Определение вибрации вентилятора методом комплексного обследования

Трибухин В.А., канд. техн. наук, Стешенко В.А., канд. техн. наук. Демченко А. В., Мельничук А.С. (НИИГМ им. М.М. Федорова)

Источник: Збірник наукових праць №104. «Проблеми експлуатації обладнення шахтних стаціонарних установок». — Донецк ВАТ «НДІГМ ім. М.М. Федорова», 2010.

Описано спосіб виявлення причин наднормативних вібрацій роторних машин на основі комплексного обстеження з застосуванням сучасних методів вібродіагностики на прикладі вентилятора головного провітрювання ВРЦД-4.5 ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг».

Описан способ выявления причин сверхнормативных вибраций роторных машин на основе комплексного обследования с применением современных методов вибродиагностики на примере вентилятора главного проветривания ВРЦД-4.5 ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог».

We describe a method of identifying the causes of excessive vibration of rotary machines based on a comprehensive survey with application of modern methods of vibration diagnostics for example, the main vents ВРЦД-4.5 ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог».

Постановка проблемы в общем виде и связь с важными практическими задачами.

Одним из непременных условий надежности и безопасности работы вентиляторов главного проветривания рудников и шахт является отсутствие сверхнормативных вибраций вращающихся элементов и их опор. Без своевременного и точного установления причин вибраций сложно их устранить. На практике иногда приходится решать подобные задачи методом проб и ошибок. Точное и быстрое выявление причин превышения вибраций является актуальной задачей, имеющей практическое значение. Так на ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог» после ремонта вентилятора ВРЦД-4.5 в 2009 году, заключавшегося в устранении проворота на валу внутренней обоймы коренного подшипника, существующими методами длительное время не удавалось устранить сверхнормативную осевую вибрацию ротора. Для повышения эффективности ремонтов и наладки роторных машин необходимо развивать методы вибродигностики. С развитием приборной базы, совершенствованием виброизмерительной техники появились для этого новые возможности.

Целью данной работы является решение конкретной задачи по установлению причин сверхнормативных осевых вибраций подшипниковых опор ротора вентилятора ВРЦД-4.5 ОАО«АрселорМиттал Кривой Рог» на основе комплексного обследования установки и применения современных методов вибродиагностики.

Изложения основного материала исследования.

Вентилятор ВРЦД – 4.5 изготовлен по аэродинамической схеме Ц 40 – 10х2 и состоит из электродвигателей, рабочего колеса, спирального корпуса, осевых направляющих аппаратов, входных коробок, главного вала, подшипников, зубчатой муфты и других элементов. Рабочее колесо вентилятора ВРЦД – 4,5 имеет по 8 с каждой стороны коренного диска профильных загнутых назад лопаток, приваренных к коренному и двум плоским покрывным дискам.

Рабочее колесо вентилятора (двустороннего всасывания) закреплено на главном валу, опирающемся на радиальные и радиально-упорные подшипники. Регулирование аэродинамических параметров подачи воздуха и давления вентилятора осуществляется осевыми направляющими аппаратами, каждый из которых имеет по 14 поворотных профильных лопаток, управляемых шарнирно-рычажными механизмами и моторными приводами.

Для решения поставленной задачи была составлена программа работ, включающая в себя следующие виды контроля: 1. общий визуальный осмотр; 2. толщеметния основных деталей вентилятора; 3. дефектоскопия коренного вала в наиболее опасных сечениях; 4. вибрадиагностика .

Общий визуальный осмотр проточной и строительной частей вентилятора производился на предмет выявления возможных дефектов, влияющих на вибрационную активность ротора. В результате осмотра установлено: имеются масляные пятна на части фундамента, что может быть причиной снижения прочности бетона; застопорена в закрытом состоянии одна лопатка направляющего аппарата со стороны полевого подшипника вентилятора; при полностью закрытых направляющих аппаратах осевая вибрация не исчезает, что не позволяет считать отмеченный дефект причиной вибраций; коренной вал и покрывные диски вентилятора имеют равномерный коррозионный и механический износ, который не может явиться причиной дисбаланса ротора.

Толщинометрия элементов проточной части вентилятора также производилась с целью оценки возможного дисбаланса ротора за счет изменения массовых характеристик. Степень коррозионного и механического износа определялась по средним значениям измеренных толщин лопаток и дисков. При этом износ составил: покрывных дисков – 18,75% (предельная допустимая величина износа не более 30% от номинального значения); коренного диска – 6,0 % (предельная допустимая величина износа не более 20% от номинального значения); лопаток рабочего колеса– 28,3 % (предельно допустимая величина износа не более 50 % от номинального значения толщины).

Известны случаи роста вибраций ротора от зарождения и развития усталостных трещин коренного вала. В результате возрастала его величина прогиба вала и вибрации. С целью исключения данной причины произведена дефектоскопия наиболее опасных сечений вала вентилятора: галтельный переход вала под полумуфтой, галтельный переход вала под подшипником, участок вала под ступицей рабочего колеса. В результате обследования дефектов не обнаружено. Участок вала под ступицей рабочего колеса не обследован вследствие низкого качества поверхности по причине коррозионного износа и невозможности обеспечения надежного акустического контакта с ультразвуковым преобразователем.

