Файл: Попков, В. И. Виброакустическая диагностика и снижение виброактивности судовых механизмов.pdf

частотной характеристики действующей податливости со спектром вибраций позволяет четко установить, какие собственные частоты следует отстраивать от частот действующих сил, гарантируя при этом снижение вибрации агрегата. Для рассматриваемого агрегата, например, выявилась необходимость в первую очередь изменить конструкцию корпуса насоса с целью исключения резонансных

колебаний на частоте 350 Гц, обусловленных действием лопаточной составляющей гидродинамических сил.

Согласно уравнениям (4.4) и (4.6), определению податливости должно предшествовать определение вибрационных сил, действую­ щих на конструкции. Измерение действующей податливости можно выполнить с помощью устройства, блок-схема которого приведена на рис. 54. Измерение Мд производят на неработающем агрегате. При этом можно использовать принцип взаимности [60]. Тогда в процессе замеров вибратор устанавливают в контрольной точке опорной поверхности агрегата. Направление действующего со сто­ роны вибратора усилия соответствует направлению контроля виб­ раций агрегата при его работе. При измерении Мд на дискретных частотах на вибратор подают гармоническое напряжение, а при

измерении в полосе частот — напряжение со спектром в виде узко­ полосного белого шума с шириной полосы, соответствующей полосе контроля вибраций агрегата. В точках приложения и по направле­ ниям сил, действующих на конструкцию корпуса при работе агре­ гата, располагаются датчики ускорений. Сигналы с этих датчиков поступают на предварительные усилители, коэффициенты усиле­ ния которых на каждой из частот регулируются для выполнения равенства

IkH __~k

= а я

где %*, Хо — чувствительности датчиков, установленных соответ­ ственно в точке й и в опорной точке агрегата; kk, k 0— коэффициенты усиления включенных с упомянутыми датчиками предварительных усилителей.

Мгновенные значения сигналов, поступающих с предваритель­ ных усилителей, при измерении действующей податливости на дискретных частотах складываются суммирующим устройством. При определении действующей податливости в полосе частот сигналы с предварительных усилителей поступают на суммирующее устрой­ ство через соответствующие каждому предварительному усилителю квадратичные детекторы. Далее, для получения частотной характе­ ристики Мд сигналы с датчика силы и суммарный сигнал ускорения обрабатывают с помощью трактов, блок-схемы которых изображены на рис. 46 (гармонические колебания) и рис. 52 (стационарные случайные колебания в полосе частот).

Преимущество способа определения Л4Д, основанного на принципе взаимности, заключается в возможности возбуждения конструкции в одной точке при измерении отклика в нескольких точках (а не наоборот, 4 7 0 гораздо сложнее).

Параметр Мд позволяет оценить влияние конструктивного испол­ нения корпуса на уровни вибрации одного района (точки) опорной поверхности корпуса с учетом • особенности действующей системы

сил (для п-го участка Мд). При значительной протяженности опор­ ной поверхности механизма или блочного агрегата для характери­ стики резонансных (вибропроводящих) свойств всего агрегата дан­ ных о М" зачастую недостаточно. Вибропроводящие свойства кон­

струкций с учетом особенностей действующей системы сил и инер- ционно-жесткостных характеристик по всему периметру опоры оценивают по величине колебательной энергии, излучаемой в опор­ ные связи и поглощаемой в конструкциях корпуса, или по средней действующей податливости

где т — число обследованных по периметру опоры участков меха­ низма;

М д— действующая податливость применительно к n-му участку опорной поверхности механизма.

130

Измерение поглощаемой в корпусе механизма колебательной энергии и ее потока в опорные связи производят при возбуждении конструкций корпуса вибраторами в районе действия сил при работе механизма. Для определения потока энергии в опорные связи заме­ ряют отклик в нескольких точках, равномерно расположенных по периметру опорной поверхности, затем [см. формулу (2.10) ] сум­ мируют квадраты эффективных значений скоростей вибрации точек опоры механизма с учетом активного сопротивления амортизации. В некоторых случаях частотные характеристики излучаемой в опор­ ные связи мощности получают автоматически. Это возможно, когда действующие на корпус силы достаточно легко имитируются вибра­ торами одновременно с учетом соотношения их амплитуд и фаз. Блок-схема измерительного устройства приведена на рис. 55. Если определяют характеристику корпуса механизма, установленного на однотипные амортизаторы, и учитывают только однонаправленные составляющие колебаний, то амплитудно- и фазорегулирующие усилители в тракте измерения вибрации вводят коррекцию только на разность чувствительности датчиков. При определении частот­ ной характеристики колебательной мощности, излучаемой несколь­ кими составляющими вибрации, коэффициенты усиления k этих усилителей дополнительно регулируются до выполнения равенства

ЩReZf/'a = kf Re Z/Д.

