4.6 Общие неисправности электромашин,
вибрация машин

Вибрация электрических машин вызывается неуравновешенностью вращающихся частей, механическими неисправностями или причинами электромагнитного характера. В п. 4-6-3 рассматриваются некоторые способы выявления причины вибрации.

4-6-1. Неуравновешены вращающиеся части.

А. Неуравновешены ротор, муфта, шкив.

Дополнительно отбалансировать ротор . Большие шкивы или муфты (если они имеются), которые могут быть причиной вибрации, снять и отбалансировать отдельно от ротора. Добавочные маховики, например у дизельгенератора, подвергнуть отдельной балансировке.

Б. У машины, некоторое время проработавшей нормально, сместилась обмотка ротора вследствие ее недостаточной опрессовки или слабой бандажировки (это наблюдается большей частью у быстроходных машин), а также в случае имевшего место сильного повышения частоты вращения, например, вслед­ствие неисправности регулятора первичного двигателя.

Если смещение обмотки в дальнейшем не наблюдается, то вибрацию машины можно устранить дополнительной балансировкой ротора . Если же после произведенной дополнительной балансировки смещение обмоток продолжается и вновь появляется вибрация, то необходимо снять бандажи, укрепить обмотку и установить более надежные бандажи.

В. Посадка роторной обмотки ослаблена вследствие усыхания изоляции.

Это случается большей частью в полюсных ка­тушках синхронных машин с явно выраженными полюсами.

Укрепить обмотку посредством прокладки дополнительной изоляции, тщательной опрессовки и затяжки. Способы укрепления обмотки зависят от конструкции машины. После укрепления обмотки почти всегда требуется дополнительная балансировка ротора .

 

4-6-2. Имеются механические неисправности.

A. Неправильно центрирован агрегат, состоящий из нескольких машин.
Следует учесть, что некоторые агрегаты, правильно сцентрированные в холодном состоянии, могут расцентрироваться в рабочем состоянии вследствие деформации опор, фундамента и т.д. .

Проверить центровку валов и в случае надобности исправить ее.

Б. Недостаточно закреплены вращающиеся части на валу, например ротор, шкив, маховик и пр. Недостаточен натяг или ослабла посадка бандажей (капп) ротора турбогенератора на бочке или на центрирующем кольце, а также центрирующего кольца на валу. Признаками этой неисправности служат: появление контактной коррозии (на посадочных местах появляются налеты ржавчины), возрастание вибрации с течением времени. Последнее объясняется прогрессирующим характером неисправности.

В относительно тихоходных машинах небольшой мощности этот дефект иногда может быть устранен более плотной установкой клиновой шпонки, если она предусмотрена конструкцией.

Более радикальным методом является расточка отверстия в роторе, шкиве и пр., последующая наварка слоя стали и обработка с допусками, обеспечивающими необходимую посадку на валу. В некоторых случаях может быть установлена после расточки промежуточная втулка. В ответственных и сложных случаях необходимо обратиться за консультацией на завод-изготовитель.

B. Имеются дефекты в зубчатых передачах вследствие не правильного зацепления, несоответствующей обработки зубьев и т. д.

Отремонтировать или заменить зубчатую пару.

Г. Неудовлетворительное сращивание приводных канатов и ремней привело к появлению на них недопустимых утолщений; неправильно расположены сшивки по отношению к направлению вращения шкивов, в результате него сшивки ударяют о шкив при набегании на него.

Улучшить сращивание канатов или ремней; сшить ремень так, чтобы было достигнуто безударное набегание сшивок на шкив.

Д. Лабиринтные уплотнения подшипников или маслоулавливающих колец задевают за вал.

Пригнать уплотнения или кольца по валу, обеспечив предписанный зазор.

Е. Неисправна соединительная муфта. Между полумуфтами, неправильно насаженными на вал, имеется перекос. Одна или обе полумуфты бьют. Пальцы неправильно установлены в паль­цевой муфте или изношены. Неравномерно изношены или поражены коррозией кулачки или звездочки в кулачковых муфтах.

Проверить правильность насадки и биение обеих полумуфт ; проверить установку паль­цев в полумуфтах. В случае необходимости устранить повышенное биение полумуфт, исправить установку пальцев или заменить их новыми (иногда бывает достаточно поменять пальцы местами или просто повернуть их в своих гнездах); отремонтировать кулачковую муфту.

Ж. Шейки вала приобрели овальную форму; вал искривлен.
Проверить биение вала и его шеек . Овальность шеек исправить проточкой или шлифовкой. Искривление вала устранить специальной правкой (механическим или термическим способами).

3. Слишком мал или слишком велик зазор между шейками вала и вкладышами.

Установить зазоры между шейками вала и вкладышами в соответствии с данными завода-изготовителя.

Обратить внимание на то, чтобы сопряжение вкладыша с корпусом подшипника соответствовало чертежу, так как чрезмерный (более 0,05 мм) зазор между вкладышем и крышкой подшипника может быть причиной повышенной вибрации подшипника даже при нормальном зазоре во вкладыше.

