Объяснены Оптимальные Положения Установки Электродвигателя

Объяснены Оптимальные Положения Установки Электродвигателя: коды IM, положение вала и нагрузки на подшипники

Две оси, спрятанные в «монтажном исполнении»

Двигатель 4 кВт сняли с горизонтальной насосной рамы и поставили вертикально на насос с вертикальным валом. Мощность, напряжение, частота вращения и типоразмер совпадали. Подшипник приводной стороны вышел из строя через одиннадцать недель. Двигатель не был недогружен: изменилось направление силы тяжести относительно подшипника, и никакая перемотка этого бы не исправила.

Список, с которым приходит большинство покупателей, состоит из пяти пунктов: горизонтальное, вертикальное, фланцевое, на лапах, на привалочной плоскости. Эти пять — не альтернативы. Они смешивают две независимые оси в один набор, поэтому читатель так и не может понять, какая комбинация у конкретной машины. Горизонтальное и вертикальное описывают ось вала. Фланцевое, на лапах и на привалочной плоскости описывают способ крепления корпуса к машине. Двигатель может быть фланцевым с горизонтальным валом или фланцевым с вертикальным валом, и у этих двух машин почти нет общего в механике.

IEC 60034-7:2020 снимает это, кодируя тип конструкции, монтажное исполнение и положение клеммной коробки в одном обозначении — коде IM ^[1]. На чертеже этот код и есть то, что означает монтажное исполнение: одно обозначение, фиксирующее обе оси сразу. Как только оно проставлено, крепление и ось связаны, и вопросы подшипников, смазки и охлаждения становятся разрешимыми.

Фланец как деталь — отдельная тема. Обозначения B5, B14, FF и FT и размеры NEMA C-face изложены в материале что такое фланец двигателя. Чтение поля монтажного исполнения на существующем шильдике — в материале как читать шильдик двигателя. Далее речь идёт о самом коде и о механических последствиях задаваемого им положения.

Как читать код IM

Третье издание IEC 60034-7 (2020) даёт две системы классификации. Код I — буквенно-цифровое обозначение для машин с подшипниками в подшипниковых щитах и одним концом вала; код II — полностью цифровое обозначение, охватывающее более широкий круг типов машин, включая те, что покрываются кодом I ^[1]. Оба начинаются с букв IM — international mounting.

Код I: буквенно-цифровая форма

Буква читается быстрее всего. B обозначает горизонтальную ось вала, V — вертикальную. Цифры после буквы описывают расположение лап, фланцев и подшипниковых щитов. IM B3 — обычная машина на лапах; IM B5 — с фланцем на приводной стороне и без лап; IM V1 — с тем же фланцем, но вал направлен вниз. Полные определения цифр и разрешённые сочетания сведены в таблицы в стандарте, а не в каталожной выжимке.

В издании 2020 года добавлен подраздел о маркировке наклона оси вала ^[1]. Это важно на наклонных конвейерах и на наклонных приводах мешалок: вал не всегда строго горизонтален или строго вертикален, и установка вне этих двух случаев требует записать угол, а не округлять его до ближайшего привычного кода.

Код II: полностью цифровая форма

Код II заменяет букву и цифры четырёхзначным числом, поэтому одна и та же машина может значиться как IM B3 на одном чертеже и как IM 1001 на другом. Цифры кодируют тип конструкции, монтажное исполнение, положение вала и форму конца вала. Положение клеммной коробки тоже входит в классификацию. Поэтому два в остальном одинаковых двигателя могут оказаться невзаимозаменяемыми в тесном шкафу.

Распространённые исполнения рядом

Девять исполнений покрывают подавляющее большинство промышленных запросов. Решает заказ последний столбец: в нём назван ограничитель, которого никогда не показывает сравнение по мощности. Список ниже — подспорье для выбора; нормативные таблицы находятся в IEC 60034-7.

Ловушка — в четырёх строках V. Один и тот же корпус может поставляться для работы валом вверх или валом вниз, но расположение подшипников, путь смазки и положение дренажного отверстия не одинаковы. Заказывать только по типоразмеру, а исполнение указывать позже — самый частый способ получить машину, которая встаёт на место и не живёт.

Вертикальный режим: куда уходит нагрузка

В горизонтальной машине вес ротора воспринимается радиально двумя подшипниками, а осевая нагрузка близка к нулю, если её не создаёт муфта или ремень. Поставьте ту же машину вертикально — и вся масса ротора становится постоянной осевой нагрузкой на один подшипник. Добавьте гидравлическое усилие рабочего колеса насоса, и цифра на подшипнике перестаёт быть погрешностью округления.

