Ремонты генераторов и синхронных компенсаторов - Вибрация электрических машин

4.   Вибрация электрических машин
Причин вибрации несколько, основные из них следующие:

• механический дисбаланс ротора, изначальный или возникший во время эксплуатации (смещение обмотки или другой детали);
• неправильная центровка валов турбины и генератора,
  возникшая из-за просадки фундамента;
• тепловые деформации ротора или опоры, корпуса статора (при встроенных подшипниках). Ротор длиной 8000 мм прогибается на 0,17 мм при разности температур диаметрально противоположных точек на 2°С;
• магнитный дисбаланс ротора.

Механический дисбаланс

Центробежная сила от небаланса равна
            
где     - масса неуравновешенной нагрузки, кг;
 - расстояние неуравновешенной нагрузки от оси вращения,
мм;
 - частота вращения, об/мин.

Пример: при =1кг, =500мм, =3000мм = 4,9 104 Н (5000 кгс).

Магнитный дисбаланс

В двухполюсном генераторе магнитный дисбаланс может возникнуть из-за нецентричного расположения ротора относительно статора или из-за виткового замыкания в обмотке ротора. В явнополюсной машине магнитный дисбаланс может возникнуть из-за различных воздушных зазоров под отдельными полюсами.
При витковом замыкании в обмотке возбуждения двухполюсного генератора магнитные потоки полюсов остаются равными друг другу, но распределение магнитной индукции станет несимметричным относительно поперечной оси ротора.

Рис.5. Распределение индукции в воздушном зазоре турбогенератора

На рис.5,а показано распределение индукции в зазоре при двухполюсном роторе, обмотка которого состоит условно из 6 витков. При замыкании витка 3-3 распределение индукции в зазоре изменится, как показано на рис.5,б она снизится до В¢. При этом ограниченные кривой индукции площади под обоими полюсами останутся равными друг жругу, ибо через оба полюса проходит один и тот же магнитный поток (рис.5,в). Однако площади квадратов индукции В2 и (В¢)2 уже не будут равны (магнитное взаимодействие пропорционально квадрату индукции), как это показано на диаграмме (рис.5,г). Вследствие этого нарушится равенство притяжений полюсов к статору, пропорциональное квадрату индукции (рис.5,д). Неуравновешенное усилие будет вращаться вместе с ротором и вызовет вибрации, подобные возникающим при механическом дисбалансе.
Признаком магнитного дисбаланса является зависимость вибраций от квадрата силы тока ротора. Однако для того, чтобы быть уверенным в наличии виткового замыкания в обмотке возбуждения, этой зависимости мало - надо измерить сопротивления обмотки переменному току при номинальной частоте вращения и снять характеристику холостого хода. Результаты обоих экспериментов должны, даже при одном КЗ витке, сильно отличаться от результатов приемо-сдаточных испытаний или предыдущих испытаний исправного агрегата.
Контроль за вибрациями производится на крышках подшипников в трех взаимноперпендикулярных направлениях: вертикальном, горизонтальном вдоль оси и горизонтальном поперек оси машины. Оценка состояния машины производится по большей вибрации любого подшипника при самом неблагоприятном режиме работы по вибрациям.
Для турбогенераторов установлены следующие нормы оценки вибрации (табл.3).

Таблица 3

Амплитуда вибраций подшипников синхронных компенсаторов и разгонных двигателей с номинальной частотой вращения 600-1000 об/мин не должна превышать 100 мк. На гидрогенераторах измеряются вибрации верхней и нижней крестовин в трех направлениях: вертикальном, горизонтальном вдоль и поперек оси ГЭС.
Для гидрогенераторов установлены следующие нормы (табл.4).

Таблица 4