В ДИАГНОСТИКЕ - www.vdiagnostike.ru

Добрый день коллеги!
Агрегат: центробежный вентилятор с двусторонним всасом, двухпоточный с 6 лопастями в каждом потоке на двухрядных эллиптических роликовых подшипниках 22380 со стальным свободно перемещающимся кольцом поддержки сепаратора, частота вращения ротора 400 об/мин.
Привод: асинхронный двигатель с фазным ротором 3,8МВт на подшипниках скольжения с тиристорным управлением возбуждения ротора; синхронной частотой 500 об/мин и рабочей частотой вращения ротора 400 об/мин.
Муфта: зубчатая 58 зубов.
Проблематика: ранее на вентиляторе были установлены подшипники минского производства с разрезным сепаратором которые испытывали значительные осевые нагрузки и износ, особенно дальняя от привода опора.
По распорядку предприятия на установке нумерация опор идет от исполнительного механизма к приводу
Была проведена диагностика вибросостяния: опора 1 (заневоленая) – осевая вибрация 8,57мм/с; опора 2 – осевая вибрация 3,78 мм/с; опора 4 – осевая вибрация компонента в полосе от 3х оборотных и выше 2,21 мм/с (по РД 03-427-01 это уровень предупреждение).
При диагностике в спектре были видны признаки износа подшипников качения опор 1 и 2, наблюдалась начальная стадия ослабленности в подшипниках в виде гармоник оборотной частоты. Так же в спектре осевой составляющей на опоре 4 электродвигателя была ярко выраженная стогерцовка.
По моей просьбе было выполнено отключение электродвигателя от сети, в результате свободный торец ротора вышел на 4 мм в сторону от вентилятора. При подаче питания ротор снова утянуло на вентилятор на 4 мм.
Я дал заключение о магнитной несоосности ротора и статора.
Ремонтники через несколько недель устранили несоосность но о том что картина изменилась незначительно не сообщили. Предприятие закупило новые подшипники с плавающим поддерживающим кольцом сепаратора.
В процессе пусковых операций и первых часов работы новые подшипники погнали огромное количество стружки.
Были проведены замеры вибрации. По всем подшипникам уровни в норме кроме осевой на 4 опоре (электродвигатель) – там в полосах оборотной и выше 3х оборотных значение в предупреждении.
В подшипниках качения вентилятора сильный износ боковинами роликов именно кольца который поддерживает сепаратор, кольцо из мягкой стали; на кольце уже съело прилично а ролики без следов как таковых, на беговых дорожках легкая матовость, в ВЧ области подъем в НЧ уже просматриваются легкие намеки на внешнем и внутреннем кольцах но все пока что не критично.
Производитель подшипников разводит руками, эта модель должна держать до 30% по оси от нагрузки допустимой на подшипник, а уровни вибрации говорят что мы далеки до предела.
При спектральном анализе по единственно вызывающей вопросы опоре электродвигателя (считаю что он всему причина):
- 1Х крайне незначительна, но есть 2Х, 3Х, 4Х, 5Х, 6Х,
- 50 Гц очень незначительна с очень незначительными удвоенными частотами скольжения (1,68Гц*2)
- 100 Гц значительна с модуляцией частотой вращения ротора до большого количества гармоник, каждая гармоника частоты вращения при стогерцовке имеет свою боковушку слева отстоящую на 0,33Гц (не могу вычислить кто это)
- 200 Гц приблизительно 10% от стогерцовки, в её области так же есть гармоники оборотной которые идут без перерыва от 100Гц
- 300 Гц более 50% от стогерцовки, с гармониками частоты вращения, но после 200 Гц их можно сказать нет и эти гармоники уже боковые именно для 300Гц.
- 936 Гц (приблизительно) + оборотные. Данных об параметрах обмоток ротора и статора не имеется, поэтому считаем. Для синхронной частоты в 500 об/мин нам нужно 6 пар полюсов, по данным литературы при 12 полюсах (6 парах) статор имеет 144 паза, ротор со скошенными пазами имеет 141 паз, без скоса 166 пазов. Реальная оборотная около 6,645 Гц*141 = 936,945Гц. У нас со скосом получается.
- 1105,5 Гц (приблизительно) эта частота напрягает так как совпадает со 166 пазами ротора без скоса, эта частота больше чем 936 по вертикали, меньше в горизонте и практически отсутствует в осевом направлении
- 1914 Гц (приблизительно) с вагоном оборотных по вертикали, вялое в горизонте, отсутствие по оси (при делении на оборотную получаю двойное количество вероятных пазов статора)
- 1976 Гц (приблизительно) + оборотные ярко выражено только в горизонте
Статический эксцентриситет зазора не подтверждается так как в ВЧ очень малы амплитуды характерных частот.
Динамический эксцентриситет зазора подтверждается так как в НЧ есть 2Fсеть +- Fоборотные в ВЧ есть Fпазы ротора +- Fоборотные и kFстатора (1914Гц)
Дефекты обмоток статора и ротора не увидел.
Может ли такая картина порождать осевую вибрацию, если да то просьба пояснить алгоритм этого процесса?

