Полезные советы | Причины вибрации двигателя и способы её устранения!

Thread Content

Эта статья посвящена причинам вибрации электродвигателей и способам их устранения. Это очень практический обзор опыта, который, надеюсь, поможет вам в работе и учебе. Как правило, двигатели с большим количеством полюсов — 8 и более — не подвержены вибрациям из-за проблем с качеством производства. Вибрации часто встречаются в двух–шестиполюсных двигателях, GB10068-2000. «Предельные значения вибрации вращающихся электродвигателей и методы их измерения» устанавливают предельные значения вибрации для электродвигателей с различной высотой центра масс над жесткой основой, методы измерения, а также критерии оценки жесткости основания. С помощью этих стандартов можно определить, соответствует ли электродвигатель установленным требованиям. I. Вред вибрации электродвигателя
Вибрация, возникающая в электродвигателе, сокращает срок службы изоляции обмоток и подшипников, нарушает нормальное смазывание скользящих подшипников. Силы вибрации приводят к увеличению зазоров в изоляции, что позволяет пыли и влаге проникать внутрь. Это приводит к снижению изоляционного сопротивления и увеличению тока утечки; в самых серьезных случаях может произойти разрыв изоляции. Кроме того, электродвигатель вызывает вибрации, что может привести к разрыву трубок охлаждающей системы и к разъединению мест сварки. Это также может нанести ущерб механизмам, работающим под нагрузкой, снизить точность обрабатываемых деталей. Все механические элементы, находящиеся под воздействием вибраций, могут изнашиваться; кроме того, болты крепления могут ослабнуть или сломаться. Вибрация электродвигателя также приводит к чрезмерному износу угольных щеток и колец скольжения; в некоторых случаях может произойти сильное возгорание, что приведет к повреждению изоляции колец скольжения. В результате электродвигатель начинает издавать сильный шум. Подобная ситуация часто встречается в постоянных электродвигателях. II. Причины, связанные с вибрацией. В основном существует три варианта: причины, связанные с электромагнитными факторами ； Механические причины ； Причины, связанные с гибридными электромеханическими системами. 　1. Причины, связанные с электромагнитными факторами: 1) Проблемы с источником питания: дисбаланс напряжения в трехфазной сети, работа трехфазного двигателя при отсутствии одной из фаз. 2) Что касается статора: сердцевина статора становится эллиптической, имеет эксцентриситет или ослабевает; в обмотке статора возникают прерывания проводов, замыкания на землю, короткие замыкания между витками, ошибки в подключении; также наблюдается дисбаланс тока в трех фазах статора. Типичный случай: перед ремонтом двигателя вентилятора для герметизации котельной был обнаружен красный порошок на железном сердцевине статора; предполагалось, что сердцевина статора ослабла. Однако это не входило в объем стандартного капитального ремонта, поэтому проблема не была устранена. Во время пробного запуска после ремонта двигатель издавал пронзительный скрип; после замены статора неисправность была устранена. 3) Неисправности ротора: эллипсоидальная форма железного сердца ротора, эксцентричность, ослабление крепления. Разрыв сварки между листами роторной клетки и крайними кольцами, поломка листов роторной клетки, неправильная укладка обмотки, плохой контакт щеток и т. д. Типичный случай: при работе электродвигателя зубчатой пилы на участке по производству шпал было обнаружено, что ток в статоре двигателя колеблется. Вибрация двигателя постепенно усиливалась. Судя по этим признакам, возможно, произошло разрыв или повреждение листов ротора. После демонтажа двигателя выяснилось, что у листов ротора было 7 мест разрывов; в двух серьезных случаях листы с обеих сторон полностью оторвались от крайних кольцевых элементов. Если бы это не было обнаружено вовремя, это могло бы привести к серьезной аварии — повреждению статора. 　