Вес ротора становится осевой нагрузкой

Возьмём машину 4 кВт, 1 450 об/мин с ротором 28 кг, изначально поставленную как IM B3 для горизонтального насоса. Поставим её как IM V1 на насос с вертикальным валом при усилии рабочего колеса 600 Н, направленном вниз. Арифметика короткая:

Шарикоподшипник воспримет некоторую осевую нагрузку, но 875 Н каждый час непрерывной работы — это другая спецификация, чем эпизодическое усилие при пуске. Вертикальное исполнение требует подшипникового узла, рассчитанного на такую нагрузку, явно указанной допустимой осевой нагрузки от изготовителя двигателя и пути смазки, который работает и при действии силы тяжести вдоль вала. ISO 281 определяет базовый ресурс как ресурс при 90 процентах надёжности и отдельно даёт скорректированный ресурс, учитывающий условия смазки и загрязнение ^[5]. Оба считаются по нагрузке, которую реально создаёт установленное положение.

Подшипниковый узел и смазка

На машинах V1 и V3 обычный ответ — радиально-упорный подшипник или пара подшипников на приводной стороне, при этом подшипник неприводной стороны фиксирован или плавающий по требованию конструкции. Меняется и поведение смазки: смазка, которая держится в подшипниковой камере на горизонтальном валу, на вертикальном может стечь. Справочник SKF по причинам отказов относит недостаточную смазку и загрязнение к доминирующим механизмам ранних отказов, и оба чувствительны к положению ^[9].

Задайте поставщику один вопрос и оцените ответ: какова допустимая длительная осевая нагрузка для исполнения V1, какой подшипниковый узел её обеспечивает и каков интервал пополнения смазки в этом положении. Поставщик, который отвечает номером типоразмера, не ответил.

Консольная нагрузка и закон куба

Горизонтальное исполнение приносит другую проблему: радиальную нагрузку от ремня, цепи или шестерни на конце вала. Эта нагрузка называется консольной, и её величина зависит от того, насколько шкив отстоит от подшипника приводной стороны, в той же мере, что и от передаваемой мощности. Данные подбора Tsubaki дают коэффициент OHL по типу передачи (1,0 для цепи, 1,25 для зубчатого ремня, 1,5 для клинового ремня) и коэффициент положения Lf, растущий с отношением расстояния до нагрузки ℓ к базовой длине Q ^[10].

Расчётный пример

Рассмотрим двигатель 3 кВт, 1 450 об/мин, IM B3, работающий через клиновой ремень. Пусть теоретическое радиальное усилие от передаваемого момента равно 800 Н, базовая длина Q — 80 мм, базовая динамическая грузоподъёмность подшипника C — 20 000 Н. Для шарикоподшипника показатель степени по ISO 281 равен 3, а базовый ресурс в часах равен L10h = (106 / (60 × n)) × (C / P)3, где n в об/мин ^[5].

Нагрузка удваивается, ресурс падает до одной восьмой: 53 200 часов становятся 6 650 часами. Проставка под шкив, добавленная, чтобы обойти ограждение, делает именно это с подшипником, который считали без неё, — так десятилетний подшипник превращается в восемнадцатимесячный. L10 — это ресурс при 90 процентах надёжности, поэтому примерно один подшипник из десяти отказывает раньше; поправка на смазку и загрязнение через скорректированный ресурс обычно уменьшает реальную цифру ещё сильнее ^[5].

Двигатель, который проходит все электрические испытания и при этом расходует подшипники на одной конкретной машине, обычно исправен: причина в валу, а не в обмотке, и та же арифметика её находит. Там, где передаточное отношение задаёт редуктор или ремённая ступень, монтаж и консольная нагрузка относятся к тому же разговору, что и выбор редуктора, — он изложен в материалах выбор редуктора и редуктор на валу.

Центровка, мягкая лапа и нормы вибрации

Монтаж определяет, насколько хорошо двигатель можно отцентровать, а центровка определяет, какую вибрацию видят подшипники. На машине B3 на лапах частью системы центровки является рама; на фланцевой B5 основную работу по фиксации делает центрирующий буртик. Совмещение того и другого на B35 без проверки плоскостности нагружает корпус ещё до установки муфты.

Мягкая лапа

Мягкая лапа — это состояние, когда одна лапа не лежит плоско на основании. Затяжка её болта деформирует корпус, смещает центры подшипников и даёт вибрационную картину, похожую на дисбаланс. Это дефект обработки и подкладок, а не дефект двигателя, и находится он ослаблением болтов по одному с индикатором на лапе. Любое вибрационное обследование, пропустившее этот шаг, обвинит ротор.

Заводское значение вибрации записывается при отсоединённом двигателе; измерение на месте включает основание, муфту, приводную машину и любую вибрацию, переданную извне. Судить одним по другому — значит получать ложные отказы хорошим двигателям и ложные приёмки плохим установкам. Там, где жалоба на воздушный шум, а не на структурную вибрацию, источники и меры разобраны в материале как снизить шум электродвигателя.

