Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов

Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов

Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов. Основные причины дисбаланса, практика по устранению и результаты.

Содержание:

  1. Введение
  2. Компоненты двигателя, подверженные повреждениям
  3. Разбалансировка ротора
  4. Расцентровка валов
  5. Несимметричность поля статора
  6. Нарушения поля ротора
  7.  Диагностика подшипников

Введение

В последние годы вибромониторинг и вибродиагностика машин и агрегатов приобретают всё большее значение: не только основное, но также и вспомогательное оборудование всё чаще включается в программы вибромониторинга. Вибрационные технологии обладают значительным потенциалом и широко применяются в различных технологических отраслях, в том числе к электродвигателям и генераторам.

Производителям вращающегося оборудования необходимо надёжное средство для подтверждения заявленных технических характеристик поставляемого оборудования. Заказчику после проведения монтажа и запуска оборудования требуется техническая диагностика для подтверждения исправности смонтированной установки и качества выполненных работ. Сервисной организации нужны профессиональные инструменты для определения дефектов основного и вспомогательного оборудования и для проведения технического обслуживания и ремонта. Это лишь основные сценарии применения вибромониторинга и вибродиагностики для подтверждения исправности вращающегося оборудования, гарантирующей непрерывность технологического процесса.

Кроме того, вибродиагностика представляет собой достоверный и эффективный способ разрешения споров, возникающих вследствие дефектов агрегата, и её результаты могут быть использованы в дальнейшем как подтверждение правоты одной из сторон.

Компоненты двигателя, подверженные повреждениям

На иллюстрации представлены компоненты электродвигателя, в наибольшей степени подверженные повреждениям. Для некоторых видов повреждений характерны соответствующие типовые спектры вибраций. Рассмотрим более подробно такие спектры.

Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов

Разберем основные причины повреждений.

Разбалансировка ротора

Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов

Разбалансировка ротора представляет собой неравномерное распределение его массы. При вращении разбалансированного ротора результирующая центробежная сила вызывает появление дополнительных действующих сил на подшипниках, а также вибрацию самого ротора. Это проявляется непосредственно в спектре разбалансированного агрегата: на частоте вращения появляется пик с увеличенной амплитудой. Подобная ситуация может в значительной степени негативно сказаться на общем вибрационном состоянии агрегата. Необходимое перераспределение массы достигается посредством балансировки ротора двигателя при помощи балансировочного станка (при демонтированном агрегате) или при помощи вибрационного балансировочного прибора (при смонтированном агрегате).

Разберем на практике пример разбалансировки муфты ротора:

Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов

Спектр вибраций отражает типичную картину разбалансировки. Интенсивность вибраций, измеренных в нескольких точках агрегата, указывает на то, что источник биений находится в районе муфты.

Решение: простая балансировка муфты ротора позволила снизить вибрацию двигателя до 3,5 мм/с, а вибрацию редуктора – до 3,1 мм/с.

 Расцентровка валов

Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов

Нарушения в центровке непосредственно соединённых агрегатов в первую очередь приводят к увеличению вибрации на частоте, вдвое превышающей частоту вращения вала, а в некоторых случаях также имеет место появление пика на частоте вращения вала. При преобладании радиальной несоосности (при смещении вала) такой пик в особенности проявляется при измерениях в радиальном направлении (перпендикулярно валам). При преобладании аксиальной несоосности (зазора в соединении) повышение вибрации особенно заметно в частотном спектре аксиальных измерений. Многие производители и операторы электрических агрегатов уже используют современные лазерно-оптические системы центровки валов для устранения избыточной несоосности.

Разберем пример расцентровки вала:

Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов

На спектре вибраций будет виден заметный пик на удвоенной частоте вращения вала. Это явно указывает на расцентровку вала.

Решение: пик исчез после проведения работ по центровке вала, однако, необходимо также устранить разбалансировку ротора.

