Допустимый уровень вибрации двигателя

1. ДОПУСТИМЫЕ УРОВНИ ВИБРАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ

1.1. Общие требования

1.1.1. Нормирование вибрации двигателя проводят по составляющим амплитудно-частотного спектра, возникающего в результате взаимодействия сложной механической системы двигателя, имеющей большое число собственных частот и форм колебаний, со случайно связанными между собой различными источниками возбуждения механического и газодинамического происхождения переменной интенсивности.

Частота и амплитуда каждой составляющей спектра характеризуют интенсивность источника возбуждения и вибрационную напряженность двигателя и его элементов.

1.1.2. В зависимости от источников возбуждения нормируют отдельно вибрацию двигателя с частотой первой роторной гармоники и вибрацию с частотой, отличающейся от частоты первой роторной гармоники.

массовую неуравновешенность роторов двигателя;

несоосность роторов, соединенных последовательно между собой;

торцевые биения подшипников на цапфах роторов;

аэродинамическую неуравновешенность рабочих ступеней роторов, преимущественно рабочих ступеней вентилятора;

тепловой дисбаланс роторов, вызванный неравномерностью охлаждения остановленного двигателя.

массовую и аэродинамическую неуравновешенность воздушного винта турбовинтового двигателя (ТВД);

окружную неравномерность потока воздуха на входе в двигатель;

несоосность роторов и связывающих их шлицевых соединений;

овальность беговых дорожек подшипников качения опор роторов;

колебательные процессы в проточной части двигателя (пульсация воздуха в воздухозаборнике, пульсация давления газа в камерах сгорания, вызванная несовершенством процесса горения, помпажные явления);

аэродинамическую неуравновешенность от лопастей воздушных винтов ТВД;

массовую неуравновешенность вращающихся элементов в агрегатах;

пульсацию давления рабочих тел гидравлических и пневматических агрегатов;

пульсацию потока воздуха от рабочих лопаток роторов с частотой их следования;

разноразмерность тел качения подшипников опор роторов двигателя;

неравномерность зацепления зубчатых передач редуктора ТВД и коробки приводов агрегатов двигателя и др.

1.1.5. К числу основных внешних источников возбуждения низкочастотной вибрации двигателя относят:

вибрацию самолета (вертолета) при его разбеге, посадке и пробеге, а также в полете при неблагоприятных метеорологических условиях и др.;

массовую и аэродинамическую неуравновешенность несущего и хвостового винтов вертолета;

аэродинамическую неуравновешенность лопастей несущего и хвостового винтов вертолета и др.

в диапазоне частот вибрации от 10 до 2000 Гц;

на корпусах двигателя в плоскостях крепления узлов подвесок двигателя на силовой установке самолета (вертолета) и в плоскостях расположения опор роторов, имеющих непосредственную силовую связь с корпусами двигателя.

1.1.7. Допустимый уровень вибрации двигателя в местах, отличных от указанных в п. 1.1.6, устанавливает разработчик двигателя на основании статистического анализа данных эксплуатации и производства двигателей.

в диапазоне частот вибрации от 5 до 2000 Гц;

на корпусе агрегата, вблизи места его крепления на двигателе.

виброускорения, м/с 2

виброускорения, м/с 2

* Для двигателя, частота вибрации которого равна частоте вращения воздушного винта и ротора вентилятора.

виброускорения, м/с 2

виброускорения, м/с 2

* Для двигателей, установленных на самолете

** Для двигателей, установленных на вертолете.

Допускается определять квадратические значения суммарной вибрации v S с частотой первых роторных гармоник по амплитудам виброскорости их составляющих по следующей формуле

При отличии частот вращения роторов более чем на 10 % допустимый уровень вибрации двигателя определяют в соответствии с п. 1.3.1.

1.4. Допустимый уровень вибрации двигателя с частотой, отличающейся от частоты первой роторной гармоники.

1.4.1. Допустимый уровень вибрации двигателя с частотой свыше 20 Гц от источников возбуждения, указанных в п. 1.1.4, кроме массовой и аэродинамической неуравновешенности воздушного винта, при стендовых испытаниях и контроле на самолете (вертолете) в наземных условиях не должен превышать значений, указанных в табл. 3 и представленных кривой 3 номограммы.

При отсутствии на двигателе дефектов вибрационного характера допускается, по согласованию между разработчиком и заказчиком двигателя, допустимый уровень его вибрации при испытаниях, указанных в п. 1.2.1, устанавливать по табл. 3 и кривой 3 номограммы.

