Государственная система обеспечения
единства измерений

КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ, ИЗЛУЧАЕМАЯ
МАШИНАМИ В ПРИСОЕДИНЕННЫЕ ОПОРНЫЕ
КОНСТРУКЦИИ

Часть 2

Методика выполнения косвенных измерений

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева» (ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева») Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии и Федеральным государственным унитарным предприятием Государственным научным центром Российской Федерации «Центральный научно-исследовательский институт им. академика А.Н. Крылова» (ФГУП «ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова»)

2 ВНЕСЕН Управлением метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 июля 2009 г. № 255-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «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

СОДЕРЖАНИЕ

ГОСТ Р 8.653-2009

Государственная система обеспечения единства измерений

КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ, ИЗЛУЧАЕМАЯ МАШИНАМИ
В ПРИСОЕДИНЕННЫЕ ОПОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Часть 2

Методика выполнения косвенных измерений

State system for ensuring the uniformity of measurements.

Mechanical vibration and shock. Measurement of vibration power flow from machines into connected support structures.

Дата введения - 2010-01-01

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт устанавливает методику выполнения измерений (далее - методика измерений) колебательной мощности, излучаемой механизмами, установками, оборудованием, трубопроводами (далее - машина) в виброизоляторы, расположенные между машиной и присоединенными опорными конструкциями (далее - фундамент), и через виброизоляторы в фундамент, при стационарном случайном вибрационном процессе.

1.2 В настоящем стандарте использован косвенный метод определения колебательной мощности, излучаемой машиной, по результатам обработки электрических сигналов, поступающих с электромеханических преобразователей (датчиков), фиксирующих скорость (или ускорение) вибрации на входе и выходе виброизоляторов машины, а также на основе информации о входных и передаточных механических сопротивлениях виброизоляторов.

1.3 Настоящий стандарт устанавливает методику измерений шести составляющих колебательной мощности, излучаемой машиной в виде трех линейных (поступательных) и трех поворотных составляющих вибрации.

1.4 Методика измерений с помощью косвенного метода, установленная настоящим стандартом, предусматривает:

- работу машины в стационарном режиме;

- установку датчиков вибрации на входе и выходе виброизоляторов, соединяющих машину с фундаментом;

- измерение действительной и мнимой частей взаимных спектров вибрации на входе и выходе виброизоляторов.

Результаты измерений излучаемой колебательной мощности могут быть использованы в целях:

а) определения и сравнения виброактивности машин различных принципов действия, типов, масс и габаритных размеров в конкретных условиях эксплуатации;

б) разработки технических требований к допустимой вибрации машин;

в) разработки предложений по контролю вибрации машин и условий проведения этого контроля;

г) решения задач виброакустической диагностики машин и их виброакустической защиты;

д) разработки мероприятий по уменьшению виброактивности машин и повышению эффективности виброакустической защиты машин.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.2.007.0-75 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

ГОСТ ИСО 5348-2002 Вибрация и удар. Механическое крепление акселерометров

ГОСТ 16819-71 Приборы виброизмерительные. Термины и определения

ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения

ГОСТ 24347-80 Вибрация. Обозначения и единицы величин

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения и обозначения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 16819, ГОСТ 24346, 24347, рекомендациям по метрологии [1], а также следующие термины с соответствующими определениями и обозначениями:

3.1 косвенный метод: Метод измерения колебательной мощности, излучаемой машиной, по результатам измерений взаимных спектров вибрации на входе и выходе виброизоляторов и на основе информации о механических сопротивлениях виброизоляторов машины.

3.2 виброизолятор: Устройство, одной из функций которого является уменьшение передачи колебаний в определенном диапазоне частот.

3.3 линейность: Свойство виброизолятора, проявляющееся в случае, когда его динамическое поведение удовлетворяет принципу суперпозиции.

3.4 вектор скорости вибрации : Вектор, содержащий шесть составляющих скорости вибрации (три линейные и три поворотные), направленных вдоль координатных осей x, y и z.

3.5 линейные составляющие скорости вибрации : Линейные (поступательные) составляющие (i = 1, 2, 3) скорости вибрации, направленные вдоль координатных осей x, y и z соответственно.

3.6 поворотные составляющие скорости вибрации φ, Ψ, Θ, (): Поворотные составляющие (i = 4, 5, 6) скорости вибрации, направленные вдоль координатных осей x, y и z соответственно.

3.7 составляющие ускорения вибрации : Линейные (i = 1, 2, 3) и поворотные (i = 4, 5, 6) составляющие ускорения вибрации, направленные вдоль координатных осей x, y и z соответственно.

3.8 вектор силы F: Вектор возмущающей силы, содержащий шесть составляющих (три линейные силы и три момента силы), направленных вдоль координатных осей x, y и z соответственно.