Несимметричность поля статора

Несимметричность поля электрических двигателей может быть вызвана дефектами статора или ротора. Наиболее часто встречаются следующие неисправности:

•             Короткое замыкание на сердечнике в результате трения или выгорания ротора

•           Несимметричность обмотки

•           Несимметричность   электропитания

•           Эксцентриситет положения ротора

Дефекты поля статора проявляются в спектре вибраций в виде пиков, возникающих на частоте, вдвое превышающей частоту сети (без боковых полос).

Пример несимметричности поля:

Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов

Двигатель привлёк к себе внимание из-за повышенной вибрации, которая наблюдалась также при снятой муфте. Чрезмерно высокий пик на удвоенной частоте сети указывал на повреждение статора.

Решение: при демонтаже было выявлено выгорание сердечника статора в результате местного короткого замыкания на сердечнике. Двигатель пришлось заменить полностью.

Нарушения поля ротора

Причины несимметричности поля ротора:

•           Повреждение стержней (поломка, разрушение, ослабление)

•           Короткое замыкание на стержнях

•           Короткое замыкание на кольцах (поломка, разрушение)

•           Короткое замыкание на сердечнике ротора (например, из-за перегрузки при чрезмерно высокой скорости)

Эти нарушения можно обнаружить в спектре вибраций по следующим признакам:

•           Частота прохождения стержней с боковыми полосами на удвоенной частоте сети

•           Частота сети с боковыми полосами на частоте скольжения

Единственно возможным путём для устранения таких неисправностей является полная замена ротора.

Ослабление крепления шкива

Приводной двигатель пресса сильно вибрировал и издавал нетипичные шумы, которые день ото дня усиливались.

Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов

На спектре вибраций частота вращения была едва заметна (в противоположность нормальному вибрационному спектру), однако гармонические составляющие частоты вращения были хорошо различимы. Эти свойства оставались без изменения до тех пор, пока с двигателя не был снят приводной ремень.

Решение: причина всех проблем заключалась в слабом креплении шкива привода ремня на валу двигателя. Проблема была решена путём повторной станочной обработки вала двигателя и переустановки шкива привода ремня

Общие уровни вибрации для оценки состояния подшипников

Как правило, повреждения дорожек подшипников не проявляются в повышении параметров низкочастотных вибраций до того момента, пока повреждение не станет очень серьёзным. Такая ситуация объясняется тем, что при прохождении тел качения по повреждённому участку дорожки формируется ударный импульс, который может быть выявлен лишь в высокочастотном диапазоне. Именно поэтому в целях контроля подшипников качения были введены специальные общие уровни вибрации. На текущий момент общепринятых международных стандартов в этой области не существует, поэтому используются различные значения общих уровней.

Справа представлены наиболее широко используемые параметры для оценки подшипников качения. Например, в Германии метод ударных импульсов уже как 25 лет зарекомендовал себя в качестве простого и надёжного способа проведения измерений для контроля подшипников качения. В противоположность всем прочим методам, при применении этого метода используются только два параметра для оценки. Максимальное значение ударного импульса (dBm), показывающее интенсивность ударного воздействия при качении подшипников, применяется для определения начального повреждения дорожек подшипников. Фоновый уровень ударных импульсов (dBc) показывает стандартный уровень шума подшипников, рост которого бывает обусловлен, в первую очередь, проблемами со смазкой, общим износом дорожек, недостаточной чистотой в подшипнике или наличием остаточного напряжения вследствие неправильного монтажа.

Вне зависимости от общих уровней вибрации, для оценки надёжного рабочего состояния необходимо знать: Каковы исходные значения? Каковы допуски? Какова скорость нарастания дефекта с течением времени?

Диагностика подшипников: повреждение дорожки

Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов
Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов
Вибродиагностика двигателей и вращающихся механизмов

На картинке пример диагностики сильного повреждения внутренней дорожки подшипника. Значительный рост уровня ударных импульсов (в особенности, рост максимального значения dBm с 18 до 48 dBsv) указывает на серьёзное повреждение подшипника. Анализ спектра огибающей выявил признаки, типичные для повреждения внутренней дорожки.

Решение: это предположение подтвердилось после замены подшипника: повреждённая площадь поверхности одной из двух дорожек внутреннего кольца составила около 15 x 15 мм.

Вам также может понравиться...

Популярные записи