2. Механические причины: 1) Проблемы с самим двигателем: дисбаланс ротора, изгиб вала, деформация скользящих кольцев, неравномерность зазора между статором и ротором, несоответствие центров магнитных полей статора и ротора, неисправности подшипников, ненадлежащая установка на основание, недостаточная прочность механических элементов, резонанс, ослабление болтов крепления, повреждение вентилятора двигателя. Типичный случай: после замены двигателя насоса для конденсата на заводе и установки нового подшипника, вибрация двигателя усилилась; кроме того, наблюдались признаки легкого контакта ротора и статора друг с другом. При тщательной проверке выяснилось, что высота поднятия ротора была неправильной, а магнитные центры ротора и статора не совпадали. После повторной настройки винтов, отвечающих за фиксацию ротора, проблема вибрации была устранена. После ремонта двигателя с подвесным крюком для переключения линий вибрация оставалась чрезмерно высокой, причем наблюдалась тенденция к её усилению. При опускании двигателя на место вибрация по-прежнему была сильной, также наблюдалось значительное осевое смещение. После демонтажа выяснилось, что сердечник ротора был ослаблен, а баланс ротора также нарушался. После замены ротора на запасной неисправность исчезла; первоначальный ротор был отправлен обратно на завод для ремонта. 2) Проблемы, связанные с работой муфты: повреждение муфты, ненадлежащее соединение муфты, неточное центрирование муфты, дисбаланс нагрузки на механизм, резонанс в системе и т. д. В части, обеспечивающей взаимодействие, оси не синхронизированы, их центральные линии не совпадают, а центрирование некорректно. Причиной такой неисправности является в основном плохая центрировка или неправильная установка в процессе монтажа. Есть ещё один случай: у некоторых сочленений линии центра совпадают в холодном состоянии, но после некоторого времени работы из-за деформации опор ротора, фундамента и т. п. эти линии снова раздваиваются, что приводит к вибрациям. Типичный пример: а) двигатель циркуляционного насоса — во время работы у него постоянно наблюдалась высокая вибрация. При проверке двигателя не было обнаружено никаких проблем; при работе без нагрузки все было в порядке. Сотрудники, ответственные за насос, считали, что двигатель работает нормально. Однако позже выяснилось, что центрирование двигателя было нарушено. После повторной настройки центрирования вибрация двигателя исчезла. б) После замены шкива в вентиляторе котельной при пробном запуске двигателя возникала вибрация, а токи в трех фазах двигателя увеличивались. Были проверены все электрические цепи и компоненты — с ними всё было в порядке. В итоге выяснилось, что шкив был некачественным. После его замены вибрация двигателя исчезла, а токи в трех фазах вернулись к нормальным значениям. 　3 Причины механико-электрической взаимодействия: 1) Вибрации двигателя часто возникают из-за неравномерности зазора, что приводит к одностороннему электромагнитному усилию. Это одностороннее усилие, в свою очередь, способствует увеличению зазора. Такая механико-электрическая взаимодействие проявляется в виде вибраций двигателя. 2) Осевое смещение двигателя возникает из-за гравитационной силы, действующей на ротор, или из-за неправильного уровня монтажа, а также из-за несоответствия положения центра магнитного поля. Это приводит к электромагнитным силам, которые вызывают осевое смещение двигателя и усиливают его вибрации. В серьезных случаях это может привести к износу подшипников оси, что способствует быстрому повышению температуры этих подшипников. У шестерен, соединенных с двигателем, и муфт есть неисправности. Такие неисправности в основном проявляются в плохом зацеплении зубьев шестерен, сильном износе зубьев, недостаточном смазывании шестерен, искривлении или смещении муфты. Некорректная форма зубьев и шаг между ними в зубчатых муфтах, а также чрезмерные зазоры или сильный износ также могут приводить к возникновению вибраций. Недостатки самой конструкции двигателя и проблемы с его монтажом. Такие неисправности проявляются преимущественно в эллиптической форме шейки вала, изгибе вала, чрезмерно большом или маленьком зазоре между валом и подшипниковыми кольцами, недостаточной жесткости опоры подшипников, основной платы, части фундамента или даже всей основы, на которой установлен двигатель; слабой фиксации двигателя к основной плате, ослаблении болтов крепления, а также ослаблении соединения между опорой подшипников и основной платой. Чрезмерная или недостаточная зазорность между валом и подшипниками может не только вызывать вибрации, но и приводить к нарушениям в процессе смазки и температурном режиме подшипников. 3) Типичные примеры передачи вибрации от нагрузки, приводимой в движение электродвигателем: вибрация турбины газотурбинного генератора, вибрация вентиляторов и водяных насосов, приводимых в движение электродвигателями, что вызывает вибрацию самого электродвигателя. III. Как определить причину вибрации
