ГОСТ Р ИСО 20816-4-2022 Вибрация. Измерения вибрации и оценка вибрационного состояния машин. Часть 4. Газовые турбины с гидравлическими подшипниками мощностью свыше 3 МВт

Приложение D

(справочное)

Применимость критерия в виде постоянного значения скорости вибрации для машин с низкими частотами вращения

В настоящем приложении дано обоснование нежелательности применения критериев, основанных на измерении скорости вибрации, в случае машин с низкочастотной вибрацией. Для низкоскоростных машин более подходящими могут оказаться критерии, основанные на измерении перемещения, с использованием соответствующих средств измерений. Такие критерии, однако, не рассматриваются в настоящем стандарте.

Предложение использовать скорость вибрации, измеренной на невращающихся частях машины, в качестве основы для описания ее вибрационного состояния было сформулировано на основе обобщения результатов многочисленных испытаний (см., например, пионерскую работу [13]) с учетом некоторых физических соображений. В связи с этим в течение многих лет считалось, что машины эквивалентны с точки зрения состояния и воздействия на них вибрации, если для них совпадают результаты измерения среднеквадратичного значения скорости вибрации в диапазоне частот от 10 до 1000 Гц. Преимущество такого подхода заключалось в возможности использовать одни и те же критерии вибрационного состояния вне зависимости от частотного состава вибрации или частоты вращения машины. И наоборот, использование в качестве основы для оценки вибрационного состояния перемещения или ускорения привело бы к необходимости строить частотно-зависимые критерии, поскольку отношение перемещения к скорости обратно пропорционально частоте вибрации, а отношение ускорения к скорости ей прямо пропорционально.

Однако в областях низких и высоких частот использование критерия в виде постоянного значения скорости становится нежелательным, поскольку на этих частотах в большей степени проявляют себя величины перемещения и ускорения соответственно.

Отношение ускорения вибрации к скорости прямо пропорционально частоте, следовательно, при использовании критерия постоянной скорости для вибрации, в которой преобладают высокие частоты, допустимые значения ускорения становились бы чрезмерно большими. Однако для газовых турбин появление в спектре значимых высокочастотных составляющих обычно нехарактерно, что позволяет не принимать во внимание ускорение вибрации. Вместе с тем высокочастотная вибрация характерна для дефектов подшипников качения и зубчатых колес, поэтому при контроле состояния таких узлов необходимо рассматривать ускорение вибрации и задавать для него соответствующие критерии.

В свою очередь, отношение перемещения вибрации к скорости обратно пропорционально частоте, поэтому при использовании критерия постоянной скорости в случае низкочастотной вибрации неприемлемо высокими могут оказаться значения перемещения. На рисунке D.1 показано, как при постоянном среднеквадратичном значении скорости 4,5 мм/с возрастает размах перемещения составляющей вибрации на частоте вращения (например, вызванной дисбалансом ротора) при изменении частоты вращения от 3600 мин до более низких значений.

     n - частота вращения, мин; s - размах перемещения, мкм

     Рисунок D.1 - Изменение составляющей перемещения на частоте вращения ротора при ее уменьшении с сохранением постоянного среднеквадратичного значения скорости вибрации 4,5 мм/с

Рисунок D.1 отражает простое математическое соотношение между постоянной скоростью и переменным перемещением на разных частотах вращения. Но вместе с тем он показывает, как использование критерия в виде постоянного значения скорости способно привести к росту перемещения подшипниковой опоры с уменьшением частоты вращения. Хотя динамические силы, действующие на подшипник, остаются при этом в допустимых пределах, значительные перемещения корпуса подшипника могут оказать негативное влияние на соединенные с ним элементы машины, например маслопровод.

Кривую, изображенную на рисунке D.1, не следует путать с кривой отклика во время разгона и выбега, для которой, за исключением областей вблизи резонансов (критических частот вращения), скорость вибрации обычно уменьшается с уменьшением частоты вращения. На практике если скорость вибрации на рабочей частоте вращения находится в допустимых пределах, то на более низких частотах вращения она будет снижаться и соответствующее ей перемещение на низких частотах также будет оставаться на допустимом уровне. Поэтому если при низкой частоте вращения во время разгона зафиксировано большое значение скорости, то даже в случае, когда она остается ниже пороговых значений, установленных настоящим стандартом, и особенно если скорость вибрации существенно выше той, что наблюдалась во время предшествующих пусков машины, следует принять меры, чтобы понять причины возросших перемещений, и определить, можно ли безопасно продолжать увеличивать частоту вращения (см. 5.2.4.3).

Примечание - Если требуется провести измерения с применением преобразователя скорости для вибрации со значительными частотными составляющими ниже 10 Гц, то важно, чтобы на этих частотах характеристика преобразователя была линейной (см. [2]).