Центровка, центровка, еще раз центровка.Потом может что-то еще.

Динамический эксцентриситет воздушного зазора в АД это когда ось вращения ротора совпадает с осью симметрии статора Оs и не совпадает с собственной осью симметрии Оr, извиняюсь за чтение лекции, но так мне кажется более конкретный разговор получится, так вот этот эксцентриситет говорит что при сборке двигателя центровка произведена правильно так как ось вращения ротора совпадает с осью симметрии статора а вот ось симметрии ротора находится не на оси вращения, то есть бочка ротора смещена от оси вала и как тогда центровка что-то даст если куда ни смести ось вращения при центровке бочка ротора будет все равно описывать окружность.
Насколько я понимаю такой эксцентриситет может быть конструктивным дефектом или появляющимся например при неравномерном нагреве ротора из-за проблем с его обмоткой, но на спектре статорного тока я не вижу около сетевой частоты каких-либо выраженных боковых частот такого дефекта.

В проблемы искажения синусоиды питающего напряжения тиристорным регулятором оборотов и соответственно в заморочки с вибрацией из-за этого, даже вникать не буду. Там у каждой схемы и каждого изготовителя свои тараканы, а если ещё и выпуска давнишнего, так там вообще одна сплошная проблема.

По делу.Т.е. изначально стояли сферические роликовые подшипники 3680 Минского завода (ГПЗ-11), с латунными сепараторами стоимостью более полумиллиона рублей, но проблемные по качеству. Заменили на китайские 22380, подешевле, но со стальными штампованными сепараторами ("кольцо поддержки сепаратора" и есть часть самого сепаратора). Кстати стальные сепараторы на таких подшипниках часто выдают в спектрах следы затирания, да и на слух,при работе, часто слышен визг и скрежет. У таких крупногабаритных сферических подшипников изначально довольно большой зазор между роликами и обоймами, что часто смотрится в спектре как признаки износа.
Не знаю как сейчас, а лет 5-15 назад, минские крупногабаритные сферические подшипники были очень низкого качества, 30-50% поставляемых подшипников имели явный (следы черновой мехобработки на поверхностях качения) или скрытый (трещины и волосянистости в обоймах и роликах) брак. Мы обратились на ГПЗ-1, сейчас это "Московский подшипник", они выпускали тогда необходимый нам типоразмер, их подшипники нам обошлись на 30-40% дешевле и + гарантийные обязательства. Я не знаю выпускает ГПЗ-1 ваш типоразмер, но вроде Самарский ГПЗ-9 поставляет подшипники 3680.

