Лекция 2. Изменение вибрации

1. Динамика, вибропрочность энергетических установок

Измерение вибрации и обработка результатов измерений

2. Измерение вибрации и обработка результатов измерений

При оценке вибрационного состояния на вращающихся частях могут измеряться
как относительные параметры (например - виброперемещение вала
относительно некоего конструктивного элемента машины (корпуса подшипника)),
так и абсолютные параметры (например - виброперемещение вала относительно
некоторой инерциальной системы отсчета). При установлении вибрационных
критериев необходимо четко указывать, какой параметр имеется в виду:
относительный или абсолютный.
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.

3. Измерение вибрации и обработка результатов измерений

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.
Полную оценку вибрационного состояния крупных агрегатов дают результаты
измерений в контролируемых точках в трех взаимно перпендикулярных
направлениях, как указано на рисунках.

4. Измерение вибрации и обработка результатов измерений

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.
Например, для стационарных энергетических паротурбинных агрегатов мощностью
100 МВт и более:
Измерения вибрации валопровода следует проводить относительно опор подшипников в
сечениях, расположенных у торцов вкладышей со стороны цилиндров турбины или статора
генератора.
Для турбоагрегатов мощностью до 500 МВт контроль вибрации валопровода осуществляют
относительно опор ротора высокого давления, а для турбоагрегатов мощностью 500 МВт и
выше — относительно всех подшипников турбины и генератора.
В каждом контролируемом сечении валопровода устанавливают два бесконтактных
первичных измерительных преобразователя вибрации (датчика). Датчики располагают
радиально в одной поперечной плоскости перпендикулярно друг к другу. При установке
допускается отклонение от взаимно перпендикулярного положения в пределах ± 5°. Датчики
устанавливают, по возможности, на верхних половинах вкладышей, ориентируя их в
вертикальном и горизонтальном направлениях.

5. Измерение вибрации и обработка результатов измерений

Для авиационных двигателей:
При определении вибрационных характеристик проводят подробное виброгравирование
двигателя, при котором вибродатчики устанавливаются на корпусах двигателя в плоскостях
расположения опор роторов, имеющих непосредственную связь с корпусом, в плоскостях
крепления узлов подвесок двигателя на самолёте (вертолёте); рекомендуется также измерять
вибрацию на фланцах присоединённых к двигателю воздухозаборного или реверсивного
устройства и на подшипниковых опорах с помощью встроенных малогабаритных
вибродатчиков.
Для многовальных двигателей наряду с измерением вибраций с помощью полосовых
фильтров рекомендуется отдельно измерять вибрацию с частотой вращения каждого ротороа
с применением следящей фильтрации, а также спектральных и других методов цифровой
обработки вибросигналов.

6. Измерение вибрации и обработка результатов измерений

Контрольно-измерительная аппаратура
Конструкция контрольно-измерительной аппаратуры 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, изложены в ГОСТ ИСО 2954-2014 «Вибрация. Контроль
состояния машин по результатам измерения вибрации на невращающихся частях.
Требования к средствам измерений».
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.

7. Измерение вибрации и обработка результатов измерений

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 для подсоединения дополнительных анализаторов и т.д.
При измерении вибрации на вращающихся валах:
Измерения относительной вибрации проводят, как правило, с помощью датчиков
бесконтактного типа, воспринимающих виброперемещение между валом и
элементом конструкции машины, например корпусом подшипника. Требования к
датчикам — по ГОСТ ИСО 10817-1-2002 «Вибрация. Системы измерения вибрации
вращающихся валов. Часть 1. Устройства для снятия сигналов относительной и
абсолютной вибрации».

8. Измерение вибрации и обработка результатов измерений

Измерения абсолютной вибрации проводят одним из следующих методов:
а) при помощи контактного датчика-зонда, на который устанавливают датчик
инерционного типа (датчик скорости или акселерометр), непосредственно
измеряющий абсолютную вибрацию вала;
б) при помощи бесконтактного датчика, который измеряет относительную
вибрацию вала, в сочетании сдатчиком инерционного типа (датчиком скорости или
акселерометром), который измеряет вибрацию опоры. Оба датчика должны быть
установлены в непосредственной близости друг от друга, чтобы на них
воздействовали одни и те же абсолютные колебания в направлении измерений.
Сумма сигналов этих датчиков в векторном виде является абсолютной вибрацией
вала.
Датчики устанавливают в точках, позволяющих измерять поперечные колебания
вала на наиболее важных участках. Рекомендуется при измерениях как
относительной, так и абсолютной вибрации устанавливать по два датчика на
каждом подшипнике или в непосредственной близости от него. Эти датчики
располагают в радиальном направлении, желательно в одной поперечной
плоскости, перпендикулярной к оси вала, так, чтобы их оси чувствительности
отстояли от радиального направления не более чем на ±5°. Датчики устанавливают
под углом 90°±5° относительно друг друга на одной половине подшипниковой
опоры.

9. Измерение вибрации и обработка результатов измерений

Вместо двух перпендикулярно расположенных датчиков допускается в каждой
плоскости измерений использовать один датчик при условии, что это позволит
получать достаточно полную информацию о вибрации вала.
Рекомендуется проведение специальных измерений для определения биений
вала невибрационной природы, обусловленных неоднородностью материала
поверхности вала, локальным остаточным намагничиванием или механическими
биениями. Следует иметь в виду, что в случае асимметричного ротора влияние
силы тяжести может вызвать появление ложного сигнала биения.
Датчики относительной вибрации бесконтактного типа обычно устанавливают в
резьбовых отверстиях в корпусах подшипников или рядом с подшипниками при
помощи жестких кронштейнов. Собственные частоты кронштейна не должны
оказывать влияние на результаты измерений вибрации вала. Если датчик
установлен в самом подшипнике, его расположение не должно вызывать
изменений в масляном клине подшипника. Поверхность вала в месте установки
датчика с учетом температурных расширений должна быть гладкой и свободной
от любых отклонений в геометрической форме (вызванных, например,
шпоночными канавками, резьбами, каналами для смазки), неоднородностей
материала и остаточного намагничивания, способных привести к искажениям
сигнала.

10. Измерение вибрации и обработка результатов измерений

При использовании сочетания датчиков инерционного и бесконтактного типов
абсолютную вибрацию получают векторным сложением сигналов этих датчиков.
Требования к бесконтактным датчикам и к их креплению аналогичны указанным
выше. Датчик инерционного типа жестко закрепляют на конструкции машины
(например на корпусе подшипника) как можно ближе к датчику бесконтактного
типа для того, чтобы оба датчика воспринимали одну и ту же абсолютную
вибрацию в направлении измерений со стороны опоры. Оси чувствительности
бесконтактного и инерционного датчиков должны быть параллельны, чтобы в
процессе векторного сложения сигналов этих датчиков не было дополнительных
погрешностей при измерении абсолютной вибрации.
Датчики инерционного типа (датчики скорости или акселерометры) должны быть
установлены на датчиках-зондах в радиальном направлении. Следует исключить
возможное дребезжание или заедание зонда, что может повлиять на снимаемый
сигнал датчика. Поверхность вала в месте контакта с зондом с учетом тепловых
расширений должна быть гладкой и свободной от любых отклонений в
геометрической форме, таких как шпоночные канавки или резьбы.
Рекомендуется, чтобы механические биения вала не превышали большего из
следующих значений: 25% значения виброперемещения, принятого за
допустимое, или 6 мкм. Для рабочих скоростей более 10000 мин-1 вместо 6 мкм
следует брать значение 600/