Вибрация и ее измерение

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Измерения вибрации следует проводить в диапазоне частот, охватывающим частотный спектр колебаний машины. Ширина диапазона частот зависит от типа машины (например, диапазон частот, необходимый для оценки целостности подшипников качения, должен включать в себя частоты более высокие, чем для машин с подшипниками скольжения). Рекомендации по выбору диапазона частот для машин конкретных типов должны быть приведены в соответствующих стандартах, например для паротурбинных стационарных агрегатов - в ГОСТ 25364.

Как правило, для вибрации, измеряемой в широком диапазоне частот, не существует простых соотношений между виброускорением, виброскоростью и виброперемещением, а также между пиковыми и средними квадратическими значениями вибрационных величин

Следует четко определять, по какому параметру вибрации оценивают вибрационное состояние: размаху виброперемещения, среднему квадратическому значению виброскорости и пр.

Как правило, при контроле широкополосной вибрации машин роторного типа в качестве оцениваемого параметра используют среднее квадратическое значение виброскорости, поскольку оно связано с энергией колебаний. В ряде случаев, однако, предпочтительно использование других параметров: связанных с виброперемещением или виброускорением или пиковых значений вместо средних квадратических. В этих случаях должны быть использованы другие критерии, которые не всегда связаны простыми соотношениями с критериями для средних квадратических значений виброскорости.

Уровень вибрации

вибрация машина испытание измерение

Обычно измерения проводят в различных точках в двух или трех взаимно перпендикулярных направлениях, что позволяет получить набор значений параметров вибрации. Под уровнем вибрации машины понимают максимальное значение вибрации, измеренной в одной определенной точке или группе точек в выбранных направлениях, при определенных условиях и установившемся режиме работы.

Вибрационное состояние машин многих типов может быть оценено по уровню вибрации для одной точки измерения. Однако для некоторых машин такой подход является неприемлемым и уровни вибрации следует определять на основе независимых измерений в ряде точек.

Точки измерения

Измерения следует проводить на подшипниках, корпусах подшипников или других элементах конструкции, которые в максимальной степени реагируют на динамические силы и характеризуют общее вибрационное состояние машины. Типичные примеры расположения точек измерения приведены на рисунках 1а-1д.

Рис. 1а - Точки измерения на опоре Рис. 1б - Точки измерения на корпусе подшипника подшипника

Полную оценку вибрационного состояния крупных агрегатов дают результаты измерений в контролируемых точках в трех взаимно перпендикулярных направлениях, как показано на рисунках 1а-1д. Как правило, подобная полнота измерений требуется только для приемочных испытаний. При эксплуатационном контроле обычно выполняют одно или два измерения в радиальном направлении [как правило, горизонтальном и (или) вертикальном]. Кроме того, дополнительно можно также проводить измерения осевой вибрации, обычно в месте расположения упорного подшипника

Расположение точек измерения для машин конкретных типов должно быть приведено в соответствующих стандартах на машины этих типов.

Требования к состоянию машины при эксплуатационном контроле

Эксплуатационный контроль выполняют только при полностью собранной на штатных опорах машине на месте ее эксплуатации.

Требования к опорам машины при приемочных испытаниях

На месте эксплуатации

Если приемочные испытания проводят на месте эксплуатации, роторы должны быть установлены на штатные опоры. В этом случае важно, чтобы при проведении приемочных испытаний были смонтированы все основные элементы машины; для головных образцов машин это требование является обязательным, а для серийных машин, если это невозможно, оценочные критерии должны быть соответствующим образом корректированы. Результаты сравнения вибрационного состояния однотипных машин, установленных на различных фундаментах, сопоставимы лишь при условии сходства динамических характеристик фундаментов.

На испытательном стенде

Необходимо создать условия, при которых исключается совпадение частот собственных колебаний испытательной установки с частотой вращения машины или с какой-либо из ее мощных гармоник. Обычно полагают, что данное требование выполняется, если значение горизонтальной и вертикальной вибрации несущих элементов фундамента вблизи опор подшипников не превышает 50% значения вибрации соответствующего подшипника в том же направлении. Испытательная установка не должна вызывать также изменений значения какой-либо из основных собственных частот машины в эксплуатации. Если резонансы опоры устранить не удастся, следует проводить приемочные испытания полностью собранной машины на месте эксплуатации.

