двигателя, следует проверить, не являются ли причиной вибрации слабое закрепление двигателя, нарушение сварки элементов фундаментной рамы или разрушение бетона фундамента. Для этого на ощупь определяют и сравнивают вибрацию лап электродвигателя или стульев его подшипников, болтов, крепящих электродвигатель, и рамы вблизи лап.
При недостаточной затяжке болта вибрирует только лапа двигателя, а болт не вибрирует или вибрирует незначительно.
Лучше всего разницу в вибрации можно заметить, приложив палец на стык двух сопрягаемых деталей, в данном случае на стык болта и лапы. При нарушении прочного сопряжения между ними вибрация вызывает перемещение одной детали относительно другой, и палец легко обнаружит это.
Если вибрирует и болт, то указанным способом проверяется, нет ли разницы в вибрации на стыке между лапой и рамой, между верхней полкой и вертикальной частью рамы, между ребром жесткости и верхней и нижней полками, между нижней полкой рамы и фундаментами и т. д.
Иногда нарушение прочного сопряжения между деталями обнаруживается также по появлению мелких пузырей, а при сильной вибрации — и мелких брызг масла в месте стыка.
При обнаружении дефекта в сопряжении между рамой и фундаментом, появляющегося чаще всего из-за разъедания бетона маслом, весь пропитанный бетон, в том числе и пока сохранивший прочность, должен быть удален и заменен свежим. На время схватывания бетона агрегат должен быть остановлен и выведен из резерва.
Если дефектов в фундаменте, раме, креплении электродвигателя и его торцовых крышек, креплении приводимого механизма не обнаружено, следует рассоединить муфту между электродвигателем и механизмом и запустить электродвигатель в работу на холостом ходу.
Если в момент пуска и на холостом ходу электродвигатель работает без вибрации, то причину вибрации следует искать в нарушении центровки, износе пальцев или самих полумуфт или появлении небаланса в приводимом механизме.
Если же электродвигатель вибрирует и на холостом ходу, то причина вибрации находится в самом электродвигателе. В этом случае следует проверить, не исчезает ли вибрация сразу же после отключения электродвигателя от сети. Исчезновение вибрации сразу же после отключения от сети указывает на наличие неравномерного зазора между ротором и статором. Для устранения вибрации, вызванной неравномерным зазором, следует принять меры к его выравниванию.
Сильная вибрация электродвигателя при пуске на холостом ходу указывает на неравномерный зазор или на обрыв стержня в обмотке ротора. Если зазор равномерен, то причина вибрации только в обрыве стержня ротора. Вибрация в этом случае устраняется путем ремонта обмотки ротора.
Если вибрация электродвигателя, отсоединенного от механизма, после отключения от сети пропадает не сразу, а снижается по мере снижения числа оборотов, то причина вибрации — в небалансе ротора из-за неуравновешенности полумуфты, изгиба или появления трещины на валу, смещения обмотки, отрыва бочки ротора от вала. В этом случае полезно снять полумуфту и электродвигатель запустить без нее. Нормальная работа электродвигателя указывает на небаланс полумуфты. Такую полумуфту необходимо установить на оправку и проточить по всей наружной поверхности на токарном станке.
Если же и после снятия полумуфты вибрация осталась, ротор должен быть вынут и проверен на отсутствие дефектов на валу и в креплении на нем роторной бочки. При отсутствии дефектов ротор должен быть подвергнут динамической балансировке на станке. Статическая балансировка ротора на ножах в данном случае не поможет, и поэтому производить ее не следует.
Повышенные зазоры в подшипниках скольжения сами по себе вибрацию не вызывают. Если нет других причин вибрации, то и при больших зазорах электродвигатель, особенно на холостом ходу, будет работать нормально. Но если появятся другие причины вибрации, то величина ее при больших зазорах будет значительно выше, чем при допустимых зазорах. Поэтому если электродвигатель вибрирует только под нагрузкой и определить причину вибрации не удается, то следует принять меры к уменьшению зазора в подшипниках путем их перезаливки.
Вибрация электродвигателя по причине дефектности подшипников качения обнаруживается легко. Дефектный подшипник сильно шумит, греется. Его необходимо заменить и только потом продолжить выяснение причины вибрации, если она осталась.
Дефектами соединительной муфты, вызывающими вибрацию, являются неуравновешенность полумуфт, несоосность отверстий в полумуфтах более чем на 1 мм неодинаковость веса пальцев, неравномерный износ их или износ мягких шайб до такой степени, что пальцы касаются сталью отверстий в полумуфтах. Если есть разница в весе, то каждые два пальца, имеющие одинаковый вес, устанавливаются в противоположные отверстия полумуфт.
Все сработавшиеся пальцы должны быть восстановлены заменой кожи или резины. Полумуфты, имеющие несоосность отверстий, должны быть заменены.
Подробнее, о вибрации и шуме электрических машин, читайте здесь.
Источник: С.А. Мандрыкин. Ремонт электродвигателей.
-
Рекомендованные материалы:
