Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Роторное оборудование Часть 7

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Цель Для того, чтобы распознать дефекты машинного оборудования, желательно иметь общее представление о различных видах промышленных машин.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Насосы

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Насосы Насосы имеют различные типы и конфигурации. Это центробежные, осевые, поршневые, вертикальные, роторные, винтовые и объемные. Они могут иметь одну или несколько ступеней, могут быть центральными или консольными, и они могут перекачивать жидкости или газы.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Насосы Центробежные насосы имеют вращающийся элемент, называемый рабочим колесом, которое монтируется на валу. Оно заключено в корпус, имеющий всасывающий и напорный каналы. Рабочее колесо крепится к валу, соединенному с двигателем с помощью муфты.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Насосы Рабочее колесо вращается с высокой скоростью внутри корпуса, вращая вместе с ним перекачиваемую жидкость. Центробежная сила выбрасывает жидкость из насоса. Когда жидкость покидает область рабочего колеса, она движется с более высокой скоростью, чем на входе в корпус насоса. Уравнение Бернулли гласит, что давление жидкости уменьшается с увеличением его скорости. Низкое давление, создаваемое рабочим колесом, создает разрежение на входе насоса. Это разрежение (высота всасывания) втягивает больше жидкости в насос через всасывающий трубопровод.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Одноступенчатый насос У многих насосов только одно рабочее колесо для создания требуемого объема прокачки и напора, необходимого для преодоления сопротивления потока. Такие насосы называются одноступенчатыми, поскольку у них только одно рабочее колесо.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Двухступенчатый насос Двухступенчатый насос имеет в ряд два рабочих колеса.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Многоступенчатый насос Для создания необходимого напора и объемного расхода более эффективно использовать несколько работающих в ряд рабочих колес, где всасывание одного рабочего колеса следует из напора другого. Такие насосы называются многоступенчатыми.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Осевой насос Лопасти осевого рабочего колеса наклонены относительно оси вращения, как здесь показано. Потоки всасывания и нагнетания жидкости в осевых насосах (также называемых лопаст-ными насосами) параллельны оси вращения рабочего колеса. Рабочее колесо осевого насоса напоминает винт корабля; отсюда и название - лопастной насос. Лопасти осевого рабочего колеса насоса часто профилированы в поперечном сечении, и имеют малый зазор с корпусом насоса.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Поршневой насос Конструкция поршнево-го насоса во многом сходна с двигателем внутреннего сгорания: поршень, движимый коленчатым валом, перемещается вверх и вниз (возвратно-посту-пательные движения) внутри цилиндра. Впускные и выпускные клапаны располагаются в верхней части цилиндра, чтобы обеспечить всасывание и нагнетание жидкости.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Поршневой насос Объем жидкости в цилиндре одинаков для каждого цикла. Таким образом, производительность поршневого насоса прямо пропорциональна скорости движения поршня; более быстрое движение поршня перемещает больше жидкость в единицу времени. При движении поршня вниз объем внутри цилиндра увеличивается. Это увеличение объема мгновенно понижает давление внутри цилиндра, создавая разрежение, которое засасывает жидкость в цилиндр. Впускной клапан, пропустив жидкость в цилиндр, закрывается. При движении поршня вверх объем уменьшается, и жидкость оказывается под давлением. Выпускной клапан открывается в верхней части хода поршня и жидкость выходит под более высоким давлением.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Основная насосная терминология Давление всасывания - это фактическое показание манометра на стороне всасывания насоса. Насос создает разрежение, которое всасывает жидкость. Но чтобы создать разрежение, атмосферное давление должно быть уменьшено. Количество перемещаемого воздуха для создания разрежения поднимает давление где-то в другом месте. Это давление, созданное всасыванием, называют давлением всасывания. Давление напора – это фактическое показание манометра на стороне нагнетания насоса.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Основная насосная терминология Давление насыщенного пара – при любой температуре, жидкость имеет давление, при котором она сразу превращается в пар не нагреваясь. Это давление называется давлением насыщенного пара и является очень важным фактором в перекачивании жидкостей. Давление всасывания насоса всегда должно превышать давление насыщенного пара. Иначе жидкость будет превращаться в пар и насос будет квитировать, вызывая чрезмерную вибрацию, повреждения рабочего колеса, и выход насоса из строя. Из-за давления пара, энергия, доступная для перемещения жидкости в насосе, равна общей высоте всасывания минус давление пара. Если общая высота всасывания будет равна давлению пара, то вся энергия всасывания будет израсходована на поддержание жидкости в жидком состоянии, и ее не будет хватать для перемещения жидкости.

Основные дефекты насосов Лопастная частота Эта частота рассчитывается путем умножения числа лопастей рабочего колеса насоса на скорость вращения насоса. Важно отметить, что наличие этой частоты в спектре является нормальным и не обязательно указывает на какой-то дефект. Различные насосы, работающие в разных условиях нагрузки, сильно различаются в амплитуде вибрации на лопастной частоте. Таким образом, полезно иметь хорошие контрольные данные насоса для сравнения. Значительное изменение амплитуды лопастной частоты обычно указывает на какое-то ограничение потока. Кавитация Кавитация возникает при разнице между давлениями всасывания и нагнетания насоса. Это приводит к быстрому формированию пузырьков воздуха и схлопыванию их внутри насоса. Сильную кавитацию можно услышать и ошибочно принять за плохие подшипники. Обычно она наблюдается в спектре в виде подъема уровня шума (широкополосно-го) вокруг или близкого к лопастной частоте. Длительная кавитация может серьезно повреждить рабочее колесо и корпус насоса. Поскольку кавитация в спектре очень сильно напоминает развитый дефект подшипника, использование PeakVue может быть очень полезным при анализе насосов.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Основные дефекты насосов Дисбаланс Повреждение рабочего колеса горизонтального центробежного насоса часто происходит ввиду дисбаланса, который можно идентифицировать по увеличению амплитуды вибрации на первой гармонике частоты вращения насоса. В вертикальных насосах, подобный рост вибрации, измеренной на двигателе, часто происходит из-за износа подшипников скольжения вертикального вала насоса. Резонанс трубопровода Иногда на насосы действует резонанс трубопровода. Если трубопроводы нагнетания и всасывания жестко связаны с насосом, то не редкость, что одна из частот насоса будет возбуждать собственную частоту трубопровода. Эта вибрация передается обратно на насос, вызывая значительно большие амплитуды колебаний, чем на самом деле генерируются насосом. Полезно измерять вибрацию на трубопроводах и сравнивать ее амплитуды с вибрацией насоса, чтобы удостовериться в этом.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Основные дефекты насосов Несоосность Несоосность часто является причиной повреждений уплотнений насоса. Утечки через уплотнения насоса часто приводят к потере или загрязнению смазки, которые, в свою очередь, ведут к преждевременному развитию дефектов подшипника. Несоосность обычно идентифицируется в спектре по пику вибрации на второй гармонике частоты вращения насоса, которая имеет амплитуду на 50% большую, чем первая гармоника. Изгиб вала, разболтанность, дефекты муфты и подшипников – другие факторы, на которые следует обращать внимание при анализе вибрации насосов.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Вентиляторы Различные конструкции вентиляторов могут дать различные вибрационные характеристики в зависимости от конструкции вентилятора, его установки и эксплуатации. Существует два основных типа вентиляторов -центробежные и осевые.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Центробежные вентиляторы Центробежные вентиляторы (также называемые радиальны- ми) состоят из рабочего колеса, вращающегося в корпусе спиральной формы. Обычно воздух попадает в корпус в осевом направлении вращения крыльчатки и отводится на периферию рабочего колеса.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Осевые вентиляторы Поток воздуха в осевом вентиляторе параллелен оси рабочего колеса. Лопасти осевого вентилятора, как правило, профилированы в поперечном сечении, и имеют малый зазор с кожухом вентилятора.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Лопасти крылового профиля Лопасти крылового профиля названы так потому, что они профилированы в поперечном сечении, как крыло самолета. Благодаря своей аэродинамич-ной форме, профилированные лопасти имеют эффективность около 90 %; это наиболее эффективный тип лопастей любого центробежного вентилятора. Поскольку их эффективность так высока, вентиляторы с загнутыми назад (или профилированными лопастями) используются в больших вентиляционных установках, таких как угольные шахты и тоннели.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Полые лопасти вентилятора Полые лопасти вентилятора именно полые. Лопасти крылового профиля, как правило, полые (иначе они были бы слишком тяжелыми и слишком дорогими в производстве). Внутри профиля лопасти может быть несколько ребер, добавляющих жесткость и помогающих поддерживать форму лопасти.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Осевой шаг лопастей Шаг – это угол между лопастью вентилятора и мнимой плоскостью, перпендикулярной линии вала. Например, лопасти вентилятора с нулевым шагом будут параллельны плоскости, перпендикулярной осевой линии вала. Лопасти вентилятора с шагом 10° будут расположены под углом 80° к линии вала и 10° к плоскости, перпендикулярной линии вала.

