В приводах технологического оборудования целлюлозно-бумажных и других производств широко применяется классическая схема, состоящая из электродвигателя, редуктора и входного вала рабочей машины. Валы редуктора и электродвигателя связываются муфтами различного типа. Иногда редуктор и рабочая машина связываются промежуточным валом или карданной передачей. В процессе сборки или при профилактических мероприятиях производят выверку валов – валы центрируются. При центровке зачастую применяются современные средства центрирования. Нередко при пуске привода в работу после центрирования возбуждается вибрация агрегата высокой интенсивности на тех же частотах, которые были до центрирования. Эта вибрация слабо идентифицируется, возникают сомнения в качестве выверки. С подобными случаями авторы многократно встречались при диагностической экспертизе вибрации оборудования на производстве. Рассмотрим наиболее типичные случаи.
Колебания привода центробежных насосов
В целлюлозно-бумажных производствах (ЦБП) применяются сотни центробежных насосов для перекачки жидких сред. Центровка насосов осуществляется при неработающем оборудовании [5]. В процессе работы изменяются силовые и температурные воздействия на насос, что приводит к расцентровке валов двигателя и насоса и возбуждению интенсивной вибрации насосно-трубопроводной системы. При контроле расцентровки на остановленном оборудовании она не обнаруживается.
Рассмотрим эксплуатационную расцентровку на примере насосного агрегата циркуляции варочного раствора в потоке для варки целлюлозы.
Варочные котлы оснащены насосами циркуляции ВА-350/300-40 (рис. 1) с максимальным напором 40 м. Насосы работают определенное время в процессе варочного цикла и перекачивают варочный раствор из нижней части котла в верхнюю горловину. Температурные режимы варки по ходу цикла меняются и находятся в диапазоне от 40 до 150 °С.
Насосный агрегат установлен на сварную раму невысокой жесткости. Роторы электродвигателя и насоса связаны втулочно-пальцевой муфтой. Нагнетательный трубопровод опирается непосредственно на патрубок насоса без компенсационных петель.
В процессе работы на насосе со стороны нагнетательного трубопровода действуют усилия из-за температурных деформаций трубопровода и веса столба жидкости высотой 18 м, достигающего 24 кН (2,4 т).
После тщательной центровки роторов двигателя и насоса при неработающем котле и загрузке трубы щелоком при температуре 40 °С расцентровка составила 1,06 мм; при температуре 100 °С – 2,1 мм; 140 °С – 3,3 мм. Причина расцентровки заключается в том, что при температурных воздействиях и весе столба щелока рама насосного агрегата деформируется.
Рис. 1. Схема установки для варки целлюлозы: 1 – варочный котел; 2 – насосный агрегат циркуляции
Расцентровка насосного агрегата является источником вибрации насоса и двигателя с частотами, равными и кратными частоте вращения агрегата, что приводит к снижению надежности агрегата [4].
Для уменьшения вибрации предложены усиление рамы насоса и ее виброизоляция.
Другой вид эксплуатационной расцентровки двигателя и рабочей машины заключается в том, что они имеют вибрацию различной интенсивности и на различных частотах, приводящую к несоосности валов, изменяющейся на этих частотах [2]. На вибрацию двигателя и рабочей машины накладывается вибрация на оборотной частоте муфт и на гармониках этой частоты.
Колебания приводов оборудования с подвесным редуктором
В технологических машинах часто используют привод, в котором редуктор передаточного устройства подвесной на роторе технологической машины. Динамические процессы в таком приводе отличаются от динамических процессов приводов технологических машин с традиционной компоновкой.
Вибрация подвесных редукторов часто является причиной появления эксплуатационной несоосности вала электродвигателя и входного вала подвесного редуктора. Типичным примером влияния колебаний подвесного редуктора на эксплуатационную несоосность ротора электродвигателя и входного вала редуктора является колебания привода вакуум-насоса.
