Pourquoi les gros moteurs verticaux ont-ils tendance à produire du bruit et des vibrations ?

Par rapport aux moteurs horizontaux, les moteurs verticaux, en particulier ceux de grandes spécifications, ont leurs propres caractéristiques en termes de systèmes de roulements.

Des roulements à billes à contact oblique sont utilisés à une extrémité du moteur.

En raison de la structure unique des roulements à billes à contact oblique, il est crucial d'éviter l'erreur d'inverser le sens de l'assemblage du roulement, sinon les roulements seront directement endommagés.

Si les roulements ne sont pas correctement installés ou s'il y a un désalignement dans la coordination axiale pendant le fonctionnement du moteur, cela peut provoquer des vibrations anormales et des bruits étranges dans le moteur électrique.

Characteristics of angular contact ball bearings

Les roulements à billes à contact oblique à une rangée sont conçus pour des charges combinées et peuvent supporter une poussée plus importante dans une direction.

La plupart des moteurs verticaux utilisent un ensemble de roulements à billes à contact oblique à une rangée à l'extrémité non étendue de l'arbre pour supporter des forces axiales suffisamment élevées pour dépasser la capacité de charge axiale des roulements à billes à gorge profonde.

En termes de dimensions, ils peuvent être interchangés avec les roulements rigides à une rangée correspondants du moteur, évitant ainsi la nécessité de reconcevoir les composants structurels et les problèmes potentiels imprévus.

Les roulements à billes à contact oblique sont également couramment utilisés dans les applications nécessitant des forces axiales élevées, telles que les réducteurs à engrenages, les pompes, les entraînements à vis sans fin, les arbres verticaux et les broches de machines-outils. Dans ces cas, ils sont souvent installés dans diverses combinaisons appariées.

Mode de charge des roulements à billes à contact oblique

Les roulements à billes à contact oblique sont utilisés dans les moteurs verticaux pour appliquer une force axiale qui équilibre le poids du rotor, garantissant ainsi une position axiale équilibrée entre le rotor et le stator. Lorsque les roulements à billes à contact oblique sont situés sous le rotor du moteur, il s'agit d'un mode support ; lorsqu'ils sont situés au dessus du rotor du moteur, il s'agit d'un mode suspendu.

Qu'il soit installé par levage ou suspension, pendant le fonctionnement du moteur, outre la relation de correspondance des dimensions axiales elles-mêmes, les lignes centrales magnétiques du stator et du rotor s'aligneront spontanément sous l'action de la force électromagnétique après la mise sous tension du moteur. allumé, ce qui peut provoquer un déplacement axial du rotor.

En raison d'erreurs cumulatives inévitables dans le traitement des composants et des écarts d'assemblage, le déplacement réel qui se produit entraînera divers degrés de désalignement du roulement lui-même. Lorsque le désalignement du roulement est grave, la force électromagnétique d'alignement spontané et la gravité du rotor deviennent une force de vibration qui se renforce mutuellement, exacerbant le bruit et les vibrations du roulement.

 Mesures de réponse

Faire davantage d'efforts dans le choix de la structure de roulement du moteur, comme l'utilisation couplée de roulements à billes à contact oblique, l'immobilisation et le contrôle de la direction axiale du roulement, l'adoption d'une structure à trois roulements pour le moteur et des mesures spécifiques telles que des mesures préalables appropriées. -déplacement du stator et du rotor du moteur.

Parmi eux, la taille du pré-déplacement du stator et du rotor du moteur doit être correctement équilibrée, sinon le résultat sera contre-productif.

Il est particulièrement important de noter que pendant le processus de stockage, de transport et de test du moteur vertical, celui-ci doit être maintenu dans la position verticale correcte pour éviter les forces externes nocives susceptibles d'endommager les roulements.

