Dlaczego duże silniki pionowe charakteryzują się hałasem i wibracjami?

W porównaniu z silnikami poziomymi, silniki pionowe, szczególnie te o dużych specyfikacjach, mają swoje własne cechy w zakresie systemów łożysk.

Na jednym końcu silnika zastosowano łożyska kulkowe skośne.

Ze względu na unikalną konstrukcję łożysk kulkowych skośnych bardzo ważne jest, aby unikać błędnego odwrócenia kierunku montażu łożyska, w przeciwnym razie łożyska ulegną bezpośredniemu uszkodzeniu.

Jeśli łożyska nie zostaną prawidłowo zamontowane lub jeśli podczas pracy silnika wystąpi niewspółosiowość koordynacji osiowej, może to spowodować nieprawidłowe wibracje i dziwne dźwięki w silniku elektrycznym.

Characteristics of angular contact ball bearings

Łożyska kulkowe skośne jednorzędowe są przeznaczone do obciążeń kombinowanych i mogą wytrzymać większy nacisk w jednym kierunku.

W większości silników pionowych na niewydłużonym końcu wału zastosowano zestaw jednorzędowych łożysk kulkowych skośnych, które przenoszą siły osiowe na tyle duże, że przekraczają nośność osiową łożysk kulkowych zwykłych.

Pod względem wymiarów można je zamieniać na odpowiadające im jednorzędowe łożyska zwykłe silnika, co pozwala uniknąć konieczności przeprojektowywania elementów konstrukcyjnych i potencjalnych nieprzewidzianych problemów.

Łożyska kulkowe skośne są również powszechnie stosowane w zastosowaniach, w których występują duże siły osiowe, takich jak reduktory, pompy, napędy przekładni ślimakowych, wały pionowe i wrzeciona obrabiarek. W takich przypadkach są one często instalowane w różnych sparowanych kombinacjach.

Tryb obciążenia łożyska kulkowego skośnego

Łożyska kulkowe skośne są stosowane w silnikach pionowych w celu przyłożenia siły osiowej, która równoważy ciężar wirnika, zapewniając zrównoważone położenie osiowe pomiędzy wirnikiem a stojanem. Gdy łożyska kulkowe skośne znajdują się poniżej wirnika silnika, jest to tryb podporowy; gdy znajdują się nad wirnikiem silnika, jest to tryb zawieszenia.

Niezależnie od tego, czy jest on montowany poprzez podnoszenie czy zawieszenie, podczas pracy silnika, poza dopasowaniem samych wymiarów osiowych, magnetyczne linie środkowe stojana i wirnika po włączeniu silnika samoistnie ustawią się w jednej linii pod wpływem siły elektromagnetycznej, co może spowodować przemieszczenie osiowe wirnika.

Ze względu na nieuniknione, kumulujące się błędy w obróbce komponentów i odchyleniach montażowych, rzeczywiste przemieszczenie, które występuje, będzie powodować różny stopień niewspółosiowości samego łożyska. Gdy niewspółosiowość łożyska jest znaczna, siła elektromagnetyczna spontanicznego ustawienia i grawitacja wirnika stają się wzajemnie wzmacniającą siłą wibracyjną, zwiększając hałas i wibracje łożyska.

 Środki reagowania

Włożyć więcej wysiłku w dobór konstrukcji łożyska silnika, np. poprzez łączenie łożysk kulkowych skośnych, unieruchomienie i kontrolę kierunku osiowego łożyska, przyjęcie konstrukcji trójłożyskowej silnika oraz specjalne środki, takie jak odpowiednie wstępne przemieszczenie stojana i wirnika silnika.

Wśród nich wielkość przemieszczenia wstępnego stojana i wirnika silnika musi być odpowiednio wyważona, w przeciwnym razie wynik przyniesie efekt przeciwny do zamierzonego.

Szczególnie ważne jest, aby pamiętać, że podczas przechowywania, transportu i testowania silnika pionowego silnik powinien być utrzymywany w prawidłowej pozycji pionowej, aby uniknąć szkodliwych sił zewnętrznych, które mogą spowodować uszkodzenie łożyska.

