По сравнению с горизонтальными двигателями, вертикальные двигатели, особенно крупногабаритные, имеют свои особенности в подшипниковых системах. На одном из концов двигателя используются радиально-упорные шарикоподшипники. В связи с особенностями конструкции радиально-упорных шарикоподшипников направление установки подшипника не должно быть обратным, в противном случае подшипник будет немедленно выведен из строя. Отсутствие подшипника или перекос осевой посадки самого подшипника во время работы двигателя могут привести к ненормальной вибрации и посторонним шумам в двигателе.

01. Проблема шума вертикальных двигателей

Вертикальные двигатели, особенно крупногабаритные, оснащены уникальными подшипниковыми системами и часто оснащены радиально-упорными шарикоподшипниками на одном конце. Подшипники такого типа имеют прецизионную конструкцию, и неправильное направление сборки может привести к их прямому повреждению. Кроме того, если подшипник не установлен на место или осевая посадка не соосна во время работы двигателя, это может также вызвать аномальную вибрацию и шум.

► Функция радиально-упорных шарикоподшипников

Однорядные радиально-упорные шарикоподшипники рассчитаны на комбинированные нагрузки и могут выдерживать большие осевые нагрузки в одном направлении. В вертикальных двигателях этот тип подшипников часто используется на конце вала, не соприкасающемся с валом, в ситуациях, когда осевая сила превышает допустимый диапазон радиального шарикоподшипника. Его размеры совместимы с размерами однорядного радиального шарикоподшипника соответствующего двигателя, что позволяет избежать ряда потенциальных проблем, связанных с изменением конструкции.

Применение радиально-упорных шарикоподшипников в вертикальных двигателях направлено на решение проблемы восприятия больших осевых усилий и балансировки положения ротора и статора. В этих случаях радиально-упорные шарикоподшипники обычно устанавливаются парами для удовлетворения различных рабочих требований. Правильное расположение подшипников позволяет создать осевое усилие, уравновешенное массой ротора двигателя, что обеспечивает стабильное осевое положение ротора и статора.

► Проблемы установки и эксплуатации

При эксплуатации двигателя, будь то подъёмная или подвесная установка радиально-упорных шарикоподшипников, возникает ряд проблем. В частности, любое осевое несоосное положение или вибрация могут привести к нестабильной работе и возникновению шума. Помимо согласования осевых размеров, после включения двигателя магнитные оси статора и ротора самопроизвольно совмещаются под действием электромагнитной силы.

При выборе конструкции подшипника двигателя можно использовать различные решения, например, использовать радиально-упорные шарикоподшипники для спаривания, эффективно контролировать смещение подшипника в осевом направлении, использовать трёхопорную конструкцию для повышения устойчивости и разумно задавать величину предварительного смещения статора и ротора. Однако следует отметить, что величина предварительного смещения статора и ротора должна контролироваться в соответствующем диапазоне во избежание негативных последствий. Кроме того, при хранении, транспортировке и испытаниях вертикальных двигателей необходимо следить за тем, чтобы двигатель всегда находился в правильном вертикальном положении, чтобы предотвратить повреждение подшипника из-за воздействия ненадлежащих внешних сил.

02 Проблемы вибрации больших вертикальных двигателей

Далее мы рассмотрим проблемы вибрации двигателей крупных вертикальных насосов. Опора барабана и общая высота таких двигателей обычно большие, а скорость вращения составляет около 1500 об/мин. В качестве верхних подшипников обычно используются подшипники скольжения или качения, но проблемы вибрации подшипников скольжения обычно возникают из-за регулировки направляющей втулки, поэтому в данной статье они не рассматриваются. Мы рассмотрим проблемы вибрации двигателей с подшипниками качения в качестве верхних подшипников. Конструкция насоса включает в себя двигатель, опору барабана, корпус насоса, а также впускной и выпускной патрубки.

► Характеристики и влияние вибрации

Амплитуда вибрации в верхней части двигателя максимальна, и по мере опускания двигателя вниз вибрация постепенно уменьшается, демонстрируя очевидную направленность. При испытании двигателя вхолостую, то есть когда двигатель соединён с опорным стаканом, но не с ротором насоса, частота его вибрации в основном определяется частотой вращения. Однако при соединении двигателя с ротором насоса частота вибрации может быть в основном двукратной.

Вибрация двигателя постепенно ослабевает по мере уменьшения положения, демонстрируя направленную характеристику. После подключения двигателя к насосу частота вибрации может значительно измениться. Например, на проблему вибрации двигателя может влиять множество факторов, таких как чрезмерная вибрация при вводе в эксплуатацию новой установки, чрезмерная вибрация после замены или ремонта двигателя, а также повышенная вибрация во время работы, но сохраняющаяся после отсоединения ротора насоса.

► Анализ причин вибрации

Вибрация двигателя может быть вызвана различными факторами, включая сам двигатель, опорный цилиндр, корпус насоса, а также впускные и выпускные трубы.

► Причины неисправности самого двигателя

Вибрация двигателя может быть вызвана различными внутренними факторами. Среди них ключевой проблемой является недостаточная точность балансировки, особенно в системе «опора цилиндра – двигатель» со слабой общей жесткостью, где небольшой дисбаланс может вызвать значительную вибрацию двигателя. Однако, уменьшая дисбаланс, можно эффективно снизить вибрацию. Кроме того, частой причиной вибрации двигателя является неправильная установка подшипников. Например, верхний подшипник находится под нагрузкой, а нижний выполняет опорную и направляющую роль, а ротор находится в подвешенном состоянии, что объясняет, почему верхний подшипник часто выходит из строя первым. Подобные проблемы можно предотвратить, проверив напряженное состояние обоих подшипников.

► Проблемы с системой поддержки

Недостаточная жёсткость опорного цилиндра может привести к возникновению вибрации. При подключении двигателя к опорному цилиндру постепенно проявляется проблема недостаточной общей жёсткости. Чтобы определить, связана ли проблема с двигателем или опорным цилиндром, можно протестировать как отдельный двигатель, так и двигатель с опорным цилиндром на испытательной платформе. Кроме того, добавление методов поддержки и регулировки может повысить эффективность воздействия.

► Инсталляционные и резонансные эффекты

В некоторых двигателях может наблюдаться структурный резонанс, существенно влияющий на вибрацию. После испытаний мы обнаружили, что резонансная частота может варьироваться в диапазоне до ±160 об/мин, а иногда даже напрямую влиять на номинальную скорость. В таких случаях необходимо экспериментально подтвердить и повысить точность двигателя для снижения вибрации. Структурный резонанс может существенно влиять на вибрацию двигателя, поэтому необходимо экспериментально подтвердить и повысить точность двигателя для снижения вибрации.

При решении проблем с вибрацией необходимо учитывать различные факторы и принимать целенаправленные меры. Эти меры могут включать повышение точности балансировки, обеспечение общей вертикальности, регулировку зазора подшипников, установку временной опоры и изменение конструкции опоры цилиндра. При использовании временной опоры необходимо убедиться, что точка опоры находится в верхней части двигателя, и соответствующим образом отрегулировать прочность опоры для достижения значительного снижения вибрации.