Фиксированный шаг Лопасти с фиксированным шагом в осевых вентиляторах крепятся к ступице на фиксированный угол. Шаг лопастей ротора фиксированный и может быть изменен только путем ослабления болтов крепления, когда выключен вентилятор. Изменяемый угол направляющих лопаток или переменная скорость вращения служат для эффективного моделирования изменения шага. Очень часто одна или несколько лопастей не точно соответствуют шагу. Это означает, что они несут большую (или меньшую) нагрузку, чем другие лопасти, и в результате возникает высокая осевая вибрация. Другой источник осевой вибрации - осевое смещение. Смещение лопасти вентилятора - это мера того, насколько она находится впереди или позади (по или против потока) других лопастей. Если отметка сделана на корпусе напротив кончика одной лопасти вентилятора, кончики всех других лопастей должны также проходить точно в линию с этой отметкой. Смещение означает, что лопасти проходят отметку немного в стороне. Смещение ускоряет или замедляет массу воздуха, проходящего через вентилятор за один оборот и вызывает осевую вибрацию. Осевая вибрация в осевом вентиляторе может перейти в гори-зонтальную и вертикальную вибрацию из-за раскачивания вентилятора.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Переменный шаг В вентиляторах с лопастями переменного шага используются механические, гидравлические или пневматические механизмы для изменения шага каждой лопасти во время работы вентилятора. Это удобно для обеспечения различных потребностей в воздухе. Однако, эти вентиляторы труднее диагностировать.