1.5. Допустимый уровень вибрации двигателя в местах крепления агрегатов

1.5.2. При превышении допустимого уровня вибрации двигателя в местах крепления агрегатов, по согласованию с разработчиком двигателя, вводят амортизацию агрегатов с демпфированием или изменяют место их крепления на двигателе.

1.5.3. Допустимый уровень вибрации редуктора турбовинтового двигателя устанавливает разработчик двигателя исходя из условий обеспечения вибропрочности элементов редуктора и сопрягаемого с ним корпуса двигателя. При этом допустимый уровень вибрации редуктора в местах крепления агрегатов устанавливают в соответствии с требованиями настоящего стандарта.

2. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНТРОЛЮ ВИБРАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ

Характеристики должны быть определены во всем диапазоне частот вращения роторов и на всех режимах двигателя.

2.2. При определении вибрационных характеристик проводят подробное вибрографирование двигателя в условиях, указанных в п. 1.1.6, а при необходимости и на фланцах присоединения к двигателю воздухозаборника и реверсивного устройства.

2.3. При обнаружении резонанса вблизи максимальной частоты вращения ротора, вибрографирование необходимо продолжить до частоты, превышающей максимальную, на значение, указанное в программе испытаний.

2.4. Для определения вибрационных характеристик многовальных двигателей, наряду с измерениями вибрации с использованием полосовых фильтров, целесообразно применять аппаратуру следящего анализа за вибрацией с частотой вращения каждого ротора.

2.6. Из анализа вибрационных характеристик двигателя должны быть определены штатные места расположения на нем датчиков вибрации, диапазоны частот вращения роторов и режимы двигателя с повышенным уровнем вибрации для проведения эффективного контроля вибрационного состояния двигателя при стендовых испытаниях, а также в эксплуатации на самолете (вертолете).

При выборе штатных мест, отличных от мест измерений по п. 1.1.6, должна быть проведена корреляция уровней вибрации по этим местам.

Читайте также:  Защита двигателя для покраски

2.7. Условия крепления датчика вибрации на двигателе не должны оказывать существенное влияние на его показания. Для измерения вибрации двигателя с частотой первой роторной гармоники целесообразно выполнить следующее условие:

2.8. При стендовых испытаниях двигателя должен быть осуществлен контроль его вибрации с частотами первых роторных гармоник по штатным датчикам на протяжении всего времени работы двигателя. Для измерений вибрации двигателя с целью оценки его вибрационного состояния, помимо штатных, целесообразно установить дополнительные датчики вибрации.

2.11. Контроль вибрации главного двигателя в эксплуатации необходимо осуществлять не менее чем двумя датчиками вибрации.

Необходимость осуществления контроля вибрации вспомогательных двигателей и малоразмерных главных двигателей самолета (вертолета) двумя датчиками определяет разработчик двигателя по согласованию с разработчиком самолета (вертолета) и заказчиком двигателя.

2.13. Контроль вибрации главного двигателя с частотой первой роторной гармоники в эксплуатации необходимо осуществлять непрерывно на всех режимах его работы с помощью бортовой системы контроля вибрации.

2.14. Номинальный уровень срабатывания сигнализаторов бортовой системы контроля вибрации не должен превышать допустимый уровень вибрации более чем на 10 %.

2.15. Для бортовой системы контроля вибрации основная относительная погрешность каналов измерения и срабатывания сигнализаторов на превышение допустимого уровня вибрации в нормальных условиях не должна превышать 10 % верхнего предела нормируемого значения контролируемой вибрации.

2.16. Уровни низкочастотной вибрации двигателя от внешних источников возбуждения, указанных в п. 1.1.5, определяют в процессе летных испытаний самолета (вертолета).

2.17. Измерения вибрации двигателя в местах крепления агрегатов в условиях, указанных в п. 1.1.8, проводят при стендовых испытаниях двигателя на этапе опытно-конструкторских работ до проведения Государственных стендовых испытаний двигателя.

Одновременно для сопоставления уровней вибрации агрегатов с уровнем вибрации двигателя проводят измерения вибрации двигателя в условиях, указанных в п. 1.1.6.

2.18. Вибрацию агрегатов измеряют с применением магнитных регистраторов для последующей обработки результатов измерений с помощью спектроанализаторов.

2.19. В технически обоснованных случаях, по согласованию между разработчиками двигателя, самолета (вертолета), агрегата и заказчиком двигателя, измерение вибрации агрегатов проводят в полетных условиях.