Теперь о осевой вибрации вентилятора.
Он имел в виду центровку валов двигателя и вентилятора. Вообще-то это мало вероятно, зубчатые муфты, особенно с зубчатыми втулками на обоих валах, допускают достаточно большие смещения как радиальные, так и угловые, да и при угловой расцентровке ротора отталкивает друг от друга при работе, а у нас, насколько я понял, ротор двигателя тянет к вентилятору миллиметра на 4, но проверить не мешает, слесаря могут расслабится от таких допусков и вообще не проверять центровку. Не мешает замерить фазы в осевом направлении, не забывая прибавлять 180 градусов при развороте датчика относительно первоначального замера.
На вентиляторе, осевая вибрация может быть из-за неодинаковой нагрузки на всасах, например с одной стороны в направляющий аппарат что-то прилетело, типа куска брезента с мягкой проставки, или неправильно (несимметрично) настроены привода направляющих с разных сторон, либо с одно стороны сломаны одна или более лопатки направляющего, или у них сломаны оси или стопора и они не поворачиваются вместе с остальными, возможно деформированы лопатки рабочего колеса с одной стороны.
Высокая осевая возможна и при сильном износе подшипников, когда из-за слишком больших зазоров подшипник перестаёт фиксировать вал в осевом направлении и вал начинает колебаться с ударами роликов о наружную обойму в пределах зазора. В таком случае, уровень осевой вибрации нарастает плавно, скорее всего по экспоненте, за несколько месяцев и в спектре наблюдаются гармоники от ударов.

О двигателе.
У двигателей большой мощности, осевой разбег ротора в подшипниках скольжения в пределах примерно 8-12мм. Если у двигателя уклон в сторону 4 подшипника, то при нормально выставленной оси электромагнитной симметрии, при снятии питания, ротор под собственным весом укатится до упора заплечика вала в подшипник на 4-6мм, а при подачи питания эл.магнитные силы втянут его обратно, примерно на середину разбега.
Радиальная вибрация,в разумных пределах, независимо от своего спектрального состава, не создающая динамического прогиба вала, не вызывает повышенной осевой вибрации корпуса подшипника. Чаще всего, осевая вибрация подшипников скольжения не превышает половины общего уровня радиальной.
Высокая осевая, это эл.магнитная асимметрия, гнутый или неудачно наплавленный и проточенный вал (бой вала), ослабленное крепление корпуса подшипника к раме или рамы в его районе к фундаменту или неправильно уложенные центрующие пластины, угловая рацентровка валов двигателя и механизма, дефекты муфты (сильный износ или закусывание).
Кстати, осевая не такая уж и большая!

Ну и экзотика.
Зубья втулок тяжёлых муфт, чаще всего, бочкообразные. Если такая муфта работает лет 10-15 в одном положении двигателя и вентилятора, то зубья втулок вырабатывают на зубьях обойм пологие ямки примерно по середине длинны. Если по какой-то причине, например при уточнении осевого разбега или при ремонте, статор (и подшипники) сдвинули относительно механизма в осевом направлении, то при работе зубья втулок будут стремится в выработанные ими "ямки", утягивая за собой и ротор двигателя. Если "подвижка" двигателя была достаточно большой, то возможно утягивание ротора до касания заплечиком подшипника.
Для общего развития, посмотри в инете ГОСТ 50895-96 Муфты зубчатые.

РД 03-427-01, такое ощущение что писал человек не в полной мере владеющей вопросами виброконтроля и вибродиагностики, плюс явные ошибки или опечатки. Я сильно не стал вникать, но при поверхностном чтении ощущения не очень приятные.
При таких оборотах более показательно виброперемещение (мкм), размах или СКЗ это как привычней или удобней. Нижняя граница полосы замера должна быть меньше оборотки (6,7Гц), ГОСТ рекомендует 2-1000Гц, но можно и 5-500 или даже 3-300Гц, выше 300 Гц перемещение в принципе уже не показательно, а вот ниже 5 Гц надо смотреть шумы конкретного прибора и датчика. Уровни общей вибрации надо смотреть в паспортах двигателя и вентилятора или взять за основу ГОСТ ИСО 10816-3-2002 (Таблица А.1, Жёсткие). А спектры лучше так и смотреть в скорости.

Вот знание этих тараканов бы мне не помешало!


Заменили на SKF стоимостью более миллиона рублей! Стальное только кольцо поддержки, сам сепаратор латунный. По качеству метала вопросов вообще нет.

Ротор тянет именно на вентилятор.

