Причины и способы устранения вибрации электродвигателей

Вибрация электродвигателя и методы ее устранения

Подписка на рассылку

ВКонтакте
Facebook
ok
Twitter
YouTube
Instagram
Яндекс.Дзен
TikTok

Вибрация электродвигателя во время эксплуатации довольно распространенная проблема, которая со временем может привести к разрушению подшипников, появлению трещин на станине и подшипниковых щитах, искривлению вала и отрыву бочки ротора что, в конечном итоге, станет причиной выхода самой электрической машины из строя. Чтобы не допустить этого на моделях, используемых для привода ответственных механизмов, устанавливают датчик вибрации электродвигателя.

Кроме того, необходимо периодически проводить измерение вибрации электродвигателя. Для этого используются специальный прибор – виброаналозатор, который в отличие от вибрографа и виброметра не только фиксирует величину и амплитуду колебаний, но и позволяет выявить их источник и причину возникновения. Замеры выполняются на холостом ходу и в режиме номинальной нагрузки.

Вибрация электродвигателя: причины

Возникновение нежелательных колебаний может быть обусловлено влиянием как электромагнитных, так и механических факторов.

Причины электромагнитного характера:

появление трещин в стержнях короткозамкнутого ротора или их полный обрыв;
деформация пластин ротора.

Обрыв или появление трещины хотя бы в одном стержне «беличьей клетки» является причиной появления асимметрии в магнитных моментах, действующих на ротор

Из-за деформации пластин в активной стали воздушный зазор между статором и ротором будет неравномерным, что приведет к несимметричности магнитных потоков.

Причины механического характера:

неправильная центровка двигателя и приводимого механизма;
дефекты в соединительных муфтах;
износ подшипников в двигателе или приводимом механизме;
деформация вала электродвигателя;
дисбаланс ротора;
ослабление крепления на месте установки;
обрыв сварочных швов в консоли или раме.

Алгоритм выявления вибрации и методы ее устранения

Допустимая вибрация электродвигателя определяется требованиями ГОСТ 16921-71 и ГОСТ 20815-75. Если нет возможности определить ее величину и причины возникновения с помощью специальной аппаратуры, используется такая простая методика.

В режиме штатной нагрузки необходимо осмотреть двигатель, и проверить надежность его крепления к сварной конструкции или анкерам фундамента и затянуть ослабленные резьбовые соединения. После этого двигатель отсоединяют от приводимого механизма и запускают в режиме холостого хода. Если вибрация электродвигателя отсутствует, то причиной ее возникновения является соединительная муфта со стороны приводимого механизма. В этом случае проверяют центровку полумуфт, состояние резиновых шайб и лепестков, а также вес пальцев одной пары (при выявлении расхождения подбираются пальцы с одинаковой массой).

Когда вибрация сохраняется и на холостом ходу, то причина ее возникновения кроется в самом двигателе. Выявить источник можно в режиме выбега электрической машины (естественной остановки после прекращения подачи питания). Если останов электродвигателя происходит без биения вала, необходимо проверить равномерность зазора между ротором и статором. Затухающая амплитуда при снятом напряжении свидетельствует о деформации вала ротора, обрыва стержней короткозамкнутого или замыкания обмоток фазного ротора.

Дисбаланс ротора устраняется на специальных станках высверливанием лишнего металла из торца вала. В случае повреждения обмоток фазных роторов их необходимо перемотать. Треснувшие и оборванные стержни «беличьей клетки « удаляются и заменяются новыми.

Причиной вибрации могут быть изношенные подшипники, сигнализирующие о наличии дефекта повышенной температурой и сильным шумом. Такой вид биения устраняется простой заменой отработавших подшипников. Измерение вибрации подшипников электродвигателя при помощи установленных датчиков позволяет выявить появление проблемы на ранней стадии.

Для ответственных механизмов на оборонных предприятиях, гидроэлектростанциях и прочее установлен график измерения вибрации электродвигателей.

Причины и способы устранения вибрации электродвигателей

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!

Причины вибрации электродвигателя

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.

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 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:

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

Определение и устранение причин вибрации электродвигателя

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 бистро развиваются усталостные явления металла, появляются трещины, выбоины на рабочих поверхностях качения, разрываются сепараторы.