2.20. Для общей оценки вибрационного состояния двигателя при выполнении опытно-конструкторских работ до проведения государственных стендовых испытаний следует определять ожидаемую статистически максимальную вибрацию двигателя для всей серии по выборочным значениям максимальной вибрации нескольких двигателей на режиме наибольших уровней вибрации. Определение статистически максимальных уровней вибрации двигателя приведено в рекомендуемом приложении 2.

2.21. Для своевременного выявления дефектов производства и обеспечения контроля стабильности технологического процесса по параметру вибрации следует вводить производственную норму вибрации двигателя. Определение производственной нормы вибрации двигателя приведено в рекомендуемом приложении 3.

2.22. Производственные нормы должны быть ниже допустимых уровней вибрации, установленных настоящим стандартом, и назначает их разработчик двигателя на основании статистической обработки результатов измерений вибрации двигателя при всех стендовых испытаниях.

Превышение измеренной на данном режиме максимальной амплитуды величин вибрации производственной нормы свидетельствует о наличии отклонений при изготовлении или сборке двигателя, которые необходимо устранить.

Источник

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Госстандартом России

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 21 от 30 мая 2002 г.)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по MK (ИСО 3166) 004-97

Код страны по MK (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 апреля 2007 г. № 78-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 10816-3-2002 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 ноября 2007 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».

Введение

Настоящий стандарт представляет собой руководство по оценке степени виброактивности машин на месте их эксплуатации посредством измерения вибрации на корпусах или опорах подшипников.

Методы оценки, установленные в настоящем стандарте, основаны на измерениях вибрации только в широкой полосе частот. Контроль вибрационного состояния машин можно проводить и другими методами, например, измеряя вибрацию в узких полосах частот и используя спектральный анализ, которые не рассматриваются в настоящем стандарте. Рассмотрение данных методов выходит за рамки настоящего стандарта.

КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ МАШИН ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗМЕРЕНИЙ
ВИБРАЦИИ НА НЕВРАЩАЮЩИХСЯ ЧАСТЯХ

Vibration. Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts.
Part 3. Industrial machines with nominal power above 15 kW and nominal
speeds between 120 r/min and 15000 r/min

1 Область применения

К таким машинам относятся:

— компрессоры с вращательным движением;

— промышленные газовые турбины мощностью до 3 МВт;

— насосы, за исключением поршневых;

— генераторы, за исключением случаев их использования на электростанциях или насосных станциях;

— вентиляторы или воздуходувки.

— номинальная мощность более 300 кВт;

— опора вентилятора и конструкция самого вентилятора или его рамы имеют достаточную жесткость (см. 4.2 ).

Читайте также:  Двигатель с редуктором 168f

Настоящий стандарт не распространяется на:

— газотурбинные установки мощностью свыше 3 МВт (ГОСТ ИСО 10816-4);

— машинные агрегаты на гидроэлектрических и насосных станциях;

— машины возвратно-поступательного действия ([2]);

— установки на основе авиационных турбин;

Настоящий стандарт распространяется на машины, в состав которых могут входить зубчатые передачи и подшипники качения, но он не предназначен для диагностирования этих узлов.

Критерии настоящего стандарта установлены для измерений вибрации на месте эксплуатации на корпусе машины, корпусе или опоре подшипника в установившемся режиме работы в диапазоне номинальных скоростей вращения. Критерии могут быть использованы в процессе испытаний при приемке продукции, а также при контроле состояния машин (непрерывном или периодическом) в процессе эксплуатации.

Критерии настоящего стандарта относятся только к вибрации, создаваемой самой машиной, а не передаваемой на нее извне.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ ИСО 2954-97 Вибрация машин с возвратно-поступательным и вращательным движением. Требования к средствам измерений

ГОСТ ИСО 7919-1-2002 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Общие требования

ГОСТ ИСО 7919-3-2002 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Промышленные машинные комплексы

ГОСТ ИСО 10816-1-97 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Общие требования

ГОСТ ИСО 10816-4-2002 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 4. Газотурбинные установки

ГОСТ 25364-97 Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации опор валопроводов и общие требования к проведению измерений

3 Измерения вибрации

3.1 Средства измерений

— колебания напряжения питания;

— длину преобразовательного кабеля;

3.2 Точки измерений

Измерения проводят на выступающих частях машин, доступ к которым свободен. Следует убедиться, что результаты измерений соответствуют истинной вибрации подшипника и не искажены влиянием локальных резонансов. Точки и направления измерений следует выбирать таким образом, чтобы измеряемая вибрация несла в себе достаточную информацию о динамических силах, действующих в машине.

