ГОСТ Р ИСО 20283-4-2017

     

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Вибрация

ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ НА СУДАХ

Часть 4

Измерения и оценка вибрации судовой пропульсивной установки

Mechanical vibration. Measurement of vibration on ships. Part 4. Measurement and evaluation of vibration of the ship propulsion machinery

ОКС 17.140.30
        47.020.01

Дата введения 2018-06-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АО "НИЦ КД") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 октября 2017 г. N 1445-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 20283-4:2012* "Вибрация. Измерения вибрации на судах. Часть 4. Измерения и оценка вибрации судовой пропульсивной установки" (ISO 20283-4:2012 "Mechanical vibration - Measurement of vibration on ships - Part 4: Measurement and evaluation of vibration of the ship propulsion machinery", IDT).

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Классификационные общества запрашивают результаты расчетов крутильных колебаний пропульсивной установки морского судна на стадии его проектирования в целях одобрения конструкции судна. В зависимости от результатов расчетов и типа пропульсивной установки для подтверждения полученных значений могут потребоваться дальнейшие исследования. Критерии оценки крутильных колебаний в явном виде установлены правилами международных классификационных обществ, а также в виде унифицированных требований Международной ассоциацией классификационных обществ (IACS), в частности в документе IACS UR М68 ([10]), где основное внимание уделено компонентам, таким как валы, зубчатые передачи, соединительные муфты, передающим крутящий момент. Требование к проведению исследований изгибных или осевых колебаний валопровода может быть выдвинуто классификационными обществами только в особых случаях, когда это диктуют конструктивные особенности судового оборудования.

Вибрация пропульсивной установки, вызываемая двигателем или гребным винтом, может достигать очень высокого уровня. В дополнение к числовым предельным значениям крутильных колебаний могут быть установлены дополнительные требования к конструкции системы, например ограничивающие переменный крутящий момент валопровода. В общем случае конструкция валопровода может допускать функционирование при наличии значительной переменной составляющей, однако указанный запрет может исходить из желания владельцев судна или управляющей компании обеспечить плавную работу движителя.

Пользователи настоящего стандарта должны иметь в виду, что для оценки результатов измерений вибрации пропульсивной установки им следует руководствоваться требованиями последних редакций унифицированных требований IACS. В Российской Федерации эти требования учтены в "Правилах классификации и постройки морских судов" Российского морского регистра судоходства.

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы проведения измерений и обработки их результатов для получения достоверных данных о вибрации пропульсивных установок морских и речных судов. Методы измерений применимы к разным видам привода (от дизельного двигателя, электродвигателя или турбины) с учетом ограничений на них.

Методы настоящего стандарта распространяются на вибрацию в установившемся режиме работы судового оборудования. Их в общем случае не следует применять к анализу переходных, быстропеременных и ударных процессов.

Методы измерений, установленные настоящим стандартом, распространяются преимущественно на определение вибрации главной энергетической установки в процессе ходовых испытаний. Те же самые или аналогичные процедуры могут быть использованы в задачах, например, контроля эксплуатационных характеристик, исследования причин повышенной вибрации или состояния элементов оборудования после ремонта. Однако при этом данные процедуры могут потребовать модификации под требования конкретных задач.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:     

ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary (Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь)

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 2041, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 свободное движение (судна) (free route): Условия движения судна с постоянной скоростью и постоянным курсом в пределах перекладки руля на левый и на правый борт 2° без изменения положения органа управления подачей топлива.

[ИСО 20283-2:2008, статья 3.3]

3.2 жесткость вибрации (vibration severity): Значения параметра или совокупности параметров, характеризующих вибрацию.

[ИСО 2041:2009, статья 2.51]

Примечание 1 - Жесткость вибрации - обобщающее понятие. Применительно к вибрации, создаваемой машинами, вместо него чаще используют термин "вибрационное состояние". В прошлом вибрационное состояние машины описывалось через параметры скорости, однако в настоящее время более распространенным является его описание через другие величины, такие как перемещение и ускорение.

________________

В настоящем стандарте по аналогии с другими стандартами, посвященными контролю вибрации машин, использован термин "вибрационное состояние".

3.3 пиковое значение (peak value): Максимальное значение величины на заданном интервале времени.

[ИСО 2041:2009, статья 2.44]

Примечание 1 - Под пиковым значением обычно понимают максимальное отклонение величины, описывающей вибрацию, от среднего значения. Максимальное (по модулю) отклонение в область положительных значений называют положительным пиковым значением, а в область отрицательных значений - отрицательным пиковым значением (см. рисунок 1).

Примечание 2 - Поскольку модули положительного и отрицательного пиковых значений для сигналов вибрации могут быть разными, под пиковым значением часто понимают половину размаха (см. 3.4).

3.4 размах (peak-to-peak value): Разность между положительным и отрицательным пиковыми значениями на заданном интервале времени.

[ИСО 2041:2009, статья 2.45]

Примечание - См. рисунок 1.

1 - пиковое значение ; 2 - размах (от - до +); 3 - среднеквадратическое значение (с.к.з.); 4 - период

Рисунок 1 - Соотношение между параметрами вибрации для гармонического сигнала u(t)

3.5 среднеквадратическое значение (r.m.s. value): Корень квадратный из суммы квадратов эффективных значений гармоник Фурье-преобразования сигнала вибрации в заданной полосе частот

Пример 1 - Во временной области среднеквадратическое значение сигнала u(t) на интервале времени от до получают по формуле (см. рисунок 1).

