Посторонний шум вентилятора

Одной из частых причин вызова специалиста по вибродиагностике является посторонний шум агрегата. Иногда причины банальны: застрявшая между лопастями вентилятора пластиковая бутылка (шум + вибрация), отсутствие герметичности дверцы в камеру вентилятора системы кондиционирования (шум в виде свиста), неисправный клапан на напоре в вентиляционной сети (периодические шум + вибрация) и т.п. Но чаще посторонний шум является следствием механических проблем агрегата, выявить которые и является задачей технической диагностики.

В данной статье хочу поделиться одним случаем, который, как по мне, оставляет несколько вопросов на подумать.

Причина вызова: посторонний шум. Вентилятор находится на отметке +30,00, звук от него слышен даже на +15.00. Агрегат: вентилятор системы вентиляции санузлов, v=3000 об/мин.

При включении вентилятора слышен сильный постоянный гул механического происхождения (не составляет труда отличить от своеобразных электрических шумов). Так как конструкция агрегата элементарна, источниками шума могут являться либо дефекты подшипников, либо задевание диффузора рабочим колесом.

Измеряем вибрацию:

Допуск на вибрацию 4,5 мм/с - уровень вибрации в норме. Вот он пример, показывающий всю грусть ГОСТов по вибрации для оценки технического состояния.
Что тут можно сказать по общим уровням виброскорости? Практически ничего. Вроде больше вибронагружен подшипник №1 электродвигателя, но для такой конструкции при дисбалансе рабочего колеса это нормально (вал ведет себя как коромысло с точкой опоры на подшипнике №2).

Поэтому перейдем к оценке прямых спектров виброскорости. Спектр в точке 1В:

Из спектра видно, что вклад оборотной составляющей 46,25 Гц не велик. Бросаются в глаза четкий пик 118,75 Гц, заметны +/- 38 Гц с обеих сторон от 238,13 Гц (+/- двойная сепараторная частота?), практически весь частотный диапазон спектра зашумлен (повышенное трение?).

С помощью спектра огибающей вибросигнала посмотрим наличие ударных составляющих в точке 1В:

Уровни не критичны, но дефект имеется. Удары происходят на частоте 158,75 Гц и ее гармониках, Каждая гармоника обладает боковыми +/- 33,5 Гц частотами. Поскольку информация о подшипниках отсутствует, я предположил наличие дефекта наружного кольца (по опыту для 3000 об/мин в районе 120...160 Гц лежат частоты наружного кольца подшипников), сопровождаемый заеданием сепаратора дважды за оборот вала электродвигателя. На втором подшипнике картина аналогична, только уровни намного ниже. Невысокий уровень модуляции при таком сильном шуме смущает.

Временной сигнал виброускорения так же показывает наличие хаотических ударных всплесков:

Далее оцениваем шум на выбеге. При падении оборотов после отключения агрегата периодичность шумов становится различима человеческим ухом. Вообще, наличие развитых дефектов в подшипнике достаточно точно определяется на слух через металлическую трубку или деревянную палочку. В данном случае даже трубочка не понадобилась. На малых оборотах слышен шум перекатывания шариков в каком-то из подшипников электродвигателя. Мною был отписан акт с рекомендацией замены подшипников №1, 2 электродвигателя.

Сопротивление электриков было преодолено (потребовали "комиссионного" прослушивания) и подшипники заменили. Как оказалось, в электродвигателе были установлены закрытые подшипники 80201 со следующими параметрами для расчета:

Результаты расчета подшипниковых частот:

Как видим, 158,75 Гц из спектра огибающей не является частотой перекатывания тел качения по наружному кольцу и источник ее появления идентифицировать сложно. А вот в прямом спектре вибрации частоты 119 Гц и 238 Гц как раз соответствуют первой и второй гармонике частоты наружного кольца подшипника.

У электриков были взяты оба подшипника для изучения. Как раз подшипник №1 оказался дефектным - при прокатывании по ровной поверхности чувствовалось заедание. Теперь предлагаю взглянуть на объект анализа в разобранном виде (прошу прощение за плохое качество):

На наружном кольце обнаружены два дефекта друг против друга - натертости дорожек. Каждый след занимает 1/4 длины дорожки, располагаются точно по центру дорожки. Этот факт ожидаемо объясняет наличие двух гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу. Из-за того, что дефект не вызывает ударных составляющих, а характеризуется лишь локальным изменением коэффициента трения, он более четко выражен в прямом спектре виброскорости. Что касается спектра огибающей, то наличие гармоник 158,75 Гц и боковых составляющих двойной сепараторной я бы объяснил как дефект группы трения. При прохождении дефектных мест наружного кольца частота вращения тел качения увеличивается, что увеличивает трение тел качения в сепараторе, изменяющее частоту его вращения. То есть в начальный момент прохождения дефекта наружного кольца сепаратор притормаживается, а при выходе из места дефекта ускоряется. Два дефекта, два разгона/торможения за оборот вала, соответственно двойная частота вращения сепаратора относительно неподвижного кольца.

После замены подшипников была выполнена прокрутка электродвигателя на холостом ходу. После включения работа электродвигателя сопровождалась неравномерным шумом в течении пары минут - распределение смазки, приработка. После монтажа электродвигателя на место эксплуатации вентилятор работал тихо, проблема постороннего шума решена.

На этом стоит закончить данную статью, а Вас, дорогой читатель, прошу высказать свою точку зрения на предмет наличия частоты 158,75 Гц и ее гармоник, а также предложить версию причины образования дефектов на наружном кольце. Жду Вас в комментариях к статье!