О вентиляторе
Допуски при монтаже подшипников и валов в сотках, слесаря уже натренированы, представитель поставщика подшипников меньше заморачивался чем слесаря.
Частот муфты нет.
Насчет неравномерного всаса - установка несколько раз была разобрана и собрана, то есть все элементы работоспособны и целы, лопаточная частота не выражена, лопаточная вместе с частотой направляющего аппарата не выражена; в осевом направлении аэродинамических частот нет.
Подшипники еще не настолько деградировали что бы не держать осевую, наработка не более 300 часов.

О двигателе
Насчет уклона маловероятно так как все монтировалось по правилам но спорить не буду - учту при дальнейших исследованиях.
Осевая превышает половину радиальных, точне превышает в 4-10 раз радиальную.

Экзотичность заключается в том что таких установки ДВЕ!!! И ситуация у них схожая, а кроме того они практически с рождения своего проблемные в осевом направлении.
Так же данная мощность двигателя отсутствует в модельном ряду завода изготовителя, но мне не могут подтвердить что это "индивидуальный заказ"

Вячеслав, а при износе муфты о котором вы написали какая спектральная картинка должна быть?

Я там выше немного подредактировал, посмотри.
Наработка новых подшипников 300 часов? А осевая вибрация вентилятора была при старых? Или Минские наработали всего 300 часов? Или высокая осевая 1 подш. и сейчас с новыми подшипниками?
При выработке муфты и соответственно утяжке ротора в выработку никаких особенностей в спектре нет, да и осевая возникает только при утягивании ротора до упора в подшипник. Если на холостом ходу с расцепленной муфтой, чертилкой нанести риски на выходе вала из уплотнений подшипников, то это будет положение ротора в магнитной оси. Если после этого вскрыть подшипники и выставить вал по рискам как при работе, то будет видно положение ротора относительно разбега и можно сделать вывод возможном упирании ротора в подшипник из-за нарушения симметрии. Далее при работе с механизмом, по положению рисок относительно уплотнений, будет чётко видно положение ротора относительно магнитной оси и можно судить об утягивании ротора угловой расцентровкой, выработкой зубьев или из-за из-за заклинивания муфты.
Подшипники выносные, в стояках? Если да осмотри внимательно крепление стояков к раме, рамы к фундаменту, да и саму раму на предмет жёсткости в осевом направлении. Пощупай пальчиком стыки стояка с рамой, рамы с бетоном фундамента на предмет их движения относительно друг друга. Слесаря часто вместо П-образных пластин, при центровке кладут просто прямоугольные пластины с одной стороны болта (пластина должна охватывать болт минимум с двух сторон, почему их и делают П-образными). Если пластины лежат с одной стороны болтов, то подошва стояка работает как рессора и наибольшая податливость в осевом направлении.

Если двигателя старые, то завод их возможно давно уже не выпускает, заменил на новые типы, и соответственно их нет в номенклатуре. Примерно каждые 10-15 лет, за редким исключением, происходит полная замена моделей эл.двигателей. Меняются типы изоляции, технологии изготовления, уточняется теория и методика расчетов уменьшающие габариты и улучшающие КПД. Внедряются новые конструктивные решения и т.д. т т.п..

То, что причина осевого смещения - зубчатая муфта - стопроцентно.Кроме центровки помогает шлифовка зубьев втулок в местах контакта с коронкой и хорошая чистка коронки.

Учту при визите на предприятие!

Именно так, новые подшипники наработали около 300 часов!!


На старых тоже была, но на опорах с минскими она была выше чем сейчас на новых!
Минские работали значительно дольше и стружку не давали, но при разборке были значительные износы на дорожках


Спасибо уточню!


Около 10 лет назад все и обновили, вентилятор и двигатель, вот тогда больными они и стали - 2 агрегата одновременно, "из коробки" так сказать.

Около 10 лет назад все и обновили, вентилятор и двигатель, вот тогда больными они и стали - 2 агрегата одновременно, "из коробки" так сказать.

Так может стоит поменять полностью зубчатую муфту?Чем черт не шутит?