Пример 2 - В частотной области среднеквадратическое значение сигнала, спектр которого включает в себя N линий с амплитудами , n=1, ..., N, получают по формуле .

Примечание 1 - Формулировка данного определения основана на более общем определении спектра (ИСО 2041, статья 5.11) его адаптации к сигналам вибрации.

Примечание 2 - В случае гармонического сигнала отношение пикового значения к среднеквадратическому значению равно .

Примечание 3 - На практике в случае сигналов сложной формы и обработки их с помощью анализатора спектра представляет собой амплитуду узкополосного сигнала. Для улучшения качества сигнала (защиты от утечек спектра) применяют весовые (оконные) функции, требующие введения коэффициента В, с учетом которого формула для среднеквадратического значения приобретает вид . В зависимости от вида окна коэффициент В приобретает разные значения: В=1,5 для окна Ханна, В=3,77 для плосковершинного окна (при отсутствии окна В=1).

     4 Вибрационные испытания

4.1 Средства измерений

Преобразователи, устройства формирования сигнала и система записи должны обеспечивать проведение измерений в диапазоне частот, соответствующем измеряемому параметру вибрации с погрешностью, не превышающей ±10%. Диапазон частот измерений должны определить заинтересованные стороны, в качестве которых могут выступать судостроитель, владелец судна, классификационное общество и поставщик движителя. Как правило, для целей настоящего стандарта измерения поступательной вибрации достаточно проводить в диапазоне частот до 1000 Гц. Измерения сил или моментов сил или других величин на вращающихся частях энергетической установки достаточно проводить в диапазоне частот до 100 Гц для малооборотных двухтактных двигателей и до 400 Гц для четырехтактных двигателей (для четырехтактных двигателей верхняя граница должна быть не меньше произведения частоты вращения вала на число цилиндров). При измерениях ускорения на зубчатом редукторе верхняя граница диапазона частот может быть выше и зависит от частот зацепления зубьев.

С учетом возможной необходимости воспроизведения исходных и преобразованных сигналов в целях последующего анализа их предпочтительно записывать в электронном виде (аналоговом или цифровом). Передаточная функция измерительной цепи от преобразователя до устройств записи и воспроизведения должна быть известна и подтверждена на месте проведения измерений или в лаборатории.

Рекомендуется сохранять информацию о фазе вибрации относительно некоторого опорного значения, привязанного к источнику возбуждения. Как правило, опорное значение определяют с помощью маркера, указывающего на фазу цикла двигателя (например, нахождение поршня в верхней мертвой точке цилиндра N 1), но в некоторых особых случаях также важно знать фазу сигнала относительно углового положения гребного винта.

4.2 Условия испытаний

Для обеспечения повторяемости результатов испытаний в целях определения вибрационных характеристик судовой установки их проводят в установившемся режиме работы при следующих условиях:

a) условия нагружения судовой установки во время испытаний максимально близки к номинальным как минимум в части балласта, определенного для ходовых испытаний, и полного погружения гребного винта;

b) глубина воды не менее чем в пять раз превышает осадку судна. Любые отклонения от этого требования должны быть согласованы сторонами и отражены в протоколе испытаний;

c) судно совершает свободное движение;

d) отсутствуют сильные удары встречных волн, а максимальное волнение равно:

- 1 балл для маломерных судов,

- 2 балла для малых кораблей (длиной менее 100 м),

- 3 балла для крупных кораблей (длиной не менее 100 м);

e) двигатель работает в нормальном режиме. Для некоторых видов измерений и некоторых судовых установок по согласованию сторон проводят дополнительные измерения в режиме работы двигателя отличном от нормального;

f) для установок более сложной конструкции, включающей в себя несколько двигателей, перед проведением измерений подлежащие исследованиям режимы работы должны быть согласованы сторонами. При этом может оказаться необходимым соблюсти требования классификационных обществ (например, проводить измерения крутильных колебаний в режимах работы с одним и двумя двигателями, если эти двигатели работают на одном валу, или измерения в нормальном и аварийном режимах для установок со знаком резервирования).

4.3 Правила проведения испытаний

4.3.1 Общие положения

Каждый измерительный канал проверяют на надежность соединений и правильность работы. Тензометрические датчики обычно калибруют после их установки на месте электрическим сигналом.

Если сторонами согласовано одновременное измерение механических колебаний разных видов (крутильных, изгибных, осевых, поперечных), то рекомендуется либо использовать технику синхронного многоканального хранения данных, либо сохранять данные о фазе измерения в каждом канале.

4.3.2 Измерения в установившемся режиме

Сбор данных в установившемся режиме в условиях, указанных в 4.2, осуществляют одним из следующих способов.

a) Фиксируют результаты измерений в режиме с постоянной частотой вращения, ступенчато изменяя ее с равным шагом по всему диапазону изменений от минимального до номинального (максимального) значения. Число шагов должно быть таким, чтобы позволить провести запись вибрации с заданной точностью. В качестве общего руководства рекомендуется изменять частоты вращения с шагом приблизительно 5% ширины всего диапазона ее изменения, уменьшая значение шага или переходя к плавному изменению частоты вращения [см. перечисление b)] в окрестностях резонансов.