Введение (стр. 4 )

Предельные значения для абсолютных колебаний подшипни­ковых опор некоторых электродвигателей согласно стандарту ISO 2373 приведены в табл. 2.4.

Предельные значения интенсивности абсолютных колебаний подшипников больших вращающихся машин с частотой враще­ния ротора от 10 до 200 с-1 в зависимости от вида фундамента приведены в табл. 2.5.

В зависимости от требований по вибрации электрические ма­шины при испытаниях подразделяются по ГОСТ 20815 [33] на три категории:

- нормальное N;

- с пониженной вибрацией R;

- с особо жесткими требованиями по вибрации S.

Таблица 2.4

Предельные значения абсолютных колебаний подшипниковых опор

электродвигателей по стандарту ISO 2373

Интенсивность колебаний	Частота вращения, об /мин	Пределы эффективного значения виброскорости для высоты оси Н в мм
80 < Я < 132	132 < Я < 225	225 < Я < 400
мм/с	дюйм /с	мм/с	дюйм/с	мм/с	дюйм/с
N (нормальная) R (приведенная) S (специальная)		1,8 0,71 1,12 0,45 0,71	0,071 0,028 0,044 0,018 0,028	2,8 1,12 1,8 0,71 1,12	0,110 0,044 0,071 0,028 0,044	4,5 1,8 2,8 1,12 1,8	0,177 0,071 0,110 0,044 0,071

Таблица 2.5

Предельные значения интенсивности абсолютных колебаний

вращающихся машин с частотой вращения ротора от 10 до 200 с-1

Интенсивность колебаний	Жесткий фундамент	Упругий фундамент
u, мм/с	u , дюйм/с
0,46 0,71 1,12 1,8 2,8 4,6 7,1 11,2 18,0 28,0	0,018 0,028 0,044 0,071 0,11 0,18 0,28 0,44 0,71 1,10	Годно	Годно
Удовлетворительно
Неудовлетворительно	Удовлетворительно
Недопустимо	Неудовлетворительно
	Недопустимо

Таблица 2.6

Допустимые значения вибрации

Кате­гория маши­ны	Номинальная частота вращения, об /мин	Максимальное среднее квадратическое значение вибро­скорости машины, мм/с, для высот оси Я, мм, установ­ленной
в свободно подвешенном состоянии	в жестко закреп- ленном состоя­нии
56<Я<71	71<Я<132	132<Я<225	Я>225	Я>400
N R S	600 < п < 1800 1800 < n <6000 600 < п < 1800 1800< n <6000 600 < п < 1<n<6000	1,12 1,12 0,71 0,71 0,45 0,45	1,8 1,8 0,71 1,12 0,45 0,71	1,8 2,8 1,12 1,8 0,71 1,12	2,8 4,5 1,8 2,89 1,12 1,8	2,8 2,8 - - - -

Допустимые значения вибрации для машин с различной вы­сотой оси вращения и двумя способами установки на фундамент приведены в табл. 2.6.

2.3. ИЗМЕРЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ МАШИН

2.3.1. ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВАЛОВ

Ротор, имеющий дисбаланс, приводит к колебаниям вала. Центр вала движется во время вращения по траектории, име­нуемой кинетической траекторией вала (рис. 2.4).

В случае изотропного вала и изотропных подшипников кине­тическая траектория, вызванная дисбалансом, составляет круг для каждого сечения ротора. Но обычно подшипники машин анизотропные, т. е. они имеют разную податливость в своих обо­их главных направлениях жесткости. Поэтому их кинетическая траектория вала принимает характер эллипса, который в край­нем случае может приобрести форму прямой (см. рис. 2.4).

Величина, форма и положение кинетической траектории вала изменяется в зависимости от частоты вращения. Обычно кинети­ческие траектории с наибольшим отклонением от оси вращения достигают максимума при критической частоте вращения вала.

Кинетическая траектория вала содержит все информации о колебаниях вала ротора. Для получения кинетической траекто­рии вала в одной радиальной плоскости ротора следует закре­пить два датчика относительной вибрации в двух перпендику­лярных к друг другу направлениях (рис. 2.5).