Личное наблюдение - сферические подшипники не любят осевые нагрузки(в принципе).А при превышении некоторого соотношения радиалки к осевой вообще сыплются.А кто знает какое соотношение радиалки к осевой в данном случае.НИКТО!

Олег, забыл сразу спросить, вентиляторы гонят горячую среду или холодную? Это вентиляция или горячее дутьё? Если среда горячая, то возможно закусывает 3 подшипник при тепловом расширении.
Вообще-то, ты написал, что после замены подшипников вибрация вентилятора в норме - "Были проведены замеры вибрации. По всем подшипникам уровни в норме кроме осевой на 4 опоре (электродвигатель)"
С новья осевая вибрация подшипников двигателей и/или вентиляторов?
Повышенная осевая только крайних подшипников (у двигателя и вентилятора) или у подшипников со стороны муфты тоже высокая?
Замерь по возможности фазы, особенно в осевом! И вибрацию всех подшипников во всех направлениях в размахе или СКЗ перемещения (мкм) в полосе примерно 5-500Гц, т.е. ниже оборотной и выше 300 Гц, если прибор и датчик хороший и ты уверен что нет собственных шумов на низких, то можно и в штатной полосе 2-1000Гц. И очень тебе поможет сейчас и возможно в будущем, если сможешь прочертить риски на роторе при работе с расцепленной муфтой, я понимаю что это не просто сделать на эксплуатирующемся оборудовании, но старайся по возможности помечать положение ротора при работе на х.х. без механизма на всех двигателях с подшипниками качения, это сильно облегчает диагностику.
И ещё вопрос, смазка муфт жидкое масло или консистентная типа ЦИАТИМ.

Среда постоянной температуры и влажности - это шахтный вентилятор.


Осевая была еще с момента установки лет 10 назад, предприятие эксплуатировало такие агрегаты, чесали голову и дальше работали, периодически меняли подшипники, но вот захотелось жить лучше они начали мониторить процесс, потом поменяли подшипники так как минск уже выработал свой ресурс с такими нагрузками и решили поставить что-то поновее. Пол-года назад у них на минске трусились маслопроводы от осевой вибрации а как перешли на СКФ так сразу стало потише но пошла стружка, вибрация везде просела, но по осевой осталась выше радиальной раза в два кроме 4 го на котором раз 10 сейчас больше, то есть энергоемкий новый подшипник просто ценой своего состояния замаскировал вибрацию, если туда воткнуть минск то снова начнется все как раньше. Рост осевой как и на минске так и сейчас идет од 1го на механизме к 4му на двигателе где достигает своего максимума.
Я периодически туда приезжаю для мониторинга и диагностики, при следующих визитах постараюсь промерять по всем рекомендациям.
К сожалению нанести риски и мониторить по ним выбег при таком режиме рботы сложно, (но на будущее - чем наносить такие риски?)
Смазку уточню.

Это вентилятор ВЦД 47?

ВРЦД-4,5СМ + АКС-3800-6-500

По паспорту жидкое масло, по факту консистентная типа ЦИАТИМ.

Я предполагаю, что проблема состоит из двух независимых или частично зависимых друг от друга дефектов.