Поэтому согласно Правилам технической эксплуатации электростанций и сетей вибрация подшипников электродвигателей

не должна превышать:

Вибрация, превышающая норму, должна быть устранена. Но для этого нужно знать ее причину.

Причинами вибрации, которые условно разделяются на две группы, могут быть следующие.

I. Неправильная центровка электродвигателя с механизмом.

Неудовлетворительное состояние соединительной муфты. — и знос пальцев, сухариков, зубцов, несоосность отверстий под пальцы в полумуфтах, небаланс полумуфты или пальцев.

Небаланс ротора приводимого механизма, особенно часто встречающийся у дымососов и вентиляторов вследствие износа лопаток.

Дефект подшипников приводимого механизма.

Дефекты фундамента и фундаментной рамы: разрушение бетона маслом, обрыв сварки на ребрах жесткости рамы, плохое крепление двигателя к раме после центровки и т. д.

Небаланс ротора электродвигателя.

Образование трещин и обрыв стержней коротко-замкнутой обмотки ротора от кольца.

Отрыв бочки ротора от вала.

Изгиб или излом вала ротора.

Слабое крепление отдельных деталей электродвигателя (подшипников, торцовых крышек).

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.

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.

отключения от сети указывает на наличие неравномерного зазора между ротором и статором. Для устранения вибрации, вызванной неравномерным зазором, следует принять меры к его выравниванию.

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 .

Дефектами соединительной муфты, вызывающими вибрацию, являются неуравновешенность полумуфт, несоосность отверстий в полумуфтах более чем па 1 мм, неодинаковость веса пальцев, неравномерный износ их или износ мягких шайб до такой степени, что пальцы касаются сталью отверстий в полумуфтах. Все пальцы должны быть взвешены. Если есть разница в весе, то I каждые два пальца, имеющие одинаковый вес, устанав ливаются в противоположные отверстия полумуфт. Все сработавшиеся пальцы должны быть восстановлены заменой кожи или резины. Полумуфты, имеющие несо осность отверстий, должны быть заменены.

ВИБРАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И ЕЕ УСТРАНЕНИЕ

Вибрация электрических машин может возникнуть из-за механической неуравновешенности роторов; несимметрии электромагнитных сил; неправильной центровки валов турбин и генераторов или нарушения ее из-за тепловых деформаций, а также осадки фундамента, неправильной сборки или износа деталей соединительной муфты между генератором и турбиной; износа или неправильной шабровки подшипников, появления трещин в сварке фундаментной плиты и т. д.

Вибрация может появиться также при тепловой нестабильности ротора. Из-за температурной деформации обмоток, витковых замыканий или неравномерных потоков охлаждающего газа по вентиляционным каналам возникает неравномерный нагрев бочки ротора по окружности, что приводит к изменению упругой линии прогиба ротора и нарушению его уравновешенности. Например, для ротора длиной 8000 мм разность температур на противоположных образующих бочки всего лишь 2°С приводит к прогибу ротора на 0,17 мм.

У крупных двухполюсных генераторов при недостаточной жесткости конструкции корпуса статора может возникнуть вибрация статора с частотой, равной двойной частоте сети. Характерным признаком такой вибрации является появление ее при подаче возбуждения на ротор.

В мощных турбогенераторах размеры контактных колец и консольных концов ротора, на которых они размещаются, увеличены, что нередко вызывает появление значительной вибрации контактных колец от дополнительного прогиба консольного конца ротора. В гидрогенераторах при определенных режимах работы возможно появление вибрации под воздействием кавитационных явлений в турбине.

При больших частотах вращения роторов машин даже небольшая неуравновешенность вызывает значительную несбалансированную центробежную силу, создающую вредные нагрузки на ротор и подшипники и вызывающую их вибрацию. Центробежная сила, Н, появляющаяся из-за неуравновешенности массы, определяется ,из следующего выражения:

где Q — неуравновешенная масса, кг; г — расстояние неуравновешенной массы от оси вращения, мм; п — частота вращения, об/мин.

Например, при неуравновешенности в 1 кг на радиусе 500 мм и я=3000 об/мин центробежная сила будет равна 50 000 Н.