Вибродиагностика вентилятора и приводного электродвигателя производилась с целью изучения частотного состава спектра вибрации и выявления частот на которых наблюдается превышения допустимых норм вибрации. Обработка результатов виброизмерений произведена в соответствии с «Методикой вибродиагностики подшипников качения опорных узлов шахтных вентиляторов главного проветривания» (РТМ 07.03.004-82). Измерения проводились анализатором спектра вибрации «Топаз» с пьезоэлектрическим акселерометром РА 057. Расчетными информативными частотами являются вращательные: F1 = 8,33 Гц - частота вращения вала ротора; F2 = 16,67-частота овальности внутреннего кольца подшипника, сочетания неправильного центрирования с перекосом подшипников; F3 = 3,5 Гц - частота вращения сепаратора относительно неподвижного наружного кольца; F4= 4,79 Гц - частота вращения сепаратора относительно вращающегося внутреннего кольца; F5 = 63,8 Гц - частота перекатывания тел качения по наружному кольцу; F5упор. = 42,22 Гц - частота перекатывания тел качения по наружному кольцу упорных подшипников; F6 = 86,15 Гц - частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу; F6упор. = 57,95 Гц - частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу; F7 = 26,85Гц - частота вращения тел качения вокруг своей оси; F7упор. = 20,15Гц - частота вращения тел качения упорного подшипника вокруг своей оси; Fаэро=66,64 Гц –частота аэродинамическая от лопаток рабочего колеса; а также комбинационные: kF5± lF1, kF5 ± lF3, kF5 ± lF4; kF6 ± lF1, kF6 ± lF3, kF6 ± lF4; kF7 ± lF1, kF7 ± lF3, kF7 ± lF4; где k,l = 1,2,3….

Из результатов вибрационного обследования следует, что интенсивность вибрации опор подшипников роторов приводных электродвигателей не превышает допустимые ГОСТ 16921-83 значения.

Интенсивности вибрации опор подшипников ротора вентилятора в осевом и частично в радиальном направлении превышает допустимые ГОСТ 11004-84 значения. Анализ спектрограмм (рисунок 1) показал, что спектральными составляющими интенсивностью выше уровня их допустимого значения амплитуд являются сигналы с обоих опор ротора вентилятора в осевом направлении, а также опоры №5 в вертикальном направлении.

Общий визуальный осмотр проточной и строительной частей вентилятора производился на предмет выявления возможных дефектов, влияющих на вибрационную активность ротора. В результате осмотра установлено:.

Частота вращения сепаратора подшипника определяется из выражения:

Рисунок 1 - Спектрограммы виброскорости вентилятора ВРЦД – 4.5

Из выше приведенных спектрограмм следует, что основными, выделяющимися по интенсивности сигналами виброперемещения являются сигналы на оборотной частоте. Данная частота в спектрах вибросигналов может указывать на следующие дефекты: а) наличие двухплоскостной динамической неуравновешенности ротора; б) неперпендикулярность плоскости дорожек качения роликов и оси вращения вала вследствие дефекта подшипника или его перекоса на валу; в) нарушение выставки корпусов подшипников на опорных плитах; г) отсутствие радиального зазора между наружной обоймой и корпусом подшипника, деформация наружного кольца подшипников от перетяжки, при этом должен возникать нагрев подшипника; д) отсутствие зазоров между наружной обоймой и торцевыми крышками.

Выделяющимися по интенсивности сигналами виброскорости являются сигналы на частоте 69,5 Гц. Такая частота может указывать на наличие дефекта на дорожках наружных колец подшипников 3680 (частота F5 = 63,8 Гц) или вызываться аэродинамическими явлениями (частота Fаэро=66,64 Гц).Учитывая факт, что осевые вибрации проявляются вне зависимости от режима работы вентилятора, следует предположить, что аэродинамические явления не являются основной причиной высокой вибрации опор ротора вентилятора.

Вибрации проявляются не только на корпусах подшипников, но и на постаментах и анкерных болтах. Обтяжка анкерных болтов не приводит к существенному снижению уровня вибраций. Трещин фундаментов и строительных конструкций влияющих на режим работы вентилятора не обнаружено. Застопорена в закрытом состоянии нижняя лопатка направляющего аппарата со стороны полевого подшипника вентилятора, так же не может являться причиной сверхнормативной вибрации.

Выводы.

В результате комплексного технического обследования вентилятора главного проветривания ВРЦД – 4.5, установлено, что наиболее вероятной причиной превышения нормы осевой вибрации ротора вентилятора является неперпендикулярность плоскости дорожек качения роликов коренного подшипника и оси вращения вала, обусловленная дефектом проточки шейки после ее наплавки, либо дефектом подшипника.

Рекомендации.

1. Произвести повторно наплавку шейки вала и ее проточку с целью устранения вероятного перекоса осей вращения посадочной поверхности шейки и вала.

2. Выставить подшипниковые опоры в соответствии с требованием заводской инструкции по монтажу и пуску вентилятора. При этом обеспечить:а) выполнение нормативных требований к величинам зазоров между наружной обоймой и торцевыми крышками подшипниковых опор;б) нормативную величину радиального зазора между наружной обоймой и корпусом подшипника; в) перпендикулярность плоскости дорожек качения роликов подшипников и оси вращения вала;г) исключить деформации корпусов и наружных колец подшипников от неравномерной затяжки анкерных болтов, неправильной установки прокладок;д) обеспечить равномерность зазоров левого и правого лабиринтных уплотнений на входе в рабочее колесо, величины их привести в соответствие с требованиями нормативных документов.

3. Выполнить двухплосткостную динамическую балансировку ротора вентилятора.

4. Обследовать состояние фундамента и бетонных строительных конструкций в районе имеющихся масляных пятен. По результатам обследования принять необходимые решения.

5 Выполнить ремонт направляющего аппарата, обеспечить работоспособность застопоренной лопатки.

Литература.

1. Заключение о техническом состоянии вентилятора главного проветривания «В - 4» типа ВРЦД – 4.5 (вентилятор №2) подразделения по подземной добыче руды ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог». Донецк, Научно-исследовательский институт горной механики имени М.М. Федорова, 2009.

2. Бабак Г.А. и др. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания. Справочник. М., ''Недра'', 1982. 296 с.