3.9 линейные составляющие силы F_i: Линейные составляющие возмущающей силы (i = 1, 2, 3), направленные вдоль координатных осей х, у и z соответственно.

3.10 составляющие момента силы : Составляющие момента возмущающей силы (i = 4, 5, 6), направленные вдоль координатных осей x, y и z соответственно.

3.11 вектор силы, приложенной к n-му виброизолятору Fⁿ: Вектор возмущающей силы, приложенной к n-му виброизолятору (матрица - столбец), содержащий шесть составляющих (три линейные силы и три момента силы), направленных вдоль координатных осей x, y и z соответственно.

3.12 составляющие силы, приложенной к n-му виброизолятору : Составляющие возмущающей силы (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6), приложенной к n-му виброизолятору.

3.13 вектор скорости вибрации n-го виброизолятора : Вектор скорости вибрации n-го виброизолятора (матрица - столбец), содержащий шесть составляющих (три линейные и три поворотные), направленных вдоль координатных осей x, y и z.

3.14 составляющие скорости вибрации в точке : Составляющие (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) скорости вибрации в месте крепления n-го виброизолятора.

3.15 составляющие ускорения вибрации в точке : Составляющие (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) ускорения вибрации в месте крепления n-го виброизолятора.

3.16 составляющие скорости вибрации машины и фундамента  и : Составляющие скорости вибрации машины и фундамента в месте крепления n-го виброизолятора.

3.17 составляющие ускорения вибрации машины и фундамента  и : Составляющие ускорения вибрации машины и фундамента в месте крепления n-го виброизолятора.

3.18 составляющие силы, приложенной к n-му виброизолятору со стороны машины : Составляющие возмущающей силы (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6), приложенной со стороны машины к n-му виброизолятору.

3.19 составляющие силы, приложенной к фундаменту : Составляющие возмущающей силы (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6), приложенной к фундаменту через n-й виброизолятор.

3.20 матрица механических сопротивлений виброизолятора [Z]: Матрица частотно-зависимых комплексных механических сопротивлений виброизолятора.

3.21 матрица входных и выходных механических сопротивлений виброизолятора [Z_вх] и [Z_вых]: Матрица входных и выходных частотно-зависимых комплексных механических сопротивлений виброизолятора.

3.22 матрица передаточных механических сопротивлений виброизолятора : Матрица передаточных частотно-зависимых комплексных механических сопротивлений виброизолятора.

3.23 входное механическое сопротивление виброизолятора Z_вхij: Частотно-зависимое комплексное отношение силы, приложенной ко входу отдельного виброизолятора в i-м направлении, к j-й составляющей скорости вибрации на входе виброизолятора при условии, что остальные пять составляющих вибрации на входе виброизолятора и шесть составляющих вибрации на его выходе блокированы, т.е. равны нулю.

3.24 выходное механическое сопротивление виброизолятора Z_выхij: Частотно-зависимое комплексное отношение силы, приложенной к выходу отдельного виброизолятора в i-м направлении, к j-й составляющей скорости вибрации на выходе виброизолятора при условии, что остальные шесть составляющих вибрации на входе виброизолятора и пять составляющих вибрации на его выходе блокированы, т.е. равны нулю.

3.25 передаточное механическое сопротивление виброизолятора Z_передij; (Z_{вх, выхij}; Z_{вых, вхij}): Частотно-зависимое комплексное отношение силы, приложенной к блокированному выходу (входу) отдельного виброизолятора в i-м направлении, к j-й составляющей скорости вибрации на входе (выходе) виброизолятора при условии, что остальные пять составляющих вибрации на входе (выходе) виброизолятора равны нулю.

3.26 излучаемая колебательная мощность Р: Скалярное произведение вектора силы и вектора скорости вибрации.

3.27 составляющие излучаемой колебательной мощности Р_i: Составляющие колебательной мощности, излучаемые в виде i-й составляющей скорости вибрации.

3.28 колебательная мощность, излучаемая машиной в n-й виброизолятор : Скалярное произведение векторов силы, приложенной со стороны машины к n-му виброизолятору, и скорости вибрации в месте крепления n-го виброизолятора к машине.

3.29 колебательная мощность, излучаемая машиной в фундамент через n-й виброизолятор : Скалярное произведение векторов силы, приложенной к фундаменту через n-й виброизолятор, и скорости вибрации фундамента в месте крепления n-го виброизолятора к фундаменту.

3.30 взаимный спектр ReG(A, В) и ImG(A, В): Действительная и мнимая части взаимного спектра вибрационных процессов A(t) и B(t).

3.31 уровень колебательной мощности L_p, дБ: Десятичный логарифм отношения значения измеренной колебательной мощности к значению колебательной мощности 10^-12 Вт, соответствующему ее нулевому уровню.

4 Метод измерений

4.1 Определение излучаемой колебательной мощности косвенным методом. Общие сведения

4.1.1 На рисунке 1 приведены аналитическая модель машины, установленной на виброизоляторы, и система координат, связанная с машиной.