Привод вакуум-насоса имеет следующую компоновку (рис. 2). На цапфу ротора вакуум-насоса опирается ведомое зубчатое колесо одноступенчатого редуктора 2, корпус редуктора также подвешен на этой цапфе. Редуктор закреплен от проворачивания реактивной опорой 5 со смещением от его оси симметрии. Приводная шестерня редуктора соединена с электродвигателем 3 посредством упругой втулочно-пальцевой муфты 4 с десятью пальцами. Двигатель и насос опираются на массивный фундамент 6.
Рис. 2. Схема вакуум-насоса
Исследование параметров вибрации вакуум-насоса показало, что редуктор совершает интенсивные колебания преимущественно на частоте электродвигателя, равной 25 Гц (рис. 3), СКЗ виброскорости достигает 40…60 мм/с при допустимом значении 4,5 мм/с. Также на спектре частот редуктора присутствуют вторая, третья, четвертая гармоника оборотной частоты электродвигателя, что свидетельствует о наличии несоосности роторов электродвигателя и редуктора возникающей при эксплуатации вакуум-насоса, так называемой эксплуатационной несоосности.
СКЗ виброскорости корпусов электродвигателя и насоса достигала 12–15 мм/с на оборотной частоте насоса. Последствиями вибрации обнаружены трещины в крышке электродвигателя и в опорной раме станины насоса [4].
Для устранения повышенной вибрации возникла необходимость уменьшения вибрации редуктора усилением реактивной опоры и применением динамического гасителя колебаний [1], что снизило эксплуатационную несоосность валов двигателя и входного вала редуктора.
Представляет также интерес виброактивность привода сушильного цилиндра типа «Янки» бумагоделательной машины.
Сушильный цилиндр имеет диаметр 4500 мм и массу 56 т. Приводится данный цилиндр от двигателя постоянного тока через карданный вал и двухступенчатый цилиндрический редуктор с косозубым зацеплением. Редуктор установлен на цапфе цилиндра (рис. 4).
Рис. 3. Спектр вибрации редуктора вакуум-насоса в поперечном направлении
Рис. 4. Схема привода сушильного цилиндра
При спектральном анализе вибрации редуктора цилиндра было выявлено преобладание вибрации, по интенсивности, корпуса редуктора в виде поворотных виброперемещений относительно оси цапфы. Также в спектрах вибрации редуктора были обнаружены частоты вращения приводного вала редуктора с целыми и полуцелыми значениями ее гармониками (0,5; 1,0; 1,5; 2,0; … 6,0 и т.д.) [3]. В спектрах также ярко выражены зубцовые частоты тихоходной ступени редуктора.
Для уменьшения поворотной вибрации редуктора в реактивной опоре редуктора установлен демпфер колебаний.
Подвесные редукторы применяются также в приводе машинного каландра бумагоделательной машины.
Заключение
В приведенных примерах показано, что при определенных условиях в приводах технологических машин возникают явления, приводящие к эксплуатационной несоосности сопрягаемых валов, соединяемых муфтами традиционного типа. При появлении эксплуатационной несоосности резко увеличиваются динамические нагрузки на оборудование и поддерживающие конструкции. Частота динамических воздействий равна и кратна оборотной частоте. Приведены рекомендации по уменьшению или предотвращению эксплуатационной несоосности валов и роторов.
Рецензенты:
Герц Э.Ф., д.т.н., профессор кафедры технологии и оборудования лесопромышленных производств, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», г. Екатеринбург;
Глухих В.В., д.т.н., профессор кафедры технологии ЦБП и переработки полимеров, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», г. Екатеринбург.
Библиографическая ссылка
Станкевич А.Ю., Куцубина Н.В., Санников А.А. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НЕСООСНОСТЬ СОПРЯГАЕМЫХ ВАЛОВ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 7-4. – С. 718-721;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=38807 (дата обращения: 20.04.2024).