Problem z drganiami silników pionowych

Duże pompy pionowe, z podparciem cylindrów silnika i całkowitą wysokością zwykle zbliżającą się do 2 metrów lub nawet przekraczającą 3 metry, zwykle pracują z prędkością około 1500 obrotów na minutę. Łożyska górne silnika są ogólnie podzielone na dwa typy: łożyska ślizgowe i łożyska toczne.

Problemy z wibracjami spowodowane regulacją łożysk ślizgowych nie są tu omawiane. Wprowadzone zostaną jedynie drgania silników z łożyskami tocznymi jako łożyskami górnymi.

Struktura jest pokazana na poniższym schemacie i składa się z silnika, wspornika cylindra silnika, korpusu pompy i rur wlotowych/wylotowych.

 Charakterystyka wibracyjna

Wibracje są największe w górnej części silnika i stopniowo maleją w dół. Ma silną kierunkowość (północ-południe lub wschód-zachód).

Gdy silnik jest testowany bez podłączonego wirnika pompy, częstotliwość drgań jest bezwzględna i odpowiada częstotliwości obrotowej.

Po podłączeniu wirnika pompy do silnika częstotliwość główna może wynosić 2X. Z drugiej strony zdarzają się przypadki, gdy wibracje przekraczają normę podczas nowej instalacji i uruchomienia, po wymianie lub naprawie silnika lub gdy wibracje wzrastają podczas pracy. Jednak nawet po odłączeniu wirnika pompy wibracje pozostają stosunkowo wysokie.

Przyczyna wibracji

Sam silnik, cylinder nośny, korpus pompy i rury wlotowe/wylotowe mogą być potencjalnymi przyczynami wibracji silnika. Poniżej omówimy każdą z tych przyczyn jedną po drugiej.

1. Problem z silnikiem

Ogólnie rzecz biorąc, może wystąpić niewystarczająca dokładność wyważenia, problemy z instalacją łożysk, problemy z instalacją silnika i problemy z rezonansem strukturalnym.

Jeśli chodzi o problemy elektryczne, zwykle nie są one widoczne w stanie spoczynku z powodu niewystarczającego prądu i można je w zasadzie wykluczyć.

 (1) Niewystarczająca dokładność wagi

Problem ten nie jest zbyt powszechny.

Wspomina się o tym dlatego, że gdy ogólna sztywność wspornika lufy i silnika jest stosunkowo słaba, niewielka ilość niewyważenia może z łatwością spowodować znaczne wibracje silnika. Często zmniejszenie niewyważenia może spełnić wymagania dotyczące wibracji.

Standardem wyważenia dla tego typu silników jest zazwyczaj G2.5, co oznacza, że ​​wibracje wynoszą w przybliżeniu około 15 μm (pp).

Jeśli spełnia ten standard, można wykluczyć problemy z równowagą. Można zapoznać się z raportem wagi dostarczonym przez producenta lub przeprowadzić próbę próbną na platformie testowej. Jeśli wibracje przekraczają 30μm, można je ponownie zrównoważyć, co powinno mieć znaczący wpływ. Takie problemy zwykle występują w nowo instalowanym sprzęcie.

 (2) Problemy z montażem łożyska

Duże silniki pionowe zazwyczaj przenoszą obciążenie na górne łożysko, podczas gdy dolne łożysko zapewnia wsparcie i prowadzenie.

Wirnik znajduje się w stanie zawieszenia, dlatego w tego typu silnikach często jako pierwsze ulega uszkodzeniu łożysko górne.

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.

Jeśli jednak obciążenie nie jest duże, może to nie być oczywiste podczas pracy na sucho na platformie testowej, ale wibracje ulegną wzmocnieniu po zamontowaniu w obudowie (kiedy ogólna sztywność jest słaba). Dlatego najlepszym podejściem jest sprawdzenie obciążenia obu łożysk.

Tego typu problemy zwykle występują po konserwacji lub wymianie silnika.

(3) Problemy z instalacją silnika

Tego typu awaria jest najczęściej spowodowana niewystarczającą pionowością montażu silnika lub niewystarczającą siłą dokręcenia śrub łączących z tuleją podporową. Można go zmierzyć za pomocą linijki i ponownie dokręcić śruby łączące. Tego typu awarie są szczególnie widoczne przy problemach z wibracjami po podłączeniu wirnika pompy.