Каждый датчик принимает измеряемые в соответствующем направлении вибросмещения вала Si(t) и s2(t). Синфазное сло­жение мгновенных вибросмещений дает мгновенную кинетиче­скую амплитуду вала в плоскости измерения:

(2.2)

Рис. 2.4. Кинетическая траектория вала с изотропными (А) и анизотропными (В и С) подшипниками, вызванная дисбалансом: Ц – центр вала или центр вращения ротора; К – кинетическая траектория вала

Рис. 2.5. Схема установки датчиков относительной вибрации для регистрации кинетической траектории вала: 1, 2 – направления измерений вибрации

Рис.2.6. Пример кинетической траектории вала и соответствующие вибросмещения в двух,

находящихся под прямым углом, направления

Пример кинетической траектории вала и соответствующие вибросмещения в двух, находящихся под прямым углом направ­лениях, приведен на рис. 2.6. Движение содержит две гармони­ки - f и 2f; s1 ×s2 - мгновенные значения амплитуд колебаний s1(t) и s2(t) в направлении измерений 1 и 2; so1 × so2 - наиболь­шие значения; sи1 × sи2 - наименьшие значения; smax1 × smax2 - максимальные значения; spp1× spp2 - размах колебаний; sk -мгновенная кинетическая амплитуда вала; smax - максимальное значение амплитуды вала, максимальная амплитуда; К - кине­тическая траектория вала; t - время.

Из возможных величин измерения - вибросмещение, ско­рость и ускорение - для оценки колебаний вала принимается вибросмещение, измеряемое в микронах (мкм или mт). Величи­ну вибросмещения можно оценить максимальной амплитудой smax или наибольшим размахом колебаний sppm.

Измерение колебаний вала следует всегда проводить в зоне опоры. Максимальная амплитуда колебаний smax определяется как наибольшее значение кинетической амплитуды smax в плос­кости измерения. Наибольший размах колебаний sррт определя­ется как наибольшее значение зарегистрированных в обоих на­правлениях измерения размаха колебаний.

Для измерения относительных колебаний вала используются бесконтактные датчики вибросмещения, работающие по принци­пу вихревых токов.

2.3.2. АБСОЛЮТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ОПОР

Колебания вала представляют непосредственную реакцию ро­тора на воздействующие на него переменные усилия. Через реа­гирующую как пружина пленку масла подшипника скольжения или через тело качения подшипника качения колебания вала передаются частично на опорную конструкцию, на раму и на фундамент. Эти колебания представляют косвенную реакцию на усилия ротора и называются как «колебания опоры».

Соотношение величин между колебаниями вала ротора и воз­никающими на поверхности машины колебаниями опор зависит от многих факторов влияния. Поэтому его заранее нельзя с уве­ренностью предопределить. Вообще же, как правило, на основа­нии колебаний вала заключений по поводу колебаний опор, и наоборот, делать нельзя. При абсолютных колебаниях опор, рассматриваются колебания, возникающие на поверхности машины и, в особенности, при колебаниях вблизи опор или на са­мих опорах. Эти колебания чаще всего замеряются без особых трудностей в трех координатных направлениях на корпусах под­шипниковых опор. Для машин горизонтального исполнения (ма­гистральные и горизонтальные подпорные насосные агрегаты), вибрации замеряются в горизонтальном, вертикальном, осевом направлениях. Полученные в этих местах результаты измерения учитываются раздельно и контролируются. Из возможных вели­чин измерения абсолютных колебаний опор принимается эффек­тивное значение виброскорости ueff (мм/с). Часто эта величина называется среднеквадратическим значением виброскорости.

Определяющим значением, характеризующим вибрационное состояние агрегата, является максимальная величина эффектив­ного значения виброскорости (среднего квадратического значе­ния виброскорости), измеренной на всех подшипниковых опорах насоса и электродвигателя во взаимно-перпендикулярных на­правлениях.

Эффективное значение виброскорости помимо выражения (2.1) можно определить следующим образом:

, (2.3)

где u - виброскорость; smax - максимальное значение вибросме­щения; w - частота вращения; Т - длительность периода изме­рения.

При сложении отдельных частот колебаний принимаются во внимание лишь те части колебаний, частота которых заключает­ся в пределах от 01.01.01 Гц.

Наибольшее из замеренных в заданном направлении измере­ния эффективных значений частоты колебаний машины называ­ется интенсивностью колебаний. Интенсивность колебаний это обширная и просто замеряемая характеристика, хорошо описы­вающая колебательное состояние машины.

Эксплуатация агрегата допускается при вибрации подшипни­ковых опор не хуже оценки «удовлетворительно» (см. табл. 2.1).