Переменный шаг Механизм, регулирующий угол атаки, подвержен износу и высоким центробежным силам, поэтому много раз не сможет равномерно менять шаг лопастей от нулевого до максимального. Также общая проблема с переменным шагом у осевых вентиляторов в том, что вентилятор может быть сбалан-сирован при нулевом, половинном или полном шаге, но не может быть сбалан- сирован во всем диапазоне. Это почти всегда связано с одной из трех причин : Шаг не меняется равномерно, как это должно быть, На определенном шаге возбуждается резонанс и пульсации воздуха передаются на воздуховод, Лопасть не отцентрована в диффузоре. Метод "наименьших квадратов" является эффективной процедурой для балансировки вентиляторов в этой ситуации. Данные, полученные при нескольких различных параметрах шага с наименее возможным риском, принимаются для расчета. Другой подход заключается в том, чтобы выяснить, какой шаг чаще всего используется при нормальной эксплуатации и получить наилучший баланс для него. Остальные шаги не будут иметь идеального баланса, но это может быть приемлемо, так как вентилятор не работает на этих шагах большую часть времени. Довольно часто лопасти вентиляторов с переменным шагом не выровнены в плоскости диска. Их сдвиг приводит к высокой осевой вибрации на лопастной частоте.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Общие дефекты вентиляторов Дисбаланс Поскольку центробежные вентиляторы часто имеют относительно большой диаметр рабочего колеса, баланс зачастую является проблемой. Дисбаланс проявляется в спектре пиком вибрации на скорости вращения вентилятора и, как правило, в радиальном направлении. Если вентилятор был ранее сбалансирован и состояние дисбаланса появилось лишь недавно, причина часто связана с отложениями на рабочем колесе или его повреждением. По этой причине рекомендуется всегда визуально проверять рабочее колесо вентилятора перед балансировкой. Очень часто простая очистка рабочего колеса приведет уровень вибрации обратно в норму. Несоосность, дефекты подшипников качения, ослабления, резонанс и погнутый вал являются другими дефектами часто возникающими в вентиляторах.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Компрессоры Компрессоры разделяются на три основных типа: центробежные, поршневые, и винтовые компрессоры. Эти устройства, как правило, связаны с процессами, в которых происходит резкое повышение давления между впуском и выпуском.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Центробежные компрессоры Центробежные компрессоры создают высокое давление за счет ускорения и замедления газа. Многолопастное рабочее колесо вращается внутри корпуса. Газ поступает в центр рабочего колеса (так называемый глаз) и выбрасывается за пределы рабочего колеса под действием центробежной силы. В некоторых центробежных компрессорах устанавливают направляющий аппарат для равномерного распределения газа по всему глазу рабочего колеса.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Центробежные компрессоры К тому времени, когда газ достигнет периферии колеса он ускорится совсем немного. Как только он покидает колесо, он попадает в область, называемую диффузором. Диффузор, как правило, постепенно расширяющаяся область внутри корпуса, называемая улиткой (улитка – это расширяющаяся спираль, похожая на раковину улитки). Внутри улитки газ замедляется и кинетическая энергия движения газа преобразуется в давление. Для обеспечения большего сжатия, выход из улитки направлен в глаз следующего рабочего колеса.

Многоступенчатые компрессоры Не всегда удается добиться желаемого сжатия в одной ступени. Иногда сжатие осуществляется в несколько этапов, где каждая ступень увеличивает сжатие газа между входом и выходом. Теоретически, достаточно только одной ступени, чтобы сжать газ до любого давления. Однако сжатие газа повышает его температуру. Этот факт используется в дизельных двигателях, где тепла от сжатия достаточно, чтобы воспламенить топливо. Температура от сжатия ограничивает степень сжатия в одной ступени. Если необходимо большее сжатие, чем можно достичь в одной ступени, то выход из цилиндра направляют на вход другого цилиндра (следующая ступень).

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Поршневые компрессоры Конструкция поршневого компрессора является во многом сходной с двигателем внутреннего сгорания: поршень с приводом от коленчатого вала движется вверх и вниз (возвратно-поступательные движения) внутри цилиндра. В верхней части цилиндра устанавливаются впускные клапаны, чтобы впустить газ с низким давлением, и выпускные клапаны, чтобы выпустить сжатый газ.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Винтовые компрессоры Винтовые компрессоры обычно многоступенчатые и используют вращающиеся винты для создания давления. Винты, как правило, это валы с двумя или более выступами и эти валы расположены так, что выступы входят в канавки соседнего вала не касаясь, как показано здесь.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Винтовой компрессор Положение лопастей создает карманы, которые проходят мимо впускного и выпускного отверстия так же, как в роторном компрессоре. Выступы не должны касаться друг друга, поскольку валы вращаются с большой скоростью. Тем не менее, для поддержания достаточного давления зазоры между выступами должны быть очень малыми. Зазор обеспечивается распределительной передачей, так что частоты зубчатого зацепления являются очень заметным компонентом в спектре вибрации винтового компрессора.

