Por que grandes motores verticais tendem a apresentar ruído e vibração?

Comparados aos motores horizontais, os motores verticais, especialmente aqueles de grandes especificações, possuem características próprias em termos de sistemas de rolamentos.

Rolamentos de esferas de contato angular são usados ​​em uma extremidade do motor.

Devido à estrutura única dos rolamentos de esferas de contato angular, é crucial evitar o erro de inverter a direção de montagem do rolamento, caso contrário os rolamentos serão diretamente danificados.

Se os mancais não estiverem instalados corretamente ou se houver desalinhamento na coordenação axial durante o funcionamento do motor, poderão ocorrer vibrações anormais e ruídos estranhos no motor elétrico.

Characteristics of angular contact ball bearings

Os rolamentos de esferas de contato angular de uma carreira são projetados para cargas combinadas e podem suportar impulsos maiores em uma direção.

A maioria dos motores verticais usa um conjunto de rolamentos de esferas de contato angular de uma carreira na extremidade não estendida do eixo para lidar com forças axiais que são altas o suficiente para exceder a capacidade de carga axial dos rolamentos rígidos de esferas.

Em termos de dimensões, eles podem ser intercambiados com os correspondentes rolamentos profundos de uma carreira do motor, evitando a necessidade de reprojetar componentes estruturais e possíveis imprevistos.

Os rolamentos de esferas de contato angular também são comumente usados ​​em aplicações com altas forças axiais, como redutores de engrenagem, bombas, acionamentos de engrenagem helicoidal, eixos verticais e fusos de máquinas-ferramenta. Nestes casos, eles são frequentemente instalados em várias combinações emparelhadas.

Modo de carga do rolamento de esferas de contato angular

Rolamentos de esferas de contato angular são utilizados em motores verticais para aplicar uma força axial que equilibra o peso do rotor, garantindo uma posição axial equilibrada entre o rotor e o estator. Quando os rolamentos de esferas de contato angular estão localizados abaixo do rotor do motor, é um modo de suporte; quando estão localizados acima do rotor do motor, é um modo suspenso.

Independentemente de ser instalado por elevação ou suspensão, durante a operação do motor, além da relação de correspondência das próprias dimensões axiais, as linhas centrais magnéticas do estator e do rotor se alinharão espontaneamente sob a ação da força eletromagnética após o motor ser ligado ligado, o que pode causar deslocamento axial do rotor.

Devido a erros cumulativos inevitáveis ​​no processamento de componentes e desvios de montagem, o deslocamento real que ocorre causará graus variados de desalinhamento do próprio rolamento. Quando o desalinhamento do rolamento é grave, a força eletromagnética do alinhamento espontâneo e a gravidade do rotor tornam-se uma força de vibração que se reforça mutuamente, exacerbando o ruído e a vibração do rolamento.

 Medidas de resposta

Faça mais esforços na seleção da estrutura do rolamento do motor, como o uso emparelhado de rolamentos de esferas de contato angular, a imobilização e o controle da direção axial do rolamento, a adoção de uma estrutura de três porte para o motor e medidas específicas, como pré-apropriado -Desloco do estator e rotor do motor.

Entre eles, o tamanho do pré-deslocamento do estator e do rotor do motor deve ser adequadamente equilibrado; caso contrário, o resultado será contraproducente.

É particularmente importante observar que durante o processo de armazenamento, transporte e teste do motor vertical, o motor deve ser mantido na posição vertical correta para evitar forças externas prejudiciais que podem causar danos ao rolamento.

O problema com a vibração dos motores verticais

As grandes bombas verticais, com suporte de cilindro motorizado e altura total geralmente próxima de 2 metros ou mesmo superior a 3 metros, operam normalmente a uma velocidade de cerca de 1.500 rotações por minuto. Os rolamentos superiores do motor são geralmente divididos em dois tipos: rolamentos deslizantes e rolamentos.

Os problemas de vibração causados ​​pelo ajuste dos rolamentos deslizantes não são discutidos aqui. Somente será introduzida a vibração de motores com mancais de rolamento como mancais superiores.

A estrutura é mostrada no diagrama abaixo, composta pelo motor, suporte do cilindro do motor, corpo da bomba e tubos de entrada/saída.

 Características de vibração

A vibração é maior na parte superior do motor e diminui progressivamente para baixo. Tem uma forte direcionalidade (norte-sul ou leste-oeste).

Quando o motor é testado sem o rotor da bomba conectado, a frequência de vibração é absoluta e corresponde à frequência de rotação.

Após conectar o rotor da bomba ao motor, a frequência principal pode ser 2X. Por outro lado, há casos em que a vibração ultrapassa o padrão durante novas instalações e comissionamento, após substituição ou reparo do motor, ou quando a vibração aumenta durante a operação. Contudo, mesmo depois de desconectar o rotor da bomba, a vibração permanece relativamente alta.

Causa de vibração

O próprio motor, o cilindro de suporte, o corpo da bomba e os tubos de entrada/saída podem ser causas potenciais de vibração do motor. Abaixo, discutiremos cada uma dessas causas, uma por uma.

1. Auto-problema motor

Em geral, pode haver precisão de equilíbrio insuficiente, problemas de instalação de rolamentos, problemas de instalação de motores e problemas de ressonância estrutural.