Приемочные испытания машин некоторых классов, например небольших электрических машин, проводят на упругом основании. В этом случае низшие собственные частоты системы машина - испытательные опоры, рассматриваемой как жесткое тело, должны быть менее 1/3 минимальной частоты возбуждения. Соответствующие условия опирания могут быть достигнуты путем установки машины на упругоопирающийся фундамент (основание) или с помощью свободной подвески на мягких пружинах.

Условия эксплуатации машины

Оценка уровня вибрации должна быть проведена после достижения нормальных условий «эксплуатации. Дополнительные измерения при других, условиях не должны быть использованы для оценки вибрационного состояния в соответствии с разделом 6.

Оценка вибрации, наводимой внешними источниками

Оценку влияния виброактивности окружающих механизмов на вибрацию конкретной машины проводят на основании результатов измерений на остановленной машине. Если измеренное значение параметра вибрации превышает 1/3 рекомендуемого предельного значения, следует принять меры по уменьшению этого влияния.

Контрольно-измерительная аппаратура

Конструкция контрольно-измерительной аппаратуры (далее - аппаратура) должна обеспечивать ее нормальное функционирование в условиях проводимых измерений (температура окружающей среды, влажность воздуха и т.д.). Следует особое внимание уделить креплению вибропреобразователя и убедиться в том, что это крепление не изменяет вибрационные характеристики машины. Требования к аппаратуре, предназначенной для измерения среднего квадратического значения вибрации в диапазоне 10…1000 Гц, - по ГОСТ ИСО 2954.

В настоящее время для контроля широкополосной вибрации наиболее часто используют приборы двух типов:

- приборы, содержащие детектор среднего квадратического значения и индикатор для считывания средних квадратических значений измеряемой величины;

- приборы, содержащие либо детектор среднего квадратического значения, либо усредняющий детектор, но калиброванные для считывания размаха или амплитуды колебаний; при этом калибровка основана на соотношении между средними квадратическими и пиковыми значениями для чисто синусоидального сигнала.

Если оценка вибрации базируется на результатах измерения более чем одной величины (перемещение, скорость, ускорение), применяемые приборы должны обеспечивать измерение всех этих величин.

Измерительная система должна предусматривать возможность калибровки всего измерительного тракта (желательно встроенное устройство калибровки) и иметь независимые выходы или подсоединения дополнительных анализаторов и т.д.

Критерии оценки вибрационного состояния машин

Виды критериев

Рассматриваются критерии двух видов, распространяющиеся на эксплуатационный контроль и приемочные испытания и предназначенные для; оценки уровней вибрации машин различных типов.

Критерий I связан со значениями измеряемых параметров вибрации, а критерий 2- изменениями этих значений (независимо от направления изменении).

Критерий 1

Зоны вибрационного состояния

Критерий 1 связан с определением границ для абсолютного значения параметра вибрации, соответствующих допустимым динамическим нагрузкам на подшипники и допустимой вибрации передаваемой вовне через опоры и фундамент. Максимальное значение, полученное в результате измерения на каждом подшипнике или опоре (т.е. значение уровня вибрации - как определено в 4.1.4), сравнивают с границами четырех зон, установленных исходя из международного опыта проведения исследовании и эксплуатации. Данные зоны предназначены для качественной оценки вибрационного состояния машин и принятия решения о необходимых мерах. Иное (сравнительно с приведенным ниже) число зон и их расположение может быть использовано для машин специальных типов, которые рассматриваются в соответствующих стандартах. Примерные значения границ зон приведены в приложении Б.

Зона А - В эту зону попадают, как правило, новые машины, только что введенные в эксплуатацию.

Зона В-Машины, попадающие в эту зону, обычно считают пригодными для дальнейшей эксплуатации без ограничения сроков.

Зона С - Машины, попадающие в эту зону, обычно рассматриваются как непригодные для длительной непрерывной эксплуатации. Обычно данные машины могут функционировать ограниченный период времени, пока не появится подходящая возможность для проведения ремонтных работ.

Зона D - Уровни вибрации в данной зоне обычно рассматривают как достаточно серьезные, для того чтобы вызвать повреждение машины.

Числовые значения границ упомянутых зон не предназначены служить в качестве технических условий при приемочных испытаниях, это является предметом соглашения между производителем машины и потребителем. Однако данные границы могут служить в качестве руководства с тем, чтобы избежать чрезмерно завышенных и нереалистических требований. В определенных случаях для машин некоторых типов могут быть установлены особенности, которые потребуют изменения значений границ зон (в большую или меньшую сторону). Тогда производителю машин, как правило, следует объяснить причину данных изменений и, в частности, подтвердить, что машину не следует подвергать опасности, эксплуатируя при более высоких уровнях вибрации.