Нарушение уравновешенности ранее отбалансированного ротора генератора может произойти из-за неплотной запрессовки обмотки, при ослаблении посадки бандажных или центрирующих колец. При механической неуравновешенности ротора вибрация появляется уже на XX машины и мало зависит от изменения нагрузки.

Несимметрия электромагнитных сил, вызывающая вибрацию машины, может возникнуть в результате неравномерности воздушного зазора или появления виткового замыкания в обмотке ротора.

При витковом замыкании магнитные потоки обоих полюсов двухполюсной машины остаются равными друг дру-

Рис. 5.11. Распределение индукции в воздушном зазоре:

а — при отсутствии повреждения в роторе; б — при витковом замыкании; в — сравнение распределения индукции (при витковом замыкании — пунктир), г — сравнение квадратов индукции; д — результирующие усилия, действующие на ротог

гу, но распределение магнитной индукции станет несимметричным относительно поперечной оси ротора. На рис. 5.11 показано распределение индукции в зазоре двухполюсного ротора, обмотка которого условно состоит всего из шести витков. При замыкании витка 3—3′ распределение индукции в зазоре изменится, как показано на рис. 5.11,6. При этом площади, ограниченные кривой индукции, под обоими полюсами останутся равными друг другу, так как через оба полюса проходит один и тот же магнитный поток (рис. 5.11,б). Однако площади квадратов индукции уже не будут равны (рис. 5.11,г), вследствие чего нарушители равенство притяжений полюсов к статору, пропорциональное квадрату индукции (рис. 5.11,5). Неуравновешенное усилие будет перемещаться вместе с ротором и вызовет вибрации, подобные тем, какие возникают при наличии неуравновешенных масс. Чем ближе к середине полюса ко* роткозамкнутые витки, тем больше одностороннее результирующее усилие, действующее на полюс, и тем больше будут вызванные им вибрации.

Одним из признаков того, что вибрация возникла из-за несимметрии магнитного потока, вызванной витковым замыканием или неравномерностью зазора, является ее зависимость от тока возбуждения. При снятом возбуждении вибрация полностью исчезает.

Контроль за вибрацией турбогенераторов, синхронных . компенсаторов и электродвигателей производится измерением амплитуды ее на крышках подшипников в трех направлениях: вертикальном, горизонтально-поперечном и горизонтально-осевом. Оценка состояния машины произво-дится по вибрации любого подшипника при самом неблагоприятном режиме его работы.

Вибрация подшипников турбогенераторов и соединен» ных с ними возбудителей не должна превышать:

Номинальная частота вращения, об/мин. 1500 3000

Двойная амплитуда вибрации, мкм. 50 30

Вибрация контактных колец турбогенераторов, измеряемая до и после каждого ремонта с выемкой ротора, не должна превышать 200 мкм.

Вибрация подшипников синхронных компенсаторов с номинальной частотой вращения 750—1000 об/мин не должна превышать 80 мкм.

На гидрогенераторах измеряются амплитуды вибрации верхней и нижней крестовин в трех направлениях: вертикальном, горизонтальном «нижний бьеф — верхний бьеф» и горизонтальном «начало здания — конец здания».

Вибрация крестовин вертикальных гидрогенераторов со встроенными в них направляющими подшипниками и подшипников горизонтальных гидрогенераторов не должна превышать:

Номинальная частота вращения,

об/мин. До 100 До 187,5 До 375 До 750

Двойная амплитуда колебаний, мм 0,18 0,15 0,10 0,07

Измерения амплитуды вибрации проводятся после монтажа, до и после капитального ремонта, периодически 1 раз в 3 мес, а также при заметном увеличении вибрации.

Для устранения вибрации необходимо прежде всего найти ее причину, т. е. источник возмущающих сил. С этой целью при заметном увеличении вибрации производятся

вибрационные исследования по специальной программе. Если проведенные измерения покажут, что причиной вибрации является неуравновешенность масс, производится балансировка ротора, при которой определяются масса груза, необходимого для уравновешивания, и место его закрепления на роторе. Балансировка роторов генераторов является специфической операцией, выполнение которой поручается опытным специалистам-балансировщикам.

Дата добавления: 2016-06-02 ; просмотров: 5219 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник: gk-rosenergo.ru