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.
Измерение вибрации электродвигателей
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/с2) 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 .
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/с2) – 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!
Как устранить вибрацию электродвигателя
- Вибрация электромотора, превышающая нормативные показатели, должна быть устранена в минимальные сроки. Чтобы начать работы по устранению вибрации электродвигателя, необходимо точно знать причину.
- Например, вибрация может появиться из-за неправильной центровки электродвигателя, а также из-за неудовлетворительного состояния муфты соединения, где может произойти износ сухариков, пальцев, отверстий под пальцы, дисбаланс муфты или отверстий. Вследствие износа лопаток появляется дисбаланс в роторе приводимого механизма, что также приводит к повышенной ненормативной вибрации.
- Не менее серьезной причиной, которая приводит к вибрации электродвигателя, может служить дефект самих подшипников, недостаточно жесткое крепление, неправильная установка.
- Ко второй группе основных причин вибрации электродвигателя приводит дисбаланс ротора, трещины и обрывы в обмотке ротора от кольца, обрыв бочонка ротора от вала, излом или изгиб непосредственно вала, плохое крепление торцевых крышек, подшипников, большой зазор в подшипниках скольжения или качения.
- Силу вибрации замеряют вибрографом или виброметром. После чего приступают к непосредственному ее устранению. Опытный специалист быстро сможет найти причину вибрации и сделать все возможное для ее устранения.
- В первую очередь проверяют, не является причиной вибрации электродвигателя слабое закрепление мотора. В последующую очередь проверяют фундаментную раму и целостность бетона фундамента.
- При обнаружении дефектов их устраняют. Если причина вибрации заключается не в креплении и разрушении фундамента, рассоединяют муфту между механизмами и электродвигателем. Следующий этап – проверка силы вибрации на холостом ходу электродвигателя.
- Если в момент работы на холостом ходу вибрация полностью отсутствует, ищут нарушения в центровке, износе полумуфт, пальцев или в приводимых механизмах.
