Задачи генеза (от греческого «генезис» происхож­дение, возникновение, процесс образования). Задачи первого типа формально следует отнести к технической диагностике, а второго типа к

Вид материала

Документы

Содержание Рис. 3.11. Схема расцентровок валов типа радиального (а) и углового (б, в) смещений осей Характерные причины вибрации оборудования и их роторов (валов) на подшипниках качения Таблица 3.2 Характерные причины вибрации оборудования и их роторов (валов) на подшипниках скольжения

Подобный материал:

• Временные ряды, 100.85kb.
• «Конъюнктура рынка государственных ценных бумаг» Вар, 21.71kb.
• Лекция Возникновение экономических знаний. Исторический процесс развития экономической, 954.65kb.
• Справочник по оказанию скорой и неотложной помощи, 15675.55kb.
• Генезис и минеральные ассоциации золота и платиноидов Вместорождениях «черносланцевого», 746.3kb.
• Рекомендации по эпидемиологии, клинике, диагностике и профилактики заболеваний, вызванных, 94.56kb.
• Задачи урока : Проконтролировать знания учащихся по методам решения сложных логарифмических, 83.18kb.
• Методические рекомендации: Взадачах такого типа используются понятия: объем видеопамяти, 338.92kb.
• В. П. Алексеев возникновение человека и общества, 2425.89kb.
• Решение краевой задачи для уравнения состоит в определении значений функции y(X), удовлетворяющей, 28kb.

Динамическая неуравновешенность ротора - это неуравнове­шенность, при которой ось ротора и его главная центральная ось инерции пересекаются не в центре масс или перекрещиваются (см. рис. 3.10).

Динамическая неуравновешенность включает статическую и моментную неуравновешенности и полностью определяется главным вектором и главным моментом дисбалансов ротора или двумя векторами дисбалансов, в общем случае различных по значению и непараллельных, лежащих в двух произвольных плоскостях, перпендикулярных к оси ротора («крест дисбалан­сов»). При этом амплитуды виброскорости на оборотной часто­те, измеряемые на опорах в радиальной плоскости, различаются как по значению, так и по фазе.

Квазистатическая неуравновешенность ротора - это неурав­новешенность, при которой ось ротора и его главная централь­ная ось инерции пересекаются в центре масс ротора. При этом главный вектор дисбалансов ротора перпендикулярен к оси ро­тора, проходит через центр его масс и лежит в плоскости, со­держащей главную центральную ось инерции и ось ротора, а главный момент дисбалансов перпендикулярен к этой плоскости. Дисбалансы ротора лежат в одной плоскости, содержащей ось ротора и его центр масс.

Наиболее распространенными на практике следует считать динамическую и квазистатическую неуравновешенности. Вели­чину неуравновешенности уменьшают путем установки добавоч­ных грузов или снятием металла в одной или двух плоскостях коррекции ротора с целью достижения допустимой величины дисбаланса.

Установка добавочных грузов при балансировке рабочих ко­лес или ротора в виде приварки к боковой поверхности колеса пластин может привести при работе насоса к значительному вихреобразованию и, как следствие, росту вибрации.

Механическая неуравновешенность может быть вызвана:

- обрывом или деформацией отдельных вращающих элементов насосного агрегата и характеризуется внезапными однократными скачками амплитуд виброскоростей в радиальной плоскости;

- эрозией, коррозией, износом трущихся частей, загрязнения­ми, что вызывает появление дисбаланса векторной величины, равной произведению неуравновешенной массы на ее эксцентри­ситет.

Термическая нестабильность дисбалансов ротора (иногда это явление называют тепловым дисбалансом или термодинамиче­ской неуравновешенностью) возникает в результате деформации оси вращения ротора из-за изменения по длине его температуры и характерна для роторов электродвигателей. Такая нестабиль­ность может быть постоянной или временной. Она вызывается неравномерным нагревом или охлаждением активной части ро­тора, что приводит к тепловому изгибу вала.

Несимметричный нагрев ротора может возникнуть из-за виткового замыкания в обмотке ротора, неравномерной толщины изоляции обмотки ротора.

Тепловой прогиб возможен и при равномерном прогреве, на­пример, при разогреве ротора после пуска двигателя до достиже­ния ротором стабильной температуры. При этом дисбаланс мо­жет меняться вследствие изменения остаточных напряжений от термомеханической обработки под воздействием нагрева ротора, что вызывает перераспределение масс относительно оси ротора.