1. До остановки двигателя необходимо с помощью датчика вибрации проверить уровень вибрации в различных частях устройства. В тех местах, где вибрация высока, следует тщательно измерить её значение в трех направлениях: вертикальном, горизонтальном и осевом. Если причиной является ослабление болтов крепления к основанию или болтов крышек подшипников, их можно просто затянуть. После этого снова измеряется уровень вибрации, чтобы проверить, уменьшилась ли она или исчезла полностью. Во-вторых, необходимо проверить, сбалансирована ли напряжение на трех фазах питания, а также нет ли проблем с предохранителями на этих фазах. Работа двигателя в одной фазе может вызывать вибрации, к тому же она приводит к быстрому повышению температуры двигателя. Следует также обратить внимание на указатель амперметра: при поломке ротора происходит колебание тока. В заключение проверьте, сбалансированы ли токи трех фаз двигателя. При обнаружении проблем немедленно свяжитесь с оператором, чтобы остановить работу двигателя и предотвратить его повреждение. 2. Если после устранения поверхностных проблем вибрация двигателя не прекращается, продолжайте отключать питание, снимайте муфту, чтобы разделить двигатель от подключенного к нему механизма нагрузки, и заставьте двигатель вращаться в одном направлении. Если сам двигатель не вибрирует, это означает, что источник вибрации заключается в неправильной установке муфты или в работе нагрузочного оборудования. Если же двигатель вибрирует, значит, с самим двигателем есть проблемы. Также можно использовать метод отключения питания, чтобы определить, является ли причина электрической или механической. Если при отключении питания вибрация двигателя сразу прекращается или уменьшается, это указывает на электрическую причину; в противном случае речь идет о механической неисправности. IV. Ремонт с учетом причин неисправности. 1. При ремонте, связанном с электрическими проблемами, в первую очередь необходимо определить, является ли сопротивление трех фаз статора равным. Если оно не равно, это указывает на наличие пробоев в местах соединения проводов статора. Необходимо разъединить обмотки и проверить их. Также следует выяснить, нет ли межвитковых замыканий в обмотках. Если неисправность явная, на поверхности изоляции можно увидеть следы обгорания. Также можно использовать приборы для измерения сопротивления обмоток статора. После подтверждения наличия межвиткового замыкания обмотки двигателя необходимо заново соединить. Типичный пример: насосный двигатель. Во время работы у двигателя наблюдалась сильная вибрация, а температура подшипников была повышенной. В ходе капитального ремонта было выявлено, что сопротивление двигателя в постоянном токе не соответствует нормам, а в обмотке статора имелись места разрывов. Благодаря методу исключения была найдена причина неисправности, которая была устранена; после этого двигатель начал работать нормально. 　2. При проверке из-за механических причин необходимо убедиться в том, что зазор равномерен. Если показатели превышают допустимые значения, следует повторно отрегулировать зазор. Проверьте подшипники, измерьте зазоры в них; при несоответствии требованиям замените их на новые. Проверьте на наличие деформаций и ослабления сердечника; ослабленный сердечник можно склеить с помощью эпоксидной смолы. Проверьте вал: в случае его изгиба необходимо провести пайку, переработать его или просто выровнять. Затем проведите тест на балансировку ротора. 　При техническом обслуживании механической части с нагрузкой, если с самим двигателем нет проблем, то причиной неисправности являются соединительные элементы. В таком случае необходимо проверить уровень основания двигателя, степень его наклона и прочность, правильность центрирования, наличие повреждений у муфты, а также соответствует ли длина вала двигателя установленным требованиям. V. Шаги по устранению вибрации двигателя 1. Отсоедините двигатель от нагрузки, протестируйте его в безнагрузочном режиме и измерьте уровень вибрации. 2. Проверьте значение вибрации у оснований двигателя. Согласно государственному стандарту GB10068-2006, значение вибрации в области оснований не должно превышать 25% от соответствующего значения для подшипников. Если это значение превышено, значит, фундамент двигателя является не жестким. 