И. У быстроходных машин при неправильно выбранном зазоре между шейкой вала и вкладышем может возникнуть «масляное биение» .
Вал при этом приподнимается гидродинамическими силами, возникающими в масляном клине между валом и вкладышем, и перемещается по замкнутому пути в направлении вращения; это явление периодически повторяется. Число возникающих при этом колебании не совпадает с частотой вращения ротора, обычно оно меньше половины частоты вращения ротора. Колебания зависят от частоты вращения вала, величины зазора во вкладыше, массы и гибкости ротора» имеющейся хотя бы незначительной неуравновешенности последнего и от вязкости масла, а так как вязкость сильно зависит от температуры, то также от температуры масла и подшипников. Поэтому если при повышении температуры масла вибрация уменьшается или совершенно исчезает, то можно с уверенностью сказать, что причиной вибрации является неправильно выбранный зазор между шейкой и вкладышем.

Увеличить шабровкой боковые зазоры во вкладыше, вплотную к его приработанной части, с целью расширения масляного клина.

К. Слишком низка температура масла, входящего в подшипник при принудительной смазкe.

Следить за тем, чтобы температура входящего масла перед пуском машины была не ниже 30 °С, а во время работы машины 35—40 °С.

Л. Недостаточна жесткость подшипниковых стояков, фундаментной плиты, фундамента в целом или отдельных его частей. Возможно появление резонансных колебаний.

Необходимы конструктивные мероприятия. Предва­рительно надо убедиться в том, что другие причины виб­рации отсутствуют. Обратиться за консультацией на за­вод-изготовитель.

М. Машина недостаточно прочно закреплена на фундаменте; ослабла затяжка анкерных болтов или болтов крепления подшипниковых стояков к фундаментной плите; неправильно размещены монтажные клинья между фундаментной плитой и фундаментом, или недостаточно их число; неправильно залита фундаментная плита.

Проверить затяжку анкерных болтов и болтов крепления подшипниковых стояков; проверить монтаж машины. В случае необходимости установить дополнительные клинья и вновь залить фундаментную плиту соответствую­щим цементным раствором.

Н. Машине передаются вибрации от других машин агрегата при их жестком соединении (например, от паровой турбины, двигателя внутреннего сгорания или же от приводимой машины, например от компрессора, вентилятора и пр.).

Выяснить причины вибрации других машин агрегата и устранить их.

Проверить центровку валов и состояние соединительных муфт; в случае надобности отбалансировать роторы других машин агрегата.

Если трудно выявить причины вибрации агрегата, следует разобщить соединенные между собой машины и пустить электрическую машину вхолостую в качестве двигателя. Спокойная работа машины покажет, что причина вибрации находится вне ее.

О. Фундамент машины колеблется вследствие передачи вибрации от соседних машин через строительные связи фундамента с фундаментами других машин, со стенами здания или с перекрытием пола машинного помещения.
 
Реконструировать фундамент.

П. Неравномерная осадка фундамента нарушила правильную установку машины и центровку агрегата.

Выверить установку машины и проверить центровку агрегата .

Р. Машина резонирует со своим фундаментом.
Если число собственных колебаний фундамента совпадает с числом колебаний машины (агрегата), то вибрация появляется только при определенной частоте вращения и особенно вредна, если эта частота вращения совпадает с номинальной частотой вращения машины.

Собственные колебания фундамента можно определить следующим образом. Устанавливают на фундаменте небольшой двигатель постоянного тока, допускающий регулировку частоты вращения в возможно больших пределах, и дают ему работать при различной частоте враще­ния. Предварительно его якорю придают искусственную неуравновешенность установкой на нем небольшого добавочного груза. Если при номинальной частоте вращения агрегата возникают резонансные колебания фундамента, то это показывает, что причиной вибрации агрегата является резонанс.

Тщательно отбалансировать ротор и увеличить жесткость фундамента. Если наибольшие вибрации возникают при частоте вращения, лежащей ниже рабочего диапазона частот вращения, то при пуске машины следует как можно быстрее проходить частоту вращения, при которой наблюдается повышенная вибрация.

С. Резонируют отдельные части машины, когда частота их собственных колебаний совпадает с частотой вращения ротора.

Эти явления могут наблюдаться в щитовых и стояковых под шинниках, щитах статора, фундаментальной плите, щеточной траверсе и пр.

Изменить жесткость резонирующих частей, внеся конструктивные изменения, например приварив ребра жесткости.

Т. У некоторых крупных машин постоянного тока иногда внезапно появляются значительные вибрации траверсы, вызыва­ющие сильное искрение на коллекторе вплоть до появления кругового огня.
Это происходит из-за неустойчивости силы трения между коллектором и щетками данной марки. Изменение коэффициента трения, например вследствие изменения температуры, влажности окружающего воздуха, нагрузки и пр., изменяет также и частоту колебаний щеткодержателей; колебания последних и могут вызвать резонансные колебания траверсы.