Термическая нестабильность может возникнуть из-за ослаб­ления посадки железа ротора на вал. Такое ослабление возмож­но при работе двигателя под нагрузкой, когда расширение паке­та железа ротора происходит вследствие тепловых потерь. Ос­лабление посадки в некоторых случаях может вызвать неста­бильность вибраций во времени из-за перемещения пакета желе­за по валу.

Ослабление посадки железа ротора под действием центро­бежных сил и теплового расширения пакета при его ориентации относительно вала приводит к тому, что вал изгибается в на­правлении смещения пакета. Такой изгиб обусловлен тем, что участок вала, контактирующий с пакетом, имеет более высокую температуру, чем его противоположная сторона. Нарастание прогиба сопровождается увеличением вибрации, пока центро­бежные силы не переориентируют его на полную величину зазо­ра, образовавшегося в результате освобождения посадки. Затем происходит выравнивание и нарастание в противоположную сто­рону, т.е. временное уменьшение вибрации и последующее нарастание с периодичностью 2-18 ч.

Одним из факторов, указывающих на наличие теплового прогиба, является рост виброскорости на оборотной частоте по­сле пуска двигателя по мере нагрева ротора до рабочей темпера­туры, а затем стабилизация виброскорости (при этом следует учитывать, что аналогично проявляется нарушение центровки агрегата под действием меняющихся температурных полей на опорах).

Уменьшение термической нестабильности дисбаланса ротора достигается проведением окончательной балансировки после прогрева двигателя.

Если неуравновешенность ротора является одной причиной повышенной вибрации, то основное возмущение происходит на оборотной частоте, вибрации на других частотах в 5-10 раз меньше. В том случае, когда этого не наблюдается, присутствует еще и другая неисправность или их несколько.

Работы по выявлению и устранению причин повышенной вибрации рекомендуется начинать с проверки центровки насоса с электродвигателем.


Расцентровка


Следует выделить два возможных варианта расцентровки: расцентровка из-за несовпадения осей валов и расцентровка, обусловленная дефектным изготовлением соединительных муфт. В первом случае необходимо различать расцентровку, связан­ную с радиальным смещением валов (излом линии вала) и с уг­ловым смещением валов (изгиб линии вала). При радиальном смещении валов (рис. 3.11, а) на концы валов через полу муфты действуют дополнительные изгибающие силы, стремящиеся от­клонить валы от осевого первоначального положения, данному отклонению препятствуют подшипниковые опоры, восприни­мающие дополнительную нагрузку. Нагрузки, действующие на подшипниковые опоры, противоположны друг другу по направ­лению и вызывают рост вибрации подшипниковых узлов. Зна­чительные нагрузки возникают при изгибе линии валов (рис. 3.11, б, в). Однако в данном случае нагрузки могут как совпа­дать по направлению, так и принимать противоположные на­правления. Возникающие дополнительные нагрузки на подшип­никовые узлы асимметричны и являются суммой статической и динамической составляющих. Последняя является результатом неравномерного силового взаимодействия в зацеплении полу­муфт.

Расцентровка, возникающая в результате сборки по дефект­ным полу муфтам, возникает реже. Возникающие в данном слу­чае дополнительные нагрузки на подшипники аналогичны на­грузкам, возникающим при несовпадении осей валов. Они могут на подшипниковых узлах как совпадать по направлению, так и принимать противоположные направления, т.е. действовать в противофазе. Характерной особенностью данных нагрузок явля­ется их динамический характер. Точки приложения нагрузок жестко связаны с полумуфтами и в процессе вращения нагрузки меняют свое направление на 360° за один оборот вала, что при­водит к изменению нагрузок на подшипники с частотой, совпа­дающей с частотой вращения вала соответственно.

Рис. 3.11. Схема расцентровок валов типа радиального (а) и углового (б, в) смещений осей: А, В, С, Д – подшипниковые опоры; R – реакции подшипниковых опор; 1,2 – ведомый и ведущий валы; 3 – проставки; 4 – полумуфты

Наличие расцентровок, приводящих к дополнительным на­грузкам, может служить причиной появления других неисправностей, а именно интенсивного износа вкладышей подшипников скольжения, износа элементов зубчатого зацепления полу муфт, разрушения тел и дорожек качения радиально-упорных под­шипников.

