Изучите концепции, инструменты, приложения и технические термины, составляющие мир качества. Для получения дополнительных определений просмотрите онлайн-глоссарий терминов качества, аббревиатур и ключевых людей в истории качества.
Определение Глоссария качеству: Вибрационная устойчивость (Виброустойчивость, Вибростойкость)
Сейсмостойкость элементов АС - свойство элементов АС сохранять при землетрясении способность выполнять заданные функции в соответствии с проектом.
Вибрационная устойчивость (Виброустойчивость, Вибростойкость) - cвойство объекта при заданной вибрации выполнять заданные функции и сохранять в пределах норм значения параметров
Испытания на виброустойчивость проводятся применительно к приборам или техническим приспособлениям для проверки сохранения их работоспособности в условиях динамических нагрузок. Все показатели, которые измеряют при испытаниях на вибростойкость и вибропрочность, в идеале, должны соответствовать норме функционирования механизмов. Если виброустойчивость касается собственно эксплуатационных характеристик объекта, то вибропрочность обусловливает способность сохранять рабочие свойства долговременно при воздействии вибраций. Вибропрочность отличается наибольшими амплитудами ускорений, собственными частотами объекта и его составляющих, демпфирующими параметрами материала конструкции и сроком вибрационного воздействия. Испытание на вибропрочность проводят в трех пересекающихся векторах со сменой вибраций в заданном диапазоне частот с перегрузками. Проводя испытания на вибропрочность в диапазоне частот, воздействуют гармоническими или случайными вибрациями согласно методам, регламентированным специфическими нормативно-техническими документами.
В чем измеряется вибрация?
Виброускорение
Виброскорость
Виброперемещение
Измерение вибрации: методы и приспособления
Примеры измерения вибраций
Вибросейсмостойкость. Стандарты, регламентирующие проектирование, разработку и эксплуатацию сейсмостойких объектов
Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)
Испытания на сейсмостойкость
Расчет устойчивости конструкции
Ударопрочность объектов и оборудования
Результаты исследований сейсмостойкости оборудования
Существует реальная вибрация – состоящая из спонтанных недолгих колебаний, транслируемая на широкие области спектра. В испытаниях часто применяется широкополосная случайная вибрация. Она оказывается более эффективным и более наглядным методом исследования, так как позволяет использовать более широкий спектр колебаний, расширяя зону резонанса.
Уровень вибрации обычно проверяется методом воздействия синусоидальным сигналом. Его частота трансформируется во времени, причем фиксируются такие показатели, как
• ускорение,
• скорость,
• перемещение.
Единицы измерения синусоидальной вибрации – это частота Гц или рад/с, перемещение мм, амплитуда или размах, скорость м/с, ускорение м/с² или gn. Значительно реже интенсивность вибрации измеряется в рад/с. Очень активно применяют ускорение за единицу измерения вибрации в виде перегрузки, определяемой в качестве отношения ускорения к ускорению свободного падения: gn = A/g, где g = 9.81 м/с2 . В любом случае, фиксируют амплитудные (крайние) значения либо размах (двойную амплитуду). Выявлена корреляция частоты, перемещения, скорости и ускорения для наибольших значений синусоидального сигнала. И когда известно значение любых двух из данных параметров, другие выявить легко. Основными ответами на вопрос, в каких единицах измеряется вибрация, являются следующие параметры:
1. Пороговые частоты диапазона испытаний (вверху и внизу), амплитуда вибрационной нагрузки.
2. Степень нагружения на всех частотах.
3. Скорость и закономерность изменения частот: логарифмическая или линейная.
4. Время испытаний или число проходов.
Чтобы выявить разницу двух частот в испытаниях скользящей синусоидой, применяют октавы в логарифмическом масштабе. Это нужно, чтобы создать возможность равномерного нагружения объекта на разных частотах. Например, при частоте 10 Гц за секунду делается 10 циклов колебаний и столько же – в одну сотую секунды при частоте 1000 Гц.
Рассмотрим более подробно основные характеристики единиц измерения вибрации оборудования и механизмов.