Дефекты компрессоров Центробежные компрессоры Центробежные компрессоры имеют сходную природу с вентиляторами и насосами и должны быть проанализиро-ваны подобно им. Следите за дисбалансом, несоосностью и дефектами подшипников. Поршневые компрессоры Поскольку поршневым компрессорам присуще возвратно- поступательное движение, очень часто в спектре можно видеть пики на частоте скорости вращения и нескольких ее гармоник. В других машинах, это было бы причиной для расследования потенциального люфта. Но в этих машинах, такая вибрация, как правило, считается приемлемой. Поэтому очень важно, чтобы маршрутные измерения выполнялись в повторяющейся манере. Только по росту тренда можно сказать, что поршневой компрессор имеет потенциальный дефект. Также следите за дефектами подшипников коленчатого вала и вибрацией арматуры.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Дефекты компрессоров Винтовые компрессоры Многие винтовые компрессоры работают на очень высоких скоростях и очень чувствительны к изменению нагрузки. Важно проверять их при одной и той же скорости и нагрузке, поскольку данные тренда могут быть полезнее остальных. Кроме того, места измерений должны быть постоянными. Дефекты подшипников качения, ослабленность и дефекты шестерен являются основными проблемами винтовых компрессоров. Обычно из-за их высоких скоростей, желательно устанавливать акселерометр на шпильку, а если это невозможно, то с помощью плоского редко-земельного магнита на ровную чистую поверхность.

Паровые турбины Паровые турбины – это двигатели, преобразующие энергию пара в механическую работу. Их можно найти в промышленности во многих применениях, от простого привода насосов и вентиляторов до привода крупных электрических генераторов в энергетике. Фактически на них приходится около 78% производства электроэнергии в России и США. Существует множество типов паровых турбин различных размеров, начиная от небольших одноцилиндровых до очень больших конфигураций в несколько цилиндров. Но все они работают, в основном, одинаково.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Паровые турбины Сначала пар нагревается в котле, где он достигает температуры около 1000 ºF (>500 ºС). Он проходит в турбину со скоростью более 1000 миль/час (450 м/с). Пар под высоким давлением попадает на первый ряд лопаток, создавая крутящий момент и заставляя ротор вращаться. Затем пар выходит из турбины и либо попадает на другую ступень турбины, либо в конденсатор, где он охлаждается и снова превращается в воду. В процессе конденсации пара создается вакуум, который всасывает еще больше пара из турбины. Вода возвращается в котел, нагревается, и используется снова. Внутри турбины пар должен ударять в лопатки под определенным углом, обеспечивая максимальный КПД пара высокого давления. Для этого предназначены сопла. Стационарные кольцевые сопла, расположенные между лопаточными колесами, направляют струю пара под оптимальным углом атаки к лопаткам. На одном из концов главного вала устанавливают упорный подшипник для сохранения его осевого положения и удержания движущихся частей от касания с неподвижными частями. Главный вал опирается на подшипники скольжения, которые удерживают его от вылета из корпуса на высоких скоростях.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Газовые турбины Газовые турбины во многом очень похожи на паровые турбины, только для вращения ротора вместо пара под давлением они используют сжатый газ, полученый при сжигании некоторых видов топлива, таких как природный газ, керосин или авиационное топливо. Тепло, возникающее при сжигании топлива, расширяет газ и этот горячий газ, выходя с высокой скоростью из камеры сгорания, раскручивает турбину.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Газовые турбины Газовые турбины, теоретически, очень просты. Они имеют три основных компонента. Компрессор – Сжимает поступающий воздух до высокого давления. Камера сгорания – Сжигает топливо и производит газ высокого давления и высокой скорости. Турбина – Извлекает энергию из газа с высоким давлением и высокой скоростью, который поступает из камеры сгорания.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Турбины Вибрационному специалисту очень важно помнить, что и газовые и паровые турбины, как правило, весьма критичные машины с очень ограниченным доступом и они по этой причине очень часто поставляются со стационарными системами контроля и защитными устройствами, которые автоматически ограничивают параметры или выключают турбину, если вибрации достигают определенного уровня. Во многих случаях, например, на машинах, оснащенных Мониторами оборудования CSI 6500MS (поставщик BALTECH), нормальные маршрутные данные вибрации регулярно измеряются и автоматически сохраняются, так что портативные системы сбора данных не требуются. Оптимальным решением он-лайн мониторинга является стационарная система «ПРОТОН-1000». Но в тех случаях, когда необходимо подключить к системе контроля переносной сборщик данных вибрации, следует соблюдать особую осторожность, чтобы напряжение смещения от анализатора не вызывало срабатывания системы защиты и отключению турбины. Внезапное отключение турбины может быть очень дорого и может привести к длительному простою!

