ZÁKLADNÍ TEZE ZJIŠŤOVÁNÍ NEVYVÁHY ČERPADLA, ZPŮSOBENÉ ELEKTROMAGNETICKÝM POLEM ELEKTROMOTORU Ing. Mečislav HUDECZEK, Ph.D.

Transkript

1 Anotace ZÁKLADNÍ TEZE ZJIŠŤOVÁNÍ NEVYVÁHY ČEADLA, ZŮSOBENÉ ELEKTOMAGNETICKÝM OLEM ELEKTOMOTOU Ing. Mečila HUDECZEK, h.d. HUDECZEK SEVICE,.. o., Albechtice, ČESKÁ EUBLIKA V této páci je řešena poblematika liu elektomagnetického pole elektomotou na poháněný mechanimu. ři montáži oběhoého čepadla na jedné z tepláen došlo k nedžení základních kontukčních a montážních požadaků a naíc při uádění outojí do talého poozu byla špatně poedená analýza fekenčního pekta a náledně došlo k chybnému učení příčin nadměných ibací. S těmito chybami byly pojeny značné finanční náklady a taktéž dlouhodobý poce při předáání předmětného čepadla do talého poozu.. Úod ima HUDECZEK SEVICE,.. o. byla požádána o technickou pomoc při zjištění příčin kmitání na outojí oběžného čepadla OČ5, kteé poozuje jedna z tepláen e Slezku. Na základě měření ibací na uedeném outojí byla zjištěna odboníky fimy HUDECZEK SEVICE,.. o. neymetie elektomagnetického pole elektomotou a taktéž nedotatečná tuhot základoého ámu. Zákazníkoi poto bylo pém kole dopoučeno poézt úpau základoého ámu. V případě, že úpaa základoého ámu nepřinee požadoané nížení nadměných ibaci bude muet byt yměněn elektomoto za noý. Základní paamety outojí Elektomoto M5 Typ AN3 355 V.No Jmenoitý ýkon 6,5 35 kw Napájecí fekence 5 5 Hz Jmenoité otáčky 898,6 974 min - Tab..: Chaakteitiky elektomotou řed měřením ibací fimou HUDECZEK SEVICE,.. o., měření poáděli dodaatelé čepadla a elektomotou a taktéž ýobci čepadla. Výledky jejích měření a záěy jou (jou to přepiy jejích potokolů: Shnutí ýledků z měření čepadla zjištěných na zkušebně ýobce předmětného toje. po poedené úpaě hydauliky čepadla e celkoé ibace nížily na ma. 3,4 mm/ hoizontálním měu, ložka otáčkoé fekence e pektu nepřeýší hodnotu cca,5 mm/, ložka na lopatkoé fekenci (8. řád a i 4. řád jou po poedených úpaách neýazné, záznamech pekta ibací (při ma. poozních otáčkách zůtáají ýznamné ložky na yokých fekencích, a to cca 5 a 9 Hz, kteé ouiejí latními fekencemi etay e zkušebním upořádání. Nejýaznější je li zkušební pojky (latní fekence ~3 Hz, otou (oběžného kola čepadla (~57 Hz a li uchycení čepadla k podlaze zkušebny (~5 Hz. Odezy za poozu při těchto latních fekencích jou pak odpoídajícím způobem zeiloány budícími ilami, t.j. otáčením otou nebo lopatkoou fekencí, pámu, kteé je oliněno egulačnímu ozahu (změny otáček. z toho důodu bylo dopoučeno po pooz na díle aplikoat ma. tuhé pojení oběžného kola a hřídeloé pojky na oto, aby e hoa zjišťoané liy co nejíce omezily. o čátečné zýšení dopaní ýšky bylo dopoučeno poét podpiloání ýtupní konců lopatek. Oběžné čepadlo OČ5 fy GUNDOS Typ 3 35/33/DAO /t 5/ očet lopatek N 8 ůmě lopatek D 33 mm Tab.. Chaakteitiky čepadla ekenční měnič fy DL ELEKTONICS Typ MV45C Napájecí napětí 4 V Napájecí poud 54 A ilt du/dt filt Tab.3.: Chaakteitiky fekenčního měniče Shnutí ýledků z měření ibací na tabě ýobcem čepadla: e pektu ibací na čepadle je patná pouze ložka otáčkoé fekence, amplituda na této fekenci byla 3,7 mm/ při otáčkách 48,6 Hz tato kladba ibací je napoto odlišná od pekta zjištěného na zkušebně, při měření zde je ložka na otáčkoé fekenci minimální, z těchto důodů a přihlédnutím ke zjištěné hodnotě latní fekence je možno kontatoat, že jde opět o poblém ybuzené ezonance. Chaakte ibací zjišťoaný při měření čepadla na tabě neouií přímo jeho taem (kalitou ýobního poedení, ale je ýazně oliněn latnotmi celého dynamického ytému,

2 příčina ibací okonice elekomotou mítě blízkém kabeloé ýodky je opět ybuzená ezonance, amoybuzení je způobeno dojnáobkem fekence otáčení motou. Dopoučená opatření ýobcem čepadla Změna latních fekencí etay Snížení ibací čepadla by bylo možno elkou paděpodobnotí doáhnout dotatečným oddálením ezonanční fekence od poozní oblati ( ezeou alepoň %.V daném případě by bylo zřejmě nutno upenit ací potubí hoizontálním měu tak, aby latní fekence tohoto uložení byla dotatečně zdálena od ma. poozních otáček t.j. na cca 6 Hz. Tato úpaa by byla zřejmě značně komplikoaná, její ealizace by byla pojena nutnotí ynaložení značných nákladů při učité míře nejitoty doažení dobých ýledků. Z tohoto důodu je tomto případě dopoučoáno ponechat pojekční upořádání beze změn a poádět půběžné monitooání tau ibací. Toto dopoučení je podloženo jednak kutečnotí, že zjišťoané ibace nejou nijak zlášť yoké (podobněji iz náledující tať a také poto, že je možno poádět hodnocení ibací i na základě jejich změny. Vibace je možno obecně hodnotit dle dou kiteií iz např. ČSN ISO 86-, čl. 5, t. j. ledoáním elikoti ibací ep. ledoáním změny elikoti ibací. Ve duhém případě lze pouzoat změny ibací zhledem k předem tanoené efeenční hodnotě. Tato efeenční hodnota by mohla být dána páě ýledky měření, jež jou ýše uedeny, neboť bylo možno na základě poedených šetření kontatoat, že latní čepadlo je yhoující. oblém ibací kytu elektomotou je možno označit jako elice ýznamný, kajním případě by mohlo dojít k ohožení obluhy, došlo-li by k poškození izolace kabelu. Bylo dopoučeno poblém řešit e polupáci ýobcem/ dodaatelem elektomotou (ýledky měření byly ihned po měření předány zákazníkoi. říputné meze ibací po čepadla Měřené čepadlo je možné dle zjištěných ýledků zařadit do třídy mohutnoti ibací < 4,5 mm/. Vzhledem k přenášeným ýkonům a typu čepadla je možné ibace poažoat za upokojié, kteé nebudou mít při etalém tau li na poozuchopnot čepadla. o příputné meze ibací eituje několik nomatiních předpiů, někteé z nich jou nyní noě připaoány, jak je uedeno náledujícím: ČSN ISO 995, Technické požadaky po odtřediá čepadla třída I: Nefiltoané hodnoty mechanického kmitání nemějí při měření e zkušebním zařízení ýobce (dodaatele překočit mezní hodnoty 7, mm/. Tento předpi dále tanouje čáti Vyážení a mechanické kmitání : Za klidný chod čepadla (a jeho pohonu mítě poozní intalace odpoídají polečně ýobce (dodaatel a odběatel. V mítě talého poozu muí mít outojí funkci tejně dobou, jako mělo na zkušebně ýobce (dodaatele. ČSN ISO 86-3, Čát 3: ůmyloé toje e jmenoitým ýkonem nad 5 kw a jmenoitými otáčkami mezi /min a 5 /min při měření in itu. Dle tabulky A.3 (čepadla odděleným pohonem nad 5 kw jou mezní hodnoty ibací ymezeny hanicemi páem A/B - 3,5 mm/, B/C - 7, mm/. (A noý toj, B pooz toje po neomezenou dobu, C neupokojié po dlouhodobý pooz, D nebezpečné, poškození toje ISO/CD 86-7 náh nomy pecielně řešící ibace čepadel. Nejnižší hodnota (po čepadlo kategoie I, uáděné do poozu jako noé je 3 mm/, další mez 4,5 mm/ je po čepadla dle této kategoie bez omezení poozní doby. Záě potokolu poedený ýobcem čepadla Měření mechanického kmitání čepadla Gundfo NK 5-35 bylo ealizoáno jednak na zkušebně ýobce a také při poozu na díle. Chaakte ibací byl při obou měření zcela odlišný. Zatímco na zkušebně přeažoaly e pektu ložky yokých fekencí, na tabě byla dominantní ložka na otáčkoé fekenci. ři bližším šetření ibací na tabě byla zjištěna latní fekence potubního řádu na ání hoizontálním měu, jejíž hodnota je na počátku paconí oblati čepadla (~4 Hz. Zýšené ibace čepadla na otáčkoé fekenci pak paděpodobně znikají liem jejich ezonančního zeílení. Vzhledem k tomu, že nejyšší měřená hodnota ibací hoizontálním měu nepřeáhla mez 4,5 mm/, je dopoučoáno čepadlo ponechat talém poozu, zaét ežim půběžného monitooání a ledoat jeho změny. Odtanění poblému ibací okonice elektomotou je nutno řešit nepodleně, zřejmě změnou tuhoti kytu. Výledky citoaných potokolů neupokojily inetoa a přitoupil na dopoučení tanoená fimou HUDECZEK SEVICE,.. o.

3 . Náh pků ke zýšení tuhoti základoého ámu Na obázku ( je zobazen model ámu před jeho úpaou. Jou zde také zobazeny čáti ámu, kteé louží jednak ke zýšení tuhoti amotného základoého ámu a jednak zabezpečí požadoanou tuhot zalitím betonu. Ob.. Úpaa základoého ámu yztužoacími a kotícími pky Aby bylo zabezpečeno páné ukotení základoého ámu betonoém podloží je nutné opatřit eškeé čáti kontukce, e kteých by e mohly ytořit zduchoé kapy, ýfukoými otoy. o zalití základoého ámu betonoou měí e zduch z uzařených poto ytlačí a základoý ám je homogenně zalit. Na obázku ( je zobazen půodní ám, kde jou iditelná míta nedokonalého zalití betonem. o úpaě základoého ámu a jeho oazení do betonoé yzdíky byly na outojí opět poměřeny ibace. Měřením ibací bylo zjištěno, že došlo k pokleu kmitání půměu o 3%. Ob.. Demontoaný základoý ám 3. Výměna elektomotou za noý Dalším poblémem, kteý yplýal z měření ibací na tomto outojí byly zýšené hodnoty ibací při zatíženém chodu toje. Zýšení ibací e pojeoalo na čepadle a to na otáčkoé fekenci což je neyáženot otujících čáti. o ozpojení pojky a puštění elektomotou na pázdno a náledném změření ibaci bylo zjištěno analýzou fekenčního pekta, že ibace jou na dojnáobné fekenci ítě Hz. Na základě tohoto zjištění bylo kontatoáno, že elekto-magnetické pole elektomotou je neymetické. Elektomoto muel byt yměněn. o ýměně elektomotou byly ibace na ýboné úoni. 4. Co způobuje klam při analýzách neymetie elektomagnetického pole elektomotou Na tuto otázku lze odpoědět hlubokou analýzou čaoě poměnliých elektomagnetických il půobících mezi tatoem a otoem toje. 4.. Obecná kitéia elektomagnetických příčin ibací ozeznááme podle zdojů tři základní ložky ibací elektických tojů a to: ibace elektomagnetického půodu ibace mechanického půodu ibace entilačního půodu ní ložkou, chaakteitickou po elektické toje, jou ibace elektomagnetického půodu, kteé jou u točiých tojů yolány čaoě poměnliými elektomagnetickými ilami půobícími mezi tatoem a otoem toje. Touto příčinou e budeme dále zabýat. Tato příčina je e é obecnoti polečná šem duhům elektických tojů točiých, poto pojednáme nejpe obecně platná kitéia zniku elektomagnetických ibací. Uažujme tedy liboolný elektický točiý toj jako ytém etáající ze tatou a otou. Obě čáti jou ybaeny liboolným inutím, potékaným poudem, jehož magnetomotoické napětí čaoém i potooém ozložení lze yjádřit ouieoou řadou. Obdobně lze yjádřit půběh odioti zduchoé mezeře mezi tatoem a otoem, kteá není obecně kontantní. Z tohoto čaoého a potooého ozložení yplýá obecný půběh indukce e zduchoé mezeře mezi tatoem a otoem, a tudíž i půběh adiálních il, půobících mezi těmito děma čátmi toje. odle Mawella půobí každém mítě zduchoé mezey adiální íla, kteou je možné yjádřit na jednotku plochy onicí. p kde B ( α,t [ a, T, Hm ] ( p.. je adiální íla e zduchoé mezeře ztažená na jednotku plochy (adiální tlak;

4 Β(α,t.. je okamžitá hodnota magnetické indukce e zduchoé mezeře mítě zdáleném o obodoý úhel α od ytčené oy a čae t. otože e šech úahách zanedbááme li naycení železa, tj. předpokládáme pemeabilitu železa e, můžeme do onice ( doadit B(α,t Η(α,t. Doazení přejde onice ( do tau p H ( α,t [ ] a,hm, Am ( kde H(α,t je okamžitá hodnota intenzity magnetického pole mítě α a čae t. ři obecném potooém ozložení čaoé poměnlié magnetické indukce zniknou mezi tatoem a otoem čaoé poměnlié íly, kteé jou oněž učitým způobem potooě ozloženy. Tyto íly mohou za jitých podmínek oziboat jednotlié čáti toje. U ětšiny tojů je možné i z mechanického hledika předtait oto jako mainí álec a je tedy zřejmé, že po znik ibací je ozhodující chění aktiního železa tatou, kteý je možné znázonit zjednodušeně jako elatině tenkotěnný dutý álec namáhaý zenitř čaoé poměnliým ilami, kteé mají učité potooé upořádání.o obecně platné ozložení il, půobících adiálně mezi tatoem a otoem podle onice (, je nutné učitě čaoý a potooý půběh okamžitých hodnot magnetické indukce e zduchoé mezeře. 4.. adiální tlak mezi tatoem a otoem Uažujeme obecně elektický toj, jehož magnetomotoické napětí tatou S (α,t je potooě i čaoě ozloženo podle onice (,t ( a ω t α m (3 a magnetomotoické napětí otou (α,t podle onice ( α,t ( α m ω t ϕ (4 V onicích (3 a (4 jou a řády tatooé a otooé hamonické, ω je úhloý kmitočet a u je fázoý poun mezi fázoy yšších hamonických tatou a otou tejného řádu. Oa, po kteou platí α je umítěna např. do oy inutí jedné fáze. ředpokládáme-li, že zduchoá mezea mezi tatoem a otoem není kontantní, nýbž je omezena peiodickými křikami, lze magnetickou odiot zduchoé mezey podle Hamaty yjádřit obecně ýazem (,t Λ Λ ( α ϕ Λ α Λ [ ( α ω t ϕ ]... (5 V tomto ýazu jou a ρ řády hamonické ouieoy řady, kteá nahazují půběh zduchoé mezey na tatooé ( a otooé ( taně, φ a φ ρ jou fázoé pouny těchto hamonických poti oe, po kteou platí α, a ω je úhloá ychlot otou. Okamžitá hodnota magnetické indukce daném mítě je při zanedbání magnetického odpou železa, dána oučtem magnetomotoických napětí daném mítě a okamžiku, kteý je náoben magnetickou odiotí zduchoé mezey témže mítě. Můžeme tedy napat B ( α,t [ ( α,t ( α,t ] Λ( α,t (6 ůběh adiálního tlaku mezi tatoem a otoem můžeme ouhlae onicí ( napat e tau p [ ( α,t ( α,t] Λ ( α,t S (7 otože podle ýazu (3 má potooé a čaoé ozložení magnetomotoického napětí tatou dě hodnoty (iz znaménka a - a tejně tak i ozložení magnetomotoického napětí otou podle ztahu (4, je nutné řešit onici (7 po čaoé a potooé ozložení adiálního tlaku u jednotliých případů odděleně. α Magnetomotoická napětí tatou a otou uažujeme e tau S (,t ( α ωt α, ( α,t ( α ω t ϕ magnetická odiot zduchoé mezey je dána onicí (5, přičemž uažujeme pouze uedené pní tři členy řady. Duhá odmocnina ýazu hanaté záoce onice (6 může být napána e tau [ ] [ ( α,t ( α,t ] ( ± α ( ω ± ω t [( ± α ( ω ± ω t ( ϕ ± ϕ ] (7 V [( ± ϖ α ( ω ± ω t ± ϕ ] Duhá mocnina magnetické odioti zduchoé mezey je učena jako duhá mocnina umačního tojčlenu a lze ji yjádřit e tau.

5 Λ ( α,t Λ Λ Λ ( α ϕ Λ ω ω ω Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ [ ( α ω t ϕ ] [( ± α ( ϕ ± ϕ ] [( ± ( α ω ( ϕ ± ϕ ] [( ± α ± ωt ϕ ± ϕ ] t (8 β Magnetická odiot zduchoé mezey je dána pními třemi členy ýazu (5 a magnetomotoická napětí tatou a otou ýazy ( α,t ( α ω t ( α,t ( α ω t o tento případ platí ϕ [ ( α,t ( α,t] [ ( ± α ( ω ± ω t] [( ± t ( ϕ ± ϕ ] [( ± α ( ω ± ω t ± ϕ ] (9 γ Magnetická odiot zduchoé mezey je učena ýazem (5 a magnetomotoická napětí tatou a otou jou ( α,t ( α ω t ( α,t ( α ω t ϕ Upaený ýaz po duhou mocninu oučtu magnetomotoických napětí tatou a otou je [ ( α,t ( α,t] [( ± α ( ω ± ω t] [( ± α ( ω ± ω t ( ϕ ± ϕ ] [( ± α ( ω ± ω t ± ϕ ] ( δ Magnetická odiot mezey motou je yjádřena ýazem (5, magnetomotoická napětí tatou a otou jou ( α,t ( α ω t ( α,t ( α ω t ϕ Duhá mocnina oučtu magnetomotoických napětí bude mít ta [ ( α,t ( α,t] [( ± α ( ω ± ω t] [( ± α ( ω ± ω t ( ϕ ± ϕ ] [( ± α ( ω ± ω t ± ϕ ] ( Jetliže ezmeme úahu šechny případy čaoě a potooě ozložených magnetomotoických napětí tatou a otou, uažoané odtacích α až δ, můžeme zíkané ýazy (7, (8, (9, ( a ( doadit do zoce po ýpočet čaoě a potooě ozloženého adiálního tlaku p, kteý je yjádřen ýazem (6. Čaoě a potooě ozložený adiální tlak je pak dán ztahem, kteý lze zapat e tau [ ( α,t ( α,t] [( ± α ( ω ± ω t] [( ± α ( ω ± ω t ( ϕ ± ϕ ] [( ± α ( ω ± ω t ± ϕ ] ( onici ( je možné obecně napat e tau [Hamata] p ( α ω t ϕ (3 Λ Λ ( α ωt ϕ kde učuje řád liboolné hamonické magnetomotoického napětí, kteý znikne podle pních tři členů onice ( intefeenci liboolných možných hamonických magneto-motoických napětí tatou a otou, a je řád liboolné hamonické magnetické odioti zduchoé mezey, kteý znikne podle zbýajících členů onice ( kombinaci liboolných hamonických peiodické křiky, jež omezuje mezeu na taně otou a tatou. Vynáobením členů onice (3 dotaneme ýaz p Λ ( α ω t ϕ [( α ( ω ω t ( ϕ ϕ ] (4 [ ( α ( ω ω t ( ϕ ϕ ] Mezi tatoem a otoem mohou tedy znikat adiální čaoě poměnné íly, kteé mají ůzný počet potooých ln il ůzného řádu. otooé lny mají obecný ta: p A ( α Ωt (5 kde O,,, liboolné čílo A aplituda půobící íly Ω úhloý kmitočet íly řádu

6 Tyto íly obíhají po obodu toje úhloou ychlotí Ω /. V liboolném mítě obodu je kmitočet čaoých změn tahu oen f Ω /π. Je-li počet póloých dojic u těchto ln malý, mohou půobící íly ozechět tato. Je-li počet potooých ln yšší, půobí íly na příliš kátkém amenu a nebezpeční ibace nenatáá anebo je elmi malé. Nejětší defomace tatooého ptence znikne tehdy, leží li kmitočet f blízkoti latního mechanického kmitočtu tatou. o ibace jou důležité případy, kdy počet defomačních ln po obodu toje ; ; ; 3; 4. řípad kdy. řílušná ložky íly má ta p Ω A t (6 kteá je po obodu onoměně ozložená a čae e peiodicky mění, čímž způobuje e šech měech konfázní adiální kmitání tatooého ptence. Složka p znikne tehdy, jetliže e kládají dě hamonické ložky magnetomotoického napětí, kteé mají tejný počet póloých dojic, ašak ůzný úhloý kmitočet ω, tj. při intefeenci dou ln tejné lnoé délky, ale ůzné ychloti. řípad kdy. řílušná ložky íly má ta p A ( α Ωt (7 kteá předtauje jednotanný tah, kteý obíhá úhloou ychloti Ω a při ezonancí latním kmitočtem toje yolá ilné ibace, kteé e při zatížení toje pojeují na pohaněném mechanizmu na základní hamonické což ede k omylu, že toj je neyážen. Tato ložka znikne, jetliže intefeují dě hamonické indukce, u nichž e počet póloých dojic liší o jednu. řípad kdy ; 3; 4. V těchto případech adiální íly způobují půhyby tatooého ptence. V tomto případě jde o ložky: ( α ω ϕ [( α ( ω ω ( ϕ ϕ ] p, (8 p,, t (9 odle onic (8 a (9 znikají íly nízkých řádů tj. íly malým počtem potooých ln tehdy, platí li pním případě onice (8. ( a duhém případě onice (9 ( kde je malé celé čílo četně nuly. Nemají-li mít toje nadměné ibace, je nutné, aby e pokud možno neyinuly hamonické jejich řád yhouje onicím ( a (. o ilutaci je na ob. 3 naznačeno potooé ozložení il způobujících kmity řadu až 4. Jako zláštní případ je na ob. 3a znázoněno tz. dýchání toje půobením il nultého řádu podle onice (6, po kteé platí podmínka (. Tento případ je analogický případu álcoé nádoby čaoě poměnliým nitřním přetlakem. V obázku 3b až e jou čákoanou čáou naznačeny defomace tatou liem půobení adiálních il. a b c d 3 4 e Obázek 3.: Defomace tatou liem potooého ozložení defomačních il, způobujících kmity řádu až 4. Z uedeného ozbou yplýá, že elektomagnetickými příčinami ibací jou čaoě poměnné adiální íly, způobené intefeencí paconí a yšších hamonických magnetické indukce e zduchoé mezeře a tudíž yššími hamonickými magnetomotoických napětí a odioti zduchoé mezey. Záě V předchozí kapitole je ueden teoetický ozbo zniku paazitních il půběhu chodu elektomotou obecně. Tyto paazitní íly e obzlášť pojeují u dojpóloých aynchonních elektomotoů nn a předeším n. Na obázku 3a je zobazen ozklad il po tento případ. Auto tohoto článku řešil úpěšně od oku 985 ai 3 případů na zkušebnách při přejímkách elektomotoů u ýobce a taktéž u poozoaných elektomotoů. Tyto případy je nutné označit za příčinu neyáhy pohaněného mechanizmu. Liteatua: Hudeczek M., Bychcy J.: otokoly z yhodnocení ibací. Zakázkoé lity HU S 6, HUDECZEK SEVICE,.. o. Hamata V.: Hluk elektických tojů, Academia, aha 987