Оно обусловлено силой, спровоцировавшей вибрацию. Данный показатель активно востребован при выявлении дефектов механического происхождения.
Единицы измерения виброускорения:
• метры на секунду в квадрате;
• 1G = 9,81 м/сек2;
• децибелы, с приведением порога в 0 дБ. Либо исходным будет значение 10-6 м/сек2(Стандарт ISO 1683:2015 и ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009).
Это скорость перемещения исследуемой точки в ходе ее прецессии по оси измерения.
Практически значимо не наибольшее значение, а среднеквадратичное: в физическом аспекте это равенство энергетического воздействия на опоры реального вибросигнала и фиктивного постоянного, количественно совпадающего с СКЗ. Исследование виброскорости позволяет фиксировать и перемещение, и энергетическое воздействие сил, вызывающих вибрацию.
Для замеров СКЗ виброскорости применяют виброметры и виброанализаторы.
Единицы измерения виброскорости:
• миллиметры на секунду;
• дюймы в секунду: 1 in/s = 25,4 мм/сек;
• децибелы, с указанием порога в 0 дБ. Либо, согласно ГОСТ 25275-82, будет взято значение 5 * 10-5 мм/сек (В соответствии с ISO 1683:2015 и ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009 за 0 децибел берётся 10-6 мм/сек).
Виброперемещение иллюстрирует наибольшие границы перемещения исследуемой точки в ходе вибрации. Это расстояние между полюсами перемещения элемента оборудования по оси измерения.
Единицы измерения:
• микрометры;
• миллиметры: 1 мм = 1000 мкм;
• в милсы, миллидюймы: 1000 mils = 1 дюйм, 1 mil = 25,4 мкм, 1000 mils = 25,4 мм
Они проводятся для выявления степени устойчивости сооружения к землетрясениям и механическим воздействиям.
В нашей стране есть регламент – ГОСТ Р 52892-2007, предписывающий методы изучения устойчивости здания к техногенной вибрации, измерений и анализ количественных показателей оценки вибрации сооружений из европейских стандартов.
Согласно этому нормативу, чтобы произвести исследование воздействия вибрации, замеряют наибольшую виброскорость по трём векторам на фундаменте или на почве рядом с ним и выявляют частоту основной составляющей вибрационного воздействия. Принципиально важно провести измерение вибрации несущих конструкций.
Требования к монтажу приборов электроники, применяемых при испытаниях на вибрацию, изложены в стандарте ГОСТ ИСО 5348‑2002. Согласно ГОСТ Р 52892-2007, измерение вибрации обусловлено пиковым (наибольшим мгновенным) значением скорости.
Основы вибродиагностики предполагают применение стандартных средств измерения вибрации, регламентированных ГОСТ Р 52892‑2007, в числе которых:
• адаптеры для монтажа датчика вибрации на исследуемую поверхность;
• датчик, акселерометр (датчик ускорения или скорости вибрации);
• измерительно-индикаторный блок;
• блок записи и сохранения данных;
• измеритель частотного состава сигнала;
• компьютерное ПО.
Датчики бывают контактными и бесконтактными. Вторые позволяют проводить точные замеры в труднодоступных местах при воздействии внешних электромагнитных полей (это могут быть оптические, электромагнитные, электрические, радиоволновые, акустические и радиационные устройства, механически не привязанные к исследуемому объекту). Но в производственных испытаниях применяют не такие дорогостоящие контактные датчики. Например, при измерении вибрации радиоламп или более мелких объектов подойдут больше контактные, легкие по весу датчики.
Приборы для измерения вибрации оборудования делятся на следующие разновидности:
Виброметры – проводят замеры интегрального значения вибрации.
Виброанализаторы – проводят расширенные замеры сигналов и спектров вибрации.
Стационарные системы – монтируются на дорогостоящем оборудовании и привязаны к агрегату, поэтому зона их использования ограничена.
Есть два принципа измерения вибрационного воздействия: кинематический и динамический. Какой принцип измерения вибрации оптимален, зависит от условий проверки. Кинематический предполагает замеры точек исследуемого объекта в отношении к установленной статичной системе координат (части прибора, объекты вне технического оборудования). Динамический принцип предполагает измерение вибрации в отношении созданной статичной системы отсчета, обычно инерционного элемента.