Границы зон состояний

Вибрация конкретной машины зависит от се размеров, динамических характеристик вибрирующих деталей, способа монтажа и назначения. При выборе зон допустимой вибрации машины необходимо учитывать также условия, влияющие на ее вибрационное состояние. Независимо от типа подшипников среднее квадратическое значение виброскорости статорных элементов (например, опор подшипников) машин большинства типов, как правило, адекватно характеризует условия работы роторов, их воздействие на опорные элементы и соседние механизмы, а также состояние самих машин в широком диапазоне рабочих скоростей. Однако для некоторых машин, например с очень низкими рабочими скоростями, применение одного параметра - среднего квадратического величины виброскорости без учета значений рабочей скорости может узаконить недопустимо высокие виброперемещения, в частности, когда доминируют колебания с оборотной частотой. С другой стороны, применяя принцип постоянства виброскорости к машинам с высокими рабочими скоростями или наличием высокочастотных спектральных составляющих вибрации, возбуждаемых некоторыми узлами машины, можно прийти к недопустимо высокому уровню виброускорения.

С учетом вышеизложенного критерии приемки, основанные на использовании среднего квадратического значения виброскорости должны иметь форму, приведенную на рисунке 2 (см. также приложение В), на котором указаны границы частотного диапазона измерений f_u и f_l и показано, что ниже частоты f_x и выше частоты f_y допустимое значение виброскорости является уже функцией частоты f вибрации. Для зоны от f_x до f_y применим критерий постоянной виброскорости - именно для данного критерия приведены значения границ в приложении Б. Более точное определение критериев приемки и значений f_l, f_u, f_x и f_y должно быть дано в стандартах на машины конкретных типов.

Вибрация многих машин содержит доми¬нирующую частотную составляющую, нередко на частоте вращения вала. Для таких машин допустимые значения вибрации могут быть по-лучены из рисунка 2 как значения для данной доминирующей частоты.

Если же для некоторой машины значительная часть вибрационной энергии сосредоточена за пределами диапазона частот f_x…f_y, возможны следующие решения:

а) Помимо измерений виброскорости проводят измерения в широкой полосе частот виброперемещения (если основная часть энергетического спектра лежит ниже f_x) или виброускорения (если основная часть энергетического спектра лежит выше f_y). Допустимые значения параметров виброперемещения или виброускорения получают из рисунка 2, переводя значения виброскорости на краях кривых (т.е. в диапазонах f_l … f_x, f_y…f_u) в постоянные значения виброскорости и виброускорения соответственно. Вибрацию можно считать допустимой, если она является таковой по всем критериям (перемещения, скорости и ускорения).

б) С помощью анализатора спектра в спектре вибрации выделяют все мощные частотные составляющие и определяют для них значения виброперемещения, виброскорости и виброускорения. После этого на основе уравнения (А2) рассчитывают эквивалентное значение параметра виброскорости: для частотных составляющих, лежащих ниже f_x и выше f_y, весовые коэффициенты берут в соответствии с рисунком 2. Окончательную оценку делают на основе сравнения со значениями границ в диапазоне f_x…f_y.

Следует иметь в виду, что, кроме случая единственной доминирующей составляющей, непосредственное сравнение составляющих частотного спектра с границами, определяемыми кривыми на рисунке 2, приведет к ошибочным заключениям.

в) Используют измерительный прибор, форма частотной характеристики которого в области, где сосредоточена вибрационная энергия машины, совпадает с формой кривых на рисунке 2. Окончательную оценку также делают на основе сравнения со значениями границ в диапазоне f_x…f_y.

Критерий 2

Данный критерий основан на оценке изменения значения параметра вибрации по сравнению с предварительно установленным эталонным значением в установившемся режиме работы машины. Значительные изменения (увеличение или уменьшение) значения параметра широкополосной вибрации могут потребовать принятия определенных мер даже в том случае, когда граница зоны С в соответствии с критерием 1 еще не достигнута. Такие изменения могут иметь внезапный характер или постепенно нарастать во времени и указывают на возможное возникновение повреждения машины в начальной стадии или другие неполадки.

