ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ВИБРАЦИИ И ШУМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
18. Повышенный уровень поперечных вибраций

Вибрации электродвигателя могут возникнуть по многим причинам динамического и электромагнитного характера. Причины первой группы связаны как с конструктивными недостатками или с повреждением электродвигателя, так и с дефектами установки или соединения его с другой машиной. Причины второй группы связаны с недоброкачественным изготовлением или повреждением электродвигателя и в некоторых случаях с несимметричным напряжением на его зажимах. Основным недостатком, вызывающим поперечную вибрацию электродвигателя, является неуравновешенность ротора, допущенная при изготовлении или вызванная деформацией вала и ослаблением посадки вращающихся частей. Кроме того, поперечные вибрации могут быть вызваны повреждением подшипников качения, овальностью шеек вала, увеличенным радиальным зазором в подшипниках скольжения, низкой температурой масла (при подаче его насосом). Причины вибраций, связанные с установкой электродвигателя и его соединением с другими машинами, следующие: колебания фундамента или металлической конструкции, на которой установлен электродвигатель, вследствие передачи вибраций от соседних машин или же машин, жестко соединенных с электродвигателем, дефекты соединительной муфты (нарушение центровки при посадке полумуфты на вал, неправильная установка или износ пальцев), дефекты передачи (недоброкачественное изготовление и установка зубчатых колес, неправильная сшивка приводного ремня). Если вращающийся диск 1 (рис. 28) имеет добавочную тяжелую деталь 2, то центробежная сила сектора с добавочной деталью больше, чем других секторов, и поэтому появляется результирующая односторонняя центробежная сила, направленная по радиусу, на котором расположена тяжелая деталь. При положении детали, показанном на рис. 28, центробежная сила вместе с силой тяжести диска прижимает вал к нижним вкладышам подшипников. В верхнем положении детали центробежная сила будет прижимать шейки вала к крышкам подшипников, а в промежуточных положениях ее подшипники будут испытывать боковое давление. Центробежная сила вызывает поперечные вибрации частоты f=n/60, Гц, где n — частота вращения в об/мин.

Рис. 28. Неуравновешенный диск

Односторонняя центробежная сила появляется при вращении ротора с несимметричным распределением массы относительно оси вращения, например при неодинаковом заполнении пазов обмоткой, несимметричной укладке лобовых частей обмотки и т. д. В процессе эксплуатации неуравновешенность ротора может быть вызвана деформацией вала и нарушением плотности сопряжения вращающихся частей, например смещением обмотки ротора вследствие ослабления бандажей и усыхания клиньев.
Неуравновешенность вращающихся частей устраняется дополнительной технологической операцией — балансировкой, при которой устанавливается дополнительная масса в определенных местах или же снимается излишек массы. Размах вибрации измеряется специальным прибором — виброметром. Для спокойной работы электродвигателя при большой скорости вращения ротора устанавливается меньший допускаемый размах вибраций:

Нарушенная плотность сопряжения вращающихся частей затрудняет проведение балансировки так как периодически изменяется взаимное положение этих частей. Признаком ослабления посадки сердечника ротора на валу служит появление налетов ржавчины на посадочных местах, а также возрастание размаха вибраций с течением времени, что объясняется прогрессирующим характером неисправности. Для проверки плотности посадки рекомендуется смазать керосином место соединения деталей. Если посадка ослаблена, то после непродолжительного вращения керосин приобретает красновато—коричневый цвет.
Влияние увеличенного зазора между шейкой вала и втулкой подшипника на вибрацию двигателя особенно заметно при большой скорости вращения. При увеличенном зазоре вал приподнимается масляным клином и отжимается в сторону, противоположную направлению окружной скорости шейки в нижней ее части, и затем опускается под влиянием тяжести ротора. Амплитуда колебаний и частота их зависят от величины зазора, массы ротора, вязкости масла и неуравновешенности ротора (даже небольшой). Так как вязкость масла очень сильно уменьшается при повышении температуры, то вибрации также уменьшаются иногда до полного исчезновения. Это может служить признаком увеличенного радиального зазора между шейкой вала и втулкой подшипника. Рекомендуемая величина зазора была приведена в таблице 2.
Электромагнитные причины вибраций связаны с возникновением односторонней силы магнитного притяжения вследствие нарушения магнитной или электрической симметрии статора или ротора. Электрическая несимметрия возникает при ошибочных соединениях фазных обмоток (см. раздел 6) и при повреждениях обмоток статора или ротора. Повреждения обмотки статора (обрывы И короткие замыкания, описанные в разделе 15) приводят к образованию пульсирующей односторонней силы магнитного притяжения с неизменным положением линии действия ее в пространстве. Частота вибраций в этом случае не зависит от скорости вращения ротора, т. е. от нагрузки электродвигателя, и равна 100 Гц. При повреждениях обмотки ротора, описанных в разделе 16, линия действия односторонней силы магнитного притяжения меняет свое положение в пространстве и частота изменения этой силы становится равной удвоенной частоте скольжения, поэтому при увеличении нагрузки электродвигателя частота вибраций также увеличивается. Неблагоприятное соотношение чисел пазов статора и ротора создает кроме описанных уже затруднений при пуске (см. раздел 3) пульсирующие односторонние силы магнитного притяжения. Вибрации, вызываемые этими силами, имеют большую частоту.
Магнитная несимметрия двигателя может быть обусловлена нарушением постоянства зазора между статором и ротором. Если непостоянство зазора является следствием плохого изготовления ротора или деформацией вала, то вибрации вызываются совместным действием односторонних сил магнитного притяжения и центробежных сил.
Вибрации вызываются также внешними силами, связанными с упомянутыми в начале параграфа недостатками передачи и с влиянием соединенных с электродвигателем машин. Амплитуды вибраций возрастают при плохом закреплении опор ротора, недостаточной жесткости подшипниковых стоек и фундаментной плиты, малой массе фундамента и т. д.
Недопустимо большие вибрации получаются при совпадении частоты свободных колебаний упругой системы статор — ротор с частотой вынуждающих сил. Вследствие малой величины зазора вибрации могут привести к задеванию ротора за статор и нарушить нормальную работу электродвигателя.
Чтобы установить причину вибраций, необходимо провести тщательное обследование электродвигателя, определить частоту вибраций, проверить зависимость вибраций от скорости вращения ротора, сопоставить величину вибраций при включенном и отключенном от сети электродвигателе.
Резкое уменьшение вибраций при отключенном двигателе от сети указывает на то, что они вызваны электромагнитными причинами или же недостатками передачи. Небольшая частота вибраций и зависимость их от скорости вращения ротора (увеличение частоты при увеличении нагрузки) наблюдается при коротких замыканиях в цепи ротора. Если частота вибраций равна частоте вращения ротора, то причиной вибраций может быть неправильная центровка электродвигателя и соединенной с ним машины или неисправность муфты. Совпадение частоты вибраций с удвоенной частотой сети имеет место при неисправностях или ошибочном включении фазных обмоток статора.
Если не наблюдается резкого уменьшения вибраций при отключении электродвигателя от сети и частота их равна частоте вращения, то вероятной причиной вибраций является неуравновешенность ротора, если же частота вибраций равна удвоенной частоте вращения, то причина вибрации — овальность шейки вала. Уменьшение вибраций при уменьшении вязкости масла в подшипниках (при увеличении температуры масла) и при снижении скорости вращения ротора указывает не увеличенный радиальный зазор между шейкой вала и втулкой подшипника.