При вибрации, лежащей в области оценки «удовлетворитель­но», «необходимо улучшение», должны быть приняты меры по ее снижению.

После монтажа, технического обслуживания и ремонта агре­гат должен сдаваться в эксплуатацию с оценкой «хорошо» при подачах насоса от 0,8 до 1,1 от номинальной. При подачах насоca ниже 0,8 и более 1,1 от номинальной сдача насосного агрегата в эксплуатацию допускается при уровне вибрации насоса до 7,1 мм/с.

Рис. 2.7. Зависимость усредненной оценки относительного изменения интенсивности вибрации от относительной подачи (штриховая кривая):

1 - поле изменения относительной интенсивности вибрации нефтяных магистральных насосов в зависимости от типоразмера и применяемого сменного ротора

Среднее квадратическое значение виброскорости на элемен­тах крепления насоса и электродвигателя к фундаменту не должно превышать 2 мм/с при подаче насоса от 0,8 до 1,1 от номинальной.

При подаче насоса ниже 0,8 и более 1,1 от номинальной среднее квадратическое значение виброскорости на элементах крепления насоса к фундаменту не должно превышать 2,8 мм/с.

Средние квадратические значения виброскорости для номи­нального режима работы насосного агрегата, равные 7,1 мм/с для электродвигателя и 11,2 для насоса, являются аварийным порогом вибрации соответственно электродвигателя и насоса.

При оценке интенсивности вибрации берут максимальное ее значение в любом из трех взаимно перпендикулярных направле­ниях. Эксплуатация насосных агрегатов происходит на различ­ных режимах, поэтому рекомендуется производить оценку ин­тенсивности вибрации на насосе в зависимости от подачи со­гласно рис. 2.7.

Рис. 2.8. Зависимость рекомендуемых значений снижения ресурсов центробежных насосов от уровня вибрации

Эксплуатация насоса при подачах ниже 0,8 и более 1,1 от номинальной с уровнями вибрации от 7,1 до 11,2 мм/с допуска­ется ограниченно по времени до замены рабочего колеса насоса на сменное (в соответствии с требуемой подачей). Ориентиро­вочные рекомендуемые значения снижения длительности меж­ремонтного периода насосов при его эксплуатации на подачах менее 0,8 и более 1,1 от номинальной приведены на рис. 2.8.

2.3.3. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИЗМЕРЕНИЮ ВИБРАЦИИ

Вибрацию опор подшипников насосных агрегатов следует из­мерять и регистрировать контрольно-сигнальными средствами измерения, соответствующими требованиям ГОСТ 25865 [36], ГОСТ 17168 [32]. Вибрацию на элементах крепления агрегата к фундаменту следует измерять и регистрировать портативными средствами измерения, соответствующими требованиям ГОСТ 25865 и ГОСТ 25275 [35].

Исполнение средств измерения вибрации должно отвечать требованиям ГОСТ 12.2.020 [24], «Правил устройства электро­установок (ПУЭ)», соответствовать классу помещения, катего­рии и группе перекачиваемых взрывоопасных сред по ГОСТ 12.1.011 [23].

Диапазон измерения среднего квадратического значения виб­роскорости средств измерения вибрации 0-30 мм×с-1. Класс точ­ности средств измерения вибрации должен быть не более 10 со­гласно ГОСТ 25865. Средства измерения вибрации должны иметь пломбы и свидетельства ведомственной поверки согласно ГОСТ 8.513-84* [22].

Вибрацию основных магистральных и горизонтальных под­порных насосных агрегатов измеряют и контролируют на всех подшипниковых опорах во взаимно перпендикулярных направ­лениях. Вертикальную составляющую вибрации измеряют на верхней части крышки подшипника над серединой длины его вкладыша. Горизонтально-поперечную и горизонтально-осевую составляющие вибрации измеряют на уровне оси вала агрегата против середины длины опорного вкладыша. Вибрацию верти­кальных подпорных насосных агрегатов измеряют на корпусе опорно-упорного подшипникового узла насоса в вертикальном осевом и горизонтально-поперечном направлениях. Вибрацию всех элементов крепления агрегата к фундаменту измеряют и контролируют в вертикальном направлении.

