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

Уровни действительных частей входных сопротивлений на частоте 5000 Гц

Рис. 61. Спектрограммы колебательных мощностей, излучаемых электродви­ гателем.

Уровни вибрации механизма в районе амортизаторов

Опорная пластина амортизатора на частоте 5000 Гц совершает независимые колебания по всем шести обобщенным координатам.

136

Уровни колебательных мощностей, излучаемых механизмом при возбуждении отдельных составляющих вибрации [см. уравнение (2.13)],

Таким образом, основная энергия па частоте 5000 Гц излучается механизмом при возбуждении поворотной составляющей вибрации ср, направленной вдоль оси х.

Информацию об излучаемых колебательных мощностях можно с успехом использовать при определении механизмов—основных источников виброактивности блочных агрегатов. Важной особен­ ностью диагностики блочных агрегатов с помощью колебательной энергии является выявление причин вибрации не только на отдель­ ных частотах, но и в полосе частот. Определение механизма — основ­ ного источника производится двумя способами:

— по соотношению величин колебательных мощностей, излу­ чаемых отдельными механизмами в рамные конструкции; очевидно, если на одной частоте или в одной полосе частот два-три механизма блочного агрегата излучают энергию, то механизм, излучающий большую энергию, является основным источником;

— по направлению потока колебательной энергии (из механизма или в механизм).

Суммарный поток энергии может быть направлен внутрь меха­ низма (через сечение его контакта с рамными конструкциями), если этот механизм не излучает на данных частотах или его излуче­ ние гораздо меньше излучения соседнего механизма. Направление потока энергии можно определить по знаку среднего во времени произведения электрических сигналов датчиков силы и скорости, установленных в болтовых соединениях крепления механизма к раме, или по знаку косинуса угла сдвига фаз и действительной части коэффициента корреляции между сигналами с датчиков силы и ско­ рости. При действии силы со стороны механизма угол сдвига фаз между силой и скоростью лежит в пределах первой или четвертой четверти. Поэтому косинус угла сдвига фаз между ними и действи­ тельная часть коэффициента корреляции (а следовательно, и сред­ нее во времени произведение силы на скорость) имеют положитель­ ное значение. Установленный в болтовом соединении пьезоэлектри­ ческий датчик силы обладает той особенностью, что вырабатывае­ мый им электрический сигнал изменяет полярность при действии силы не со стороны механизма, а со стороны рамы. В результате

при действии силы со стороны рамы знак cos aQq,- R eR Q-q и Q?- изме­ няется на отрицательный. Измеритель колебательной мощности ИКМ позволяет фиксировать знак произведения сигналов с датчиков силы и скорости и тем самым определять направление потока энергии.

137

Пример. Блочный агрегат имеет турбину, редуктор и генератор (турборедукторный генератор). Определим, какой из этих трех механизмов является основным

источником в полосе частот от 1500 до 1750 Гц. Скорость вибрации турбины qT, эфф =

Таким образом, источниками излучения колебаний являются турбина и ре­ дуктор. Основную часть энергии излучает турбина. Проходящий через опорный фла­ нец генератора поток энергии направлен в механизм. Генератор в этом диапазоне частот только поглощает (как пассивный элемент) часть энергии, излучаемой тур­ биной и редуктором.

Большинство рассмотренных ранее мето­ дов позволяет при комплексном их использовании достаточно точно выявлять причины вибрации механизмов. Однако при иссле­ довании сложных по составу и протяженных механизмов или агре­ гатов все же не удается надежно выявить основные источники вибра­ ции. Затруднения возникают, когда рабочие узлы механизмов или агрегатов развивают гармонические усилия на одинаковых частотах (или стационарные случайные силовые возмущения в одинаковых полосах частот) при примерном равенстве переходных сопротивлений конструкций от мест возникновения сил до опорных поверхностей. В то же время без четкой конкретизации значимости многочислен­ ных источников таких механизмов и агрегатов трудно разработать эффективные мероприятия по снижению их шумности.

