Теория и техника эксперимента

ТЕОРИЯ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Основная учебная литература, необходимая для освоения дисциплины 1. Походун А.И. Экспериментальные методы исследований. Погрешности и неопределенности измерений. Учебное пособие. СПб., СПбГУИТМО, 2006г.-112с. 2. Гришенцев А.Ю. Терия и практика технического и технологического эксперимента. Учебное пособие. СПб.,СПбГУИТМО, 1010г.-102с. 3. Мещеряков В.А., Бадеева Е.А., Шалобаев Е.В. Метрология. Теория измерений: Учебное пособие./ В.А. Мещеряков, Е.А Бадеева, Е.И.Шалобаев. М. Изд. Юрайт 2017-155с. ISBN 978-5-534-01345-0. Режим доступа: https://biblio-online.ru/book/F8EEA797-4342-4D32-859D-8FBBFC948D51/metrologiya-teoriya-izmereniy 4. Лифиц, И. М. Стандартизация, метрология и подтверждение соответствия: учебник и практикум / И. М. Лифиц. — 12-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2017. — 314 с. — (Серия: Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-00544-8. Режим доступа: https://biblio-online.ru/book/A9A6A1B6-539B-4950-8694-92FB48E71219/metrologiya-teoriya-izmereniy 5. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. – 2-ое изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. ЛО,1991. – 304 с.: ил. Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/75969#book_name 6. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. / А.Н. Зайдель. Изд. Лань 2009 – 112с. – Режим доступа: http://www.e.landbook.ru Дополнительная литература 1. Клаассен К. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М: Постмаркет, 2000.- 352 с. 2. Боярский М.В., Анисимов Э.А. Введение в технику эксперимента: Лабораторный практикум/ М.В. Боярский, Э.А Анисимов. Изд. Лань 2014 - 88с. ISBN:978-5-8158-1420-2. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/76531#book_name 3. Григорьев, Ю.Д. Методы оптимального планирования эксперимента: линейные модели [Электронный ресурс]: учеб. пособие — Электрон. дан. — Санкт-Петербург: Лань, 2015. — 320 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/65949 4. Извеков, В.Н. Метрология, измерительная техника, основы стандартизации и сертификации: учебное пособие [Электронный ресурс]: учеб. пособие / В.Н. Извеков, А.Г. Кагиров. — Электрон. дан. — Томск: ТПУ, 2011. — 149 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/10305 5. Сидняев, Н. И. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных: учебное пособие для магистров / Н. И. Сидняев. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2017. — 495 с. — (Серия: Бакалавр и магистр. Академический курс). — ISBN 978-5-9916-3253-9. 6. Баркова Н.А. Введение в виброакустическую диагностику роторных машин и оборудования. Анализ вибрации. Учебное пособие. - СПб.: Изд. СПб ГМТУ, 2003. - 160с 7. Барков А.В., Баркова Н.А. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Анализ вибрации. Учебное пособие. - СПб.: Изд. СПб ГМТУ, 2004. - 151с 8. Шакурский А.В. Технические измерения и приборы. Общие вопросы технических измерений. [Электронный ресурс]: учеб. пособие / А.В. Шакурский - Электрон. дан – Пенза, ПГТА, 2011 – 104с. – Режим доступа: http://www.elibrary.ru 9. Баркова Н.А., Борисов А.А. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Расчет основных частот вибрации узлов машин, параметров измерительной аппаратуры и практическая экспертиза. Учебное пособие. СПб. Изд. СПбГМТУ. 2009. 110с 1. ЭКСПЕРИМЕНТ КАК ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ Эксперимент, в полном смысле этого слова, это общий процесс научного исследования и получения новых данных. Методы проведения экспериментов в разных областях науки и техники имеют много общего. Это: • Контроль за экспериментом, • Исключение влияния внешних переменных, • Точность измерительных приборов и точность получаемых данных, • Уменьшение числа переменных, • План проведения эксперимента, • Обнаружение неполадок, • Проверка приемлемости получаемых результатов, • Анализ получаемых результатов и их интерпретация При большом количестве датчиков используются системы автоматизации экспериментальных научных исследований (САЭНИ) или (АСНИ – автоматизация систем научных исследований). САЭНИ выполняет следующие основные функции: 1. Измерение сигналов датчиками, установленными на объекте исследований. 2. Сбор результатов измерений, передачу их на расстояние (иногда до сотен-тысяч километров) и ввод в ЭВМ. 3. Первичную обработку информации. 4. Визуальное и графическое отображение информации. 5. Сжатие информации. 6. Сортировку, накопление и хранение информации в виде банков данных. 7. Автоматическое регулирование технологических параметров. 8. Программное и программно-логическое управление исследуемым объектом и окружающими условиями в целях физического моделирования заданного режима исследований. ВЫВОД: Таким образом, по выполняемым функциям САЭНИ соответствуют ИИС (информационно-измерительным системам) и САУ (системам автоматического управления), поэтому их можно рассматривать как разновидность ИИС и САУ. 2. ВИДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ До начала экспериментальных исследований обычно на основе анализа имеющейся информации разрабатываются априорные (до опытные) гипотезы, предположительно описывающие исследуемое явление. Далее научные исследования развиваются по 2-м направлениям – теоретические и экспериментальные научные исследования. Экспериментальные научные исследования проводятся либо в естественных или стендовых условиях, либо методами физического моделирования. Можно выделить 2 основных типа эксперимента – качественный и количественный. Количественный эксперимент может быть: • Лабораторным • Сложным исследовательским • Промышленным Лабораторный эксперимент служит для подтверждения некоторых фрагментов теоретических исследований, отработки методики измерений, проверки новой аппаратуры и т.п. Сложный исследовательский эксперимент ставится на специально разработанных установках (ускорители, реакторы, аэродинамические трубы, дизельные стенды и т.п.) Промышленный эксперимент. Здесь экспериментальная установка является практически 100% аналогом объекта. При этом тип исследуемого процесса и математические уравнения, его описывающие, известны. Эксперимент может быть: Пассивным – активным (искусственное воздействие на объект). Воспроизводимым – невоспроизводимым (объект не годится для повторного эксперимента – разрушается). Однофакторный – многофакторный (более 3-х факторов не рекомендуется). Ниже приведена схема эксперимента в виде системы связи и структура эксперимента. 3. СТРУКТУРА ЭКСПЕРИМЕНТА 3.1. ГИПОТЕЗА 3.2. ЗАДАЧА 3.3. МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ Математическая Физическая Логическая 3.4. МОДЕЛЬ ЭКСПЕРИМЕНТА (ПОДГОТОВКА) Информативные параметры Математический аппарат Контролируемые параметры Планирование Оборудование и приборы. 3.5. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА Индивидуально. Учет внешних условий. 3.6. ПОИСК ОШИБОК В РЕЗУЛЬТАТАХ Уравнение баланса. Экстраполяция. Повторные измерения. Исключение выпадающих результатов. 3.7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ Определение искомых зависимостей. Вероятностная оценка. Оценка достоверности. 3.8. ВЫВОДЫ Принятие решения. Продолжение эксперимента (испытаний). Решение о неудачах. 3.1. Гипотеза Методов определения гипотез не существует. Предполагается, что гипотеза определена до того, как ставится эксперимент. Однако многие гипотезы выдвигаются при обсуждении результатов эксперимента, особенно если эти результаты не укладываются в существующие модели. 3.2. Постановка задачи эксперимента Задача эксперимента вытекает из поставленной гипотезы и ограничивает рамки эксперимента. Каких-то критериев для формирования задач также нет. Единственное требование – однозначность, позволяющая выбрать модель объекта исследования и необходимую экспериментальную. установку (если она нужна) и объем эксперимента. 3.3. Модель объекта исследований Методология описания модели объекта испытаний определяется классом объектов (специальными знаниями о конструкции и эксплуатации этих объектов). Рассмотрим модель объекта исследований на примере несбалансированного ротора. Рис. Ротор со статической неуравновешенностью Статическая неуравновешенность может оцениваться величиной эксцентриситета е или дисбалансом D D=emrt, где mrt,- масса ротора. При вращении ротора возникают центробежная сила F= emrtω2rt, где ωrt – частота вращения ротора. С увеличением частоты вращения ротора ωrt увеличивается центробежная сила F и из-за прогиба ротора под ее действием дополнительно возрастает дисбаланс вплоть до резонансной частоты, после которой фаза прогиба изменяется на 1800 ротор начинает сам себя балансировать, т.е. происходит автобалансировка ротора. Скорость вращения ротора, при которой частота вращения ротора равна частоте этого резонанса, называется 1-ой критической скоростью. Ротор, вращающийся с частотой ωrt < 75% от критической частоты, называется «жестким» ротором. При работе на более высоких частотах ротор называется «гибким». «Жесткий» ротор «Гибкий» ротор Если вибрация агрегата на частоте вращения оказывается выше нормируемых значений, необходимо уменьшить остаточную неуравновешенность ротора. Поскольку е ~F, то можно непосредственно измерять силу F. Ниже представлен балансировочный станок фирмы Диамех со встроенными в опоры датчиками силы и его блок-схема. Балансировочный станок Балансировка ротора представляет собой процесс совмещения осей инерции и вращения путем установки на ротор дополнительных масс, называемых балансировочными. Их устанавливают на торцевых поверхностях по кругу. Число этих плоскостей обычно совпадает с числом опор вращения ротора. Но балансировка на станке требует остановки агрегата, извлечения ротора, а порой это крупный объект, например, мощная турбина. Чтобы избежать этих проблем, не проще ли измерять виброперемещение ротора под действием центробежных сил, вызванных появлением дисбаланса ротора. Представим ротор в виде простейшей колебательной системы, закрепленной на фундаменте с помощью упругих элементов (виброизоляторов). Здесь же приведена и амплитудно-частотная характеристика этой колебательной систеы. Выбираем модель объекта исследований в виде математического описания сил, действующих на ротор. Под действием гармонической вынуждающей силы F(t) с амплитудой F0 он совершает одномерные в вертикальном направлении колебания, описываемые дифференциальными уравнениями второго порядка вида (22) где - масса механизма; - суммарная жесткость виброизоляторов; - механическое сопротивление, определяющее активные потери колебательной энергии; - смещение инерционного элемента от положения равновесия; - инерционные силы, - силы трения, - упругие силы, - вынуждающая сила. Колебания механизма будут также гармонического вида: . (23) Амплитуда колебаний без учета активных потерь, когда →0, имеет вид , (24) где - статическая деформация виброизоляторов под действием силы тяжести; - собственная частота колебаний механизма на виброизоляторах. Таким образом, амплитуда низкочастотных колебаний механизма Y0 зависит от параметров вынуждающей силы (ее амплитуды F0 и частоты ) и от параметров канала передачи (суммарной жесткости виброизоляторов С и собственной частоты колебаний механизма на виброизоляторах ). Следовательно, ~F0~e Выше показана зависимость амплитуды низкочастотных колебаний механизма от частоты при постоянной амплитуде вынуждающей силы. На резонансе (собственная частота) амплитуда колебаний резко увеличивается, но силы трения и активные потери в упругих элементах ограничивают амплитуду резонансных колебаний (см, пунктирная линия). Низкочастотная вибрация механизмов, машин и оборудования содержит преимущественно гармонические составляющие, создаваемые вынуждающими силами, часть которых зависит от технического состояния объектов. Диагностическим параметром наличия дисбаланса является рост вибрации на частоте вращения ротора, пропорциональной величине соответствующих вынуждающих сил. Таким образом, используя другую модель объекта, появилась возможность перейти от измерения силы на балансировочном станке к измерению амплитуды колебаний ротора непосредственно в условиях эксплуатации агрегата. Но ротор вращается и требует бесконтактных методов измерения его виброперемещения. Усложняем и корректируем математическую модель, чтобы не использовать встраиваемый датчик силы, и не измерять виброперемещение вращающегося ротора, а измерять вибрацию неподвижного статора, что значительно проще с точки зрения проведения эксперимента. Представим агрегат с неуравновешенным ротором в виде двух массовой колебательной системы: Уравнения, описывающее колебания ротора и статора под действием вынуждающей силы F(t), имеют вид: Для амплитуды колебаний статора, решая систему уравнений, получим , где – собственная частота колебаний ротора в подшипниках или 1-ая критическая частота вращения ротора, на которой возникают резонансные колебания ротора в подшипниках, – собственная частота колебаний статора на упругом креплении статора к фундаменту. Таким образом, по амплитуде колебаний статора можно оценить амплитуду центробежной силы и, соответственно, величину эксцентриситета ~F0~e Кроме статической неуравновешенности ротор может иметь моментную неуравновешенность, которая характеризуется угловой несоосностью оси вращения и оси инерции ротора, как показано на рисунке ниже Тогда потребуется снова корректировать модель объекта исследований. Таким образом, рассматривая модель объекта исследований, было показано, как много факторов необходимо учитывать при проведении экспериментов и что иногда требуется ее корректировать, учитывая вид неуравновешенности, которая может быть еще и смешанной, условия проведения эксперимента и т.