Лекции по технической диагностике

Подождите немного. Документ загружается.

подшипником. Как видно на графике, в спектре ускорения проявляются

высокочастотные составляющие.

График зависимости энергии импульсов от времени показывает,

насколько высокочастотные вибрации подшипника нерегулярны или

случайны по своей природе. Подобные графики, полученные с помощью

виброанализатора, позволяют оценить "скачки" амплитуды и частоты.

GG Подшипник с дефектами может генерировать вибрацию на 4-х типах

частот:

- на роторных частотах, кратных частоте вращения;

- на собственных частотах;

- на суммарных и разностных частотах;

- на случайных частотах.

Рис. 5. Вибропараметры поврежденного подшипника:

а) зависимость энергии пиков от времени;

б) спектр виброускорения.

Надежная работа подшипников качения невозможна без

соответствующего смазывания, которое препятствует непосредственному

контакту между телами качения, дорожками качения и сепараторами.

Смазочный материал также препятствует износу и защищает поверхности

подшипника от коррозии. Поэтому выбор оптимального смазочного

материала и способа смазывания не менее важен, чем правильное

обслуживание. Выбор смазочного материала зависит, главным образом, от

условий эксплуатации, т.е. диапазона температур и скоростей вращения, а

также влияния окружающей среды. Оптимальные температурные условия

достигаются тогда, когда для надежной работы подшипника требуется

минимальное количество смазочного материала. Однако, когда смазочный

материал выполняет дополнительные функции, такие как уплотнение или

отвод тепла, может потребоваться его дополнительное количество.

Износ подшипника сопровождается выкрашиванием поверхностей

беговых дорожек и шариков. В результате, перекатывание шариков

сопровождается многочисленными хаотическими ударами, что приводит к

появлению вибрации в широком диапазоне частот 200…1000Гц. Вибрация

радиальная нестабильная, временами может исчезать и зависит от

нагрузки.

ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ

Подшипники скольжения могут быть неразъемными и разъемными.

В первом случае в узел подшипника входят цельный корпус, втулка и

соединительная деталь, а во втором — разъемный корпус, два вкладыша и

соединительная деталь. Втулку или вкладыши изготовляют, как правило,

из антифрикционного материала. Соединительной деталью могут служить

вал, палец, цапфа, короткий валик.

При сборке подшипников скольжения важно добиться точности

геометрических размеров и хорошего состояния трущихся поверхностей

деталей, а у многоопорных валов, кроме того, соосности и минимальной

ступенчатости подшипников, а также достаточно полного прилегания шеек

вала к несущей (рабочей) части подшипника.

При замене отдельных втулок неразъемных подшипников новыми,

чтобы не производить дополнительную обработку отверстия втулки после

ее запрессовки в корпус (шабрением, разверткой или чистовой расточкой),

необходимо:

•Gточно выдержать натяг. При слишком большом натяге форма

отверстия втулки искажается. Это может привести к тому, что прилегание

шейки вала к подшипнику окажется неудовлетворительным, а зазор «на

масло» в подшипнике будет слишком мал;

•Gвтулку перед запрессовкой в корпус сориентировать так, чтобы

отверстия в ней, служащие для подвода смазки в подшипник, совпали с

аналогичными отверстиями в корпусе;

•Gмонтаж втулки в корпусе желательно выполнять, нагревая корпус

или охлаждая втулку, если чертежом предусмотрен значительный натяг.

При выполнении этой операции вручную или при помощи пресса нужно

применять хотя бы несложные приспособления, обеспечивающие

направление усилия строго по оси втулки и предотвращающие ее

перекашивание. После запрессовки втулка должна быть закреплена от

проворачивания (штифтом, винтом, резьбовым стопором и т.п.), если такое

крепление предусмотрено чертежом.

Увеличение зазоров ведет к возможности смещения положения вала

в процессе работы. Вал «гуляет» в подшипнике. Вибрация радиальная,

неустойчивая во времени; растет с увеличением нагрузки. В спекторе

вибрации много гармоник оборотной частоты, являющихся следствием

периодических ударов вала о вкладыш. При значительном увеличении

зазоров горизонтальная вибрация подшипников может существенно

уменьшиться – шейка вала не достает до стенок вкладышей. При этом

вертикальная вибрация превышает горизонтальную. Характерный спектр

такого дефекта показан на рисунке.

Рис. 6. Спектр вибрации агрегата с увеличенным зазором в

подшипнике скольжения

Увеличенный натяг вкладышей: вал сильно зажимается. Появляется

радиальная вибрация на частоте, превышающей оборотную в несколько

раз. Уровень вибрация зависит от нагрузки. Подшипник греется. При

замене подшипника скольжения необходимо сделать контрольный пуск

агрегата, чтобы проконтролировать возможный дефект, ввиду

возможности тяжелой аварии за счет перегрева подшипника скольжения и

расплавления баббита.