Турбины Основные вибрационные проблемы, связанные с турбинами: Дисбаланс Поскольку турбины, как правило, балансируют перед вводом их в эксплуатацию, повышенный дисбаланс может быть результатом поломки лопатки турбины. Визуальный осмотр турбины - действительно единственный путь удостовериться в этом. Изгиб ротора Большие турбины и генераторы часто имеют очень массивный ротор, который может прогнуться, если просто оставить его без проворота в течение длительного периода времени. Именно поэтому такое оборудование, как правило, оснащено поворотным редуктором для проворота ротора во время простоя. Погнутый ротор или погнутый вал имеют все признаки дисбаланса, создавая пик вибрации на частоте скорости вращения. Осевые измерения должны быть сопоставлены с радиальными и выяснены различия между этими двумя состояниями.

Масляный вихрь Масляный вихрь вызывают субсинхронную нестабильность в подшипниках скольжения. Как правило, масляная пленка обтекает шейку вала для смазки подшипника. Скорость вращения этой масляной пленки обычно менее половины скорости вращения вала. Вал скользит на вершине градиента масляного давления немного поднимаясь по стенке подшипника на определенное стабильное угловое положение и эксцентриситет. Суммарный подъем зависит от скорости вращения ротора, его веса и давления масла. Поскольку вал работает эксцентрично относительно центра подшипника, он создает масляный клин, в виде сжатой несущей пленки.

Масляный вихрь Если на вал воздействует внезапная вибрация (например, при прохождении ротором критической скорости), он может мгновенно изменить свое нормальное положение. Когда это происходит, в пространство, откуда вал поднялся, подкачивается больше масла. Это приводит к повышению давления в несущей пленке, создавая дополнительную силу между пленкой масла и валом. Здесь, масляная пленка может фактически вести вал вперед в поступательном круговом движении и в вихревом кружении в зазоре вокруг подшипника. Если в системе достаточно затухания, вал вернется в свое нормальное положение. Если нет - вал будет продолжать кружение, которое может сильно зависеть от многих факторов.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Масляный вихрь Распознавание масляного вихря Масляный вихрь создает пик вибрации в спектре обычно на частоте процентов от скорости вращения вала. Считается опасным, когда амплитуда колебаний достигает процентов поперечного зазора подшипника. Корректирующие меры включают в себя установку новых вкладышей подшипника с соответствующими зазорами, нагрузку подшипника внутренним давлением масла или изменение типа подшипника на подшипники на масляной пленке, которые менее восприимчивы к масляному вихрю. Качающиеся вкладыши подшипников работают здесь великолепно; для каждого сегмента или вкладыша расчитывают масляный клин, чтобы он центровал вал внутри подшипника.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Взбитие смазки Взбитие смазки возникает, когда частота масляного вихря возбуждает в системе собственные частоты или критическую скорость. Как только начинается взбитие смазки, ее частота остается неизменной, независимо от скорости вращения вала. Когда вал встречается со взбитием смазки, его амплитуда ограничивается только зазором в подшипнике. Если не принять соответствующих мер, взбитие смазки может вызвать разрушительные вибрации, приводящие к катастрофическим последствиям.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Электродвигатели Электродвигатели бывают различных конструкций и конфигураций. Наиболее распространенными из них являются асинхронные двигатели переменного тока. Асинхронные двигатели состоят из четырех основных компонентов: ротора, рамы с сердечником, статора и подшипников.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Ротор Ротор – это вращающаяся часть в электродвигателе. Конструкция короткозамкнутого ротора широко используется в большинстве асинхронных двигателей. Эта конструкция использует ламинированный сердечник с прорезями, в которых располагается проводящий материал стержней ротора. Стержни ротора соединены на концах закорачивающими кольцами.