д. 3.4. Модель эксперимента 1. Выбор информативных параметров В рассмотренном выше примере несбалансированного ротора диагностическим параметром является рост гармонической составляющей на частоте вращения ротора. Однако надо учитывать, что рост гармонической составляющей на частоте вращения ротора имеет место и во многих других случаях, таких как: Несимметричный износ элементов ротора, рабочих колес. Налипание среды на отдельных элементах ротора, рабочих колес. Несоосность валов (статическая и динамическая). Дефекты упругих муфт. Несимметричный износ опор поверхностей трения (шейки вала). Увеличенный зазор в подшипниках вертикальных машин. Удары с частотой вращения. Несимметричная масса жидкости (вращающейся) с рабочим колесом. Несимметрия подъемных сил при обтекании лопастей (лопаток). Угловая несимметрия сил трения. Вращающаяся несимметрия воздушных зазоров в электрических машинах Несимметрия электрических (магнитных) свойств ротора (якоря). Двойной (статический и динамический) эксцентриситет зазора в магнитпроводе. 2. Выбор методов воздействия на объект Воздействие на объект для получения его отклика в виде изменения выбранных параметров. Один из примеров – подают напряжение в 1,5 раза больше нормы для проверки изоляции кабеля. Другой пример – воздействие ультразвуком на ротор для выявления наличия, например, воздушной полости, от которой отраженный сигнал придет раньше, чем в случае прохождения сигнала по бездефектному ротору. Третий пример – ударное воздействие неработающего агрегата для определения его собственных частот. 3. Математическое описание - информативных параметров - воздействий на объект Пример информативного параметра гармонической составляющей вибрации, рост которой сопровождает появление дисбаланса ротора Другой пример, математическое описание ударного воздействия в виде дельта-функции на агрегат для определения его собственных частот 4. Оценка влияния внешних условий и выбор требуемых условий Пример влияния внешних условий – низкое качество напряжения питания при измерении вибрации агрегата, которое приводит к повышению его виброактивности и сопровождается ростом ряда гармонических составляющих в вибрации контролируемого объекта с частотами 2kf1, как это показано на приведенном ниже спектре вибрации, измеренном на корпусе синхронной электрической машины. Здесь f1 - частота напряжения питания. Спектр вибрации синхронной машины Другой пример – влияние температуры контролируемого объекта на способ крепления датчика вибрации. Так, при креплении его мастикой, падает надежность его установки вплоть до падания датчика, так как мастика плавится при температуре выше 400. 5. Выбор оборудования - испытательного - измерительного Пример испытательного оборудования (стенда для контроля состояния съемных подшипников и рабочих колес сепараторов) приведен ниже. Контролируемый подшипник устанавливается на стенд в т.1., рабочее колесо навешивается консольно на вал стенда На рисунке стенда с указаны точки контроля вибрации и направления ее измерения. Точка 1 - на подшипниковом узле с контролируемым подшипником, точки 2 и 3 - на подшипниковых узлах вала с рабочим колесом. На первом подшипниковом узле датчики могут устанавливаться вертикально, горизонтально и вдоль оси вращения. В точках 2 и 3 можно проводить измерения в вертикальном и горизонтальном направлении. Примерами измерительных приборов являются цифровые виброметры с расширенным частотным диапазоном. Один из простейших виброметров производства «Ассоциации ВАСТ» - виброметр СМ-21. В виброметр введен ряд функций, дополнительных к стандартным функциям измерения общего уровня вибрации в выбираемой полосе частот. Ближайшим отечественным аналогом СМ-21 можно считать виброметр ВМ- 7101 фирмы Инкотес, также приведенный ниже. Виброметры ВМ-7101 фирмы «Инкотес» и СМ-21 Ассоциации ВАСТ Первой из дополнительных функций СМ-21 является прослушивание измеряемого сигнала в широком диапазоне частот (функция стетоскопа). Кроме этого, введена возможность измерения уровня высокочастотной вибрации с определением среднеквадратичного и пикового значения вибрации, часто используемая для контроля состояния подшипников качения работающих машин. Появление недорогих детекторов инфракрасного излучения со встроенной оптической системой позволило добавить в цифровой виброметр еще и возможность дистанционного контроля температуры. Наконец, для контроля режима работы многорежимных машин в виброметр добавлена возможность подключения оптического датчика частоты вращения. Естественными направлениями развития цифровых виброметров, расширяющих их возможности без существенного увеличения сложности и стоимости, являются: - расширение функций контроля вибрации машин и оборудования до простейших функций мониторинга их состояния, - обеспечение функций виброналадки, к которым относятся, в первую очередь, балансировка роторов и тестовый контроль собственных частот оборудования при ударном возбуждении вибрации. Модель эксперимента в производственных условиях Выбор объекта эксперимента осуществляется с учетом возможности контроля внешних условий. Так, для исследований анализа возможностей расширения номенклатуры диагностических признаков и разработки алгоритмов диагностирования винтовых компрессоров, широко используемых в холодильных установках различного назначения, в том числе и на судах, для экспериментальных исследований в качестве объекта выбирается, например, маслозаполненный винтовой компрессор, который подает в систему охлаждения аммиак под давлением в 15 атмосфер. Исследуемый винтовой компрессор фирмы Grasso В качестве электропривода в объекте используется двухполюсный асинхронный электродвигатель со скоростью вращения около 3000 об/мин Ведущий винт компрессора обладает пятью заходами, ведомый – шестью. Винты вращаются в радиальных подшипниках качения, на ближнюю ко входному патрубку часть каждого винта дополнительно устанавливается радиально-упорный подшипник. Крутящий момент от ведущего к ведомому винту передается через контактирующие лопасти винта, параллельно выполняющие функции зубчатой передачи. Упрощенная схема компрессора с указанием точек контроля вибрации, используемых для диагностических измерений, приведена ниже. Планирование эксперимента - выбор значений независимых переменных, - выбор интервалов (шагов) по независимым переменным, - выбор и учет факторов, влияющих на результат (многофакторный эксперимент). Выбор измерительного оборудования для эксперимента в производственных условиях В качестве примера ниже приведена данные о стационарной системе мониторинга и диагностики, используемой в режиме мобильной системы для проведения эксперимента в производственных условиях со сбором и обработкой получаемой информации. Схема типовой стационарной система мониторинга и диагностики агрегатов с узлами вращения приведена ниже. Модульная стационарная система СМД-4 производства Ассоциации ВАСТ состоит из трех частей разного назначения. Это блоки измерения и анализа сигналов (БИАС), СМД-серверы с программами приема, обработки и хранения данных и внешние компьютеры с программами визуализации и внешнего управления. Однако в отличие от мобильной системы количество каждой из частей в стационарной системе может быть более одной. Кроме того, стационарная система комплектуется программой автоматической диагностики того агрегата, под который она заказывается у производителя. А при необходимости на начальном этапе работы системы, кроме ее