На рисунке 2 приведены система координат на входе и выходе виброизолятора, а также обозначения составляющих силы и скорости вибрации.

1 - машина; 2- фундамент

Рисунок 1 -Аналитическая модель машины, установленной на виброизоляторы

1 - виброизолятор

Рисунок 2 - Система координат на входе и выходе виброизолятора и обозначения составляющих силы и скорости

Плоскости систем координат машины и виброизоляторов z_Mх_M и xz; z_My_M и zy; x_My_M и xy являются параллельными, соответственно. Координатные оси z_M и z; x_M и х; у_M и y также взаимопараллельны.

4.1.2 Колебательную мощность, излучаемую машиной в n-й виброизолятор (или через него в фундамент), определяют как среднее в бесконечном промежутке времени скалярного произведения векторов силы, действующей на n-й виброизолятор (или через виброизолятор на фундамент), и скорости вибрации на входе n-го виброизолятора в месте соединения с машиной (или на выходе в месте соединения n-го виброизолятора с фундаментом):

где Δt = t₂ - t₁ - интервал времени, в течение которого выполняется усреднение.

4.1.3 Колебательная мощность, излучаемая в n-й виброизолятор (или через него в фундамент), равна сумме мощностей, излучаемых в виде шести составляющих вибрации входного (или выходного) сечения n-го виброизолятора:

4.1.4 Колебательную мощность P, излучаемую машиной во все виброизоляторы (или через все виброизоляторы в фундамент), определяют как сумму мощностей, излучаемых в отдельные виброизоляторы (или через отдельные виброизоляторы):

4.1.5 Составляющую колебательной мощности, излучаемой машиной через все виброизоляторы в виде i-й составляющей вибрации, определяют по формуле

4.1.6 В частотной области колебательная мощность, излучаемая в n-й виброизолятор  и через n-й виброизолятор в фундамент , равна действительной части взаимного спектра стационарных случайных процессов сил ,  и скоростей , . В случае использования при проведении измерений колебательной мощности многоканального анализатора, работающего по алгоритму быстрого преобразования Фурье (БПФ) стационарных случайных процессов, колебательные мощности , , излучаемые через n-й виброизолятор в полосе частот  с центральной частотой , определяют по формулам:

где  и  - комплексно-сопряженные спектральные характеристики скоростей вибрации машины и фундамента в месте крепления n-го виброизолятора.

4.1.7 Соотношения между силами, действующими на виброизолятор  и на фундамент , скоростями вибрации машины  и фундамента  описываются следующими уравнениями:

Использование этих соотношений позволяет реализовать косвенный метод измерения колебательной мощности, излучаемой в виброизоляторы и через виброизоляторы в фундамент.

4.1.8 При реализации косвенного метода определения колебательной мощности, излучаемой машиной, следует использовать информацию о спектрах механических сопротивлений виброизоляторов и скоростях вибрации машины при полосе частотного анализа Δw, в которой механические сопротивления виброизоляторов возможно рассматривать как комплексные величины. Для выполнения этого условия добротность анализирующего фильтра Q должна быть больше добротности резонансов колебательной системы «машина - система виброизоляции - фундамент». Это условие выполняется при использовании информации о спектрах механических сопротивлений виброизоляторов и скоростях вибрации машины при полосах частотного анализа 1/9-, 1/12- или 1/24-октавы.

4.1.9 Колебательные мощности, излучаемые машиной в виброизоляторы и в фундамент, определяют косвенным методом по результатам измерения скорости вибрации по формулам:

4.1.10 Колебательные мощности, излучаемые машиной в виброизоляторы и в фундамент, определяют косвенным методом по результатам измерения ускорения вибрации по формулам:

	(10)
	(11)

4.1.11 В случае если оператор владеет информацией только об элементах матрицы механических сопротивлений виброизоляторов «сила - линейные составляющие вибрации», настоящая методика устанавливает метод измерения трех составляющих колебательных мощностей, излучаемых в виде трех линейных составляющих вибрации. В этом случае индексы i, j в формулах (1) - (11) имеют значения только 1, 2, 3.

Примечание - Общая матрица механических сопротивлений виброизоляторов 12×12 приведена на рисунке А.1 (приложение А). На рисунке А.2 (приложение А) приведена матрица механических сопротивлений 6×6, включающая в себя механические сопротивления между линейными силами и линейными скоростями вибрации.

На рисунке Б.1 (приложение Б) приведена обобщенная схема осесимметричных виброизоляторов. Этот тип виброизоляторов наиболее распространен на практике. На рисунке Б.2 (приложение Б) приведена матрица механических сопротивлений 6×6, включающая в себя механические сопротивления между линейными силами и линейными скоростями вибрации одиночного осесимметричного виброизолятора.