3. Если у четырех оснований имеется проблема с вибрацией только у одного из них или у двух противоположных друг другу, достаточно ослабить болты крепления оснований — тогда уровень вибрации станет нормальным. Это означает, что подкладка под основание не является достаточно прочной; при затягивании болтов происходит деформация основания, что приводит к вибрации. Необходимо установить подкладку более прочно, снова выровнять основание и затянуть болты. 4. Тщательно затяните все четыре крепежных болта в основании; однако уровень вибрации двигателя по-прежнему превышает допустимые значения. В таком случае необходимо проверить, находится ли муфта, установленная на выступе вала, на одном уровне с его краем. Если это не так, то дополнительные ключи, находящиеся на выступе вала, могут вызывать вибрацию двигателя. В таких случаях значения вибрации не превышают значительных значений; обычно после подключения к основному устройству уровень вибрации снижается. Следует убедить пользователя в необходимости использования такого решения. При производственных испытаниях двигателей с двумя полюсами в пазах валов устанавливаются полупрофили в соответствии со стандартом GB10068–2006. Избыточные клавиши не будут добавлять дополнительную силу возбуждения. Чтобы это устранить, достаточно просто обрезать лишние символы на ту длину, которая не требуется. 5. Если вибрация двигателя при безнагрузочных испытаниях не превышает допустимых значений, но превышает их при работе с нагрузкой, это может быть связано с двумя причинами: одной из них является значительное отклонение в выравнивании. Другой вариант заключается в том, что фаза остаточного дисбаланса во вращающейся части двигателя (роторе) совпадает с фазой остаточного дисбаланса ротора самого двигателя. В результате этого во всей осевой системе на одном и том же участке наблюдается большой остаточный дисбаланс, что приводит к возникновению значительных возмущающих сил и, в свою очередь, к вибрациям. В этот момент можно отсоединить муфты, повернуть любую из них на 180° и снова соединить их для тестирования; при этом уровень вибраций снизится. 6. Скорость вибрации (интенсивность) не превышает норму, однако ускорение вибрации превышает допустимые значения; в таком случае можно только заменить подшипники. 7. У роторов двухполюсных мощных двигателей из-за недостаточной жесткости при длительном хранении они могут деформироваться; при последующей работе двигатель может вибрировать. Это происходит из-за ненадлежащего хранения двигателя. В нормальных условиях во время хранения двухполюсных двигателей… Каждые 15 дней необходимо вращать двигатель вручную, причем при каждом вращении он должен совершить не менее 8 оборотов. 8. Вибрация двигателя с скользящими подшипниками связана с качеством монтажа подшипниковых поверхностей; необходимо проверить наличие выступов на этих поверхностях, достаточность количества масла, затяжку подшипников, зазоры между ними, а также соответствие центра магнитного поля оптимальным значениям. 9. В обычных случаях причины вибрации двигателя можно определить на основе значений вибрации в трех направлениях: если горизонтальная вибрация велика, это свидетельствует о дисбалансе ротора; если вертикальная вибрация велика, это означает, что основание для установки двигателя неровное или не качественное; если осевая вибрация велика, это указывает на плохое качество монтажа подшипников. Это лишь простое суждение; для определения истинной причины вибраций необходимо учитывать обстоятельства на месте и все вышеупомянутые факторы. 10. При вибрации коробчатых двигателей серии Y особое внимание следует уделять осевой вибрации. Если осевая вибрация превышает радиальную, это может нанести серьезный ущерб подшипникам двигателя и привести к их поломке. Необходимо внимательно следить за температурой подшипников. Если температура у подшипников, обеспечивающих фиксацию положения, повышается быстрее, чем у остальных подшипников, необходимо немедленно остановить аппарат. Это происходит из-за недостаточной осевой жесткости основания, что приводит к осевым вибрациям; необходимо усилить основание. 11. После балансировки ротора остаточное несбалансированность ротора фиксируется в его структуре и не меняется; вибрация самого двигателя также не изменяется в зависимости от местоположения или условий работы. Таким образом, проблему вибрации можно успешно решить на месте у пользователя. Как правило, при техническом обслуживании двигателя не требуется повторной корректировки его баланса. Лишь в крайне редких случаях, таких как гибкая основа или деформация ротора, необходимо провести корректировку баланса на месте или отправить двигатель обратно на завод.