При вращении валов, сопряженных муфтами, без перекосов и смещений осей валов, а также при точном изготовлении муфт, все зубцы или пальцы последних нагружены равномерно, и на соединенные валы действуют только вращающие моменты. При наличии неточностей в шагах и форме зацеплений или втулок и пальцев нагрузка на зубцы или пальцы распределяется нерав­номерно, в результате чего на каждую полумуфту будет дейст­вовать радиальная неуравновешенная сила, вращающаяся вместе с муфтой. В предельном случае момент может передаваться ограниченным числом зубьев (пальцев). При этом действую­щая на вал неуравновешенная сила достигает наибольшего зна­чения. Сила, действующая на палец, вызывает радиальную силу, момент относительно оси муфты. Противоположно на­правленная радиальная сила приложена к ведущей полумуфте. Эти силы вращаются с муфтой и создают дополнительный изги­бающий момент на валу, т.е. в любой осевой неподвижной плос­кости вызывают противофазные колебания с частотой враще­ния. Так как окружное усилие пропорционально передаваемо­му крутящему моменту, то размах виброперемещения каждого подшипника возрастает пропорционально передаваемой мощности.

В дополнение к указанным неуравновешенным силам дейст­вующим на валы при их вращении, перекос или смещение осей валов вызывают силы трения, препятствующие перемещению полумуфт. Эти силы создают периодически изменяющийся мо­мент, который изгибает валы в плоскости перекоса или смеще­ния их осей и вызывает вибрацию подшипников, а также перио­дически изменяющиеся изгибные напряжения на валах На виб­рацию основной частоты накладываются высокочастотные виб­рации из-за неравномерной работы зубцов или пальцев

Муфты с хорошим состоянием рабочих поверхностей обеспе­чивают нормальную работу агрегата при расцентровке, дости­гающей значений 0,2-0,3 мм. Расцентровка приводит к быстро­му износу элементов муфт.

Состояние подшипников как скольжения, так и качения мо­жет оказать значительное влияние на вибрационную характери­стику насосного агрегата.

Основные неисправности оборудования, выявляемые при из­мерении вибрации на подшипниковых узлах, приведены в табл. 3.1 и 3.2.

Интенсивным источником вибрации подшипника скольжения (особенно для машин с легкими роторами, большой длиной опорной части подшипника и при существенном снижении на­грузки и излишне вязкой смазке) на частоте 0,42-0,48F₀ является «вихревая смазка». Эта вибрация является результатом прецессии вала в подшипнике под действием смазки Пленка смазки, непосредственно соприкасающаяся с валом в граничном слое, вращается со скоростью вала, а пленка, находящаяся на неподвижной поверхности


Таблица 3.1

Характерные причины вибрации оборудования и их роторов (валов) на подшипниках качения

Причина	Частота	Амплитуда	Примечание	Устранение
Дисбаланс ротора	F0 - основная гармоника	Как правило, постоян­ная. Максимальное зна­чение в радиальном на­правлении ротора	Самая частая причина колебаний машин	Балансировка
Неправильный монтаж (неточная выверка со­осности, зазор и биение муфтового соединения, заедание в соединитель­ных муфтах)	k-F0, где k ~ 2; редко k - 4	Наряду с радиальными трениями в большинст­ве случаев возникают сильные осевые биения	Надежным признаком являются сильные ко­лебания ротора в осевом направлении	Выверка вращающихся частей. Проверка ради­ального и осевого бие­ния
Дефектные подшипники качения	Разные, обычно очень высокие частоты, зави­сящие от числа шариков в подшипнике, вращаю­щегося кольца (внутрен­нее или наружное}, ко­личества и размера язв на беговых дорожках	Величина амплитуды -постоянно меняющаяся	Максимальная ам­плитуда встречается на опоре с дефектным подшипником	Замена подшипников качения
Некруглость места по­садки подшипника, зак­линенный подшипник качения	k Fot где k = 2; 3; 4	Сильные радиальные биения с постоянной амплитудой	Овальная шейка соз­дает биения ротора с частотой 2-F ротора	Доработка опорной шей­ки и вкладыша подшип­ника
Слишком большой за­зор в подшипнике каче­ния, ослабленное внут­реннее кольцо	F0	Величина амплитуды -постоянно меняющаяся с каждым пуском		Замена подшипника ка­чения, проверка допус­ков сопрягаемых дета­лей
Электрические или маг­нитные факторы	k Fot где k = 2; 2	Постоянная, небольшая по величине	Возникают только при включенном сете­вом напряжении	В большинстве случаев устраняется ремонтом или заменой ротора или статора