самообучения, производится адаптация модуля диагностики к конкретному агрегату с участием разработчиков Схема стационарной системы мониторинга состояния и диагностики вращающегося оборудования СМД-4 с группой параллельно работающих блоков БИАС В такую систему можно объединить группу блоков аварийной сигнализации СМС, заменив его программное обеспечение на встраиваемое в БИАС, объединив все СМС общей измерительной сетью Ethernet с СМД-сервером и подключив к серверу через вторую информационную сеть один или несколько компьютеров с программами визуализации результатов. При этом можно сохранить и время срабатывания аварийной сигнализации на уровне 0,5сек, и повышенную помехоустойчивость аварийной защиты, добавив регистрацию событий, сопровождающихся сменой состояния объекта, а также модуль оперативной диагностики по событиям и периодически с прогнозом состояния по ее результатам. За работу СМД-4 в режиме мониторинга отвечает модуль мониторинга. За работу в режиме оперативной диагностики отвечает модуль диагностики, который выполняет весь цикл операций диагностирования после обнаружения модулем мониторинга изменений состояния агрегата (после события), а также периодически на выбранных режимах работы с задаваемым минимальным интервалом между циклами диагностики. Типовой интервал – 5-10 минут. Базовые модули диагностики формируются для конкретных типов машин и механизмов при условии постоянного контроля вибрации на всех опорах вращения. Он обеспечивает обнаружение типовых дефектов по их диагностическим признакам, которые могут различаться для одних и тех же дефектов в разных типах машин и оборудования. Диагностическими параметрами в сигнале вибрации, по которым обнаруживаются эти признаки, являются уровни составляющих широкополосных спектров вибрации, форма и частота появления импульсных составляющих ударного происхождения в разных полосах частот, а также уровни составляющих узкополосных спектров вибрации или ее огибающей и форма колебаний агрегата на разных частотах. В модуль оперативной диагностики конкретного агрегата для каждой точки контроля закладывается матрица диагностических параметров, значимых хотя бы для одного из типовых дефектов, и по совокупности превысивших адаптируемые пороги параметров определяется вид и текущая величина дефекта. Для повышения достоверности результата используются все независимые и доступные для измерения в выбранных точках контроля признаки каждого из дефектов. При недостаточном количестве признаков для идентификации вида дефекта обнаруженное изменение состояния считается неидентифицированным. Такие события иногда возникают при развитии дефектов, внесенных в результате ошибок управления агрегатом или его обслуживания. При необходимости использовать для диагностики конкретного агрегата параметры других процессов, в частности, тока его электродвигателя или температуры отдельных узлов агрегата. под используемую совокупность датчиков и диагностических параметров формируется соответствующая модификация диагностического модуля. Распределенная система мониторинга и диагностики СМД-4 собирается из элементов, приведенных ниже. Основные элементы системы СМД-4 – датчики, блоки БИАС и внешние компьютеры с программами настройки системы (конфигуратор), визуализации данных (АРМ оператора) и, при необходимости, внешнего управления и анализа данных (АРМ диагноста). Промышленный компьютер с программой «СДМ-сервер» на рисунке не приводится После адаптации к конкретному объекту диагностики СМД-4 работает в автоматическом режиме и не требует обслуживания. Результаты работы системы выводятся на монитор с помощью программы АРМ оператора. Типовая форма представления результатов приведена ниже. Окно индикаторов состояния стационарной системы мониторинга и диагностики СМД-4. Простыми индикаторами отображается техническое состояние агрегатов в целом и их узлов, детальными индикаторами – вибрационное состояние Основными технические характеристики составных частей СМД-4: Основными техническими характеристиками блоков измерения и анализа сигналов (БИАС) являются; - динамический диапазон измерений D=Xmax/Xmin, где Xmax и Xmin - максимальная и минимальная величины одновременно анализируемых сигналов, составляющий не менее 100 000 раз - разрешающая способность спектрального (FFT) анализа ∆f =fгр /n, где fгр - верхняя граничная частота спектра, n - количество частотных полос в спектре - время измерения спектра (без усреднения) t* = 1/∆f, - время измерения спектра с усреднениями t* = m/∆f, где m – число усреднений - время измерения величины сигнала на выходе узкополосного фильтра t* = 3/∆f, где ∆f – ширина фильтра, на выходе широкополосного фильтра t* = 3/ min {∆f; fн}, где fн - нижняя граничная частота фильтра Фильтрация узкополосная при условии, что полоса пропускания фильтра не больше 10% от среднегеометрической частоты фильтра. Типовое количество усреднений для спектров вибрации -6, для спектров огибающей вибрации -8 Чтобы разделить в спектре две близкие по частоте гармонические составляющие, разность из частот должна быть не менее 3,6 ∆f Другие характеристики блока измерения и анализа сигналов: 16 параллельных аналоговых входа, 4 входа для импульсов с датчика оборотов Типы преобразователей: акселерометры, микрофоны, гидрофоны, измерительные трансформаторы тока, датчики оборотов Частотный диапазон 0,5 – 51200 Гц, динамический диапазон – не хуже 100дБ Диапазон входного напряжения ± 5В, Неравномерность частотной характеристики: не более 3% в полосе 2 Гц - 10 кГц, во всем диапазоне – не более 7%. Измеряемые сигналы: вибрация, ток, давление, частота вращения Интервал обновления данных измерений – от 0,125с, задается пользователем Одновременно во всех каналах в режиме онлайн до 12 видов онлайн анализа сигналов, из следующего списка: - общие уровни вибрации в полосах частот по ГОСТам: 2-1000, 10-1000, 10-2000Гц и дополнительных, от 0,7Гц, в диапазонах СКЗ-виброускорения 0,1-3400м/сс, виброскорости 0,1-6000мм/с, виброперемещения 0,5-5000мкм - форма сигнала или форма огибающей в 1/3 октавных полосах частот от 400 Гц и в более широких полосах частот: 25-400Гц, 400-1600Гц, 1600-6400Гц, 6400- 25600Гц и 25600Гц – 51200Гц. - узкополосные спектры и спектры огибающей с количеством полос до 25600, частотным разрешением от 0,001Гц и граничными частотами от 25Гц - широкополосные 1/3 октавные спектры от 0,63Гц до 25кГц - пространственные характеристики (амплитуды и фазы, АЧХ и ФЧХ) - частота вращения (до 4 каналов измерения) Порт для обмена данными с СМД-сервером - USB, Ethernet Степень защищенности IP54, диапазон рабочих температур от-20 до +50С СМД-сервер -конструктивно реализован на отдельном компьютере Операционная система: ОС Windows 7-10, Linux (Ubuntu, Mate, Lubuntu) версии 16.04, Armbian (для ARM компьютеров) Подключается к двум сетям: - измерительная сеть для связи с блоками БИАС и другими внешними измерителями различных параметров, используемыми для мониторинга состояния и диагностики - информационная сеть для конфигурирования системы и связи с компьютерами АРМ оператора (визуализация