Im Vergleich zu Horizontalmotoren verfügen Vertikalmotoren, insbesondere große, über ein spezielles Lagersystem, das an einem Ende Schrägkugellager verwendet. Aufgrund-des einzigartigen Designs von Schrägkugellagern ist es unbedingt erforderlich, dass die Lager niemals in umgekehrter Richtung eingebaut werden, da dies zu einem sofortigen Ausfall führt. Wenn die Lager nicht richtig eingebaut sind oder sich bei laufendem Motor axial verziehen, kann es zu ungewöhnlichen Vibrationen und ungewöhnlichen Geräuschen kommen.
Geräuschprobleme bei Vertikalmotoren
Vertikalmotoren, insbesondere große, verfügen über eine spezielle Lagerkonstruktion, die häufig an einem Ende mit Schrägkugellagern ausgestattet ist. Dieses Präzisionslagerdesign kann beschädigt werden, wenn es bei der Montage falsch ausgerichtet wird. Darüber hinaus kann ein unsachgemäßer Lagereinbau oder eine axiale Verschiebung während des Motorbetriebs zu ungewöhnlichen Vibrationen und Geräuschen führen.
Einreihige Schrägkugellager sind speziell dafür ausgelegt, kombinierten Belastungen standzuhalten, sodass sie erheblichen axialen Kräften in einer Richtung standhalten können. Bei Vertikalmotoren werden diese Lager typischerweise am Ende der Wellenverlängerung eingesetzt, um Axialkräfte aufzunehmen, die die Belastbarkeit von Rillenkugellagern überschreiten. Ihre Abmessungen sind mit den entsprechenden einreihigen Radiallagern kompatibel, die im Motor verwendet werden, wodurch potenzielle Probleme bei der Neukonstruktion des Designs vermieden werden.
Durch den Einsatz von Schrägkugellagern in Vertikalmotoren können diese erheblichen Axialkräften standhalten und eine ausgeglichene Position zwischen Rotor und Stator aufrechterhalten. In solchen Anwendungen werden diese Lager normalerweise paarweise eingebaut, um unterschiedliche Betriebsanforderungen zu erfüllen. Durch die strategische Positionierung der Lager kann eine Axialkraft ausgeübt werden, um das Gewicht des Motorrotors auszugleichen, was zu einer stabilen axialen Relativposition zwischen Rotor und Stator führt.
Sowohl tragende als auch hängende Konfigurationen von Schrägkugellagern stellen im Motorbetrieb ihre eigenen Herausforderungen dar. Insbesondere jede axiale Bewegung oder Vibration kann zu instabilem Betrieb und Geräuschen führen. Zusätzlich zur axialen Maßanpassung richten sich die magnetischen Zentren von Stator und Rotor nach dem Anlegen der Spannung unter dem Einfluss der elektromagnetischen Kraft spontan aus.
Bei der Wahl der Motorlagerkonfiguration können mehrere Maßnahmen ergriffen werden. Dazu gehören der Einsatz gepaarter Schrägkugellager zur effektiven Kontrolle der axialen Verschiebung, die Verwendung einer Dreilagerkonstruktion zur Verbesserung der Stabilität und die Implementierung einer angemessenen Vorverschiebung zwischen Stator und Rotor. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass das Ausmaß der Vorverdrängung innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten werden muss, um nachteilige Auswirkungen zu vermeiden. Darüber hinaus muss das Gerät während der Lagerung, des Transports und der Prüfung von Vertikalmotoren in der richtigen vertikalen Position gehalten werden, um Schäden an den Lagern durch unsachgemäße Einwirkung äußerer Kräfte zu vermeiden.
Vibrationsprobleme bei großen Vertikalmotoren
Wir konzentrieren uns nun auf Vibrationsprobleme bei großen vertikalen Pumpenmotoren. Solche Motoren verfügen typischerweise über erhebliche Zylinderlager und eine große Gesamthöhe und laufen bei etwa 1500 U/min. Obere Lager verwenden typischerweise Gleit- oder Wälzlager; Gleitlager-Vibrationsprobleme hängen jedoch typischerweise mit der Einstellung der Führungsbuchsen zusammen und liegen daher außerhalb des Rahmens dieser Diskussion. Wir werden uns auf Vibrationsprobleme bei Motoren mit Lagern in der oberen Position konzentrieren, deren Konstruktion den Motor, die Zylinderhalterung, das Pumpengehäuse und die Einlass-/Auslassrohre umfasst.
Die Schwingungsamplitude ist am oberen Ende des Motors maximal und nimmt nach unten hin mit einem klaren Richtungsmuster allmählich ab. Wenn beim Trockenmotortest der Motor mit dem Trägergehäuse, aber nicht mit dem Pumpenrotor verbunden ist, ist die vorherrschende Vibrationsfrequenz dieselbe wie die Drehzahl. Nach dem Anschließen des Motors an den Pumpenrotor kann sich die Hauptfrequenz jedoch um das Zweifache verschieben.
Die Motorvibration nimmt mit der Höhe allmählich ab und weist eine Richtungscharakteristik auf. Die Vibrationsfrequenz kann sich nach dem Anschließen des Motors an die Pumpe erheblich ändern. Beispielsweise können Motorvibrationsprobleme durch mehrere Faktoren verursacht werden: übermäßige Vibrationen während der Erstinbetriebnahme, nach einem Motoraustausch oder einer Motorreparatur oder anhaltende Vibrationen, obwohl der Pumpenrotor während des Betriebs ausgeschaltet ist.
Motorvibrationen können verschiedene Ursachen haben, darunter den Motor selbst, den Stützzylinder, das Pumpengehäuse und die Einlass-/Auslassleitungen.
Motorvibrationen können durch verschiedene interne Faktoren verursacht werden. Unzureichende Auswuchtgenauigkeit ist ein kritisches Problem, insbesondere bei mit einem Motor gekoppelten Stützzylindersystemen, bei denen die Gesamtsteifigkeit gering ist. Schon eine leichte Unwucht kann zu erheblichen Motorvibrationen führen. Allerdings ist die Verringerung der Unwucht oft wirksam bei der Minderung von Vibrationen. Darüber hinaus trägt ein unsachgemäßer Lagereinbau häufig zu Motorvibrationen bei. Wenn beispielsweise das obere Lager die Last trägt und das untere Lager für Halt und Richtung sorgt, bleibt der Rotor hängen. Dies erklärt, warum das obere Lager oft als erstes ausfällt. Eine Überprüfung der Lastverteilung auf beide Lager kann solchen Problemen vorbeugen.
Eine unzureichende Steifigkeit der Tragstruktur kann zu Vibrationsproblemen führen. Wenn ein Motor mit einer Tragstruktur verbunden ist, werden seine inhärenten Steifigkeitsbeschränkungen nach und nach deutlich. Um festzustellen, ob das Problem - im Motor oder in der Stützstruktur liegt, können separate Tests auf einem Prüfstand durchgeführt werden: einer mit dem Motor allein und ein weiterer mit Motor und Stützstruktur zusammen. Gleichzeitig können die Auswirkungen durch eine Verstärkung der Stützung und die Anwendung von Anpassungstechniken verringert werden.
Strukturresonanzen können bei einigen Motoren den Vibrationspegel erheblich beeinflussen. Feldtests zeigen, dass Resonanzfrequenzen den Betrieb über einen Bereich von ±160 U/min beeinträchtigen und sich manchmal direkt auf die Nenndrehzahl auswirken können. In solchen Fällen sind eine experimentelle Überprüfung und eine Verbesserung der Motorgenauigkeit erforderlich, um Vibrationen zu reduzieren. Strukturresonanzen können erhebliche Auswirkungen auf die Motorschwingungen haben. Um diesen Effekt zu reduzieren, sind experimentelle Bestätigungen und eine Verbesserung der Motorpräzision erforderlich.
Bei der Lösung von Schwingungsproblemen ist es notwendig, verschiedene Faktoren umfassend zu berücksichtigen und gezielte Maßnahmen zu ergreifen. Dazu können die Verbesserung der Auswuchtgenauigkeit, die Sicherstellung der gesamten vertikalen Ausrichtung, die Anpassung von Lagerspielen, das Hinzufügen temporärer Stützen und die Neugestaltung der Trommelstützstruktur gehören. Bei temporären Stützmaßnahmen ist darauf zu achten, dass sich die Stützpunkte an der Oberseite des Motors befinden und die Stützkraft entsprechend angepasst wird, um eine deutliche Vibrationsreduzierung zu erreichen.
