По сравнению с горизонтальными двигателями, вертикальные двигатели, особенно крупногабаритные, имеют особую систему подшипников, в которой на одном конце используются радиально-упорные шарикоподшипники. Из-за уникальной конструкции радиально-упорных шарикоподшипников крайне важно, чтобы подшипники никогда не устанавливались в обратном направлении, так как это приведет к их немедленной выходу из строя. Если подшипники не установлены правильно или во время работы двигателя происходит их осевое смещение, это может вызвать ненормальные вибрации и необычные шумы.
Проблемы шума в вертикальных двигателях
Вертикальные двигатели, особенно крупногабаритные, отличаются особой конструкцией подшипников, которые часто оснащены радиально-упорными шарикоподшипниками на одном конце. Эта прецизионная конструкция подшипника может быть повреждена при неправильной ориентации при сборке. Кроме того, неправильная установка подшипника или осевое смещение во время работы двигателя могут вызвать ненормальную вибрацию и шум.
Однорядные радиально-упорные шарикоподшипники специально разработаны для выдерживания комбинированных нагрузок, что позволяет им выдерживать значительные осевые силы в одном направлении. В вертикальных двигателях эти подшипники обычно используются на конце, не имеющем удлинения вала, для управления осевыми силами, превышающими грузоподъемность радиальных шарикоподшипников. Их размеры совместимы с соответствующими однорядными радиальными подшипниками, используемыми в двигателе, что позволяет избежать потенциальных проблем, возникающих при перепроектировании конструкции.
Применение радиально-упорных шарикоподшипников в вертикальных двигателях позволяет выдерживать значительные осевые силы и поддерживать сбалансированное положение между ротором и статором. В таких применениях эти подшипники обычно устанавливаются парами, чтобы удовлетворить различные эксплуатационные требования. Благодаря стратегическому расположению подшипников можно приложить осевую силу, уравновешивающую вес ротора двигателя, что обеспечивает стабильное осевое относительное положение между ротором и статором.
Во время работы двигателя как опорные, так и подвесные конфигурации радиально-упорных шарикоподшипников создают определенные проблемы. В частности, любое осевое смещение или вибрация могут вызвать нестабильную работу и шум. Помимо осевого согласования размеров, после подачи питания магнитные центры статора и ротора самопроизвольно выравниваются под действием электромагнитной силы.
Что касается выбора конфигурации подшипников двигателя, можно принять несколько мер. К ним относятся использование парных радиально-упорных шарикоподшипников для эффективного контроля осевого смещения, применение трехподшипниковой конструкции для повышения стабильности и реализация соответствующего предварительного смещения между статором и ротором. Однако важно отметить, что размеры предварительного смещения должны контролироваться в пределах приемлемых значений, чтобы избежать неблагоприятных последствий. Кроме того, во время хранения, транспортировки и испытаний вертикальных двигателей агрегат должен поддерживаться в правильном вертикальном положении, чтобы предотвратить повреждение подшипников в результате ненадлежащего воздействия внешних сил.
Проблемы вибрации в больших вертикальных двигателях
Теперь мы сосредоточимся на проблемах вибрации в двигателях для больших вертикальных насосов. Такие двигатели обычно имеют значительные опоры цилиндров и общую высоту, работают с частотой вращения около 1500 об/мин. В верхних подшипниках обычно используются скользящие или подшипники качения; однако проблемы вибрации скользящих подшипников, как правило, связаны с регулировкой направляющих втулок и, следовательно, выходят за рамки данного обсуждения. Мы сосредоточимся на проблемах вибрации в двигателях с подшипниками качения в верхнем положении, конструкция которых включает двигатель, опору цилиндра, корпус насоса и впускные/выпускные трубопроводы.
Амплитуда вибрации максимальна в верхней части двигателя и постепенно уменьшается вниз с четкой направленной структурой. Во время испытаний двигателя всухую, когда двигатель подключен к опорному корпусу, но не к ротору насоса, доминирующая частота вибрации совпадает со скоростью вращения. Однако после подключения двигателя к ротору насоса доминирующая частота может сместиться до 2X.
Вибрация двигателя постепенно уменьшается с высотой, демонстрируя направленные характеристики. Частота вибрации может значительно измениться после соединения двигателя с насосом. Например, проблемы с вибрацией двигателя могут быть вызваны несколькими факторами: чрезмерная вибрация во время первоначального ввода в эксплуатацию, после замены или ремонта двигателя, или постоянная вибрация, несмотря на отключение ротора насоса во время работы.
Вибрация двигателя может иметь несколько источников, включая сам двигатель, опорный цилиндр, корпус насоса и впускные/выпускные трубопроводы.
Вибрация двигателя может быть вызвана различными внутренними факторами. Недостаточная точность балансировки является критической проблемой, особенно в системах с опорным цилиндром в сочетании с двигателем, где общая жесткость низкая. Даже незначительный дисбаланс может вызвать значительную вибрацию двигателя. Однако уменьшение дисбаланса часто оказывается эффективным средством для смягчения вибрации. Кроме того, неправильная установка подшипников часто способствует вибрации двигателя. Например, когда верхний подшипник несет нагрузку, а нижний подшипник обеспечивает опору и направление, ротор остается подвешенным. Это объясняет, почему верхний подшипник часто выходит из строя первым. Проверка распределения нагрузки на оба подшипника может предотвратить такие проблемы.
Недостаточная жесткость опорной конструкции может вызвать проблемы с вибрацией. Когда двигатель подключен к опорной конструкции, постепенно проявляются присущие ей недостатки жесткости. Чтобы определить, в чем заключается проблема - в двигателе или в опорной конструкции, можно провести отдельные испытания на испытательном стенде: одно с одним только двигателем, а другое с двигателем и опорной конструкцией вместе. Одновременно с этим можно уменьшить воздействие путем усиления опоры и применения методов регулировки.
Структурный резонанс в некоторых двигателях может значительно влиять на уровень вибрации. Практические испытания показывают, что резонансные частоты могут влиять на работу в диапазоне ±160 об/мин, иногда напрямую влияя на номинальную скорость. В таких случаях для уменьшения вибрации необходимы экспериментальная проверка и повышение точности двигателя. Структурный резонанс может существенно влиять на вибрацию двигателя; для уменьшения этого эффекта необходимы экспериментальное подтверждение и повышение точности двигателя.
При решении проблем вибрации необходимо комплексно учитывать различные факторы и принимать целенаправленные меры. К ним могут относиться повышение точности балансировки, обеспечение общего вертикального выравнивания, регулировка зазоров подшипников, добавление временных опор и перепроектирование конструкции опоры барабана. При реализации временных мер поддержки необходимо обеспечить расположение опорных точек в верхней части двигателя и соответствующим образом отрегулировать усилие опоры для достижения значительного снижения вибрации.