данных и результатов) и, при необходимости, с компьютером АРМ диагноста (конфигурирование системы, управление измерениями и ручной анализ данных) Возможно подключение СМД-сервера к третьей, управляющей сети, в том числе и промышленной СУБД - PostgreSQL (возможно использование SQLite) База данных - нет ограничений на максимальный размер Модуль связи - Обеспечивает управление измерительными каналами в каждом блоке БИАС, контроль режима работы объекта, прием, сортировку и первичный анализ данных измерений, обмен данными с модулями мониторинга и диагностики Дополнительные возможности - автоматическое определение и адаптация порогов состояния, запись событий, доступность проведения удаленной экспертной диагностики. Систему СМД-4 с небольшим количеством измерительных каналов можно разместить в одном монтажном шкафу, а при большом количестве каналов разнести шкафы с группами блоков БИАС по разным агрегатам и помещениям. При необходимости можно запустить мобильную систему мониторинга состояния в стационарном режиме диагностики, добавив в СМД-сервер соответствующий диагностический модуль. 3.5. Проведение эксперимента 1. Метрологическая аттестация средств измерения и средств воздействия на объект. 2. Анализ внешних условий и помех, их влияние на измеряемые параметры. 3. Передача измеряемых сигналов от испытательной установки к месту их анализа 4. Стабилизация внешних факторов, влияющих на эксперимент (или их устранение при выборе модели эксперимента) 5. Обеспечение функционирования объекта и средств измерения - самоконтроль (система COMPASS, производства «Брюль и Къер», диагностический комплекс с ПО «DREAM», производства ООО «Ассоциация ВАСТ»), - внешний контроль 6. Изменение режимов работы установки по программе (САЭНИ, АСНИ). 7. Обеспечение защиты персонала. 3.6. Поиск ошибок эксперимента Существуют достаточно общие методы обнаружения ошибок эксперимента: - составление уравнений баланса, - экстраполяция в начало координат, - выполнение повторных измерений, в том симле, рандомизация повторных измерений, - исключение резко выпадающих значений. 3.7. Обработка результатов 1. Распределение искомых зависимостей как функции от результатов измерений. 2. Вероятностная оценка параметров этих функций. 3. Оценка достоверности результатов измерений. 4. Статистическая обработка данных во времени (тренды)ю 5. Статистическая обработка данных по множеству (законы распределения). 6. Статистическая обработка пространственно распределенных данных (корреляционные связи, законы распределения). 3.8. Принятие решения (выводы) Решения, которые принимаются в ходе экспериментов или после его окончания, в основном, можно разделить на 3 группы: Первая – это принятие проверяемой гипотезы, которая сформулирована в виде логической или функциональной зависимости выходного параметра от входных (независимых) – X,Y,Z. В эту же группу относятся и решения, когда вид зависимости оказывается отличным от математической модели, но он определяет с заданной вероятностью ошибки в виде другой зависимости, которая и является экспериментальной. По ней корректируется ранее выдвинутые математические модели. Вторая – это принятие решения о продолжении эксперимента, т.к. накопленных данных недостаточно для обеспечения заданной достоверности решения, относящегося к 1-ой группе. Третья – это принятие решения о неудаче, когда достоверность выбранной модели не может быть подтверждена, как не может быть подтверждена и ее ошибочность, сколь долго бы эксперимент не продолжался. Причинами могут быть: - неадекватность математической модели, - недостаточный учет всех влияющих на выходную функцию факторов, - многочисленные помехи при проведении измерений (и воздействий), - отказы аппаратуры и другого обеспечения, - экономические ограничения на длительность эксперимента и количество независимых испытаний. 4. ВИБРАЦИЯ, КАК ИНФОРМАТИВНЫЙ СИГНАЛ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ При проведении экспериментов, с судовыми роторными машинами и оборудованием, следует при выборе измеряемых и контролируемых сигналов отдавать предпочтение наиболее информативным сигналам. Один из самых информативных сигналов с точки зрения проведения экспериментов является вибрация агрегатов, машин и оборудования, что обусловлено следующими факторами: • где бы в агрегате, машине, оборудовании не появились колебательные силы, возбуждающие вибрацию, контролируемый объект “прозрачен” для вибрации; • вибрация содержит максимальный объём информации, позволяющей оценить техническое состояние исследуемого объекта, идентифицировать его дефекты, определить степень развития каждого дефекта и прогнозировать изменение его технического состояния; • контролировать техническое состояние исследуемого объекта можно на месте, без его разборки и остановки. С другой стороны, вибрация оказывает вредное влияние: • на состояние машины, (увеличение вибрации в 2 раза выше допустимого снижает ресурс в 4 раза), • на работу и здоровье оператора (санитарное нормирование), • на состояние окружающей среды, • на качество продукции. Итак, Вибрация – это механические колебания тела относительно опорного положения равновесия (ISO). Вибрация может быть в виде , (t) – виброскорости, (t) – виброускорения. Для гармонического колебания имеем: ; У простейшего гармонического сигнала три независимых параметров - амплитуда , круговая частота - ω, начальная фаза – φ0. Круговая частота ω связана с линейной частотой f [Гц] и со скоростью вращения n[об/мин] следующим выражением: [радиан/сек] Для виброскорости и виброускорения имеем соответственно: Обозначим амплитуды виброперемещения, виброскорости и виброускорения, соответственно, , Как видно из приведенных выражений, относительно виброперсмещения виброскорость имеет опережение фазы на 900, виброускорение - на 1800. Виброскорость механических колебаний может быть определена путем деления виброускорения на , а вибросмещение - делением виброускорения на : . Современные виброизмерительные приборы автоматически осуществляют эти операции электронными или цифровыми интеграторами. Очевидно, что виброускорение целесообразно измерять на высоких частотах, так как его амплитуда пропорциональна квадрату круговой частоты . Амплитуда виброскорости механических колебаний пропорциональна круговой частоте в первой степени, что свидетельствует о целесообразности измерять виброскорость, если измерительный прибор имеет ограниченный динамический диапазон или если спектр виброскорости машины либо оборудования относительно равномерный по частоте. Виброперемещение наиболее часто используется для измерения низкочастотных механических колебаний. Ниже приведены спектры виброперемещения, виброскорости и виброускорения асинхронного двигателя в логарифмическом (в децибелах) масштабе по оси Х, где очевидно, что измерить вибрацию в широком частотном диапазоне, в том числе и высокочастотную вибрацию, возможно только датчиками виброускорения – акселерометрами. Рис. Спектры виброперемещения, виброскорости и виброускорения асинхронного двигателя Вибрация судовых машин и