Vibration measurement of high-speed electric motor post-assembly testing

Abstract

For new machines, it is important to perform post-assembly testing. The performance of a rotating machine is often reduced due to faults such as imbalance, misalignment, looseness, or deformation during installation. Faults can be analysed from the vibration behaviour of a machine and to determine the cause of excessive vibration, it is necessary to understand how different types of faults behave. It is also important to select suitable measurement method for different machine type in order to produce reliable information. In this work, in collaboration with ‘The Switch’ (part of Yaskawa company), a vibration measurement instruction for post-assembly testing of their high-speed electric motors is created. Information for creating guidelines is obtained from the literature.

The literature reveals that for a high-speed electric motor, the measuring equipment should accurately detect high frequencies while being protected against electromagnetism. To avoid resonances at high speeds, it is also mandatory to install the machine and sensors with high rigidity. The vibration must be measured in several directions at a high sampling frequency. For a wide frequency band, a single measuring device cannot produce accurate results at every frequency. The different types of faults lead to partially similar vibrations, which brings more challenge to the analysis. Additional measurement procedures, such as ramp-up or coast-down testing can facilitate broader analysis of fault types. The results showed that the current measurement process does not fully meet the requirements for identifying multiple fault types. A second sensor must be added in the radial direction, fixed mounting method should be sued for the sensors and the axial sensor must be mounted on the bearing housing. These changes will ensure accurate vibration measurement for multiple fault analysis.

Uusille koneille on tärkeää suorittaa kokoonpanon jälkeinen testaus. Pyörivillä koneilla alentunut suorituskyky voi johtua monista eri syistä, yleisiä vikoja ovat epätasapaino, linjausvirheet, väljyys tai asennuksessa syntyneet muodonmuutokset. Vikoja pystytään analysoimaan sen värähtelykäyttäytymisestä. Selvittääkseen mikä aiheuttaa liian suuren värähtelyn koneessa on ymmärrettävä, kuinka eri vikatyypit käyttäytyvät. On myös ymmärrettävä mitattavan koneen ominaisuuksien vaikutus mittaukseen luotettavan tiedon tuottamiseksi. Tässä työssä luodaan yhteistyössä The Switch:n (osa Yaskawa yhtiötä) kanssa heidän suurnopeussähkömoottorinsa käyttöönottotestaukselle sopiva värähtelymittaus ohjeistus. Tiedot ohjeistuksen luomiseksi hankitaan kirjallisuudesta.

Suurnopeussähkömoottorin tapauksessa mittalaitteisto tulee olla suojattu sähkömagnetismia vastaan ja sen tulee pystyä havaitsemaan tarkasti korkeat taajuudet. Korkeita taajuuksia mitattaessa on tärkeää asentaa kone ja sensorit mahdollisimman jäykästi välttääkseen resonanssit. Värähtely tulee mitata useassa suunnassa korkealla näytteenottotaajuudella. Mitattavan taajuuskaistan ollessa hyvin laaja ei yhdellä mittalaitteistolla pystytä tuottamaan tarkkoja tuloksia joka taajuudella. Eri vikatyypit värähtelevät osittain samalla tavalla, joka tuo lisähaastetta analysointiin. Mittauksessa voidaan tehdä analysointia helpottavia toimenpiteitä kuten ramp-up tai coas down testaukset. Tuloksista huomattiin, ettei nykyinen mittausprosessi täytä kaikilta osin vaatimuksia vikatyyppien tunnistamiseksi. Radiaalisuuntaan on lisättävä toinen sensori, sensorien kiinnitystapa on muutettava kiinteäksi ja aksiaalinen sensori on asennettava myös laakeripesään. Näillä muutoksilla saadaan värähtely mitattua tarkasti vika-analysointia varten.