4.1.12 Для осесимметричных виброизоляторов и виброизоляторов, симметричных относительно плоскостей zx и zy, колебательную мощность, излучаемую машиной в n-й виброизолятор и через него в фундамент в виде линейных составляющих вибрации (i = 1, 2, 3), определяют по формулам:

	(12)
	(13)

В случае измерения ускорения вибрации колебательную мощность определяют по формулам:

;	(14)
	(15)

Примечание - Входное сопротивление виброизоляторов, как правило, больше передаточного сопротивления или равно ему, за исключением металлических пружинных виброизоляторов без средств демпфирования на резонансных частотах.

4.1.13 В случае если уменьшение вибрации при ее распространении от машины через n-й виброизолятор к фундаменту значительно (например, более 10 дБ), колебательную мощность  определяют по формулам:

	(16)
	(17)

4.1.14 При наличии результатов измерений колебательной мощности, излучаемой машиной через ограниченное число виброизоляторов l, колебательную мощность P_i (w, Δw), излучаемую через все виброизоляторы, определяют по данным измерений через ограниченное число виброизоляторов l по формуле

4.1.15 Спектр колебательной мощности, излучаемой машиной в присоединенные конструкции, при узкой полосе Δw частотного анализа измеряют в следующем порядке:

- поочередно измеряют действительную и мнимую части взаимного спектра составляющих скорости (или ускорения) вибрации на входе и выходе виброизоляторов;

- определяют суммы спектров колебательных мощностей, излучаемых в виде каждой из трехлинейных и трех поворотных составляющих вибрации через все виброизоляторы, связывающие машину с присоединенными конструкциями;

- определяют спектр полной колебательной мощности, излучаемой машиной через все виброизоляторы в виде трех линейных и трех поворотных составляющих вибрации.

4.2 Определение колебательной мощности, излучаемой в 1/3-октавной полосе частот

4.2.1 Колебательную мощность, излучаемую в полосе частот (например, в 1/3-октавной), определяют по формуле

где N - число спектральных значений мощности  измеренной в узкой полосе частот  в 1/3-октавной полосе частот.

4.2.2 При наличии в 1/3-октавной полосе частот узкополосных составляющих, имеющих положительные значения, и составляющих, имеющих отрицательные значения, определяют отдельно положительное  и отрицательное  значения колебательной мощности, излучаемой в фундамент в 1/3-октавной полосе частот, по формулам:

где  - число положительных спектральных составляющих мощности  измеряемой в узкой полосе частот  в 1/3-октавной полосе частот;

где N - число отрицательных спектральных составляющих мощности  измеряемой в узкой полосе частот  в 1/3-октавной полосе частот.

5 Характеристика точности измерений

Пределы относительной доверительной погрешности измерений колебательной мощности, излучаемой машиной в виброизоляторы или в фундамент через виброизоляторы в виде i-й составляющей вибрации, составляют 25 % при доверительной вероятности P = 0,95.

6 Средства измерений и другие технические средства

6.1 При выполнении измерений применяют средства измерений и другие технические средства, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 - Применяемые средства измерений и технические средства

6.2 Метрологические характеристики средств измерений (включая и фазочастотные) определяют в исследуемых диапазонах частот и амплитуд до их установки на место эксплуатации.

7 Требования безопасности

7.1 При проведении измерений необходимо соблюдать требования ГОСТ 12.2.007.0.

7.2 При подготовке и проведении измерений необходимо соблюдать требования [2] и [3].

7.3 Средства измерений и технические средства, а также вспомогательное оборудование должны иметь защитное заземление. Не допускается использовать в качестве заземления корпус (коробку) силовых электрических и осветительных щитов и арматуру центрального отопления.

7.1.4 Установку средств измерений проводят при выключенном напряжении питания.

8 Требования к квалификации операторов

К выполнению измерений колебательной мощности, излучаемой машинами в фундамент, допускают лиц:

- имеющих высшее техническое или среднее техническое образование;

- изучивших настоящую методику измерений, руководства по эксплуатации применяемых средств измерений и технических средств;

- знающих правила обработки результатов испытаний;

- имеющих опыт проведения виброакустических испытаний и работы со средствами измерений параметров вибрации не менее одного года.

9 Условия измерений

9.1 При выполнении измерений колебательной мощности, излучаемой машинами в фундамент, соблюдают следующие условия:

9.2 При изменении условий измерений, указанных в 9.1, следует учитывать дополнительные погрешности от влияющих факторов, определенные по паспортным данным на средство измерений или техническое средство.

10 Подготовка к выполнению измерений

10.1 Общие требования к местам установки и выбору средств измерений

10.1.1 Места установки средств измерений должны быть очищены от загрязнений, ржавчины и других мешающих факторов.

10.1.2 Применяемые средства измерений по амплитудному и частотному диапазонам должны соответствовать решаемой измерительной задаче.