Продолжение табл. 3.1

Причина	Частота	Амплитуда	Примечание	Устранение
Гидравлические факто­ры Примечание.	Разные частоты в зави­симости от числа рабоче­го колеса	Обычно нестабильная	Вибрация часто обус­ловлена работой насо­са в зоне малых по­дач	Устранение возможно только путем изменения конструкции рабочего колеса или отвода
Примечание. F0 - основная гармоника; k - целое число (номер гармоники)

Таблица 3.2

Характерные причины вибрации оборудования и их роторов (валов) на подшипниках скольжения

Причины коле­баний валов	Временная ха­рактеристика максимального изменения виб­рации			Зависимость от эксплуатацион­ных факторов	Характерные частоты в спек­тре колебаний	Форма кинети­ческой характеристики		Графическое изображение временной функции ампли­туды колебаний		Устранение
Постоянный дисбаланс	Постоянная			Зависимость от частоты враще­ния	Основная гар­моника	Эллипс, круг, прямая		Синус		Балансировка
Термический дисбаланс	Изменяется в те­чение пуска до установившегося температурного режима			Зависимость от мощности, тем­пературного ре­жима	Основная гар­моника	Эллипс, круг, прямая		Синус		Замена ротора (вала)
Дисбаланс вследствие кор­розии, эрозии или загрязнения проточной части рабочего колеса	Медленно изме­няется по мере наработки			Зависимость от частоты враще­ния	Основная гар­моника	Эллипс, круг, прямая		Синус		Замена рабочего колеса насоса, заварка корро-зионно-эрозион-ных язв при ре­монте, механи­ческая очистка от загрязнений
Дисбаланс вслед­ствие излома час­тей лопаток ра­бочего колеса на­соса или вен­тилятора элек­тродвигателя		Резкое (вне­запное) увеличение	Зависимость от частоты враще­ния		Основная гар­моника		Эллипс, круг, прямая	Синус	Замена рабочего1 колеса насоса или вентилятора
Самовозбуждаю­щиеся колебания из-за неравно­мерного зазора в подшипнике или нестабильности смазки		Сильно ме­няющаяся	Зависимость от частоты враще­ния, мощности, температуры мас­ла подшипника, величины зазора в подшипнике		Половина основ­ной гармоники, собственная час­тота изгиба вала с учетом под­шипника		Непостоянная, редко замкнутая кривая	Часто похоже на синус, с ме­няющейся во времени харак­теристикой	Изменение кон­структивных па­раметров под­шипниковых уз­лов и режимов смазки
Вынужденные колебания из-за некачественного монтажа, закли­нивания в под­шипниках или муфте		Постоянная	Зависимость от частоты враще­ния и мощности		Основная и вто­рая гармоника		Часто замкнутая кривая различ­ной формы (на­пример октаэдр)	Непостоянное, как правило, периодически повторяемое	Ревизия под­шипников, муф­ты, повторный тщательный монтаж
Дефект зубчатых передач		Постоянная	Зависимость от частоты враще­ния и мощности		Частота враще­ния зубчатых колес, ведущего и ведомого ва­лов передачи		Непостоянная, в большинстве случаев не зам­кнутая кривая	Периодически повторяющаяся кривая, не по­хожая на синус	Разборка, кон­троль зубчатых колес, тщатель­ная сборка
Электрические или магнитные силы в электро­двигателях и ге­нераторах		Постоянная или иногда с периодически­ми колебания­ми	Как правило, за­висимость от мощности		Основная и вто­рая гармоника		Часто эллипс	Синус или кри­вая, похожая на синус, иногда с амплитудной демодуляцией	Устранение ре­монтом статора, ротора, обмоток электромашины

подшипника, неподвижна. Возникает масляный вихрь.

Вихревой смазки можно избежать изменением условий рабо­ты подшипника. А именно увеличением нагрузки, уменьшением зазора в подшипнике до номинального, увеличением вязкости масла, уменьшением температуры подшипника, увеличением расхода и давления масла.

