Общие сведения

В процессе устранения повышенных вибраций электрических машин необходимо оценивать вибрационное состояние машины, устанавливать причины повышенных вибраций, а также производить балансировку роторов. Для успешного проведения этих работ применяется специальная виброизмерительная аппаратура, которая должна обеспечивать необходимую точность и оперативность измерений физических величин, характеризующих механическую вибрацию, т. е. вибропараметров.

К параметрам линейной вибрации относятся: перемещение, скорость, ускорение, сила, мощность; к параметрам угловой вибрации— угол поворота, угловая скорость, угловое ускорение, моменты сил; к параметрам обоих видов вибрации — фаза, частота, коэффициент гармоник (нелинейных искажений).
Измеряются мгновенные, амплитудные (пиковые), действующие и средние значения вибропараметров, а также их размахи.

При работе электрических машин имеют место гармонические и пол и гармонические вибрации.

При гармонической вибрации любой из вибропараметров (вибросмещение, виброскорость, виброускорение), может быть принят для оценки вибрационного состояния машины, так как перечисленные параметры однозначно связаны между собой. При этом уровень вибрации характеризуется амплитудой или размахом принятого параметра, а также средним арифметическим или эффективным его значением.

Связь между вибропараметрами полигармонической вибрации, а также между различными значениями, характеризующими уровень этих параметров, зависит от частотного спектра. Поэтому для оценки и возможности сравнения различных уровней вибрационного состояния необходимо выбрать определенный вибропараметр и значение, характеризующее его уровень.

В настоящее время для оценки вибрационного состояния электрических машин широко используется виброперемещение, которое является простой и наглядной характеристикой колебаний машины. Особенно удобно пользоваться этим параметром, когда формы вибраций близки к гармоническим, что характерно для крупных электрических машин с подшипниками скольжения.

Этот параметр можно успешно использовать при рассмотрении вопросов, связанных с механической прочностью конструкции или физиологическим воздействием вибрации на человека. Вибросмещение, однако, не дает непосредственного представления об инерционных силах, действующих на элементы конструкции. Поэтому в ряде специальных случаев в качестве критерия вибрационного состояния принимается виброускорение. При оценке вибрационного состояния по вибросмещению или виброускорению получается тем большая разница, чем больше высокочастотных составляющих в спектре вибрации.

Виброскорость позволяет учитывать наличие высокочастотных составляющих в спектре вибрации и, кроме того, является исходным параметром для определения вибрационной мощности. Поэтому в последнее время наблюдается тенденция к переходу нормирования по виброскорости. При этом, конечно, необходимо принять определенную ширину полосы частот, входящих в рассматриваемый спектр, как установлено, например, в ГОСТ 16921—71.

Важным является также вопрос, каким значением нужно пользоваться при определении уровня данного вибропараметра. Виброперемещение наиболее целесообразно характеризовать размахом колебания, так как при наличии четных гармоник наибольшие значения положительного и отрицательного отклонений могут быть различными. Поэтому только размах, т.е. сумма абсолютных значений наибольших положительного и отрицательного отклонений, может быть принята за меру виброперемещения.

Виброскорость принято оценивать по эффективному значению, которое позволяет легко сравнивать гармонические и сложные колебания по их энергии.

В заключение следует еще раз подчеркнуть, что при нормировании вибраций крупных энергетических машин, спектры вибраций которых бедны гармоническими составляющими, целесообразно использовать размах вибросмещения. При наличии же большого числа высших гармонических составляющих целесообразно нормирование по эффективному значению виброскорости.

При вращении ротора неуравновешенные массы вызывают вращающиеся вместе с ротором центробежные силы. Последние вызывают вибрации ротора и подшипников, а также изгибают ротор. Поэтому принципиально возможны два способа выявления и определения неуравновешенных масс: по вибрациям ротора или подшипников и по деформациям ротора.

Наиболее просто и надежно осуществляется вибродиагностика подшипников. Поэтому в настоящее время оценка неуравновешенности по результатам измерения вибропараметров подшипников получила наиболее широкое распространение. В ряде случаев при балансировке можно успешно применять результаты более сложных измерений параметров вибрации самого ротора, особенно при низком уровне вибраций подшипников. Балансировка ' по деформациям вала, однако, из-за трудностей их измерения пока почти не применяется.

Исходной характеристикой при балансировке ротора, очевидно, могут служить лишь параметры вибрации с частотой вращения, вызываемой вращающимися неуравновешенными массами. Однако в измеряемых вибропараметрах содержатся составляющие и других частот, вызываемые другими-Причинами. Поэтому приборы для балансировки роторов должны обеспечивать возможность выделять и точно измерять параметры гармонической составляющей вибрации, имеющей частоту вращения.

Хотя для оценки вибрации может быть принят, как указывалось выше, любой параметр, общепризнано, что при балансировке наиболее удобным является пока размах виброперемещения.

Таким образом, виброизмерительные приборы для оценки вибрационного состояния и балансировки роторов должны обеспечивать возможность измерения различных вибропараметров, выделения и измерения составляющих вибропараметров с частотой вращения, измерения сдвига фаз вибропараметров. При исследованиях и наладке новых машин требуется, кроме того, определение частотных характеристик машины и ее отдельных узлов, а также гармонический анализ вибропараметров и т. д.

В соответствии с ГОСТ 16819—71 установлена определенная терминология для виброизмерительных приборов. Виброизмерительные приборы или установки, предназначенные для измерения параметров вибрации, называются виброметрами.

В зависимости от назначения виброметры называются линейными, если они предназначены для измерения параметров линейной вибрации, и угловыми — для измерения параметров угловой вибрации.

Установлены различные названия виброметров, например: линейные виброметры (виброперемещения, виброскорости, виброускорения, колебательной мощности), угловые виброметры (угловой вибрации, угла поворота, угловой виброскорости, углового виброускорения), виброфазометры и т. д. Виброметры с регистрирующим устройством называются вибрографами. Контактными или бесконтактными называются виброметры в зависимости от того, должна ли соприкасаться их воспринимающая часть с объектом измерения.