Для определения поглощаемой в конструкциях корпуса коле­ бательной энергии дополнительно измеряют мощность, излучае­ мую вибраторами. По разности мощностей, излучаемых вибраторами в конструкции корпуса и в опорные связи, вычисляют энергию, поглощаемую в механизме.

§18 Поток колебательной энергии

как критерий виброактивности механизмов

По колебательной мощности производят сравнение виброактивности механизмов различных принципов дей­ ствия, типа, весов, габарита и места установки. Это затруднительно сделать по данным о вибрации. Дело в том, что развиваемые в ра­ бочих узлах силы тратятся на преодоление механических сопро­ тивлений собственных конструкций и присоединенных амортизаторов, фундаментов. При значительных массах и габаритах механизма и фундамента даже большие силы возбуждают вблизи механизма вибрацию, не превышающую по уровням вибрацию малых механиз­ мов на податливых фундаментах [60].

На рис. 56 приведены спектрограммы вибрации электродвига­ теля и судового редуктора, а также дизеля и газовой турбины. Видно, что вибрация редуктора примерно равна вибрации электро­ двигателя. В то же время очевидно, что редуктор обладает гораздо большей виброактивностью. Сравнение спектрограмм на рис. 57

132

излучаемых колебательных мощностей подтверждает это. Редуктор излучает на два-три порядка большую колебательную мощность. Сопоставление колебательной мощности, излучаемой дизелем и газо­ вой турбиной (рис. 58), показывает предпочтительность использо-

\о

\к/ у

/>

/

Вибрационную целесообразность и оптимальность принципа дей­ ствия механизма наглядно оценивают с помощью коэффициента

механизмов роторного и шатунно-поршневого принципов действия. По спектру колебательной мощности, излучаемой механизмом, можно установить, какой источник (рабочий узел или процесс), является основным. Например, у электродвигателя и газовой тур­ бины (см. рис. 57 и 58) основное излучение происходит на частоте

вращения ротора от сил его неуравновешенности.

Работающие судовые механизмы возбуждают линейные и пово­ ротные вибрации. При разработке рекомендаций по снижению

133

виброактивности механизмов важно установить, какую из составляю­ щих необходимо снижать в первую очередь. Если учесть разноразмерность линейных и поворотных вибраций, а также различие сопротивлений опорных конструкций по отношению к силам раз­ личных направлений, становится очевидным, что ответ на этот вопрос удается дать только после измерения составляющих коле­ бательной мощности, излучаемой механизмом. Результаты измере­ ний колебательной мощности показывают, что применительно к су­ довым механизмам нет какого-то одного вида воздействия па опоры.

Wj / Wz , %

Рис. 59. Частотные характеристики отношения

1 — дизель-генератор; 2 — электродвигатель; 3 — генератор; 4 — газовая турбина; 5 — паровая турбина; 6 — редуктор; 7 — дизель.

определяющего излучение энергии. В каждом частном случае в зави­ симости от конструктивных особенностей механизма и системы действующих в рабочих узлах сил составляющие вибрации имеют различную значимость.

На рис. 59 для ряда судовых механизмов приведены частотные характеристики отношения колебательной мощности W3, излучае­

ния в долях от полной излучаемой мощности. В отдельных областях частот у судовых, механизмов возможны случаи, когда при интен­ сивном потоке энергии в опоры наблюдается практическое отсутствие излучения мощности от действия нормальных опорам сил.

На низких частотах излучение колебательной энергии происхо­ дит в основном при возбуждении линейных вибраций трех взаимно перпендикулярных направлений. На рис. 60 приведены получен­ ные экспериментально частотные характеристики отношения коле­ бательной мощности Wр, излучаемой при возбуждении линейных

13.4

составляющих вибрации, к полной излучаемой мощности. Видно, что до 1000—2000 Гц WF составляет примерно 80% полной мощности. На более высоких частотах излучение за счет сил перестает быть определяющим. Растет доля работы, производимой моментами. Объяснить это можно тем, что на низких частотах даже при чисто поворотных колебаниях механизма поступательное перемещение участков крепления амортизаторов равно произведению поворот-

WrlW.,%

ной составляющей на плечо h от мгновенного центра поворота до района крепления амортизатора. Тогда

WF . . R eZF

~ ReZM '

На низких частотах большие участки корпуса механизма коле­ блются как целое и h2 является величиной не менее второго порядка,

В связи с этим доля энергии, излучаемой при возбуждении пово­ ротных колебаний, возрастает с увеличением частоты.

На рис. 61 приведены спектрограммы колебательных мощностей, излучаемых электродвигателем при возбуждении различных соста­ вляющих вибрации.

Пример. Определим, при возбуждении какой составляющей вибрации на ча­ стоте 5000 Гц происходит основное излучение колебательной энергии электродвига­ телем. Электродвигатель установлен на шести (/и = 6 ) идентичных амортизаторах.

135