10.1.3 Суммарная масса устанавливаемых датчиков вибрации должна быть не менее чем в десять раз меньше массы испытуемой машины, излучающей колебательную мощность в виброизоляцию или фундамент.

10.2 Выбор числа контролируемых виброизоляторов

10.2.1 Для получения точных результатов определения суммарной колебательной мощности измеряют колебательную мощность, излучаемую через все виброизоляторы, связывающие машину с фундаментом. Если это невозможно, ограниченное число виброизоляторов для контроля потока колебательной мощности выбирают в следующем порядке.

10.2.2 Измеряют во время работы машины значение составляющих вибрации вдоль осей x, y и z -  в местах крепления машины ко всем k виброизоляторам или уровни этих составляющих вибрации  дБ. При наличии исходной информации в единицах абсолютных величин определяют уровни среднеквадратичной вибрации по всем точкам измерений по формуле

а при наличии исходной информации в единицах относительных величин (дБ) - по формуле

где  - значение ускорения, соответствующее нулевому уровню ускорения вибрации.

10.2.3 Выбирают виброизоляторы, через которые предполагается осуществлять измерение колебательной мощности. В это число следует включить угловые виброизоляторы и произвольные виброизоляторы с каждой из протяженных сторон машины, расположенные на расстоянии не более 1 м друг от друга.

10.2.4 Определяют уровни , дБ, среднеквадратичной вибрации по выбранным l точкам измерения (при наличии исходной информации в единицах абсолютных величин) по формуле

или по формуле (при наличии исходной информации в единицах относительных величин, дБ)

Абсолютная разность между уровнями среднеквадратичной вибрации для k и l виброизоляторов должна быть не более 3 дБ

Если неравенство не соблюдается, то число выбранных виброизоляторов следует увеличить.

10.3 Расположение датчиков скорости (ускорения)

10.3.1 Крепление датчиков вибрации (датчиков скорости или ускорения) проводят в соответствии с рекомендациями ГОСТ ИСО 5348.

10.3.2 Для определения шести составляющих колебательной мощности, излучаемой машиной в виброизоляторы и фундамент, на машину и фундамент устанавливают датчики вибрации, как показано на рисунках 3 и 4.

10.3.3 Если оператор владеет информацией только об ограниченном числе механических сопротивлений виброизолятора из общей матрицы, то при измерении излучаемой колебательной мощности по формулам (8), (9) и (12), (13) число членов в формулах и измеряемых составляющих колебательной мощности ограничивают числом известных коэффициентов матрицы механических сопротивлений виброизолятора.

Рисунок 3 - Схема расположения датчиков вибрации на машине и фундаменте в местах крепления виброизоляторов к машине и фундаменту с использованием болтовых соединений

10.3.4 В случае если виброизолятор имеет одно болтовое соединение с машиной и одно болтовое соединение с фундаментом, измерение линейных составляющих скорости (или ускорения) вибрации машины и фундамента выполняют при расположении датчиков вибрации на головке болта по схеме, приведенной на рисунке 3 (см. 1м, 2м, 3м, 1ф, 2ф, 3ф на рисунке 3).

Поворотные составляющие скорости вибрации измеряют с помощью датчиков 4м, 4¢м, 5м, 5¢м, 6м, 6¢м, 4ф, 4¢ф, 5ф, 5¢ф, 6ф, 6¢ф, схема расположения которых приведена на рисунке 3. Поворотные составляющие ускорения вибрации определяют по формулам:

Чувствительность пары датчиков вибрации к поворотным колебаниям

где  - чувствительность одного из датчиков вибрации; l - расстояние между соответствующими датчиками.

Примечание - При наличии информации только о матрице механических сопротивлений виброизолятора 6×6 по отношению к линейным силам поворотные составляющие вибрации машины не измеряют.

10.3.5 В случае применения протяженного виброизолятора, имеющего несколько болтовых соединений с машиной и фундаментом, датчики вибрации устанавливают на лапе машины и полке фундамента или на фланцах соединения виброизолятора с машиной и фундаментом по схеме, представленной на рисунке 4.

В случае если виброизолятор имеет протяженные размеры вдоль оси машины, датчики вибрации 2 и 5 устанавливают на крайние болтовые соединения виброизолятора.

Рисунок 4 - Схема расположения датчиков вибрации при установке машины на протяженный виброизолятор

10.3.5.1 Линейные составляющие скорости вибрации могут быть измерены двумя способами.

Первый способ - с использованием двух датчиков вибрации для определения каждой линейной составляющей вибрации по формулам:

Второй способ - с использованием одного трехкомпонентного датчика вибрации. Трехкомпонентный датчик вибрации монтируют на головке болта в центре протяженного виброизолятора по схеме, приведенной на рисунке 3 (см. расположение датчиков 1м, 2м, 3м, 1ф, 2ф, 3ф).