Le problème des vibrations des moteurs verticaux

Les grosses pompes verticales, avec leur support de cylindre moteur et leur hauteur hors tout approchant généralement les 2 mètres voire dépassant les 3 mètres, fonctionnent typiquement à une vitesse d'environ 1500 tours par minute. Les roulements supérieurs du moteur sont généralement divisés en deux types : les roulements lisses et les roulements.

Les problèmes de vibrations provoqués par le réglage des paliers lisses ne sont pas abordés ici. Seule la vibration des moteurs équipés de roulements comme roulements supérieurs sera introduite.

La structure est telle qu'indiquée dans le schéma ci-dessous, composée du moteur, du support du cylindre du moteur, du corps de la pompe et des tuyaux d'entrée/sortie.

 Caractéristiques vibratoires

La vibration est plus importante au sommet du moteur et diminue progressivement vers le bas. Il a une forte directionnalité (soit nord-sud, soit est-ouest).

Lorsque le moteur est testé sans rotor de pompe connecté, la fréquence de vibration est absolue et correspond à la fréquence de rotation.

Après avoir connecté le rotor de la pompe au moteur, la fréquence principale peut être 2X. D'un autre côté, il existe des cas où les vibrations dépassent la norme lors d'une nouvelle installation et d'une mise en service, après le remplacement ou la réparation du moteur, ou lorsque les vibrations augmentent pendant le fonctionnement. Cependant, même après avoir débranché le rotor de la pompe, les vibrations restent relativement élevées.

Cause des vibrations

Le moteur lui-même, le cylindre de support, le corps de la pompe et les tuyaux d'entrée/sortie peuvent tous être des causes potentielles de vibrations du moteur. Ci-dessous, nous aborderons chacune de ces causes une par une.

1. Problème de moteur

En général, il peut y avoir une précision d'équilibrage insuffisante, des problèmes d'installation des roulements, des problèmes d'installation du moteur et des problèmes de résonance structurelle.

Quant aux problèmes électriques, ils ne sont généralement pas visibles au repos en raison d'un courant insuffisant et peuvent être pratiquement exclus.

 (1) Précision de la balance insuffisante

Ce problème n'est en fait pas très courant.

La raison pour laquelle cela est mentionné est que lorsque la rigidité globale du support du barillet et du moteur est relativement faible, un petit déséquilibre peut facilement provoquer des vibrations importantes du moteur. Souvent, la réduction du balourd peut répondre aux exigences en matière de vibrations.

La norme d'équilibre pour ce type de moteur est généralement G2,5, ce qui signifie que la vibration est d'environ 15 μm (p-p).

Tant qu’il répond à cette norme, les problèmes d’équilibre peuvent être exclus. Vous pouvez vous référer au rapport de bilan fourni par le fabricant ou effectuer un essai à sec sur la plateforme de test. Si la vibration est supérieure à 30 μm, elle peut être rééquilibrée, ce qui devrait avoir un effet significatif. De tels problèmes surviennent généralement sur les équipements nouvellement installés.

 (2) Problèmes d'installation des roulements

Les gros moteurs verticaux supportent généralement la charge sur le roulement supérieur, tandis que le roulement inférieur assure le support et le guidage.

Le rotor est suspendu, c'est pourquoi le roulement supérieur est souvent le premier à être endommagé dans ce type de moteur.

However, if the lower bearing bears the load due to installation issues, it will cause the "head shaking" phenomenon at the top of the motor, which is commonly observed in the field.

If the load on the lower bearing is significant, it is relatively easy to eliminate because the "head shaking" phenomenon is more severe during a dry run on the test platform.

Cependant, si la charge n'est pas importante, elle peut ne pas être évidente lors d'un essai à sec sur la plateforme d'essai, mais la vibration sera amplifiée après l'installation dans le boîtier (lorsque la rigidité globale est faible). Par conséquent, la meilleure approche consiste à vérifier la charge sur les deux roulements.

Ces types de problèmes surviennent généralement après l’entretien ou le remplacement du moteur.

