Причины вибрации электродвигателя и как их отличить

Основные механические причины вибрации электродвигателя — дисбаланс, несоосность с приводимой машиной, ослабление крепления и дефекты подшипников. Бывают и электрические причины: обрыв стержней ротора, дефекты статора, асимметрия питания. Отличают причины по спектру вибрации: на какой частоте пик (1x, 2x, гармоники, частоты подшипника), в каком направлении он сильнее и как выглядит временной сигнал.

Сначала убедитесь, что вибрация действительно повышена: сравните её с нормами в статье «Нормы вибрации электродвигателя по ISO 10816-3». Ниже — как искать причину.

Сводная таблица причин и признаков

Опорная частота — частота вращения вала, 1x. Для двигателя на 1480 об/мин это примерно 24,7 Гц (1480 / 60).

Причина	Главный признак	Чем подтвердить
Дисбаланс ротора, муфты, крыльчатки	Доминирующий пик 1x, радиальная вибрация	Фаза, балансировка на месте
Несоосность валов	Пики 1x и 2x, часто повышенная осевая вибрация	Замер в осевом направлении, проверка центровки
Механическое ослабление	Несинусоидальный временной сигнал, гармоники 3x, 4x, 5x	Осмотр крепления, рамы, посадки подшипника
Дефект подшипника качения	Высокочастотные составляющие на частотах BPFO, BPFI, BSF, FTF	Анализ огибающей, ультразвук, температура
Резонанс	Усиление вибрации на собственной частоте узла или рамы	Ударный тест (bump test)
Обрыв стержней ротора	Боковые полосы на частоте прохождения полюсов	Анализ тока двигателя (MCSA)
Дефекты статора и изоляции, асимметрия питания	Ищут по электрическим сигналам	Анализ тока и напряжения (ESA)
Приводимая машина	Частоты насоса, вентилятора, редуктора	Замеры на опорах приводимой машины

Дисбаланс

Дисбаланс — неравномерное распределение массы ротора, муфты или рабочего колеса. В спектре он даёт доминирующий пик на 1x. Источником может быть не только ротор двигателя, но и то, что вращается вместе с ним: полумуфта, крыльчатка вентилятора, рабочее колесо насоса.

Пик 1x ещё не доказывает дисбаланс. По материалам Bently Nevada, рост вибрации на 1x вызывают и другие причины: задевания ротора о неподвижные детали, тепловые переходные режимы, изменение центровки. Поэтому перед балансировкой смотрят на фазу, тренд и режим работы машины, а не только на амплитуду.

Как балансируют на месте — в статье «Полевая балансировка вентиляторов и дымососов».

Несоосность

Если оси валов двигателя и приводимой машины не совпадают, в спектре растут 1x и 2x, а осевая вибрация часто выше обычной. Поэтому при подозрении на несоосность обязательно измеряют вибрацию в осевом направлении у муфты с обеих сторон. Подтверждают диагноз проверкой центровки. Подробнее — в статье «Несоосность валов».

Ослабление крепления

Механическое ослабление — люфт или недостаточное крепление: болты лап, трещины рамы, неплотная посадка подшипника. Признаки — несинусоидальная форма временного сигнала и ряд гармоник 3x, 4x, 5x.

Подшипники

Дефекты подшипников качения дают высокочастотные составляющие на характерных частотах: BPFO (наружное кольцо), BPFI (внутреннее кольцо), BSF (тело качения), FTF (сепаратор). На ранней стадии эти составляющие слабые, поэтому применяют анализ огибающей и ультразвуковой контроль. Стадии развития дефекта описаны в статье «Стадии разрушения подшипника и P-F кривая», а связь с нагревом — в статье «Почему греется подшипник электродвигателя».

Резонанс

Резонанс — усиление вибрации на собственной частоте узла или конструкции: рамы, кожуха, трубопровода. Собственные частоты определяют ударным тестом (bump test): эта функция есть в переносных анализаторах Bently Nevada SCOUT и vb7.

Электрические причины

У асинхронного двигателя обрыв стержней ротора проявляется в спектре вибрации боковыми полосами на частоте прохождения полюсов. Дефекты статора и изоляции, асимметрию напряжения и тока ищут анализом сигналов тока и напряжения питания (ESA, MCSA): Artesis AMT Pro по этим сигналам выявляет дефекты ротора, статора и изоляции, а также механические дефекты двигателя и приводимой машины.

Сравнение методов — в статье «ESA, MCSA и вибродиагностика», разбор типичных дефектов — в статье «5 дефектов электродвигателей, которые видит ESA».

Приводимая машина

Вибрация двигателя может приходить от того, что он вращает. Artesis среди процессных причин называет кавитацию в насосах и турбулентность потока в вентиляторах и воздуходувках. Поэтому вибрацию измеряют на опорах обеих машин агрегата и сравнивают. Как распознать кавитацию — в статье «Кавитация насоса: признаки и диагностика».

Порядок поиска причины

1. Измерить общий уровень на всех подшипниковых опорах двигателя и приводимой машины в двух радиальных направлениях и в осевом.
2. Сравнить с нормой и с прошлыми замерами (трендом).
3. Снять спектр в точке с максимальной вибрацией и найти пики относительно 1x.
4. Посмотреть временной сигнал и спектр огибающей, если подозреваете подшипник или ослабление.
5. Если механических признаков нет, а вибрация не объяснена, проверить двигатель анализом тока и напряжения.
6. Подтвердить вывод на месте: центровка, затяжка крепления, осмотр муфты и подшипника.

Как разбирать спектр — в статье «Как читать спектр FFT». Общий обзор метода — в статье «Что такое вибродиагностика оборудования».

Чем искать причину

• Двухканальный анализатор и балансировщик vb7 от Bently Nevada: спектр до 6400 линий, Fmax до 40 кГц, демодуляция для раннего обнаружения дефектов подшипников, двухплоскостная балансировка на месте, лазерный датчик оборотов.
• Для электрических дефектов — портативный тестер Artesis AMT Pro, который подключается к цепям питания без датчиков на машине.

KEG TRK поставляет оборудование Bently Nevada, Artesis и SDT в Казахстане. Цена по запросу.

Источники

• I-care. What is Vibration Analysis in Predictive Maintenance? — https://www.icareweb.com/knowledge/predictive-maintenance/what-is-vibration-analysis-predictive-maintenance/
• Bently Nevada (Baker Hughes), Orbit, Q1 2022. Rub Diagnostics based on Vibration Data — https://dam.bakerhughes.com/m/21e84902045bb09c/original/Q1-2022-Orbit-Article-Rub-Diagnostics-Article.pdf
• Bently Nevada. vb7 Portable Data Collector, Analyzer and Balancer Datasheet 116M5255 — https://dam.bakerhughes.com/m/7993c3932a156e18/original/vb7-Portable-Data-Collector-Analyzer-and-Balancer-Datasheet-116M5255-pdf.pdf
• Bently Nevada. SCOUT220-IS and SCOUT240-IS Portable Data Collectors Datasheet 109M0226 — https://dam.bakerhughes.com/m/54b98a9e1e80eaf6/original/SCOUT220-IS-and-SCOUT240-IS-Portable-Data-Collectors-Datasheet-109M0226-pdf.pdf
• Artesis. AMT Pro brochure, раздел Fault Coverage — https://www.artesis.com
• ГОСТ Р ИСО 10816-3-99 — по статье «Нормы вибрации электродвигателя».