Нарушение режима смазки подшипника скольжения: вибрация

наблюдается на частотах от одной пятой до половины оборотной частоты,

радиальная, неустойчивая во времени, зависит от вязкости масла,

температуры. Явление достаточно редкое на нефтепромысловых

предприятиях.

Изменение геометрии подшипника скольжения. В процессе работы

агрегата вследствие износа возможно появление эллипсности шейки вала.

В результате за один оборот ротор дважды поднимается и дважды

опускается, что ведет к появлению вибрации на частоте, равной двойной

оборотной. Вибрация радиальная, преобладает по вертикали, со временем

может, как увеличиваться, так и уменьшаться. Вибрация, в основном,

только на дефектном подшипнике, на другие не передается. Возможно

образование и более сложных поверхностей с соответствующим

изменением частоты.

Момент пуска – самый плохой момент, так как первые обороты

происходят без смазки. Перед пуском открывают крышку агрегата и

орошают маслом узлы для облегчения пуска.

РЕЗОНАНС

Это явление очень хорошо наблюдается на БКНС при выбеге

электродвигателя, раскрученного вхолостую. В некоторый момент

начинают интенсивно дребезжать стекла, затем по мере снижения

оборотов начинают вибрировать трубы и батареи отопления, затем

начинает ходить пол и т.д. Работа насосного агрегата в режиме резонанса

губительна для агрегата.

Другим примером вынуждающих сил являются электромагнитные

силы, возникающие вследствие эксцентриситета, допущенного при сборке

машины, отклонений формы поверхности статора и ротора и др.

Параметры возмущающих сил зависят от параметров магнитной системы,

частоты вращения, числа зубцов ротора и статора, технологических

дефектов изготовления и сборки магнитной системы. Характерным

признаком электромагнитной неуравновешенности является наличие в

спектре всплесков на частотах кратных 50 Гц /50,100,150../.

Методы борьбы с резонансом:

- менять частоту двигателя или менять частоту системы. Существуют

частотные преобразователи, которые задают частоту двигателю. По цене

такие же, как и сам двигатель, но установка таких преобразователей

позволяет экономить, так как срок службы увеличивается в 2 и более раз.

- изменение конструкции: увеличение жесткости - f

соб

станет больше

(наварить пластины); вырезание пластины - f

соб

станет меньше;

увеличение/уменьшение массы (увеличить массу можно насыпав песка, но

это не длительное мероприятие, поэтому приваривают груз).

- динамический гаситель колебаний или антивибраторы

применяются в машинах работающих в установившихся режимах для

отстройки от резонансных частот. Динамические гасители могут быть

выполнены в виде упругого или физического маятника.

Рис. 7. Упругий динамический гаситель

Рассмотрим простейший упругий динамический гаситель. Принцип

действия динамического гасителя заключается в создании гасителем силы

направленной противоположно возмущающей силе. Настройка

динамического гасителя заключается в подборе его собственной частоты:

собственная частота гасителя должна быть равна частоте тех колебаний,

амплитуду которых необходимо уменьшить («погасить»).

ЦЕНТРОВКА НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

При работе роторных агрегатов уровень вибрации во многом зависит

от правильного сопряжения роторов, входящих в состав агрегата. Роторы

должны быть расположены так, чтобы их оси вращения являлись

продолжением друг друга без смещения и излома в плоскости сопряжения.

Прогибы роторов насосов и электродвигателей, используемых в

нефтегазодобывающей промышленности, несущественны. Оси вращения

роторов насосных агрегатов представляют собой прямые линии, которые

должны совпадать. Роторы, валы, для которых выполняется это условие,

называют соосными.

Нарушение соосности валов ведет к возникновению многих

нежелательных последствий:

- повышенные нагрузки на подшипники, ведущие к преждевременному

выходу их из строя;

- преждевременный износ муфт;

- преждевременный износ уплотнений;

- повышенная вибрация;

- преждевременный износ фундаментов;

- повышенное потребление энергии.

Отклонение от соосности осей вращения роторов агрегата называют

расцентровкой. Несоосность характеризуется двумя параметрами: углом

между осями вращения роторов (угловая расцентровка) и смещением одной

оси относительно другой в плоскости сопряжения роторов (радиальная

расцентровка).

Центровка — тонкая заключительная сборочная операция, поэтому на

стадии ремонта необходимо выявить и устранить все неисправности агрегата

и причины расцентровки.

Центровка считается правильной, если значения угловой и радиальной

расцентровок (отклонений от соосности) не превышают допустимых

значений. Допускаемые отклонения от соосности во многом зависят от

конструкции используемой муфты и угловой скорости вращения роторов.

Центровка - тонкая работа 10-100мкм, требуется высокая

квалификация (точность смещения одного вала от другого 40-100 мкм).