Охлаждение, конденсат и дренажные отверстия

Положение меняет, куда уходит тепло и где собирается вода. Стандартный двигатель TEFC рассчитан на осевой путь воздуха от вентилятора вдоль рёбер. Поставьте такую машину в узкий вертикальный отсек, где кожух вентилятора близко к стене, или под навес, забирающий собственный выброс, — и обмотка при той же нагрузке будет горячее. IEC 60034-1:2026 определяет номинальные данные и характеристики, включая классы нагревостойкости и превышения температуры, по которым оценивается это состояние ^[7].

Дренажные отверстия и конденсат

Вода, которая никогда не попадает снаружи, — более трудная задача. IEC 60034-5:2020 классифицирует степени защиты, обеспечиваемые оболочкой, но его область применения прямо исключает влагу от конденсации, коррозионную пыль и пар, грибок и вредителей; пятое издание также уточняет термин открытое дренажное отверстие ^[6]. Поэтому более высокий номер IP не решает проблему машины, которая дышит влажным воздухом, за ночь остывает и конденсирует воду на обмотке.

Решает это деталь установки: дренажные отверстия в низшей точке оболочки в смонтированном положении, оставленные открытыми, плюс подогрев от конденсата на машинах, простаивающих во влажных условиях. Низшая точка не является неизменным свойством двигателя; она смещается, когда B3 становится V1. Дренажные пробки, правильно расположенные на горизонтальном корпусе, могут оказаться сбоку на вертикальном.

Размеры, которые должны совпадать

Код IM задаёт исполнение; размерный стандарт задаёт, встанет ли оно физически. IEC 60072-1:2022 охватывает машины на лапах с высотами оси от 56 мм до 400 мм и фланцевые машины с диаметрами делительной окружности фланца от 55 мм до 1080 мм, и он связывает соотношения между типоразмером корпуса, концом вала, номинальной мощностью и номером фланца ^[2]. Поэтому один номер типоразмера сам по себе не является полным заявлением о взаимозаменяемости.

Размеры IEC и NEMA не взаимозаменяемы

Североамериканские машины следуют ANSI/NEMA MG 1, где своя серия типоразмеров и свои размеры C-face и D-flange ^[8]. Фланец IEC B5 и NEMA C-face могут выглядеть похоже на фотографии и при этом иметь другую окружность центров отверстий, другой диаметр центрирующего буртика и другой конец вала. Переходная плита решает механическое несовпадение, но добавляет накопление допусков, влияющее на центровку муфты.

Для замены сначала расшифруйте существующий шильдик, затем сверьте эти четыре пункта с чертежом поставщика. Процедура чтения шильдика — в материале как читать шильдик двигателя, размеры фланца — в материале что такое фланец двигателя, компактный пример IEC — в паспорте фланцевого двигателя 2 л.с..

Пошаговая последовательность выбора

Идите наружу от приводной машины. Именно эта последовательность предотвращает переделки; пройдите её в обратном порядке — и правильно рассчитанный двигатель окажется на неверно заданном корпусе.

1. Сначала зафиксируйте ось вала. Горизонтально, вертикально валом вниз, вертикально валом вверх или под наклоном, который нужно маркировать по IEC 60034-7:2020.
2. Зафиксируйте крепление. Лапы, фланец или и то и другое — по тому, что предлагает приводная машина. Выберите обозначение по коду I, описывающее результат.
3. Получите нагрузки, а не только киловатты. Запросите радиальную консольную нагрузку на конце вала, расстояние от неё до подшипника приводной стороны и любую длительную осевую нагрузку. Сам расчёт момента изложен в материале как рассчитать момент двигателя.
4. Проверьте ресурс подшипника по установленной геометрии. Используйте закон куба для шарикоподшипников и скорректированный ресурс там, где важны смазка или загрязнение ^[5].
5. Подтвердите размерный ряд. Высота оси, делительная окружность фланца, буртик, схема отверстий, конец вала и сторона клеммной коробки. Явно укажите IEC или NEMA.
6. Подтвердите тепловую и влажностную схему. Путь воздуха в установленном положении, дренажное отверстие в низшей точке, подогрев для простаивающих машин во влажном воздухе, класс нагревостойкости и превышение температуры ^[7].
7. Задайте базу приёмки по вибрации. Заводские нормы при отсоединённой машине по IEC 60034-14 и оценка в эксплуатации по ISO 20816-1 — разные испытания ^{[3] [4]}.
8. Внесите все семь пунктов в запрос. Поставщик, получивший только номинальную мощность и номер типоразмера, не сможет предложить машину, которая выдержит эту установку.