(3) Problèmes d'installation du moteur

Ce type de défaillance est généralement dû à une verticalité insuffisante de l'installation du moteur ou à une force de serrage insuffisante des boulons de liaison avec le fût de support. Il peut être mesuré avec une règle de niveau et les boulons de connexion peuvent être resserrés. Ce type de défaillance est particulièrement important en cas de problèmes de vibrations après la connexion du rotor de la pompe.

(4) Résonance structurelle

Certaines structures de moteur ont des fréquences inférieures à la fréquence de vitesse nominale, et elles sont bien inférieures, en particulier pour les moteurs à fréquence variable.

Après confirmation de l'usine du moteur, voici la conception prévue. Grâce aux tests, la plage d'impact de la fréquence de résonance atteint ± 160 tours et, dans certains cas, elle a effectivement affecté la vitesse nominale.

S'il s'agit d'un moteur à fréquence variable et que la fréquence structurelle est inférieure à la vitesse nominale, un test de vitesse peut être effectué pour déterminer s'il y a une résonance.

S'il s'agit d'un moteur à courant alternatif ou si la fréquence structurelle est supérieure à la fréquence de vitesse nominale, une analyse de test de démarrage initial doit être effectuée pour observer l'amplitude et la phase afin de déterminer si elle est affectée par la résonance.

Ce type de problème existe généralement lors de l'installation et de la mise en service initiales, et la solution habituelle sur site consiste à améliorer la précision de la balance.

 Problème de cylindre de support

Ce type de problème est assez fréquent sur chantier, se manifestant souvent par une faible raideur globale après branchement du moteur.

La méthode de distinction est relativement simple et directe, en testant séparément le moteur et le moteur avec un cylindre de support sur la plate-forme de test.

De nombreuses personnes tentent d'augmenter la rigidité en ajoutant un renfort vertical au support du cylindre, mais l'effet n'est pas significatif. Je n'ai utilisé que des méthodes temporaires, comme l'ajout d'un support en haut du moteur, ce qui a un effet très important et qui fonctionne en continu depuis plusieurs années sans aucun problème. Une autre méthode consiste à remplacer le moteur par un moteur de meilleure qualité, ce qui peut avoir des effets inattendus (je l'ai vu une fois sur place).

Pour résoudre complètement le problème, il peut être nécessaire de le repenser.

Problème de corps de pompe

Problèmes de classe de base, hormis une mise à la terre lâche, aucun autre problème n'a été rencontré sur place. Il est simplement mentionné ici comme un facteur et j'espère que tout le monde pourra bien vouloir offrir des conseils et fournir des informations supplémentaires.

Problèmes de pipeline d’entrée et de sortie

La rigidité de la canalisation d'entrée et de sortie elle-même, ainsi que la disposition de la canalisation, peuvent non seulement causer des problèmes de fluide, mais également affecter directement la rigidité de l'ensemble de la pompe.

J'ai personnellement vécu une situation sur site où l'installation d'un joint de dilatation sur la canalisation de sortie de la pompe, pour d'autres raisons, entraînait de fortes vibrations dans l'ensemble de la pompe.

La vibration était dans la direction de l'entrée et de la sortie, et même lorsque le moteur tournait au ralenti, elle dépassait largement la norme. Après avoir retiré le joint de dilatation, la vibration est revenue à la normale.

 Les mesures prises

Sur la base des raisons ci-dessus, des traitements ciblés peuvent être mis en œuvre, notamment l'amélioration de la précision de l'équilibre, la garantie de la verticalité globale, l'ajustement du jeu des roulements, l'ajout d'un support temporaire et la refonte du support du barillet, entre autres.

Le support temporaire étant couramment utilisé sur chantier, il est nécessaire de souligner que lors de l'ajout d'un support, il est préférable de le faire à l'extrémité supérieure du moteur, et la vibration devrait diminuer sensiblement, voire diminuer de manière significative.

Sinon, il n’est pas conseillé de le recouvrir de force. Bien entendu, cela ne peut être réalisé que s'il y a une fixation de support à côté du corps de pompe.

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