При поставке агрегированных насосов эту работу выполняет завод-

изготовитель. Однако центровка агрегата может нарушиться при

транспортировке, а также при деформации тонкостенной фундаментной

плиты в результате старения металла или при неравномерном прилегании ее

к фундаменту. Схема нарушения соосности валов приведена на рис. 8. В

первом случае оси вала смещены в горизонтальной или вертикальной

плоскостях, оставаясь при этом параллельными, во втором — они

скрещиваются. В обоих случаях, если отклонения превышают определенные

величины, агрегат работает ненормально: появляется шум, вибрация,

возрастает потребляемая мощность, греются подшипники и муфта. Детали

насоса и электродвигателя при такой работе изнашиваются в несколько раз

быстрее обычного.

Рис. 8. Схема нарушения соосности валов.

Приборы для центровки: 1.«Гусак». При повороте муфт зазор между

двумя гусаками должен оставаться постоянным. При повороте га проволоку

действует сила тяжести и получается большая ошибка. Также можно вращать

полумуфту тогда сила тяжести не будет действовать.

2. Лазерные приборы используются для центровки оборудования с

высокими требованиями на соосность валов. Отклонения от соосности при

этом измеряются с точностью 1 мкм. Главным недостатком является

дороговизна такого оборудования.

Причины расцентровки:

- просадка подшипников;

- изменение температуры по сезонам, в результате чего, почва либо

проседает, либо разбухает и следовательно агрегаты перекашиваются. При

изменении температуры необходимо проверить центровку;

- расслабление креплений агрегата;

- проведение работ на агрегате, связанных с разработкой и

последующей сборкой узлов, например, замена подшипника.

Признаки расцентровки:

- вибрация на двигателе и на насосе;

- с увеличением нагрузки растет вибрация, с уменьшением – вибрация

падает.

-вибрация на оборотной стороне. При больших расцентровках

появляется вторая и третья оборотная частота (меньше f

об

Расцентровка является одной из основных причин повышенной

вибрации агрегатов. По результатам исследований было выявлено: причины

возникновения вибрации в отечественных электромашинах распределяются

следующим образом:

- неуравновешенность – 50 %

- плохая центровка – 30 %

- механические дефекты (кроме центровки) – 17 %

- электромагнитные и прочие – 3 %

Таким образом, несоосность валов агрегатов является одной из

наиболее часто встречающихся неисправностей. Однако неисправность,

«расцентровка валов», следует рассматривать на только как причину

возникновения повышенной вибрации и повышенного износа. Радиальное и

угловое смещение осей, как правило, является результатом появления других

неисправностей. Такими неисправностями, например, могут быть износ

вкладышей подшипников, тепловые деформации подшипников опор,

ослабления жесткости фундаментной рамы, разрушение фундамента и т.д.

Регулярный контроль соосности валов поможет значительно увеличить срок

службы работы агрегата.

Устранение:

- для центровки по вертикали используют подкладывание под агрегат

специальных калибровочных пластин.

- для центровки по горизонтали используют специальные механизмы с

шагом резьбы 2,5 мм. Для того чтобы подвинуть агрегат на 1 мм необходимо

повернуть на (10/25)*360

= 144

ДИСБАЛАНС РОТОРА

Вибрации, возникающие при работе машин и механизмов, создают

дополнительные нагрузки на детали, увеличивают их износ, снижают срок

службы изделий, оказывают неблагоприятное физиологическое воздействие

на организм человека. В процессе изготовления и эксплуатации деталей и

узлов возникают условия, нарушающие симметрию и приводящие к

неуравновешенности. Для уменьшения неуравновешенности при

изготовлении, ремонте, эксплуатации производят балансировку тел вращения

путем изменения их массы или геометрии.

Если имеется противодействие вращению то подшипник не ощущает

вращения, и сели возникает неуравновешенность то возникает сила кот

раскачивает машину:



drmФ 

где d – дисбаланс (дебаланс).

Существует 5 классов точности балансировки по ГОСТ. Наши машины

относятся ко 2 классу точности балансировки, но сейчас делают по 3 классу

из за сильного шума.

Качество балансировки сильно влияет на работу машины.

Для балансировки детали в двигателе шлифуют, убирают массу, затем

тщательно балансируют и «красная» зона становиться рабочей,

следовательно и возрастает скорость.

При изготовлении на заводе производят балансировку, но через

некоторое время эксплуатации возникает дисбаланс.

Причины возникновения дисбаланса:

Нагрев двигателя. В пазах находится медная проволока (обмотка) –

стержни ротора. При нагреве ( когда двигатель перегрет) медь расширяясь

выходит из пазов. При охлаждении назад может на вернуться так как не

дойдя в обратное положение сдвинулась с места, вследствие чего возникает

дисбаланс. Перегрев (перегрузка) на агрегатах возникают при частых пусках.

В момент пуска подается большой ток, который в сотни раз больше

обычного и обмотка нагревается до большой температуры около 60

С. Если

двигатель не запускается с первого раза, автоматикой он отключается или

запускается заново, если опять не запустился нагрев уже до 100

С, с третьего