10.3.5.2 Поворотные составляющие ускорения вибрации машины и фундамента определяют по формуле (27).

10.4 Предельная верхняя частота измерений

10.4.1 Предельную верхнюю частоту при измерении линейных составляющих вибрации с использованием датчиков вибрации, установленных на головки болтов, которая должна быть значительно меньше резонансной частоты рабочей части болта, Гц, определяют по формуле

где h_л - толщина лапы машины, м.

10.4.2 Предельную верхнюю частоту при измерении линейных и поворотных составляющих вибрации с использованием двух датчиков вибрации, расположенных на расстоянии  (на машине) и  (на фундаменте), Гц, определяют по формуле

где l_i - наибольшее из  и , м.

10.5 Подготовка измерительного тракта для выполнения измерений взаимных спектров вибрации

10.5.1 Типовая схема тракта для измерения взаимных спектров вибрации приведена на рисунке 5.

1 - датчик ускорения; 2 - предварительный усилитель (усилитель заряда); 3 - сумматор

Рисунок 5 - Схема типичного измерительного тракта для определения взаимного спектра составляющих вибрации машины и фундамента с помощью датчиков ускорения вибрации

10.5.2 Полосу спектрального анализа выбирают в соответствии с 4.1.8.

10.5.3 Перед выполнением измерений излучаемой колебательной мощности проводят контроль идентичности фазовых характеристик каналов тракта измерения скорости вибрации до и после виброизолятора. Полученные данные вводят в программу компьютера для учета неидентичности фазовых характеристик каналов скорости при обработке результатов измерений.

10.5.4 При измерении вибрации и взаимных спектров вибрации машины и фундамента в районе n-го виброизолятора электрические сигналы с двух датчиков вибрации, образующих пару, складывают для нахождения линейных составляющих вибрации и вычитают для нахождения поворотных составляющих вибрации машины и фундамента.

Перед сложением и вычитанием сигналов необходимо скорректировать возможную разницу между чувствительностями и фазовыми характеристиками датчиков вибрации, аналоговых устройств и анализаторов БПФ. Вычитание следует заменить сложением и, наоборот, сложение - вычитанием в том случае, если один из датчиков вибрации, составляющих пару, установлен встречно.

10.6 Определение числа выборок анализатора п_d, участвующих в усреднении измерений взаимного спектра вибрации

10.6.1 Для определения числа выборок анализатора n_d, участвующих в усреднении измерений взаимного спектра вибрации, устанавливают процесс усреднения анализатора при числе независимых выборок n = 100. Проводят не менее 10 измерений взаимных спектров вибрации А на частотах 10, 100 и 1000 Гц. Вычисляют среднее значение амплитуды взаимного спектра вибрации (автоспектра ) и результаты вносят в таблицу 2.

Таблица 2 - Среднее значение амплитуды взаимного спектра

Для частот f₁, f₂ и f₃ определяют среднеквадратичные отклонения

При обработке результатов измерений выбирают наибольшее значение S_{f max} из трех измерений взаимного спектра S_fi.

Определяют минимально необходимое число выборок n_d, устанавливаемых в анализаторе при проведении измерений

где  - назначенная случайная относительная среднеквадратичная погрешность измерения колебательной мощности (взаимных спектров);

K_з = 2 - коэффициент запаса, учитывающий погрешность определения S_{f max} при ограниченном числе наблюдений n = 10.

11 Выполнение измерений

11.1 Анализируют матрицу механических сопротивлений виброизоляторов, расположенных под машиной. Определяют объем имеющейся информации о коэффициентах матрицы сопротивлений. Вводят в компьютер массив данных о спектре комплексных входных и передаточных сопротивлений виброизоляторов при полосе частотного анализа Δw, выбранной в соответствии с 4.1.8.

11.2 Число контролируемых виброизоляторов выбирают в соответствии с 10.2 при работающей машине.

11.3 Располагают датчики вибрации в соответствии с 10.3 и рисунками 3 и 4.

11.4 Определяют граничную частоту измерений вибрации f_max по формулам (31) и (32).

11.5 Измерения проводят с использованием измерительного тракта, схема которого представлена на рисунке 5, в следующем порядке.

11.5.1 Устанавливают на анализаторе в режиме «измерение взаимного спектра» частотный диапазон от 0 до f_max и полосу частотного анализа Δw, выбранную в соответствии с 4.1.8.

11.5.2 Для выполнения измерений вибрации на работающей машине:

- на первый и второй каналы анализатора подключают через предварительные усилители датчики ускорения, установленные на входе и выходе виброизоляторов;

- устанавливают в каналах анализатора чувствительности датчиков ускорения, умноженные на коэффициенты передачи предварительных усилителей (соотношение сигнал/шум в каналах должно быть не менее 14 дБ);

- устанавливают диапазон частот измерения на анализаторе;

- устанавливают число выборок n_d;

- приводят в действие процесс усреднения выборок анализатора и получают результат измерения взаимного спектра.