Сердечник статора Статор - неподвижная часть асинхронного двигателя, которая состоит из ламинированного цилиндрического сердечника с прорезями и обмоток, размещенных в них. Магнитный материал, используемый для сердечника, по своей природе является также проводником и находится под воздействием изменения магнитного потока точно так же, как и обмотки в нем. Индуцированое напряжение вызовет ток в сердечнике. Эти вихревые токи в сердечнике повышают температуру статора и снижают КПД двигателя. Ламинированный сердечник обеспечивает высокое сопротивление протекающему в нем току, а следовательно, и вихревым токам, что в результате снижает потери.

Обмотки Обмотки статора состоят из витков магнитной медной проволоки, которые образуют катушку. Эти катушки размещены в пазах сердечника. Обмотки отделены друг от друга и от сердечника изоляцией. На рисунке ниже показано, как отдельные катушки размещены в статоре и как они соединены для формирования полюса.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Анализ двигателей переменного тока Дефекты двигателей переменного тока могут быть разбиты на две основные категории: дефекты статора и дефекты ротора. Дефекты статора могут быть определены по их связи с частотой электрической сети. Дефекты ротора связаны со скоростью вращения вала. Кроме того, всегда будьте готовы определить дисбаланс, несоосность, мягкую лапу, ослабления и дефекты подшипников качения.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Дефекты статора Ослабление прессовки пакета стали Обрыв или короткое замыкание обмотки Нарушение изоляции Несбалансированная фаза Статический эксцентриситет Потеря контакта Дефекты, относящиеся к статору, проявляются пиком на удвоенной частоте сети в спектре. Очень часто будет видна пазовая частота с боковыми гармониками двойной частоты сети. Один из способов подтвердить дефекты статора – это мониторинг сигнала в реальном времени при отключении питания двигателя. Вибрация должна немедленно исчезнуть.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Дефекты ротора Растрескивание или обрыв стержней ротора Динамический эксцентриситет Преобладающая вибрация на первой гармонике частоты вращения с боковыми полосами от полюсной частоты (# полюсов X скольжение). Частота стержней ротора может также сопровождаться боковыми полосами от двойной частоты сети. Форма сигнала напоминает дисбаланс ротора, потому что на самом деле ротор выходит из баланса. Однако же, на отображении сигнала в реальном времени электрически индуцированная вибрация исчезает сразу же после отключения питания двигателя. Исчезновение сигнала позволяет дифференцировать этот дефект от механического дисбаланса, где вибрация бы следовала за скоростью выбега вала.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Частоты дефектов электродвигателей Число полюсов Для расчета числа полюсов двигателя, двойную частоту сети (в CPM) делят на номинальные обороты двигателя (в RPM). #полюсов = 2x частота сети/номинальная скорость #полюсов = 7200/1780 #полюсов = Затем округляем до ближайшего целого числа. #полюсов = 4

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment Частоты дефектов электродвигателей Частота скольжения Проще говоря, частота скольжения рассчитывается вычитанием частоты вращения ротора из статорной синхронной частоты. Пример Двигатель на предыдущей странице имеет синхронную (статорную) скорость вращения 1800 RPM. Номинальная частота вращения составляет 1780 RPM. Если мы вычтем 1780 из 1800 мы получим CPM – частота скольжения двигателя. Полюсная частота Полюсная частота = #полюсов X скольжение. В нашем случае полюсная частота равна 80 CPM.

Basic Vibration Analysis Copyrighted Material / Duplication ProhibitedEMERSON Process Management – Educational Services Section 7 Rotating Equipment ООО «Балтех» Россия, Санкт-Петербург, , ул. Чугунная, 40 Тел/Факс:(812) Internet: