Надежность работы электрических машин, соединяемых друг с другом или с приводимым механизмом, в значительной степени зависит от правильности положения валов: выверки линии валов и их центровки, т. е. устранения боковых и угловых смещений валов.
Для правильной работы машины валы должны быть так установлены, чтобы ось одного вала являлась плавным продолжением другого вала, а торцовые плоскости полумуфт в горизонтальной и вертикальной плоскостях были параллельны.
Нарушение этих требований приводит к повышенным вибрациям, вредно влияющим на подшипники и другие части машин. Это объясняется тем, что под действием собственной массы и массы закрепленных на нем элементов (активное железо, коллектор) вал несколько деформируется — изгибается. Деформации особенно заметны при длинных валах и у машин значительной мощности. Если валы соединяемых машин установить строго горизонтально, то из-за изгиба валов торцовые плоскости насаженных на валы полумуфт не будут параллельны и требование о плавной линии валов машин не будет выполнено.
Поэтому при монтаже многомашинных агрегатов вначале устанавливают приводной двигатель, а затем остальные машины агрегата. Подшипники вала приводного двигателя размещают на одной высотной отметке. Требуемое же положение подшипников остальных машин агрегата достигается установкой стальных прокладок соответствующей толщины.
Линии валов электрических машин выверяют различными способами в зависимости от конкретных условий, в частности от числа машин в агрегате. Предварительные замеры выполняют линейкой и уровнем, а окончательные — радиально-осевыми скобами и индикаторами.
С достаточной точностью радиальные и осевые зазоры контролируются двумя радиально-осевыми скобами, закрепляемыми хомутами на концах центрируемых валов. При повороте валов на 0, 90, 180 и 270° щупами, индикаторами или микрометрами измеряют боковые а и угловые б зазоры.
В положении А валы расположены на одной прямой, их центры совпадают. При одновременном проворачивании валов зазоры а и б остаются неизменными.
В положении Б валы параллельны, но между ними есть сдвиг. При проворачивании валов угловые зазоры б остаются неизменными, а боковые зазоры а изменяются.
В положении В центры валов совпадают, но их оси расположены под углом. При проворачивании валов меняются величины угловых зазоров б, а боковые зазоры а сохраняются.
В положении Г центры валов сдвинуты, их оси расположены под углом. При проворачивании валов будут меняться угловые б и боковые зазоры а.
Валы электрических машин средней мощности поворачивают вручную, а тяжелых — краном, захватывая за конец троса, намотанного на вал.
Для специализированных бригад по монтажу электрических машин большой мощности рекомендовано приспособление для центровки валов с электромагнитным прижимом и индикаторами. Оно состоит из двух электромагнитов с катушками, питающимися от батареек карманного фонаря. Благодаря поворотным полюсным башмакам приспособление удерживается на ободах полумуфт центрируемых валов. Электромагнитные прижимы ускоряют установку приспособления, а наличие двух индикаторов позволяет одновременно выполнять измерения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При отсутствии индикаторов возможно измерение щупами.
В тех случаях, когда один из валов ко времени центровки еще нельзя проворачивать, центровка производится способом «обхода одной точки». Для этого применяют приспособление, прикрепляемое к полумуфте вала, который можно поворачивать. Боковое смещение контролируют щупом, по величине зазора между штифтом приспособления и ободом полумуфты, а угловое — по зазору между торцами полумуфт.
Уже отмечалась необходимость соблюдения требований, предъявляемых к сопряжению валов электрических машин. Это особенно важно для многомашинных преобразовательных агрегатов, валы которых соединены жесткими соединительными муфтами. Нарушения в установлении линии вала, кроме механических повреждений валов и соединительных муфт, отрицательно сказываются на коммутации электрических машин постоянного тока.
Установка линии вала методом центровки — весьма трудоемкая операция, она связана со значительной затратой времени и к тому же не обеспечивает желательной точности.
Более прогрессивным является расчетный метод установки линии вала, исключающий трудоемкую центровку.
При заданной схеме расстановки машин агрегата принимается, что подшипники средней его машины имеют по концам одинаковый подъем.
Зная расстояния между подшипниками, массу роторов, марку стали и конструктивные особенности валов каждой машины, определяют положение каждого подшипника по высоте в мм и. уклон шеек составного вала (вала агрегата) в делениях уровня. При этом исходят из того, что валы агрегата должны составлять монолитный вал, свободный от изгибающих моментов в опорных сечениях, т. е- линия одного вала являлась продолжением линии второго вала и т. д. По уклонам шеек вала средней машины агрегата при помощи уровня устанавливают по высоте остальные опорные подшипники агрегата; замеры делают при четырех — восьми положениях вала, сдвинутых на 90-45°.
Расчет линии вала выполняется в такой последовательности.
Вал агрегата разбивается на участки, заключенные между подшипниками, и для каждого из них определяются углы поворота сечений опор. Вначале рассчитывают углы поворота опорных сечений участков составного вала от приложенной к нему нагрузки. При этом условно принимается, что шейки вала опираются в одном сечении, хотя длина шейки 400-500 мм, а также что место разъема вала (соединительной муфты) совпадает с опорным сечением. По величине нагрузки (без учета собственного веса вала) подсчитываются опорные реакции и строятся эпюры изгибающих моментов. С учетом конструкции и материала вала строятся эпюры жесткости каждого участка вала (определяется как произведение модуля упругости и момента инерции вала).
Расчетные нагрузки на подшипники двигателей уточняются измерениями динамометром.
Затем рассчитывается угол поворота опорных сечений от собственного веса участка вала. При этом участки составного вала переменного сечения заменяются валом того же веса, но постоянного сечения.
Подсчитываются углы поворота сечения в правой и левой опорах каждого участка вала:
Углы поворота (уклона) шеек вала (подшипников) определяются из условия, что линия вала агрегата должна быть гладкой и упругой, т. е. линия вала одного участка является продолжением линии вала другого участка.
Точность и эффективность описанного метода расчета линии вала подтверждаются следующим примером: было достигнуто улучшение линии вала агрегата, ранее установленной методом центровки; вибрации подшипников снизились с 0,17 до 0,02- 0,04 мм, прекратились изломы шпилек жестких соединительных муфт и улучшилась коммутация машины постоянного тока.
Такой метод установления линии вала сокращает сроки монтажа. Установка подшипников машин агрегата по главной продольной оси выполняется одним из описанных ранее методов.
После окончательной выверки и установления линии вала машин фундаментную плиту вместе с прокладками подливают бетонным раствором; регулируемые прокладки предварительно заменяют постоянными.
Существенно сокращаются сроки монтажа при предварительной сборке многомашинного преобразовательного агрегата на фундаментной плите и доставке на место установки полностью подготовленного к пуску блока.
Положительных результатов достигают при беспрокладочном монтаже электрических машин большой мощности и значительной массы. Выверка двигателя производится четырьмя клиновыми домкратами. После выверки и прицентровки машин, подтяжки анкерных болтов зазоры между фундаментной плитой и фундаментом заполняются жесткой бетонной смесью, состоящей из портландцемента, песка, мелкого гранитного щебня и пластифицирующей добавки. Смесь уплотняется вибратором.
В зависимости от требуемой жесткости соединения валов машин между собой и с валами других механизмов применяют муфты различных конструкций: жесткие, полужесткие и эластичные. Для жесткого соединения валов служат поперечно-свертные и зубчатые муфты (типа МЗН или МЗУ). Полужесткие соединения осуществляют зубчато-пружинными муфтами переменной жесткости (типа Бибби). Эластичное соединение при возможных боковых и угловых смещениях валов выполняют упругими втулочно-пальцевыми муфтами (типа МУВП).
Практически трудно добиться строгой параллельности торцовых плоскостей полумуфт, а потому центровка валов производится с определенной точностью. Нормируется величина углового и радиального смещения центрируемых валов.
Биение валов и полумуфт контролируют часовым индикатором. Амплитуду вибрации машины измеряют виброметром с индикатором, а при скоростях более 750 об/мин — вибрографом с записывающим устройством.
Допустимая величина вибрации зависит от скорости вращения вала машины. При вращении со скоростью 3000 об/мин величина вибрации не должна превышать 0,05 мм, а при 1000 об/мин — соответственно 0,13 мм.