оборудования представляют собой разновидность колебаний в упругих средах и структурах. Для количественного выражения величин механических колебаний во временной области можно использовать различные значения, представленные ниже для простейшего гармонического сигнала, а именно, , , Рис. Простейшее гармоническое колебание • пиковое значение, которое характеризует максимальное значение колебаний, но не отображает его развитие во времени; • - среднеквадратическое (эффективное) значение, представляющее собой квадратный корень из усредненных во времени возведенных в квадрат мгновенных значений. Это значение имеет особую важность, так как связано с энергией, а, следовательно, с разрушающей способностью колебаний (Т - период колебания). Для синусоидальных колебаний Хскз=Хпик /; • - среднее абсолютное значение, связанное с временным развитием механических колебаний; • - размах колебаний (двойная амплитуда); • - пик-фактор (амплитудный коэффициент), числовое значение которого тем больше, тем больше выражен импульсный или случайный характер колебаний. Для синусоидальных колебаний . Кроме гармонических составляющих в реальном сигнале акустического шума или вибрации машины либо оборудования присутствуют, как правило, и случайные составляющие. Рис. Случайный сигнал Случайный сигнал вибрации может принимать любое значение в определенном диапазоне, поэтому его нельзя характеризовать амплитудой, частотой и фазой. Он характеризуется пиковым значением, среднеквадратическим значением, средним значением и значением пик-пик (значением от пика до пика). Все перечисленные величины вибрации могут содержать диагностическую информацию о контролируемых объектах. Для вибрации линейными единицами измерения, согласно ГОСТам ИСО, являются: * микрометры [мкм] - для измерения вибросмещения, * миллиметры в секунду [мм/с] - для измерения виброскорости, * метры в секунду за секунду [м/с2], или в единицах ускорения свободного падения g  9,8 м/с2 [м/с2(g)] - для измерения виброускорения. Так как вибрация может изменяться в больших диапазонах, ее часто измеряют в относительных единицах - децибелах. Тогда уровни колебаний соответственно виброперемещения, виброскорости и виброускорения (дБ), определяются следующим образом: где - пороговые значения, равные в оборонной промышленности: ; ; . В гражданских отраслях промышленности действительны следующие пороговые значения механических колебаний: , , , приведенные не к частоте 1 кГц, а, для получения более простых значений к круговой частоте рад/с (159 Гц). Это означает, что числовые значения уровней виброускорения, виброскорости и виброперемещения механических колебаний с синусоидальной формой волны и с угловой частотой рад/с равны друг другу. Таким образом, выражая амплитуды виброперемещения, виброскорости или виброускорения в децибелах, необходимо указывать уровень относительно определенного опорного значения, например, уровень ускорения 78 дБ относительно 10-6м/с2. При сравнении амплитуд механических колебаний достаточно указать лишь разность соответствующих уровней в децибелах, отнесенных к одному и тому же опорному значению. Например, один уровень выше другого на столько-то децибел, при этом опорное значение не указывается. Для того чтобы в первом приближении оценить в разах уровень колебаний, приведенный в децибелах, достаточно запомнить только несколько значений, которые выделены в табл. 1 жирным шрифтом. Так, если величину в децибелах представить в виде суммы или разности цифр, выделенных жирным шрифтом, можно перевести практически любое значение, выраженное в децибелах, в разы. Например, 12 дБ=(6+6) дБ (22)=4; 14 дБ=(20-6) дБ (10/2)=5. Перевод величин вибрации из логарифмических единиц в линейные Таблица 1 20lg(x1/x2 ),дБx1/x2 20lg(x1/x2 ),дБx1/x2 20lg(x1/x2),дБx1/x2 -80 дБ0,0001 раз -60 дБ0,001 раз -40 дБ0,01 раз -20 дБ0,1 раз -10 дБ0,316 раз - 6 дБ0,5 раз - 3 дБ0,707 раз - 1 Дб0,89 раз 0 дБ1,00 раз 1 дБ1,12 раз 2 дБ1,26 раз 3 дБ1,41 раз 4 дБ1,58 раз 5 дБ1,77 раз 6 дБ2,00 раза 10 дБ3,16 раз 20дБ 10 раз 40 дБ 100 раз 60 дБ 1000 раз 80 дБ 10000 раз 100 дБ100000 раз 120дБ 1000000 раз 140дБ 10000000 раз Виброускорение 1м/с2, выраженное в децибелах, равно 120 дБ При подготовке эксперимента, связанного с измерением, например, вибрации роторных машин, необходимо определить установки измерительной аппаратуры Расчет основных установок виброанализатора Рассмотрим экспериментальные исследования машин и оборудования с целью определения их технического состояния. Основной задачей в этом случае является поиск дефектов с определением их вида и величины и c прогнозом безопасной работы агрегата на длительный отрезок времени. Для этого с помощью виброанализатора измеряется и анализируется вибрация агрегата в каждой из контрольных точек на его неподвижных частях. Диагностика механических узлов агрегата производится по спектру вибрации на низких и средних частотах (автоспектру), а также по спектру огибающей высокочастотной вибрации, предварительно выделенной из сигнала вибрации высокочастотным широкополосным фильтром. Диагностика электромагнитной системы электрической машины производится только по автоспектру вибрации. Кроме диагностики проводится вибрационный мониторинг агрегата по автоспектрам вибрации от 2 до 800Гц или до более высоких частот, позволяющий более точно определять момент времени, когда вибрация машины становится недопустимо большой и необходима срочная остановка агрегата для обслуживания или ремонта. Диагностические измерения в каждой точке контроля вибрации механических узлов включают в себя измерение одного или двух автоспектров вибрации, из которых один, с верхней граничной частотой не менее 800Гц, используется и для вибрационного мониторинга, а также одного или двух спектров огибающей высокочастотной вибрации. Для диагностики электромагнитной системы измеряются автоспектры вибрации, но в каждой точке контроля на корпусе электрической машины измерения проводятся в двух направлениях – радиально к оси вращения и по касательной к корпусу (тангенциальное направление). К установкам виброанализатора, выбираемым для проведения диагностических и мониторинговых измерений, следует отнести два основных параметра измеряемых спектров вибрации и/или огибающей ее высокочастотных составляющих, а именно граничные частоты спектров и частотное разрешение в спектре. Кроме этого при измерениях спектра огибающей вибрации выбираются еще два параметра виброанализатора – центральная частота и ширина фильтра, выделяющего высокочастотную вибрацию для измерения спектра ее огибающей. Критерий выбора граничной частоты спектра индивидуален для каждого вида узлов диагностируемого оборудования: подшипников качения и скольжения, шестерен зубчатых передач, рабочих колес насосов и вентиляторов, электромагнитных систем, электрических машин, и т.