Рис. 2.9. Расположение точек измерения вибрации для машин с высотой оси вращения 56-400 мм

Вибропреобразователи контрольно-сигнальных средств изме­рения вибрации должны быть установлены на основании реко­мендаций предприятия-изготовителя на подшипниковых опорах насосного агрегата для измерения вибрации в вертикальном на­правлении. Вибрацию подшипниковых опор электродвигателей следует измерять постоянно также и в горизонтально-попе­речном и осевом направлениях, как при испытаниях согласно ГОСТ 20815 [33] (рис. 2.9, 2.10, 2.11). Измерения вибрации в точках, обозначенных знаком*, проводят в случае доступности при соблюдении требований безопасности. Вибрацию подшипни­ковых опор агрегата в направлениях, не контролируемых кон­трольно-сигнальными средствами измерения, следует измерять портативными средствами измерения.

Жесткость крепления вибропреобразователя к объекту долж­на быть такой, чтобы основная частота собственных колебаний крепления была существенно выше (в 2-3 раза) максимальной частоты колебаний, подлежащих измерению.

Вибропреобразователи контрольно-сигнальных средств изме­рения следует крепить механическим способом (с помощью шпилек, винтов и т. д.). При измерении вертикальной состав­ляющей вибрации вибропреобразователь крепится к площадке

верхней крышки подшипников, горизонтальной - к специаль­ным площадкам, жестко связанным с корпусом опоры в непо­средственной близости к горизонтальному разъему корпуса подшипника.

Рис. 2.10. Расположение точек измерения вибрации для машин с высотой оси вращения более 400 мм (применимо для обеих сторон машины)

Рис.Расположение точек измерения вибрации для машин с высотой оси вращения более 400 мм со стояковыми подшипниками (применимо для обеих сторон машины)

Вибропреобразователи портативных средств измерения сле­дует крепить с помощью шпильки, клея, специального магнита. Допускается применение виброщупа. При использовании виб­рощупа необходимо обеспечить достаточную силу прижатия (не менее 50 Н) вибропреобразователя к месту измерения.

В процессе эксплуатации необходимо периодически контро­лировать работоспособность контрольно-сигнальных средств из­мерения вибрации.

Контроль проводится при появлении сомнений в показаниях аппаратуры, но не реже одного раза в месяц.

Периодический контроль работоспособности контрольно-сигнальных средств измерения вибрации проводится методом сличения с контрольными средствами измерения, соответствую­щими требованиям ГОСТ 25865 и ГОСТ 25275.

Допустимая величина расхождения в показаниях контрольно-сигнальных и контрольных средств измерения определяется суммой систематических погрешностей обоих применяемых средств измерений.

При величине расхождения в показаниях, превышающей сумму систематических погрешностей применяемых средств из­мерений, контрольно-сигнальное средство измерения должно быть подвергнуто внеочередной поверке согласно ГОСТ 8.513 [22] или ремонту.

3_____________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ НАСОСНЫХ

АГРЕГАТОВ МЕТОДОМ ВИБРОДИАГНОСТИКИ

3.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Когда интенсивность вибрации НА приближается к предель­но допустимым значениям, необходимо выяснить причины тако­го явления.

Однозначно универсального «рецепта» по определению неис­правностей выдать невозможно из-за большого числа факторов, влияющих на вибрационное состояние насосного агрегата и по­рой одинакового уровня вибрации при развитии различных де­фектов. Поэтому иногда предлагается наиболее простой и дос­тупный подход при постановке диагноза - метод исключения («отбрасывания»). При применении этого метода исключаются из рассмотрения те неисправности, которые не проявляются при анализе вибросостояния машины. Для этого необходимо сгруп­пировать неисправности (дефекты) таким образом, чтобы можно было при достаточном объеме измерений однозначно исключить их из рассмотрения. Условно можно сгруппировать все неис­правности по трем направлениям:

- неисправности, связанные с нарушением жесткости крепле­ния машины и ее узлов;

- дефекты электромагнитного происхождения;

- неисправности механического и гидродинамического проис­хождения.

Разбиение на три большие группы неисправностей (рис. 3.1) позволяет упростить постановку диагноза, но увеличивает время его постановки.

Нарушения жесткости крепления, выделенные в первую группу неисправностей, если они присутствуют, вызывают изме­нение диагностических признаков у всех других дефектов и приводят к ложной постановке диагноза. С другой стороны, их легко обнаружить - при

Рис. 3.1. Этапы диагностирования насосного агрегата

проведении контурного обследования ин­тенсивности вибрации объекта.

Многим дефектам электромагнитного происхождения харак­терна закономерность - уменьшение вибрации при «снятии» электрического питания с электродвигателя. Таким образом, из­меряя вибрацию на выбеге электродвигателя, такие дефекты часто можно обнаружить, а используя, наряду с этим, частотный анализ, достоверность определения неисправности увеличивает­ся.

