ДИНАМИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ

Полезная модель относится к энергетике, а именно к высоковольтным электрическим машинам горизонтального исполнения и предназначена для устранения повышенной вибрации на электродвигателях. Преимущественно, заявленная полезная модель может найти применение для снижения вибраций синхронных электродвигателей магистральных насосных агрегатов нефтепроводов.
Вибрация - это один из основных показателей качества работы электродвигателя. Значение вибрации можно разложить на частотные составляющие. Одной из самых распространенных и трудноустранимых частот является двойная оборотная частота 100 Гц. Она присутствует, практически, на всех электродвигателях. Источниками ее возникновения могут служить следующие причины:
- овальность шейки вала;
- электромагнитные дефекты.
Основной признак того, что дефект, вызывающий вибрацию, имеет электромагнитную причину - это мгновенное исчезновение его признаков в спектре вибрации после отключения электрической машины от сети. Электромагнитными дефектами электродвигателя являются:
- ослабление прессовки пакета стали;
- обрыв или замыкание в обмотке.
Оборотная частота электромагнитных сил и вибраций равна удвоенной частоте питающей сети. Магнитные процессы пропорциональны квадрату «синусоиды» питающей сети, а это и есть колебание с удвоенной частотой от исходного.
Еще одним дефектом, вызывающим вибрацию, является эллипсность внутренней расточки статора относительно оси вращения ротора, который, возникает как дефект монтажа подшипниковых стоек.
Проблема устранения указанных дефектов может быть решена только при выполнении капитального ремонта в заводских условиях. До проведения капитального ремонта бороться с повышенной вибрацией электродвигателя можно путем ее компенсации.
Существует принцип конструирования устройства, позволяющего бороться с повышенной вибрацией, описанный в книге А.С.Гольдина «Вибрация роторных машин» (М.: «Машиностроение», 1999 г - 344 с.) реализуемый в динамическом гасителе вибрации (в дальнейшем: ДГВ).
ДГВ представляет собой упругомассовую систему, присоединяемую к защищаемому объекту. Между объектом и динамическим гасителем возникают силовые взаимодействия инерционной природы, меняющие настройку объекта по отношению к преобладающей частоте возбуждения либо иным образом компенсирующие действующее динамическое возбуждение.
1
1
2
2
На фиг.1 представлена известная схема, которая моделирует объект с установленным на нем ДГВ. Эквивалентная масса защищаемого объекта обозначена как m, эквивалентная жесткость объекта - С, масса ДГВ - m, жесткость ДГВ - C. Колебания массы ДГВ компенсируют действующую на объект силу.
Описанный принцип реализован в большом количестве технических решений, описанных, например в RU 2179080, RU 2154758, SU 905538 и др.
В частности, из патента на полезную модель RU 109814, опубликованного 27.10.2011, известен динамический гаситель вибрации, включающий упругий стержень и инерционную массу, выполненные с возможностью перемещения инерционной массы вдоль стержня. При этом, стержень представляет собой консоль, которая состоит из ниппельной части, на которую нарезана резьба, в центре вдоль стержня просверлено отверстие разного диаметра для размещения приводного механизма и проводки кабеля. Вдоль стержня с возможностью вращения вокруг своей оси закреплена штанга с наружной резьбой, а в инерционной массе выполнено ответное отверстие с внутренней резьбой для штанги. Указанная полезная модель решает задачу обеспечения автоматического и дистанционного контроля гашения вибраций, однако усложнение конструкции не способствует повышению надежности работы устройства.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является динамический гаситель колебаний, известный из авторского свидетельства SU 1490344 от 30.06.1989. Динамический гаситель колебаний содержит соединяемый с защищаемым объектом упругий стержень с установленной на нем инерционной массой. С целью повышения эффективности гашения колебаний он снабжен размещенной коаксиально стержню и установленной на его свободном конце втулкой, а инерционная масса установлена на втулке с возможностью осевого перемещения. Кроме того, втулка установлена на стержне с возможностью осевого перемещения и фиксации. Динамический гаситель колебаний имеет две разнесенные резонансные частоты колебаний, одна из которых определяется расстоянием от точки заделки упругого стержня до центра масс инерционной массы, а вторая расстоянием от точки заделки упругого стержня до точки закрепления на нем втулки, таким образом, осуществляется гашение колебаний защищаемого объекта на двух различных частотах. Регулировка резонансных частот гасителя колебаний осуществляется при перемещении втулки относительно упругого стержня и инерционной массы относительно втулки.
Недостатком данной системы является то, что в процессе ее эксплуатации требуется постоянная подстройка, а также данная конструкция не всегда удобна при монтаже и настройке на конкретный электродвигатель.
Задачей полезной модели является создание простой, надежной и удобной в эксплуатации конструкции динамического гасителя вибраций, предназначенного для устранения повышенной вибрации на электродвигателе в максимально короткие сроки и без дальнейших трудозатрат на его подстройку.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности конструкции, сокращение сроков настройки динамического гасителя вибраций.
Наиболее напряженная деталь ДГВ - упругий элемент - должен выполняться из материала, обладающего высоким модулем упругости и достаточной усталостной прочностью. Поставленная задача решена за счет применения в качестве материала для изготовления ДГВ высокопрочной стали марки Ст-45, и внесения изменений в конструкцию, направленных на сокращение трудозатрат и времени настройки на конкретный электродвигатель.
Заявленный динамический гаситель вибрации (ДГВ), преимущественно предназначен для синхронных электродвигателей магистральных насосных агрегатов. Он включает в себя упругий стержень и инерционную массу, присоединенные к защищаемому электродвигателю, выполненные с возможностью перемещения инерционной массы вдоль стержня. При этом упругий стержень, предпочтительно, выполнен из стали марки Ст-45, на стержень нанесена резьба для перемещения инерционной массы вдоль стержня по резьбе, при этом выбранное положение на стержне инерционной массы фиксируется двумя гайками.
Для взаимодействия со стержнем в инерционной массе выполнено ответное отверстие с внутренней резьбой.
Упругий стержень закреплен на защищаемом электродвигателе при помощи резьбового соединения. Указанный стержень устанавливается в штатное отверстие рым-болта крышки подшипника электродвигателя. Причем, стержень закрепляется на защищаемом электродвигателе с той стороны, где наблюдается повышенная вибрация.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.2, на которой показана в разрезе установка конструкции динамического гасителя вибрации на электродвигатель, где 1 - стержень с резьбой, 2 - инерционная масса в форме диска, 3 - защищаемый электродвигатель, 4 - гайки, 5 - штатное отверстие для рым-болта в крышке подшипника электродвигателя, d - диаметр стержня.
Как показано на фиг.2, стержень ДГВ устанавливается в штатное отверстие рым-болта крышки подшипника с той стороны, где наблюдается повышенная вибрация, что не требует изменения конструкции электродвигателя. Настройка на конкретный электродвигатель производится за счет перемещения инерционной массы вдоль стержня по резьбе. В процессе настройки ДГВ добиваются минимальной амплитуды вибрации защищаемого объекта. Каждый шаг при изменении регулируемой величины должен сопровождаться тщательной затяжкой всех резьбовых соединений, включая контргайки, нарушение этого требования может являться причиной неудачной настройки.
Разработанная конструкция позволяет значительно сократить время на настройку ДГВ, а также не требует дальнейшего обслуживания (подстройки).