(4) Rezonans strukturalny

Niektóre konstrukcje silników mają częstotliwości niższe niż znamionowa częstotliwość prędkości i są one znacznie niższe, szczególnie w przypadku silników o zmiennej częstotliwości.

Po zatwierdzeniu przez fabrykę silnika jest to zamierzona konstrukcja. Testy wykazały, że zakres oddziaływania częstotliwości rezonansowej wynosi aż ±160 obrotów, a w niektórych przypadkach faktycznie wpływa na prędkość znamionową.

Jeśli jest to silnik o zmiennej częstotliwości, a częstotliwość konstrukcyjna jest niższa niż prędkość znamionowa, można przeprowadzić test prędkości w celu ustalenia, czy występuje rezonans.

Jeśli jest to silnik prądu przemiennego lub częstotliwość konstrukcyjna jest wyższa niż częstotliwość znamionowa prędkości obrotowej, należy przeprowadzić wstępną analizę testu rozruchowego w celu obserwacji amplitudy i fazy w celu ustalenia, czy ma na nie wpływ rezonans.

Tego typu problemy zazwyczaj występują podczas pierwszej instalacji i uruchomienia, a typowym rozwiązaniem na miejscu jest poprawienie dokładności wagi.

 Problem z cylindrem pomocniczym

Tego typu problem jest dość powszechny na miejscu i często objawia się słabą ogólną sztywnością po podłączeniu silnika.

Metoda rozróżnienia jest stosunkowo prosta i bezpośrednia, polega na oddzielnym badaniu silnika i silnika z cylindrem podtrzymującym na platformie badawczej.

Wiele osób próbuje zwiększyć sztywność, dodając pionowe wzmocnienie wspornika cylindra, ale efekt nie jest znaczący. Zastosowałem jedynie metody tymczasowe, takie jak dodanie podpórki na górze silnika, co daje bardzo znaczący efekt i działa nieprzerwanie od kilku lat bez żadnych problemów. Inną metodą jest wymiana silnika na lepszej jakości, co może dać nieoczekiwane skutki (widziałem to kiedyś na miejscu).

Aby całkowicie rozwiązać problem, może być konieczne jego przeprojektowanie.

Problem z korpusem pompy

Podstawowe problemy klasowe, poza luźnym uziemieniem, na budowie nie stwierdzono żadnych innych problemów. Zostało to tutaj wspomniane jedynie jako czynnik i mam nadzieję, że każdy może życzliwie udzielić porady i dostarczyć dodatkowych informacji.

Problemy z rurociągami wejściowymi i wyjściowymi

Sztywność samego rurociągu wlotowego i wylotowego, a także układ rurociągu mogą nie tylko powodować problemy z płynami, ale także bezpośrednio wpływać na sztywność całej pompy.

Osobiście spotkałem się na budowie z sytuacją, gdy montaż kompensatora na rurociągu wylotowym pompy z innych powodów powodował silne drgania całej pompy.

Wibracje występowały w kierunku wjazdu i wyjazdu i nawet na biegu jałowym znacznie przekraczały normę. Po usunięciu kompensatora wibracje wróciły do ​​normy.

 Podjęte środki

W oparciu o powyższe powody można wdrożyć ukierunkowane zabiegi, obejmujące między innymi poprawę dokładności wyważenia, zapewnienie ogólnej pionowości, regulację luzu łożyskowego, dodanie tymczasowego podparcia i przeprojektowanie wspornika lufy.

Ponieważ na miejscu powszechnie stosuje się podporę tymczasową, należy podkreślić, że dokładanie podpory najlepiej jest wykonać w górnej części silnika, a wibracje powinny zauważalnie się zmniejszyć, a nawet znacznie zmniejszyć.

W przeciwnym razie nie zaleca się narzucania go na siłę. Oczywiście można to zrealizować tylko wtedy, gdy obok korpusu pompy znajduje się wspornik.

Aby uzyskać więcej informacji na temat silnika elektrycznego, prosimy o kontakt Motocykl Dongchun za szybką odpowiedź.