Осевая вибрация вентилятора, возможно связана с заклиниванием 2 подшипника. 1 подшипник является фикспунктом, а 2 должен компенсировать тепловые расширения перемещением в посадочном месте корпуса в осевом направлении и осевой разбег у него должен быть довольно приличный, 3-5мм в сторону вентилятора и примерно 5-10мм в сторону муфты.
Длина вала вентилятора в пролёте между подшипниками 9-10 метров. Вентилятор вытяжной, воздух в шахте тёплый. Если температура перекачиваемого воздуха выше на 10 градусов температуры окружающего воздуха при которой монтировали подшипники в корпуса вентилятора, то при работе вал удлинится на 1-1,3мм, плюс 0,4-0,6мм удлинение вала за счёт нагрева подшипников и вала в их районе. И того имеем около полутора миллиметров удлинения вала при разнице температур в 10 градусов, перекачиваемого воздуха и окружающего в помещении вентиляторов.
Радиальный зазор в подшипниках 3680(22380) в пределах 0,2-0,35мм, т.е. более менее безболезненно подшипники могут перенести тепловое удлинение вала, примерно 0,3-0,5мм (два радиальных полузазора плюс упругие деформации деталей подшипников). Дальнейшее тепловое удлинение вала требует перестановки 2 подшипника на величину удлинения вала. Для этих целей подшипники с неподвижным наружным кольцом, если нет особых требований, садятся в корпус по скользящей посадке (Н7-Н8) с допуском по диаметру отверстия, примерно от 0мм до +0,1мм и соответственно с зазором между обоймой подшипника и корпусом от 0мм до 0,2мм. В разъём корпуса подшипника, для уплотнения укладывается паронитовая прокладка определённой толщины (иногда резиновый шнур в пазах или промасленная суровая нить). Если толщина паронита меньше чертёжной или вместо паронита использовали герметик, не сохранив требуемый зазор между крышкой и картером, то подшипник может зажать. Заклинить подшипник может и из-за наличия забоин на посадочном месте, особенно по линии разъема корпуса или выдавленный во внутрь паронит или герметик. В таком случае мы поимеем высокую осевую вибрацию 1 и 2 подшипников.
Диагностические признаки такого дефекта: корпус вентилятора теплее окружающего воздуха, осевая вибрация 1 и 2 подшипника в противофазе (разница 160-200 градусов), при пуске из холодного состояния осевая вибрация проявляется не сразу а нарастает относительно быстро но плавно, относительно высокая температура подшипников, износ у обоих подшипников преимущественно внешних, по отношению к механизму, дорожек и тел качения.

Вибрация 4 подшипника, скорее всего, связана с дефектами фундамента и рамы, или ослаблением крепления корпуса подшипника к раме или рамы к фундаменту. Возможно причина заложена ещё при монтаже оборудования. Судя по выбегу ротора при отключении, вина муфты маловероятна, хотя не исключаю какую-нибудь экзотику, по какой-то причине перешли же с жидкой смазки на консистентную (при жидкой смазке высока вероятность диффузионного сваривания зубьев при пуске).

В дополнение к предыдущему.
Для предотвращения «закусывания» крупных подшипников при монтаже или в процессе эксплуатации, перед установкой их в разъёмные корпуса, допускается проводить пришабривание поверхностей полуотверстий в местах разъёма. Полноту прилегания крупных подшипников к посадочным местам в разъёмных корпусах проверяют с помощью калибра и краски (отпечатки краски должны составлять не менее 75% общей посадочной площади). В разъёмных корпусах с помощью щупа проверяют также плотность и равномерность прилегания основания крышки к корпусу (зазор не более 0,03…0,05 мм).
Зазор между внешней обоймой подшипника и корпусом должен быть от 0,05 до 0,1 мм в зависимости от диаметра обоймы. Посад­ку внешней обоймы подшипника проверяют, измеряя зазор у разъемных корпусов – по свинцовым оттискам.

Извини, забыл.
Лучше всего слесарной чертилкой или што-то типа шило.
Чтобы не получить травму чертилку надо держать чуть по ходу вала!

Добрый день, продолжается виброисследование вентилятора.
Помучал за последнее время привод электродвигателя - асинхронно-тиристорный ключ, сняв форму тока в роторных кабелях обнаружились очень занятные картинки которые не соответствуют тому что должно быть по заводу. Попросил перейти на режим закороченного ротора и немного не понял то что увидел.
При закороченном роторе из спектра вибрации электродвигателя полностью исчезла вибрация с частотой прохождения пазов ротора и появилась вибрация с частотой пазов статора, НО не кратная частоте пазов а гармоника до и после, т.е. пазов в статоре 144, частота вращения 498,3 оборотов (8,305 Гц) в данном случае и я должен был увидеть частоту 1195,92 Гц (144 гармоника оборотной) а вижу 1187,6Гц (143я гармоника) и 1204,2Гц (145я гармоника), при этом вторая гармоника пазов статора то же не укладывается в 144, а дает 144,5 ПАЗОВ на частоте 2399,5Гц.
В общем дефект от схемы возбуждения ротора ушел а вот в статоре появился.