11.6 Поочередно на всех контролируемых виброизоляторах и для всех выбранных для контроля составляющих вибрации измеряют взаимные спектры при полосе частотного анализа Δw и вводят массивы взаимных спектров в компьютер.

12 Обработка и оформление результатов измерений

12.1 Порядок обработки результатов измерений колебательной мощности, излучаемой в виде всех шести (или любых из шести) составляющих вибрации в элементы системы «виброизоляция - фундамент»

12.1.1 Порядок обработки результатов измерений колебательной мощности, излучаемой в виброизоляторы в виде всех шести (или любых из шести) составляющих вибрации

12.1.1.1 Вычисляют колебательную мощность  излучаемую машиной в n-й виброизолятор в виде i-й составляющей вибрации в узкой полосе частот, по формуле (8) или (10).

12.1.1.2 Используя результаты определения  вычисляют колебательную мощность  излучаемую машиной в 1/3-октавной полосе частот, по формуле (19).

12.1.1.3 Определяют колебательную мощность  излучаемую во все виброизоляторы в виде i-й составляющей вибрации, по формуле (5).

12.1.1.4 Вычисляют суммарную колебательную мощность  излучаемую машиной в виде всех шести (или любых из шести) составляющих вибрации, по формуле (4).

12.1.2 Порядок обработки результатов измерений колебательной мощности, излучаемой в фундамент в виде всех шести (или любых из шести) составляющих вибрации

12.1.2.1 Вычисляют колебательную мощность  излучаемую машиной в фундамент через n-й виброизолятор в виде i-й составляющей вибрации в узкой полосе частот, по формуле (9) или (11).

12.1.2.2 Используя результаты определения  вычисляют положительное и отрицательное значения колебательной мощности  излучаемой машиной в третьоктавной полосе частот в фундамент, по формулам (20) и (21).

12.1.2.3 Определяют положительное и отрицательное значения колебательной мощности  излучаемой машиной через все виброизоляторы в фундамент в виде i-й составляющей вибрации, по формуле (5).

12.1.2.4 Вычисляют значения положительной и отрицательной суммарной колебательной мощности  излучаемой машиной в виде всех шести (или любых из шести) составляющих вибрации, по формуле (4).

12.2 Порядок обработки результатов измерений колебательной мощности, излучаемой в виде трех линейных составляющих вибрации, при установке машины на осесимметричные или прямоугольные виброизоляторы

12.2.1 Порядок обработки результатов измерений колебательной мощности, излучаемой в виброизоляторы в виде трех линейных составляющих вибрации, при установке машины на осесимметричные или прямоугольные виброизоляторы

12.2.1.1 Вычисляют колебательную мощность  излучаемую машиной в n-й виброизолятор в виде i-й линейной составляющей вибрации в узкой полосе частот, по формуле (12) или (14). При перепаде вибрации на виброизоляторе более 10 - 15 дБ допускается вычислять  по формуле (16) или (17).

12.2.1.2 Используя результаты определения  вычисляют колебательную мощность  излучаемую машиной в третьоктавной полосе частот, по формуле (19).

12.2.1.3 Определяют колебательную мощность  излучаемую во все виброизоляторы в виде i-й линейной составляющей вибрации, по формуле (5).

12.2.1.4 Вычисляют суммарную колебательную мощность  излучаемую машиной в виде трех линейных составляющих вибрации, по формуле (4).

12.2.2 Порядок обработки результатов измерений колебательной мощности, излучаемой в фундамент в виде трех линейных составляющих вибрации, при установке машины на осесимметричные или прямоугольные виброизоляторы

12.2.2.1 Вычисляют колебательную мощность  излучаемую машиной через n-й виброизолятор в фундамент в виде i-й составляющей вибрации в узкой полосе частот, по формуле (13) или (15).

12.2.2.2 Используя результаты определения  вычисляют положительное и отрицательное значения колебательной мощности  излучаемой машиной в 1/3-октавной полосе частот в фундамент в виде i-й линейной составляющей вибрации, по формулам (20) и (21).

12.2.2.3 Определяют положительное и отрицательное значения колебательной мощности  излучаемой во все виброизоляторы в виде i-й линейной составляющей вибрации, по формуле (5).

12.2.2.4 Вычисляют положительное и отрицательное значения суммарной колебательной мощности  излучаемой машиной в виде всех линейных составляющих вибрации, по формуле (4).

12.3 В случае если вибрацию машины измеряют при ограниченном числе виброизоляторов, то полную колебательную мощность определяют по формуле (18).

12.4 Полученные положительное и отрицательное значения колебательных мощностей представляют на бланке, приведенном на рисунке 6.