При использовании критерия 2 важно, чтобы измерения значений параметра вибрации, подлежащие впоследствии сравнению, проводили при одних и тех же положении и ориентации преобразователя вибрации и приблизительно в одном и том же режиме работы машины. Необходимо определить очевидные изменения значения параметра вибрации независимо от его общего значения, чтобы предотвратить возникновение опасной ситуации. Насколько данное изменение является значительным, должно быть определено в соответствующих стандартах на машины конкретных типов.

Следует иметь в виду, что некоторые существенные изменения в состоянии машины могут быть обнаружены только при контроле отдельных спектральных составляющих (см. 6.5.1).

Предельные уровни вибрации

Общие положения

Как правило, для машин, предназначенных для длительной эксплуатации, устанавливают предельные уровни вибрации, превышение которых в установившемся режиме работы машины приводит к подаче сигналов «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ» или «ОСТАНОВ»

«ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ» - для привлечения внимания к тому, что вибрация или изменения вибрации достигли определенного уровня, когда может потребоваться проведение восстановительных мероприятий. Как правило, при появлении сигнала «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ» машину можно эксплуатировать в течение некоторого периода времени, пока исследуют причины изменения вибрации и определяют комплекс необходимых мероприятий.

«ОСТАНОВ» - для индикации уровня вибрации, при превышении которого дальнейшая эксплуатация может привести к повреждениям. При достижении уровня «ОСТАНОВ» следует принять немедленные меры к снижению вибрации или же остановить машину.

Вследствие разницы в динамических нагрузках и жесткостях опор для различных положений и направлений измерения могут быть установлены разные предельные уровни вибрации. Определение таких уровней для машин конкретных типов должно быть приведено в соответствующих стандартах

Установка уровня «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ»

Уровень «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ» может существенно изменяться в сторону возрастания или уменьшения от машины к машине. Обычно данное значение устанавливают относительно некоторого базового значения, полученного для каждого конкретного экземпляра машины при фиксированном положения и направлении измерения на основе накопленного опыта эксплуатации.

Рекомендуется устанавливать уровень «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ» выше базового значения на некоторую долю, в процентах, значения верхней границы зоны В. Если базовое значение мало, уровень «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ» может лежать ниже зоны С.

В том случае, если базовое значение не определено, например для новых машин, начальную установку положения ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ следует выполнить либо исходя из опыта эксплуатации аналогичных машин, либо на основе соглашения. Спустя некоторое время следует установить постоянное базовое значение и соответствующим образом скорректировать положение «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ».

Если произошло изменение постоянного базового значения (например, вследствие капитального ремонта машины) может потребоваться соответствующее изменение положения «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ». Вследствие разницы в динамических нагрузках и коэффициентах жесткости опор для различных опор машины могут быть установлены свои предельные уровни.

Установка уровня «ОСТАНОВ»

Уровень «ОСТАНОВ», который обычно связывают с необходимостью сохранения механической целостности машины, может зависеть от различных конструктивных особенностей, применяемых для того, чтобы машина могла противостоять возникновению аномальных динамических сил. Таким образом, данное значение, как правило, будет одним и тем же для машин аналогичных конструкции и не будет связано с базовым значением, как это имело место для уровня «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ».

Вследствие многообразия машин различных конструкций не представляется возможным дать четкое руководство для точного установления уровня ОСТАНОВ. Обычно положение ОСТАНОВ устанавливают в пределах зон С или D.

Дополнительные характеристики

Частотные (векторные) составляющие вибрации.

Метод контроля, рассматриваемый в данном базовом стандарте, ограничен оценкой вибрации в широком диапазоне частот без анализа частотных составляющих или учета фазы вибрации. В большинстве случаев для приемочных испытаний и эксплуатационного контроля этого достаточно. Однако при оценке вибрационного состояния машин определенных типов целесообразно использовать векторное представление вибрации.

Использование в качестве критерия изменения вектора вибрации особенно полезно при обнаружении и идентификации изменения в динамических характеристиках машины. Иногда такие изменения невозможно обнаружить в условиях контроля только лишь общего уровня широкополосной вибрации.

Вибрационная чувствительность

Вибрация, измеряемая на какой-либо конкретной машине, может зависеть от режима ее работы. В большинстве случаев подобное влияние условий работы незначительно, но иногда чувствительность к режиму может быть такова, что, в то время как вибрация некоторой определенной машины при некоторых условиях работы признается допустимой, она может перестать считаться таковой при изменении этих условий.

В тех случаях, когда некоторые аспекты вибрационной чувствительности вызывают сомнение, между потребителем и изготовителем машины должно быть достигнуто соглашение о необходимом объеме испытаний или о методах теоретической оценки.

Размещено на Allbest.ru