Другим источником вибрации является неравномерная и не­правильная смазка подшипника. Вибрация проявляется на час­тотах 1/2, 1/3 или 1/4 от основной гармоники. В неправильно смазанных подшипниках может возникнуть сухой контакт по­верхностей вала и подшипника, появляется «скрип» в резуль­тате скачкообразного движения шипа вала по поверхности опоры.

Во время пуска насоса может возникнуть контакт металличе­ских поверхностей шипа и вкладыша. С увеличением частоты вращения увеличивается поверхность, которая смазывается тон­ким слоем масла в месте контакта.

В условиях полной гидродинамической смазки вал свободно плавает на масляной пленке. Даже при обильной смазке возмо­жен разрыв пленки при достаточно больших колебаниях шипа, вызванных овальностью или огранкой поверхности цапфы, не­равномерным или большим зазором между элементами подшипника.

Уменьшение вязкости масла, связанное с повышением темпе­ратуры, также может привести к разрыву пленки, поскольку уменьшается его демпфирующая способность. Демпфирование увеличивается при использовании масла более высокой вязко­сти, однако это приводит к увеличению сил трения.

Вибрации от некруглости шейки ротора проявляются в ос­новном на частоте 2F₀. В поперечном сечении всегда имеется отклонение реальной формы шейки ротора от окружности. В самом общем случае профиль поперечного сечения шейки ротора имеет произвольную форму.

Неисправности гидродинамического происхождения присущи только насосу. Поэтому их наличие можно определить в первую очередь. Эти неисправности характеризуются тем, что они вы­зывают повышенную вибрацию одновременно на обоих подшип­никовых опорах насоса.

Вихреобразование на лопатках рабочего колеса, стенках от­вода, турбулентные пульсации, кавитация в колесе и отводе вы­зывают образование сплошного спектра вибрации в области вы­соких частот (в основном с 800 Гц и выше). В то же время для срывной кавитации сопутствует вибрация в частотной полосе 20-500 Гц; для газовой кавитации - от 1000 Гц и выше, для паровой - от 2500 Гц и выше.

Если убедились, что такая вибрация отсутствует, то следует выяснить присутствие: гидродинамической неуравновешенности ротора, пульсации радиальных и осевых сил, неоднородности, потока на выходе из рабочего колеса и при обтекании языка от­вода.

Для гидродинамической неуравновешенности характерна вибрация на оборотной составляющей F₀ и более высоких гар­мониках, т.е. kF₀. При этом амплитуды вибраций убывают по экспоненте с увеличением k (1, 2, 3,...).

Когда происходит пульсация радиальных и осевых сил, тогда вибрация содержит значительные по величине составляющие на оборотной и лопаточной частоте ZF₀, где Z - число лопастей насоса. Кроме радиальной вибрации присутствует осевая вибра­ция. При неоднородности потока на выходе из рабочего колеса вибрация на лопаточной частоте, т.е. ZF₀, как правило, преоб­ладает над другими и над оборотной составляющей.

Четко представляя характерные признаки и измеренные час­тотные составляющие вибраций, можно определить, какая из неисправностей вызывает вибрацию насосного агрегата. Неис­правности механических происхождений встречаются чаще дру­гих неисправностей и присущи как для электродвигателя, так и для насоса.

Как уже указывалось, неуравновешенность ротора (дисба­ланс, разбаланс) вызывает вибрацию на оборотной составляю­щей F₀, которая обычно существенно больше вибрации на дру­гих частотах. Неуравновешенности ротора насоса характерно то, что амплитуда и фаза оборотной составляющей вибрации на пе­реднем подшипнике должна быть соответственно равна вибра­ции на заднем подшипнике, так как масса рабочего колеса нахо­дится примерно по середине между подшипниковыми узлами.

Для неуравновешенности ротора электродвигателя амплитуда и фаза вибрации на оборотной составляющей могут быть раз­личными для каждой подшипниковой опоры. Это вызвано тем, что масса ротора электродвигателя распределена неравномерно по длине вала.

Термодинамическая неуравновешенность ротора электродви­гателя вызывает изменение амплитуды и фазы оборотной со­ставляющей вибрации в процессе нагрева электродвигателя при выходе его на стационарный тепловой режим. Таким образом, анализируя интенсивность вибрации при нагревании, можно установить наличие термодинамической неуравновешенности ротора.