Если не обнаружены дефекты первых двух групп, то причи­ны повышенной вибрации вызваны наличием неисправностей механического или гидродинамического происхождения. Воз­можны варианты, когда присутствуют несколько неисправно­стей. В таком случае рекомендуется вначале определить и уст­ранить причины электромагнитного происхождения.

Прежде чем сделать окончательный диагноз, необходимо проверить крепление машины к фундаменту и если обнаружены дефекты, то их необходимо устранить до виброобследования объекта. После этого необходимо приступить к выяснению при­чин механического и гидродинамического происхождения.

Так как многие неисправности имеют сходные признаки из­мерения вибрации, то рассмотрим характерные неисправности для каждой из указанных групп в отдельности.

3.2. ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ КРЕПЛЕНИЯ

АГРЕГАТА НА ФУНДАМЕНТЕ

Основными дефектами установки насоса или электродвигате­ля на фундаменте или раме являются неплотные прилегания лап или стояков оборудования к раме или фундаменту, ослабление крепления, коробление рамы, трещины в фундаменте, разрыв анкерных болтов. Эти факторы увеличивают вибрацию объекта из-за уменьшения жесткости установки, а также уменьшения общих масс, колеблющихся вместе с объектом.

При достаточной жесткости системы «машина - рама - фун­дамент» вибрация крышки подшипника в 5-7 раз превышает вибрацию рамы рядом с анкерными болтами. Если жесткость системы по каким-либо причинам нарушена, то это соотношение уменьшается. Кроме того, происходит скачкообразное изменение вибрации в месте нарушения жесткости. Например, если вибра­ция на лапе подшипниковой опоры составляет порядка 7 мм/с, а на раме рядом с лапой порядка 3 мм/с и меньше, то можно говорить о плохом креплении лапы к раме. Таким образом, если происходит резкое изменение вибрации в 2 раза и более в ло­кальной точке системы, то можно считать, что это связано с плохой жесткостью крепления.

Плохая жесткость крепления рамы к фундаменту из-за нека­чественной подливки бетона или его разрушения в процессе экс­плуатации, коробления рамы или фундаментной плиты, «отста­вания» анкерного болта от фундамента или его разрыв легко обнаруживаются при снятии контурной характеристики. Напри­мер, если вибрация на раме рядом с анкерным болтом составля­ет порядка 4 мм/с и на анкерном болту вибрация тоже порядка 4 мм/с, а на бетоне фундамента около 0,5-0,8 мм/с и меньше, то можно предположить, что анкерный болт плохо залит в бето­не фундамента.

При плохом контакте стойки подшипниковой опоры с рамой вблизи от центра возрастают вертикальные вибрации, поскольку вместо нормальной деформации стойки от сжимающих сил воз­никают напряжения изгиба. Если имеются неплотности прилега­ния не в середине, а по краям подшипникового стояка, то в этом случае ослабляется жесткость установки в горизонтальном на­правлении и соответственно возрастают горизонтальные вибра­ции. Если установлено, что жесткость крепления насосного аг­регата не нарушена, можно приступить к дальнейшему анализу причин вибрации.

3.3. НЕИСПРАВНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Для неисправностей электромагнитного происхождения ха­рактерно то, что уровень вибрации электродвигателя более резко падает при отключении электродвигателя от сети. Для более достоверной оценки неисправности рекомендуется осуществить анализ вибрации без соединения двигателя с насосом.

Для обнаружения причин вибрации электромагнитного про­исхождения необходимо тщательно контролировать геометриче­ские и электрические параметры электродвигателей при их ре­монте. Так, расстояния между полюсами ротора и статора, на­зываемые воздушными зазорами, а также соотношения между ними, определяют силу магнитного потока. Последний создает радиальные электромагнитные силы притяжения. При неравно­мерности зазоров равнодействующая электромагнитных сил, приложенных к ротору или статору, имеет постоянную состав­ляющую, направленную в сторону меньших зазоров и создаю­щую силу одностороннего притягивания между ротором и стато­ром. Помимо этого из-за изменения магнитной проводимости при вращении ротора в равнодействующей электромагнитных сил имеется составляющая, которая периодически изменяется с двойной частотой сети. Это вызывает виброперемещение статора и ротора со стороны на сторону с двойной частотой сети.