Измерения необходимо проводить в двух ортогональных радиальных направлениях на крышке или опоре каждого подшипника как показано на рисунках 1 и 2. Направление измерений вибрации подшипника допускается выбирать произвольно, но обычно для горизонтально установленной машины предпочтительны горизонтальное и вертикальное направления. Для машины, установленной вертикально или под углом, в качестве одного из направлений следует использовать то, для которого характерна максимальная вибрация. В некоторых случаях целесообразно измерять также вибрацию в осевом направлении ( 5.1.3 ). В протоколе измерений следует указывать местоположения датчиков и направления измерений вибрации.

Допускается проводить измерения не в двух, а только в одном направлении с использованием одного датчика при условии, что это позволит получать достаточно полную информацию о вибрации подшипника. Однако следует учитывать, что выбранная ориентация единственного датчика может не обеспечивать получение максимального значения вибрации данного подшипника.

3.3 Непрерывный и периодический контроль

При эксплуатации машин, повреждения которых могут вызвать тяжелые последствия, используют встроенное оборудование для непрерывного контроля уровня вибрации в ключевых точках. Но для многих машин небольшого размера и малой мощности проведение непрерывного контроля будет излишним. Изменения дисбаланса, характеристик подшипника, несоосность и другие дефекты с достаточной степенью надежности могут быть обнаружены при периодическом контроле с помощью постоянно установленной или переносной аппаратуры. Для отслеживания изменений в состоянии и извещении о неисправности могут быть использованы автоматизированные системы.

Измерения проводят в нормальном режиме работы, определяемом, например, частотой вращения, напряжением питания, скоростью потока, давлением и нагрузкой после достижения ротором и подшипниками машины рабочей температуры.

В случае работы на переменных скоростях или с разными нагрузками измерения проводят для всех режимов, при которых машина работает продолжительное время. Для оценки степени виброактивности машины берут максимальное значение вибрации по всем режимам, в которых проводились измерения.

Если измеренная вибрация превышает допустимую, но при этом возможно, что большой вклад в вибрацию вносят внешние источники, измерения следует проводить на неработающей машине, чтобы оценить степень влияния сторонних источников. Если вибрация неработающей машины превышает 25% вибрации машины в процессе ее работы, следует осуществить коррекцию результатов измерений для уменьшения влияния наведенной вибрации.

4 Классификация машин

Оценку вибрационного состояния проводят в зависимости от следующих факторов:

— номинальной мощности или высоты оси вращения вала;

— жесткости опорной системы.

4.1 Классификация по виду машины, номинальной мощности или высоте оси вращения вала

Установлены четыре группы машин в зависимости от конструкции машин, типов подшипников и опорных конструкций. Валы машин могут быть расположены горизонтально, вертикально или наклонно, а опоры могут иметь разную степень жесткости.

Такие машины могут быть оснащены как подшипниками качения, таки подшипниками скольжения.

Такие машины могут быть оснащены как подшипниками качения, так и подшипниками скольжения.

2 Для машины без опоры или с поднятой опорой или для вертикально установленной машины высоту оси вращения вала определяют так, как если бы машина тех же размеров была установлена горизонтально на обычных опорах. Если такое определение размеров невозможно, за значение высоты оси вращения вала берут половину диаметра машины.

Опоры машин по их жесткости в направлении измерения вибрации разделяют на:

Машинами с жесткими опорами обычно являются крупно- и среднегабаритные электромоторы, как правило, с низкой частотой вращения. Машинами с податливыми опорами обычно являются турбогенераторы или компрессоры мощностью более 10 МВт, а также вертикально установленные машины.

Читайте также:  Двигатель поворота стола микроволновки

В ряде случаев опора будет жесткой в одном направлении и податливой в другом. Например, первая собственная частота в вертикальном направлении может быть существенно выше основной частоты возбуждения, в то время как собственная частота в горизонтальном направлении может быть значительно меньше. Такую конструкцию считают жесткой в вертикальном направлении и податливой в горизонтальном. При этом вибрационное состояние такой машины следует оценивать согласно классификации применительно к заданному направлению измерений.

5 Оценка вибрационного состояния

5.1 Критерий 1. Абсолютные значения вибрации

Данный критерий связан с определением границ для абсолютного значения параметра вибрации, установленных из условия допустимых динамических нагрузок на подшипники и допустимой вибрации, передаваемой вовне на опоры и фундамент. Максимальное значение параметра, измеренное на каждом подшипнике или опоре, сравнивают с границами зон для данного направления измерений. Эти зоны установлены исходя из международного опыта проведения исследований.

5.1.1 Зоны вибрационного состояния

Для качественной оценки вибрации машины и принятия решений о необходимых действиях в конкретной ситуации установлены следующие зоны состояния.

