ГОСТ Р ИСО 7919-1-99 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибраций на вращающихся валах. Общие требования

ПРИЛОЖЕНИЕ В
(рекомендуемое)

Определение измеряемых параметров

B.1 Причины вибрации вала

Колебания любой части вращающегося вала характеризуются траекторией движения центральной точки соответствующего сечения вала. Типичная траектория движения приведена на рисунке B.1. Форма траектории зависит от динамических характеристик вала, подшипников и опор подшипников или фундамента, положения рассматриваемой части вала вдоль оси ротора и вида сил, возбуждающих вибрацию. Например, если вынуждающая сила действует на какой-то одной частоте, траектория имеет форму эллипса, который при определенных обстоятельствах может превращаться в окружность или отрезок прямой, а время, требующееся центральной точке вала для совершения одного полного оборота по эллипсу, равно периоду действия вынуждающей силы. Одна из наиболее важных причин вибрации - дисбаланс ротора; в этом случае частота возбуждения равна частоте вращения вала. Однако возбуждение может быть вызвано и другими причинами, например асимметричностью поперечного сечения ротора; при этом возбуждение происходит на частотах, кратных частоте вращения. Если вибрация является следствием, например, действия неустойчивого самовозбуждения, вид траектории уже не будет таким простым, а может изменяться от периода к периоду и не обязательно представлять собой сумму гармоник какой-либо частоты. В общем случае причиной вибрации может быть множество факторов, что обусловливает появление траектории сложной формы, представляющей собой векторную сумму откликов на действие каждой вынуждающей силы.

О - среднее положение траектории; К - мгновенное положение центра вала; - средние значения перемещения вала; , - изменяющиеся со временем значения перемещения вала

Рисунок В.1 - Траектория движения вала

В.2 Измерения вибрации вала

Для любого участка оси вала траектория движения может быть определена по результатам измерений с помощью двух датчиков вибрации, установленных в разных радиальных плоскостях под углом 90° друг к другу (разнесение на 90° является предпочтительным, однако небольшие отступления от этого значения не приведут к серьезным ошибкам). Если угол между осями чувствительности датчиков существенно отличается от 90°, необходимо осуществить векторное разложение результатов измерений по ортогональным направлениям. Если посредством датчика измеряют абсолютную вибрацию, получаемая траектория будет представлять собой абсолютную траекторию вала, не зависящую от вибрации невращающихся частей машины. Если посредством датчика измеряют относительную вибрацию, получаемая траектория будет представлять собой траекторию вала относительно той части конструкции машины, на которой установлен датчик.

В.3 Измеряемые параметры

В.3.1 Среднее положение вала

Среднее значение виброперемещения вала (), определяемое в системе двух заданных ортогональных координатных осей относительно некоторой точки отсчета (рисунок B.1), получают в результате интегрирования перемещения по времени

,                                                          (B.1)

     
,                                                       (В.2)

где и - изменяющиеся со временем значения перемещения относительно центра координат;

() - период времени, много больший периода самой низкочастотной составляющей вибрации.

В случае измерений абсолютной вибрации центр координат представляет собой точку, фиксированную в пространстве. Для относительной вибрации эта точка соответствует среднему значению положения центральной точки вала относительно невращающейся часта машины в месте, где проводят измерения. Изменения положения центра координат могут быть обусловлены рядом факторов, среди которых изменение положения подшипника (фундамента), изменение характеристик слоя смазки в подшипнике и т.д., и происходят, как правило, более медленно по сравнению с периодами частотных составляющих и .

Следует отметить, что в общем случае полученное в результате интегрирования по времени среднее положение по каждому из направлений отличается от полусуммы максимального и минимального перемещений (рисунок В.2). Но если вибрация вала содержит единственную частотную составляющую и изменяется по синусоидальному закону, траектория центра вала будет эллиптической и среднее по времени значение в любом направлении измерений будет совпадать с полусуммой максимального и минимального перемещений.

В.3.2 Размах виброперемещения

Параметрами, представляющими первоочередной интерес при измерениях вибрации вала, являются т.е., которые описывают форму его траектории. На рисунке В.2 изображены траектория движения вала и сигналы вибрации, измеренные с помощью двух датчиков А и В, расположенных под углом 90° друг к другу.

х, у - неподвижная система координат; О - среднее по времени положение траектории орбиты; - средние значения перемещений вала; К - мгновенное положение центра вала; Р - положение вала при его максимальном отклонении от среднего положения; - мгновенное значение перемещения вала; - максимальное отклонение вала от среднего положения; , - мгновенные значения перемещений в направлениях измерений датчиков А и В соответственно; - максимальное значение размаха перемещения; , - размах перемещения вала в направлениях измерений датчиков А и В

Рисунок В.2 - Сигналы вибрации, соответствующие определенной траектории движения вала

Мгновенное значение перемещения вала относительно среднего положения и мгновенные значения его проекций в плоскости датчиков А и В, и связаны между собой соотношением

.                                                                    (В.3)

Значения , и будут изменяться во времени вместе с движением центра вала по траектории, и соответствующим образом будет изменяться сигнал на выходе каждого датчика.

Примечание - Если траектория представляет собой эллипс, сигналы с датчиков будут чистыми синусоидами одной частоты.

Размах перемещения в плоскости датчика A, определяют как разность между максимальным и минимальным перемещениями, измеренными этим датчиком. То же самое можно сказать в отношении параметра для датчика В. Ясно, что значения и не будут равны и в общем случае будут отличаться от аналогичных измерений, сделанных в других радиальных направлениях. Таким образом, значение размаха перемещения зависит от направления, в котором проводят измерение.

Поскольку измеряемые параметры не зависят от абсолютного значения среднего положения вала, в измерениях среднего положения нет необходимости.