д. Граничные частоты измеряемых автоспектров вибрации и спектров огибающей высокочастотных составляющих определяются исходя из требований измерения такого минимального количества информативных гармоник вибрации диагностируемого узла, которое обеспечит обнаружение каждого из возможных его дефектов, а частотное разрешение – исходя из требований разделения информативных спектральных составляющих спектра по частоте для точного определения их амплитуд и частот. Основные требования, предъявляемые к верхним граничным частотам спектров, используемых для диагностики, приводятся в таблице.2. Таблица 2 .Требования, предъявляемые к верхним граничным частотам диагностических спектров № п/п Диагностируемый узел или оборудование Верхняя граничная частота автоспектра * Верхняя граничная частота спектра огибающей высокочастотной вибрации * 1. Подшипник качения , но или , но (выбирается наибольшее значение) или (выбирается наибольшее значение) 2. Подшипник скольжения , но 3. Зубчатая передача , но или в соответствии с требованиями, предъявляемыми к подшипникам, если их граничная частота больше. или в соответствии с требованиями, предъявляемыми к подшипникам, если их граничная частота больше. 4. Электромагнитная система асинхронного двигателя Для первого спектра, измеренного в радиальном направлении , но . Для второго спектра, измеренного в тангенциальном направлении: , но . Для третьего спектра, измеренного в радиальном направлении: , Спектр огибающей высокочастотной вибрации не используется 5. Электромагнитная система синхронной машины Для первого спектра, измеренного в радиальном направлении: , но . Для второго спектра, измеренного в тангенциальном направлении: , но . Спектр огибающей высокочастотной вибрации не используется 6. Электромагнитная система машины постоянного тока Для первого спектра, измеренного в радиальном направлении: , но ; если ,то Для второго спектра, измеренного в тангенциальном направлении: , но Спектр огибающей высокочастотной вибрации не используется 7. Насосные агрегаты, нагнетатели и вентиляторы , но . Если N<9, то , но не меньше 800 Гц. , Если N<9, то , * Во всех случаях после определения в соответствии с данной таблицей верхней граничной частоты спектра выбирается значение, наиболее близкое (в сторону увеличения) из ряда принятых для данного анализатора значений граничных частот. Для виброанализаторов СД-11 (СД-12, СД-21 и СД-23) ряд стандартных граничных частот: 25, 50, 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400, 12800 и 25600Гц. Примечание: в данной таблице приняты следующие обозначения: - верхняя граничная частота спектра, (или), - частота вращения диагностируемого узла, - частота перекатывания тела качения по наружному кольцу, - частота перекатывания тела качения по внутреннему кольцу, - частота зацепления для редуктора. , зубцовая частота для асинхронного двигателя, - зубцовая частота синхронной машины, - зубцовая частота якоря машины постоянного тока, - коллекторная частота машины постоянного тока, - частота питающего напряжения, - лопастная частота для насосных агрегатов, нагнетателей и вентиляторов, N – количество лопастей насоса, вентилятора или нагнетателя. Требование, предъявляемое к верхней граничной частоте автоспектра , обусловлено тем фактом, что в соответствии с рекомендациями ГОСТа Р ИСО 10816 «Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях» верхняя граничная частота автоспектра вибрации для вибрационного мониторинга узлов агрегата не должна быть менее 800 – 1000 Гц. Таким образом выполнение этого требования для автоспектра при диагностических измерениях позволяет не проводить дополнительно мониторинговых измерений. Обеспечение необходимого частотного разрешения в спектрах сводится к выбору в измеряемых спектрах такого количества линий (частотных полос), чтобы между ближайшими информативными составляющими спектра было не менее 3-4 линий. В спектрах вибрации машин с подшипниками качения ближе всего расположены составляющие гармонических рядов с сепараторной частотой подшипника, т.е. , где . Именно необходимость разделения этого ряда на отдельные гармонические составляющие определяет частотное разрешение в спектрах измеряемой вибрации машин с подшипниками качения. В спектрах вибрации машин с подшипниками скольжения по частоте ближе всего расположены составляющие гармонического ряда , определяемого частотой автоколебаний ротора в подшипниках. Поэтому у машин с подшипниками скольжения измеряются спектры вибрации с числом частотных полос, позволяющим разделить по частоте составляющие этого ряда. Таким образом, наиболее общим критерием по выбору частотного разрешения в спектре можно считать такое правило, при котором первая гармоника частоты вращения диагностируемого узла попадает в 8-ую частотную полосу (линию). Если в одном автоспектре вибрации возможности виброанализатора не позволяют совместить три требования – по верхней граничной частоте спектра для диагностики, по верхней граничной частоте спектра для мониторинга и по частотному разрешению, следует измерять два автоспектра. Первый из них, более высокочастотный, имеет наибольшую граничную частоту и максимально доступное разрешение по частоте, второй низкочастотный спектр должен иметь максимальное частотное разрешение, которое в таких случаях увеличивается с 8 линий на частоту вращения до 12 линий, т.е. в полтора раза больше. Как правило, граничная частота второго спектра должна удовлетворять требованиям к диагностике подшипников, а, при наличии зубцовых составляющих, граничная частота второго спектра по возможности увеличивается до 2/3, где - зубцовая частота. Аналогичное решение о замене одного спектра огибающей на два принимается в том случае, если не удается одновременно обеспечить требования по верхней граничной частоте спектра для диагностики по огибающей вибрации, и требования по частотному разрешению в спектре огибающей. Алгоритм определения основных установок виброанализатора при диагностике разных узлов агрегата содержит следующие операции: - выбор типа диагностируемого узла, - расчет частот основных составляющих вибрации узла для максимальной и минимальной из возможных частот вращения агрегата, - определение максимальной частоты вибрации, требуемой для диагностики (таблица 1) для максимальной частоты вращения агрегата, - выбор верхней граничной частоты основного автоспектра вибрации (ближайшей в сторону увеличения разрешенной частоты анализатора к результатам предыдущего расчета или 800Гц, если расчет дает меньшую величину) - определение предельного частотного разрешения в выбранном спектре для минимальной скорости вращения агрегата и, при невозможности обеспечить нужное разрешение путем использования максимального числа линий в спектре, расчет граничной частоты второго спектра, - выбор верхней граничной частоты основного спектра огибающей вибрации для максимальной частоты вращения агрегата, - определение предельного частотного разрешения в спектре огибающей, сравнение с требуемым разрешением на минимальной частоте вращения агрегата и, при необходимости, определение верхней граничной частоты и разрешения по частоте во втором спектре огибающей вибрации, - выбор центральной частоты и ширины полосы фильтра для выделения высокочастотной вибрации, используемой для измерения спектра ее огибающей. При определении