В сравнение с хоризонталните двигатели, вертикалните двигатели, особено големите, имат специална лагерна система, която използва сачмени лагери с ъглов контакт в единия край. Поради-уникалния дизайн на сачмените лагери с ъглов контакт е наложително лагерите никога да не се монтират в обратна посока, тъй като това ще доведе до незабавна повреда. Ако лагерите не са монтирани правилно или ако се разместят аксиално, докато двигателят работи, това може да причини необичайни вибрации и необичайни шумове.
Проблеми с шума във вертикалните двигатели
Вертикалните двигатели, особено големите, се отличават със специален лагерен дизайн, който често е оборудван със сачмени лагери с ъглов контакт в единия край. Тази прецизна конструкция на лагера може да се повреди, ако бъде ориентирана неправилно по време на монтажа. В допълнение, неправилното монтиране на лагера или аксиалното изместване по време на работа на двигателя може да причини необичайни вибрации и шум.
Едноредовите сачмени лагери с ъглов контакт са специално проектирани да издържат на комбинирани натоварвания, което им позволява да издържат на значителни аксиални сили в една посока. При вертикалните двигатели тези лагери обикновено се използват в удължения край без вал, за да се справят с аксиални сили, които надвишават товароносимостта на сачмените лагери с дълбок канал. Размерите им са съвместими със съответните едноредови радиални лагери, използвани в двигателя, като се избягват потенциални проблеми, възникнали при препроектиране на дизайна.
Използването на сачмени лагери с ъглов контакт във вертикални двигатели им позволява да издържат на значителни аксиални сили и да поддържат балансирано положение между ротора и статора. В такива приложения тези лагери обикновено се монтират по двойки, за да отговарят на различни оперативни изисквания. Чрез стратегическо позициониране на лагерите може да се приложи аксиална сила, за да се уравновеси теглото на ротора на двигателя, което води до стабилна аксиална относителна позиция между ротора и статора.
Както опорните, така и окачените конфигурации на сачмените лагери с ъглов контакт представляват собствени предизвикателства по време на работа на двигателя. По-специално всяко аксиално движение или вибрация може да причини нестабилна работа и шум. В допълнение към аксиалното съгласуване на размерите, след подаване на мощност, магнитните центрове на статора и ротора спонтанно се изравняват под въздействието на електромагнитна сила.
Когато става въпрос за избор на конфигурация на лагера на двигателя, могат да се вземат няколко мерки. Те включват използването на сдвоени сачмени лагери с ъглов контакт за ефективен контрол на аксиалното изместване, използването на конструкция с три лагера за подобряване на стабилността и прилагането на адекватно предварително изместване между статора и ротора. Въпреки това е важно да се отбележи, че количеството на предварителното изместване трябва да се контролира в приемливи граници, за да се избегнат нежелани ефекти. В допълнение, по време на съхранение, транспортиране и тестване на вертикални двигатели, модулът трябва да се поддържа в правилна вертикална позиция, за да се предотврати повреда на лагерите поради неправилно излагане на външни сили.
Проблеми с вибрациите при големи вертикални двигатели
Сега ще се съсредоточим върху проблемите с вибрациите при големите вертикални помпени двигатели. Такива двигатели обикновено имат значителни цилиндрови лагери и обща височина, работещи при около 1500 об./мин. Горните лагери обикновено използват плъзгащи или антифрикционни лагери; проблемите с вибрациите на плъзгащите лагери обаче обикновено се свързват с регулиране на водещата втулка и следователно са извън обхвата на тази дискусия. Ще се съсредоточим върху проблемите с вибрациите при двигатели с лагери в горна позиция, чийто дизайн включва двигателя, опората на цилиндъра, корпуса на помпата и всмукателната/изпускателната тръба.
Амплитудата на вибрациите е максимална в горната част на двигателя и постепенно намалява надолу с ясна посока. По време на изпитването на сух двигател, когато двигателят е свързан към опорния корпус, но не и към ротора на помпата, преобладаващата честота на вибрация е същата като скоростта на въртене. Въпреки това, след свързване на двигателя към ротора на помпата, доминиращата честота може да се измести с до 2 пъти.
Вибрацията на двигателя постепенно намалява с надморската височина, проявявайки насочени характеристики. Честотата на вибрациите може да се промени значително след свързване на двигателя към помпата. Например, проблемите с вибрациите на двигателя могат да бъдат причинени от няколко фактора: прекомерна вибрация по време на първоначалното пускане в експлоатация, след смяна или ремонт на двигателя или постоянна вибрация, въпреки че роторът на помпата е изключен по време на работа.
Вибрацията на двигателя може да идва от няколко източника, включително самия двигател, опорния цилиндър, корпуса на помпата и всмукателните/изпускателните линии.
Вибрациите на двигателя могат да бъдат причинени от различни вътрешни фактори. Недостатъчната точност на балансиране е критичен проблем, особено при системи с опорни цилиндри, свързани с двигател, където общата коравина е ниска. Дори лек дисбаланс може да причини значителни вибрации на двигателя. Въпреки това, намаляването на дисбаланса често е ефективно за смекчаване на вибрациите. Освен това неправилното монтиране на лагерите често допринася за вибрациите на двигателя. Например, когато горният лагер носи товара, а долният лагер осигурява опора и посока, роторът остава окачен. Това обяснява защо горният лагер често се поврежда първи. Проверката на разпределението на натоварването на двата лагера може да предотврати подобни проблеми.
Недостатъчната твърдост на носещата конструкция може да причини проблеми с вибрациите. Когато двигател е свързан към носеща конструкция, присъщите му ограничения на твърдост постепенно стават очевидни. За да се определи дали проблемът - е в двигателя или носещата конструкция, могат да се извършат отделни тестове на тестов стенд: един с двигателя самостоятелно, а друг с двигателя и носещата конструкция заедно. В същото време въздействието може да бъде намалено чрез укрепване на опората и прилагане на техники за коригиране.
Структурният резонанс в някои двигатели може значително да повлияе на нивата на вибрации. Полевите тестове показват, че резонансните честоти могат да повлияят на работата в диапазон от ±160 rpm, понякога пряко засягайки номиналната скорост. В такива случаи е необходима експериментална проверка и подобряване на точността на двигателя, за да се намалят вибрациите. Структурният резонанс може да има значителен ефект върху вибрациите на двигателя; Необходими са експериментално потвърждение и подобряване на точността на двигателя, за да се намали този ефект.
При решаването на проблеми с вибрациите е необходимо цялостно да се вземат предвид различни фактори и да се предприемат целенасочени мерки. Те могат да включват подобряване на точността на балансиране, осигуряване на цялостно вертикално подравняване, регулиране на хлабините на лагерите, добавяне на временни опори и препроектиране на опорната структура на барабана. При прилагане на временни мерки за поддържане е необходимо да се гарантира, че опорните точки са разположени в горната част на двигателя и опорната сила се регулира съответно, за да се постигне значително намаляване на вибрациите.