Вибрации, возникающие по указанной причине, могут быть временно устранены, если слегка смазать поверхность коллектора   парафином (провести парафиновой свечой по образующей коллектора); благодаря этому мгновенно меняются условия трения и вибрации затуха­ют. Это явление может быть радикально устранено подбором щеток соответствующей марки.

У. Частота  вынужденных колебаний  при  номинальной частоте вращения ротора машины совпадает с собственной частотой колебаний системы ротор — опоры. Такое совпадение может быть при неудачном расчете ротора.

Обратиться за консультацией на завод-изготовитель.

Ф. Различна жесткость ротора турбогенератора по двум его осям.
Вибрации по этой причине наблюдаются в крупных двухполюсных турбогенераторах. Различие в жесткости ротора вызывается наличием в нем больших зубцов (рис. 4-11). Наименьший прогиб бывает при вертикальном расположении оси боль­ших зубцов, а наибольший — при ее горизонтальном расположении. В связи с этим за один оборот происходят два полных цикла изменения статического прогиба, т.е. при вращении ротора наблюдается вибрация его с двойной частотой вращения.

Такую вибрацию можно устранить только конструктивными изменениями ротора, что в эксплуатации неосуществимо. Как показал опыт, величина этих вибраций благодаря конструктивным мероприятиям, осуществляемым заводами-изготовителями, находится в большинстве случаев в допустимых пределах.

 
Рис. 4-11. Сечение ротора турбогенератора

4-6-3. Возникли ненормальные электромагнитные явления.

А. Соединения в обмотке статора машины переменного тока сделаны неправильно.

См. п. 2-7-12, А.

Б. Короткое замыкание в фазном роторе асинхронного двигателя. Машина вибрирует с частотой скольжения.

См. п. 2-5-3.

В. Междувитковое соединение или замыкание на корпус в двух местах обмотки возбуждения синхронной машины.

См. § 3-3, п. В.

Г. Катушки полюсов синхронных машин неправильно соединены между собой.

Проверить полярность полюсов и исправить неверные соединения катушек .

Д. Обрыв в стержнях ротора короткозамкнутоео асинхронного двигателя.

См. п. 2-5-2, Е.

Е. Обрыв в демпферных стержнях синхронных машин (проявляется главным образом при нагрузке двигателя).

См. п. 2-5-2, Е.

Ж. Сталь ротора (якоря) деформирована или имеет биение, вследствие чего зазор между статором и ротором при вращении ротора постоянно меняется, магнитный поток в зазоре становит­ся несимметричным, появляется вращающаяся сила одностороннего притяжения между ротором и статором, вызывающая изгиб вала или колебательные движения статора при недостаточно жесткой конструкции последнего.
В асинхронных двигателях, где зазор относительно мал, может произойти задевание ротора за сталь статора.

Обточить ротор (якорь) или отшлифовать его наждачным кругом. Следует иметь в виду, что увеличение зазора между статором и ротором в асинхронном двигателе ухудшает его коэффициент мощности.

3. В асинхронном двигателе имеют место вибрации из-за неудачного соотношения чисел зубцов статора и ротора.

 См. п. 2-9-3.

И. Очень велика неравномерность зазора между ротором и статором.
При этом возникают вибрации двойной частоты вращения.

Отрегулировать зазор между ротором и статором .

К. Корпус статора крупного турбогенератора вибрирует из-за того, что электромагнитные силы, приложенные к статору, стягивают круглое кольцо активной стали статора по оси полю­сов и деформируют его в эллипсоидальное.
Этот дефект наблюдается при недостаточной жесткости корпуса статора. При этом диаметр расточки уменьшается вдоль оси полюсов (оси больших зубцов) и увеличивается вдоль поперечной оси. На рис. 4-12, а изображено сечение ротора при вертикальном, а на рис. 4-12, б — при горизонтальном расположении оси полюсов. За один оборот двухполюсного ротора радиальное смещение каждой точки статора проходит два полных цикла, т. е. рассматриваемая точка вибрирует с двойной частотои вращения ротора.

Вибрации могут быть уменьшены лишь различными конструктивными: мероприятиями.

Л. Слишком велика несимметрия нагрузки турбогенератора.

Снизить несимметрию  до допускаемых  пределов (см. п. 3-5-4).

Во многих случаях можно легко определить, является ли вибрация следствием неуравновешенности, механической неисправности или электромагнитных явлений. Рассмотрим в качестве примера один из способов установления причины повышенной вибрации двигателя или генератора.

Двигатель отключают от сети и проверяют вибрацию его в то время, когда его частота вращения практически еще не успела понизиться. Генератор возбуждают до номинального напряжения при номинальной частоте вращения. Если при отключении двигателя от сети или при снятии возбуждения с генератора вибрации исчезают, то можно считать, что они вызываются электромагнитными причинами.

Определение частоты вибрации также часто помогает выявить ее причину. Овальность шеек вала вызывает вибрации двойной частоты вращения. Если причиной вибрации является «масляное биение» (см. п. 4-6-2, И), то частота вибрации при этом меньше половины частоты вращения. Неуравновешенность вращающихся частей вызывает вибрацию с частотой вращения.