Количественную оценку влияния на уровни вибрации сложных механизмов каждой из сил, возникающих с одинаковыми частотами в различных рабочих узлах, можно производить методом взаимных спектров и механических сопротивлений [60], который основан на использовании связи между энергетическими спектрами колебатель­

138

механизма сил

in G

к= 1 р= 1 /=1 v = 1

/.•=£р /+V

где т — число возмущающих сил; s(Q*, Qf), s(Qf, QZ) — энерге­

тические и взаимные спектры возмущающих сил Qf (со) и Qv (со). Доля спектральной плотности вибрации cf (со), обусловленная

силой Qf (со),

порциоиальны вибрациям, обусловленным действием каждой из сил при отсутствиии между ними корреляционной связи. Коэффициенты

B/v (со) характеризуют степень влияния корреляционной связи между силами на уровень вибрации механизма.

Сравнительная оценка степени влияния возмущающих сил на вибрацию в заданной точке корпуса механизма или агрегата сво­ дится к определению соотношения отдельных произведений правой части уравнения (4.7) и их суммы. Энергетические и взаимные спектры позволяют количественно в относительных единицах или процентах оценить долю вибрации, обусловленной действием каждой из сил. При выводе уравнения (4.7) были получены зависимости во времени скорости вибрации от сил и переходных (импульсных) характеристик конструкций, затем определена функция корреляции и энергети­ ческой и взаимной спектральной плотности вибрации. По податли­ вости конструкций и взаимным спектрам возмущающих сил можно определить долю вибрации, обусловленную каждой силой без учета и с учетом их взаимной корреляции. Если исследователь не распо­ лагает всеми указанными характеристиками, задача решается при­

ближенно при допущении, что составляющие вибрации qf (со) в точ­ ках действия сил определяются соответствующими составляющими

139

возмущающих сил, т. е.

q f N = Q i N м п’ (“ ).

» ( « / * , * 7 )

* ( Q i , Q i ) = Mff (со)|2 ’

s(Qf, Q ") М^(со)М^(со)'

Такое допущение обычно справедливо для частот выше 100 Гц, когда судовые механизмы и агрегаты уже не колеблются как целое. Тогда выражения (4.7) и (4.8) запишутся следующим образом:

V —1

р Ф к

(4.10)

;(q?, ?;-‘)^(co)M ^(co) .

Взаимные спектры вибрационной скорости измеряют при работе механизма. Коэффициенты отношения податливостей, характери­ зующие свойства конструкций, либо измеряют, либо рассчитывают по данным о взаимных спектрах вибрации из системы уравнений вида

Математически взаимная спектральная плотность двух вибра­ ционных (или силовых) процессов определяется как преобразование Фурье от функции взаимной корреляции этих процессов. Энергети­

ческая спектральная плотностьs{qf, qi) процесса qi (а) вещественна,

взаимная спектральная плотность s (qi, qf) процессов qf (со) и qf (со) имеет комплексный характер, т. е.

s(q1, 4 t ) = Res(p? , qf ) + j l m s ( q t , qf).

140

Вещественная часть является четной функцией, а мнимая — нечетной. Комплексность взаимной спектральной плотности объ­ ясняется тем, что она несет информацию о фазовой связи между процессами qf (со) и qf (со).

Измерение взаимных спектров производят с помощью тракта, блок-схема которого изображена на рис. 62. После усиления сигналы анализируют двухканальным синфазным анализатором. Действи­ тельную часть взаимной спектральной плотности исследуемых про­ цессов определяют перемножением напряжения с выходов обоих каналов анализатора и усреднением результата. Для определения мнимой части перед операцией перемножения сдвигают по фазе на

90° выходное напряжение какого-либо канала. Сдвиг осуществляют фазовращателем. Затем этот сигнал перемножают с сигналом на вы­ ходе другого канала, а результат усредняют. В качестве измерителей -взаимных спектров используют приборы, предназначенные для измерения колебательной мощности (ИКМ, анализаторы типа 2020 фирмы Брюль и Кьер, корреляторы фирмы Диза и т. д.).

Если спектральная плотность s (qf, qf) постоянна в полосе про­ пускания анализатора Дсо, то в приведенных уравнениях допустимо использовать данные измерения комплексных взаимных спектров в полосе частот s - • (Доз),

Исследования показывают, что на практике для приближенных расчетов достаточно измерять взаимные спектры в полосе, суженной до 1/в октавы.

При стационарном случайном характере силовых процессов в диа­ пазоне средних и высоких частот корреляционная связь между раз­ личными рабочими узлами обычно отсутствует. В таких случаях

долю спектральной плотности вибрации механизма cf (Доз), обусло-

141