Насосный привод вводит в этот интерфейс гидравлический режим, который подробнее разобран в материале как выбрать двигатель для насоса. Для общепромышленных приводов условия эксплуатации и категории оболочки, ограничивающие выбор, изложены в материале что такое двигатель общего назначения.

Пять ошибок, которые доходят до завода

1. Считать горизонтальное, вертикальное, фланцевое, исполнение на лапах и на привалочной плоскости пятью альтернативами. Это две оси. Фланцевый двигатель может быть горизонтальным или вертикальным, и спецификация подшипников между ними различается.
2. Заказать горизонтальный двигатель и развернуть его на месте. Вес ротора становится осевой нагрузкой, путь смазки меняется, дренажное отверстие смещается. Подшипник под это не выбирали.
3. Задать мощность и частоту вращения, но не консольную нагрузку. Положение шкива — входной параметр ресурса подшипника, а не механическая мелочь.
4. Полагать, что степень IP защищает от конденсации. IEC 60034-5:2020 исключает влагу от конденсации из своей области применения; дренаж и подогрев — отдельные решения ^[6].
5. Судить установленную машину по заводскому протоколу вибрации. Значения IEC 60034-14 записаны при отсоединённой машине; замер на месте включает основание, муфту и приводную машину ^[3].

Поиск неисправностей: симптом, причина, действие

Почему Greensky Power

Мы производим двигатели, и в вопросах монтажа предпочитаем, чтобы нас оценивали по данным, которые покупатель может проверить, а не по заявлению о месте в рейтинге. Для нестандартного исполнения мы укажем в чертеже обозначение IM, допустимую длительную осевую нагрузку для вертикального исполнения, допустимую радиальную консольную нагрузку на заданном расстоянии от подшипника приводной стороны, схему подшипников и интервал пополнения смазки, размеры фланца и конца вала по IEC 60072-1 или NEMA MG 1 и заводской протокол вибрации, измеренной при отсоединённой машине по IEC 60034-14.

С этими цифрами на столе разговор о замене занимает один обмен сообщениями. Если установке нужны определённое положение, герметичная или обогреваемая оболочка, конкретная сторона клеммной коробки или фланец вне стандартного ряда, это индивидуальная работа, а не каталожная позиция; что мы делаем, показано на странице двигатели по индивидуальному заказу и в каталоге бесколлекторных двигателей.

Монтаж — один слой более широкой карты применений, которая начинается со страницы применение электродвигателей; сведения о компании — на странице производители электродвигателей. Если чертёж уже есть, пришлите его через страницу контактов, и мы ответим по всем восьми пунктам запроса выше.

Литература

1. IEC. (2020). IEC 60034-7:2020, Rotating electrical machines – Part 7: Classification of types of construction, mounting arrangements and terminal box position (IM Code), Edition 3.0. IEC Webstore. https://webstore.iec.ch/en/publication/64225
2. IEC. (2022). IEC 60072-1:2022, Rotating electrical machines – Dimensions and output series – Part 1: Frame numbers 56 to 400 and flange numbers 55 to 1080, Edition 7.0. IEC Webstore. https://webstore.iec.ch/en/publication/67088
3. IEC. (2018). IEC 60034-14:2018, Rotating electrical machines – Part 14: Mechanical vibration of certain machines with shaft heights 56 mm and higher – Measurement, evaluation and limits of vibration severity, Edition 4.0. IEC Webstore. https://webstore.iec.ch/en/publication/59889
4. ISO. (2026). ISO 20816-1:2026, Mechanical vibration – Measurement and evaluation of machine vibration – Part 1: General guidelines, Edition 2. ISO. https://www.iso.org/standard/89921.html
5. ISO. (2007). ISO 281:2007, Rolling bearings – Dynamic load ratings and rating life, Edition 2. ISO. https://www.iso.org/standard/38102.html
6. IEC. (2020). IEC 60034-5:2020, Rotating electrical machines – Part 5: Degrees of protection provided by the integral design of rotating electrical machines (IP code) – Classification, Edition 5.0. IEC Webstore. https://webstore.iec.ch/en/publication/64224
7. IEC. (2026). IEC 60034-1:2026, Rotating electrical machines – Part 1: Rating and performance, Edition 15.0. IEC Webstore. https://webstore.iec.ch/en/publication/89961
8. NEMA. (2021). ANSI/NEMA MG 1, Motors and Generators. ANSI Webstore. https://webstore.ansi.org/standards/nema/ansinemamg2021
9. SKF. Bearing failures and their causes. SKF Group. https://www.skf.com/group/support/bearing-failures-and-their-causes
10. Tsubaki. Technical data for selection: service factor, inertia ratio and allowable overhung load. Tsubaki Power Transmission Products. https://en.tt-net.tsubakimoto.co.jp/tecs/engd/gen/engd_gen_ggm_sry.asp

Частые вопросы