Quanto aos problemas elétricos, eles geralmente não são evidentes no estado inativo devido à corrente insuficiente e podem ser basicamente descartados.

 (1) Precisão de equilíbrio insuficiente

Na verdade, esse problema não é muito comum.

A razão pela qual é mencionado é que quando a rigidez geral do suporte do cano e do motor é relativamente fraca, um pequeno desequilíbrio pode facilmente causar vibração significativa no motor. Freqüentemente, a redução do desequilíbrio pode atender aos requisitos de vibração.

O padrão de equilíbrio para este tipo de motor é geralmente G2.5, o que significa que a vibração fica em torno de 15μm (pp).

Desde que atenda a esse padrão, problemas de equilíbrio podem ser descartados. Você pode consultar o relatório de equilíbrio fornecido pelo fabricante ou realizar um ensaio na plataforma de teste. Se a vibração estiver acima de 30μm, ela poderá ser reequilibrada, o que deverá ter um efeito significativo. Esses problemas geralmente ocorrem em equipamentos recém-instalados.

 (2) Problemas de instalação de rolamentos

Grandes motores verticais geralmente suportam a carga no rolamento superior, enquanto o rolamento inferior fornece suporte e orientação.

O rotor está suspenso, razão pela qual o rolamento superior costuma ser o primeiro a ser danificado neste tipo de motor.

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.

No entanto, se a carga não for significativa, pode não ser óbvia durante um funcionamento a seco na plataforma de teste, mas a vibração será amplificada após a instalação na caixa (quando a rigidez geral for fraca). Portanto, a melhor abordagem é verificar a carga em ambos os rolamentos.

Esses tipos de problemas geralmente ocorrem após a manutenção ou substituição do motor.

(3) Problemas de instalação do motor

Este tipo de falha geralmente é causado por verticalidade insuficiente da instalação do motor ou força de aperto insuficiente dos parafusos de conexão com o cilindro de suporte. Pode ser medido com uma régua de nível e os parafusos de conexão podem ser reapertados. Este tipo de falha é particularmente proeminente em problemas de vibração após a conexão do rotor da bomba.

(4) Ressonância estrutural

Algumas estruturas de motores têm frequências inferiores à frequência de velocidade nominal e são muito mais baixas, especialmente para motores de frequência variável.

Após a confirmação da fábrica de motor, este é o design pretendido. Através do teste, a faixa de impacto na frequência de ressonância é tão alta quanto ± 160 revoluções e, em alguns casos, afetou a velocidade nominal.

Se for um motor de frequência variável e a frequência estrutural for inferior à velocidade nominal, um teste de velocidade pode ser realizado para determinar se há ressonância.

Se for um motor CA ou a frequência estrutural for superior à frequência de velocidade nominal, uma análise inicial de teste de inicialização deverá ser realizada para observar a amplitude e a fase para determinar se ela é afetada pela ressonância.

Este tipo de problema geralmente existe durante a instalação inicial e comissionamento, e a solução usual no local é melhorar a precisão da balança.

 Problema no cilindro de suporte

Este tipo de problema é bastante comum no local, muitas vezes manifestado como uma fraca rigidez geral após a ligação do motor.

O método de distinção é relativamente simples e direto, testando separadamente o motor e o motor com um cilindro de suporte na plataforma de teste.

Muitas pessoas tentam aumentar a rigidez adicionando reforço vertical ao suporte do cilindro, mas o efeito não é significativo. Usei apenas métodos temporários, como adicionar suporte na parte superior do motor, o que tem um efeito muito significativo e funciona continuamente há vários anos sem problemas. Outro método é substituir o motor por um de qualidade superior, o que pode ter efeitos inesperados (já vi isso uma vez no local).

Para resolver completamente o problema, pode ser necessário redesenhá-lo.

Problema no corpo da bomba

Problemas básicos de classe, além do aterramento solto, nenhum outro problema foi encontrado no local. É mencionado aqui apenas como um fator e espero que todos possam gentilmente oferecer conselhos e fornecer informações adicionais.

Problemas de pipeline de entrada e saída

A rigidez da própria tubulação de entrada e saída, bem como o layout da tubulação, não só podem causar problemas de fluidos, mas também afetar diretamente a rigidez de toda a bomba.

Eu pessoalmente experimentei uma situação no local onde a instalação de uma junta de expansão na tubulação de saída da bomba, por outros motivos, resultou em forte vibração de toda a bomba.

A vibração era no sentido de entrada e saída e, mesmo com o motor em marcha lenta, superava por muito o padrão. Após a remoção da junta de dilatação, a vibração voltou ao normal.

 Medidas tomadas

Com base nas razões acima, tratamentos direcionados podem ser implementados, incluindo melhorar a precisão do equilíbrio, garantir a verticalidade geral, ajustar a folga do rolamento, adicionar suporte temporário e redesenhar o suporte do cano, entre outros.

Como o suporte temporário é comumente utilizado no local, é necessário enfatizar que ao adicionar suporte, é preferível fazê-lo na extremidade superior do motor, e a vibração deve diminuir visivelmente, ou mesmo diminuir significativamente.

Caso contrário, não é aconselhável cobri-lo à força. Naturalmente, isto só pode ser implementado se houver fixação de suporte próximo ao corpo da bomba.

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