Рисунок 6 - Бланк представления характеристик колебательных мощностей

12.5 Расчет погрешности измерений колебательной мощности рекомендуется проводить в соответствии с приложением В.

Приложение А

(справочное)

Матрицы механических сопротивлений виброизоляторов

Рисунок А.1 - Матрица механических сопротивлений одиночного виброизолятора

Рисунок А.2 - Матрица механических сопротивлений одиночного виброизолятора только для линейных составляющих колебаний

Приложение Б

(справочное)

Осесимметричные виброизоляторы и виброизоляторы, симметричные относительно плоскостей zx или zy

Рисунок Б.1 - Обобщенная схема осесимметричных виброизоляторов и виброизоляторов, симметричных относительно плоскостей zx и zy

Рисунок Б.2 - Матрица механических сопротивлений одиночного осесимметричного виброизолятора или виброизоляторов, симметричных относительно плоскостей zx и zy для линейных составляющих колебаний

Приложение В

(рекомендуемое)

Определение погрешности измерений колебательной мощности, излучаемой машинами в присоединенные опорные конструкции

Порядок определения погрешности измерения колебательной мощности, излучаемой машинами в присоединенные опорные конструкции, рассмотрен на примере измерения колебательной мощности, излучаемой машиной в систему «виброизолятор - фундамент» в виде линейных (поступательных) составляющих вибрации, для случая установки машины на осесимметричные виброизоляторы, матрица механических сопротивлений которых приведена в приложении Б.

Мощность, излучаемую машиной в виде линейной (например, в виде вертикальной) составляющей вибрации, определяют по формуле (12)

(В.1)

Поскольку вибрация машины значительно превышает вибрацию фундамента, т.е. значение  значительно больше значения  а входное сопротивление виброизолятора больше (или равно) передаточного сопротивления, то погрешность измерения излучаемой мощности  практически определяется погрешностью измерений скорости вибрации машины в месте крепления n-го виброизолятора  и входного сопротивления виброизолятора

Расчет погрешности измерений колебательной мощности, излучаемой машинами в систему «виброизолятор - фундамент», для осесимметричных виброизоляторов проводят в следующем порядке.

В.1 Определяют значения границ неисключенных систематических составляющих погрешности измерений скорости или ускорения вибрации и сопротивления виброизоляторов. Этими неисключенными систематическими составляющими погрешности являются:

- погрешность датчика вибрации (доверительные границы погрешностей ± Δ_А);

- погрешности предварительных усилителей в канале измерений вибрации (доверительные границы погрешностей ± Δ_У);

- погрешность анализатора спектральных характеристик (доверительные границы погрешности ± Δ_АС, определяют по паспортным данным);

- погрешность определения модуля входного сопротивления виброизолятора (доверительные границы погрешности ± Δ_[Z] определяют по паспортным данным или экспериментальным данным).

В.2 Определяют значения границ неисключенной систематической составляющей погрешности измерений реальной части сопротивления виброизолятора, вызванной фазовой неидентичностью каналов измерения скоростей вибрации и сил при измерении реальной части сопротивления виброизолятора.

Границы неисключенной систематической составляющей погрешности определяют по формуле

где  - угол сдвига фаз между скоростью вибрации и силой на входе виброизолятора;  - угол сдвига фаз между каналами силы и скорости, вызванный их фазовой неидентичностью.

На практике при возбуждении колебаний виброизоляторов максимальный угол сдвига фаз между силой и скоростью колебаний составляет 87°. Зависимость максимальной погрешности  от угла сдвига фаз между измерительными каналами силы и скорости при  приведена на рисунке В.1.

Рисунок В.1 -Зависимость максимальной погрешности  от угла сдвига фаз между измерительными каналами силы и скорости при

В.3 Определяют границы неисключенной систематической погрешности измерений колебательной мощности линейной составляющей вибрации при доверительной вероятности 0,95.

где

Коэффициент влияния  принимают равным 1 (см. раздел 4).

В.4 Перечень и значения составляющих погрешностей, необходимых для расчета предельной относительной погрешности измерения колебательной мощности, приведены в таблице В.1.

Таблица В.1

В.5 Пример расчета неисключенной систематической составляющей погрешности

Границы неисключенной систематической погрешности колебательной мощности при доверительной вероятности 0,95

где

В соответствии с 10.7.4 назначенная случайная относительная среднеквадратичная погрешность измерения мощности

Соотношение систематической и случайной погрешностей

В этом случае за погрешность результата косвенного измерения принимают неисключенную систематическую составляющую погрешности измерения.

Поэтому значение предельной относительной погрешности измерения колебательной мощности

Библиография

[1]	РМГ 29-99	Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения
[2]	Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Утверждены Приказом Минэнерго РФ от 13.01.2003 № 6
[3]	Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. Утверждены Минтруда РФ 18 февраля 2003 г. и Минэнерго РФ 20 февраля 2003 г.