основных установок анализатора следует учитывать и другие факторы, в частности: - наличие в виброанализаторах типового набора верхних граничных частот в измеряемых спектрах, например, 25, 50, 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400, 12800,и 25600Гц, из которого и выбираются основные установки анализатора, - наличие в виброанализаторах типового набора широкополосных, преимущественно третьоктавных и октавных фильтров, для выделения высокочастотных компонент и формирования огибающей сигнала вибрации, из которого и выбираются фильтры по правилам, излагаемым ниже, - возможные ограничения по времени непрерывных измерений вибрации в машинах кратковременного действия или в машинах с переменными режимами работы, не позволяющие измерять спектры с высоким разрешением по частоте. Связано это с тем, что при увеличении частотного разрешения анализатора в два раза необходимо в два раза увеличивать время измерений, в течение которого не должны меняться ни частота вращения, ни нагрузка машины. Широкополосный фильтр, используемый для построения огибающей, выбирается по трем основным параметрам – по среднегеометрической частоте, по ширине полосы пропускания и по составу спектральных составляющих вибрации в полосе частот выбранного фильтра. Ориентировочно среднегеометрическая частота полосового фильтра демодулятора может быть выбрана по эмпирической кривой, представленной на ниже приведенном рисунке, в зависимости от частоты вращения диагностируемой машины, а затем скорректирована преимущественно в сторону увеличения. Следует отметить, что данная зависимость лишь в первом приближении отражает истинное значение среднегеометрической частоты полосового фильтра, выделяющего высокочастотную вибрацию для формирования спектра огибающей. В значительной степени на выбор влияет еще и конструктивные параметры диагностируемого узла. Рис. Приблизительная зависимость среднегеометрической частоты полосового фильтра демодулятора от частоты вращения При проведении измерений для диагностики зубчатых и цепных передач, при работе которых в зубчатых зацеплениях возникают мешающие диагностике других узлов ударные нагрузки, центральная частота фильтра увеличивается в 1,5 раза. Ширина полосы пропускания фильтра должна превышать максимальную из верхних граничных частот измеряемых спектров огибающей вибрации. Чаще всего в виброанализаторах используются третьоктавные фильтры, ширина полосы пропускания которых составляет около четверти от их средней (среднегеометрической) частоты, т.е. для третьоктавных фильтров должно выполняться неравенство: Если неравенство не выполняется, т.е. граничная частота спектра огибающей оказывается больше требуемой, необходимо использовать более широкие фильтры, например октавные, в которых ширина полосы пропускания в три раза больше. После выбора фильтра для выделения высокочастотных составляющих вибрации необходимо измерить спектр вибрации машины в выбранной точке контроля с максимально возможной для используемого виброанализатора граничной частотой. В спектре вибрации в диапазоне рабочих частот выбранного фильтра не должно быть значительных гармонических составляющих, амплитуда которых в три и более раз (на 10 и более дБ) превышает амплитуду случайных составляющих (фона) в спектре измеренной вибрации. Если такие составляющие есть, необходимо использовать другой фильтр более высокой частоты, в рабочем диапазоне частот которого таких составляющих нет. Примечание. Рассмотренный способ определения основных установок анализатора не распространяется на один из диагностических спектров вибрации асинхронного двигателя, по которому определяются дефекты ротора, для чего измеряются боковые на двойную частоту скольжения составляющие у вибрации на частоте вращения ротора. Поскольку двойная частота скольжения ротора может составлять доли процента от частоты вращения, для обнаружения боковых составляющих измеряется вибрация в частотном диапазоне до двойной частоты вращения ротора и с числом частотных полос, как правило, равном 1600. Пример определения основных установок анализатора для диагностирования подшипников качения Критерий определения верхней граничной частоты спектра огибающей высокочастотной вибрации подшипников качения имеет вид: Пример расчёта основных частот вибрации радиально-упорного подшипника качения: Исходные данные: Подшипник SU113526 осевых вытяжных вентиляторов: =230мм.; =130мм.; =26мм.; =11º; =19 шт. Скорость вращения внутреннего кольца: n=268,8 об/мин. 1) Расчёт частоты вращения: 2) Расчёт диаметра сепаратора: 3) Расчёт частоты вращения сепаратора: 4) Расчёт частоты контакта тел качения с одним из колец: 5) Расчёт частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу: 6) Расчёт частоты перекатывания тел качения по внутреннему кольцу: Тогда имеем Максимальным из полученных значений является , поэтому верхнюю граничную частоту спектра огибающей высокочастотной вибрации выбираем ближайшей из ряда используемых в анализаторе значений в сторону увеличения, т.е. . Для автоспектра, исходя из полученных значений граничных частот, можно было бы выбрать из ряда используемых в анализаторе значений - 200Гц. Но так как это значение меньше рекомендованного для мониторинга, а именно 800Гц, следует выбрать верхнюю граничную частоту автоспектра и для диагностики, равную 800Гц, чтобы не делать лишних измерений вибрации. При выборе количества частотных полос в спектре необходимо выполнение условия, чтобы первая гармоника частоты вращения подшипника попала не менее, чем в восьмую частотную полосу. Это обусловлено тем, что две гармонические составляющие, близкие по частоте, можно различить и идентифицировать при условии, если между ними минимум 3,6 частотных линий. В связи с тем, что ниже составляющей на частоте вращения нужно распознать еще и составляющую на частоте вращения сепаратора, а , можно определить ширину одной частотной полосы: . Тогда количество частотных полос для спектра огибающей высокочастотной вибрации можно рассчитать . Ближайшее в сторону увеличения значение количества используемых в анализаторе частотных полос равно n = 400. Окончательно уточняем значение частотного разрешения в спектре огибающей высокочастотной вибрации . Для автоспектра получим , поэтому ближайшее в сторону увеличения значение количества используемых в анализаторе частотных полос следует выбрать, равным 1600. Для уточненного значения частотного разрешения в автоспектре вибрации также, как и для спектра огибающей высокочастотной вибрации, имеем: Для выбора третьоктавного фильтра воспользуемся графиком (см рисунок), в соответствии с которым для частоты вращения 4,5Гц следует выбрать фильтр с центральной частотой, близкой к 4кГц. Ширина этого фильтра составляет 924Гц, т.е. выше граничной частоты измеряемого спектра огибающей вибрации, поэтому этот фильтр удовлетворяет предъявляемым ему требованиям и может быть использован для диагностики этого подшипника. Окончательно для диагностики данного подшипника качения имеем - для спектра огибающей высокочастотной вибрации , , , , , - для автоспектра , ,