Численные значения границ зон не предназначены для их использования в качестве условий испытаний при приемке продукции. Такие условия должны быть установлены по соглашению между изготовителем и потребителем машины. Однако использование информации об установленных границах зон позволяет избежать ненужных затрат на снижение виброактивности машины и предъявления чрезмерно завышенных требований. В некоторых случаях специфические особенности конкретной машины допускают установление иных границ (более низких или более высоких). В таких случаях, как правило, изготовитель машины должен объяснить причину изменения граничных значений и, в частности, подтвердить, что машина не будет подвергаться опасности при эксплуатации с более высокими уровнями вибрации.

5.1.2 Границы зон вибрационного состояния

5.1.4 Вибрация насосов

Особенности конструкции некоторых насосов специального назначения допускают вибрацию, значения параметров которой выше установленных в таблицах А.3 и А.4 (примечания 2 и 4 к таблицам в приложении А ).

При установке насосов необходимо обратить внимание на то, чтобы резонанс системы труб и фундамента не совпадал с типичными частотами возбуждения (обычно это первая и вторая гармоники частоты вращения и лопастная частота), так как такой резонанс может вызвать повышенный уровень вибрации.

5.2 Критерий 2. Изменения значений вибрации

Данный критерий основан на сравнении измеренного значения широкополосной вибрации в установившемся режиме работы машины с предварительно установленным значением (базовой линией). Значительное изменение значения широкополосной вибрации, в сторону увеличения или уменьшения, может потребовать принятия определенных мер даже в случае, когда граница зоны С по критерию 1 еще не достигнута. Такие изменения могут быть быстрыми или постепенно нарастающими во времени и указывают на повреждения машины в начальной стадии или на другие неполадки.

5.3 Ограничения функционирования

При долговременной эксплуатации машин обычно устанавливают ограничения функционирования, связанные с вибрацией. Эти ограничения имеют следующие формы:

Вследствие разницы в динамических нагрузках и жесткостях опор для различных положений и ориентации датчиков вибрации допускается устанавливать разные уровни ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ и ОСТАНОВ.

5.3.1 Установка уровня ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Для различных машин уровень ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ может существенно изменяться: возрастать или уменьшаться. Обычно этот уровень устанавливают относительно некоторого базового значения (базовой линии), определяемого для конкретной машины и определенного положения и направления измерений по опыту эксплуатации этой машины.

Рекомендуется устанавливать уровень ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ выше базовой линии на значение, равное 25% значения верхней границы зоны В. Если базовое значение мало, уровень ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ может находиться ниже зоны С.

Если базовое значение не определено, например для новых машин, начальную установку уровня ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ следует проводить либо исходя из опыта эксплуатации аналогичных машин, либо относительно согласованного приемлемого значения. Спустя некоторое время по наблюдениям за вибрацией машины следует установить постоянную базовую линию и соответствующим образом скорректировать уровень ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ.

Рекомендуется, чтобы уровень ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ не превышал верхнюю границу зоны В более чем в 1,25 раза.

Изменение базового значения (например вследствие капитального ремонта машины) может потребовать соответствующего изменения уровня ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ.

5.3.2 Установка уровня ОСТАНОВ

Уровень ОСТАНОВ обычно связывают с необходимостью сохранения механической целостности машины; он может зависеть от различных конструктивных особенностей машины, применяемых для того, чтобы машина могла противостоять воздействию аномальных динамических сил. Таким образом, уровень ОСТАНОВ, как правило, будет одним и тем же для машин аналогичных конструкций и не будет связан с базовой линией.

5.4 Дополнительные процедуры и критерии

5.5 Оценка вибрационного состояния на основе векторного представления информации

Оценки, рассматриваемые в настоящем стандарте, ограничены использованием широкополосной вибрации без учета частотных составляющих или фазовых соотношений. Во многих случаях это соответствует требованиям испытаний при приемке продукции и эксплуатационного контроля. Однако для долговременного контроля или диагностирования желательно использовать информацию о составляющих вибрации в векторной форме для обнаружения и идентификации изменений в динамическом состоянии машины. Такие изменения могут остаться необнаруженными при использовании только измерений широкополосной вибрации (ГОСТ ИСО 10816-1).

Использование изменения векторных составляющих в качестве критерия оценки вибрационного состояния в настоящем стандарте не рассматривается.

Приложение А
(обязательное)
Границы зон состояния

В качестве основного вибрационного параметра для оценки вибрационного состояния машин применяют общее среднее квадратическое значение виброскорости.

Источник

Ответы на популярные вопросы