К наиболее частым операциям измерения вибраций относят процедуру замера вибрации электродвигателей.
Повышенная вибрации электродвигателя, особенно подшипников – наиболее частая проблема, ведущая к сбоям в работе системы оборудования. Она ведет также к износу иных материалов и комплектующих (обмоток, дефектам вала, появлениям микротрещин и т. д.). Измерение вибраций двигателя важно, чтобы составить представление о возможном превышении допустимой нормы и предотвратить выход из строя всего механизма. Вибрации электродвигателя имеют свои разновидности: механические, электромеханические, электромагнитные, поперечные, осевые.
Виброанализатор, применяемый при замерах, позволяет измерить параметры и амплитуду колебаний, то есть не только то, в чем измеряют саму вибрацию электродвигателя, но и выявить источники и причины такого эффекта. Измерение вибрации электродвигателя проводится при работе вхолостую и при номинальной нагрузке. Вычисляются параметры СКЗ вибросмещения (мкм), СКЗ виброскорости (мм/с) или СКЗ виброускорения (мм/с2) в диапазоне частот от 10 Гц до 1000 Гц.
Не менее важным аспектом является измерение вибраций вентиляторов промышленных на разных этапах их эксплуатации: от приемо-сдаточных испытаний до плановой проверки технического состояния. Сведения относительно вибрации вентилятора и ее соотношения с допустимой нормой используют в проектировании его основы и присоединяющихся систем (воздухопроводов).
ГОСТ 31350 2007 регламентирует нормы вибрации вентиляторов промышленных, и его рекомендуют применять параллельно с ГОСТ ИСО 10816-1-97, ГОСТ ИСО 10816-3-2002 и ГОСТ 31351-2007, где прописана методика измерений и указаны местоположения датчиков вибрации.
Сегодня испытания на вибропрочность особенно актуальны: негативная роль технической вибрации увеличилась прямо пропорционально техническому прогрессу, увеличением скоростей и нагрузок в стационарных установках и транспорте. Большая часть аварий на производственных и энергетических предприятиях обусловлена как раз негативным действием вибрации.
Прежде всего, в их числе НП 031 01 – стандарт, определяющий проектирование сейсмостойких АЭС. НП 031 01 имеет статус регламента, однако и здесь есть спорные вопросы и нюансы. Например, важно, что вследствие резонанса колебательных процессов, появившихся при землетрясении и ином воздействии на техническое оснащение АЭС, точные параметры этих воздействий выявляются из подлинных значений собственных частот и декрементов колебаний приборов, что определяется экспериментально на энергоблоках АЭС в режиме раскрепления оборудования, трубопровода, теплоизоляции и т. п., в полевых условиях. Исходя из этого, корректируются расчетные схемы для повторных расчетов сейсмостойкости. Вот почему сохраняется потребность в расширении и дополнении актуальных нормативов в части методических требований к выявлению динамических параметров систем и фрагментов АЭС, которые дадут возможность обеспечить реалистичность оценок сейсмостойкости и устойчивости к прочим типам внешних воздействий.
ГОСТ 17516 1 90 регламентирует параметры устойчивости к механическим воздействиям электротехнических приспособлений и задает параметры их стойкости в зависимости от разновидности (по принципам механического исполнения и стойкости к внешнему воздействию).
ИСО 10816 1 97 – международный стандарт, регламентирующий условия и методы выявления вибрационных характеристик по измерениям, сделанным на статорных элементах машин. Основные критерии оценки в этом случае – безопасность длительной работы механизма, а также обеспечение отсутствия вибрационного воздействия механизма на другие технические приспособления. Важным аспектом данного стандарта является то, что в нем рассмотрены аспекты вибрационного влияния непосредственно самого объекта, но не воздействия извне. Кроме того, не рассмотрена в документе угловая вибрация.
ГОСТ Р ИСО 10816-8-2016 регламентирует состояние машин на основании замеров уровня вибрации на статичных элементах (невращающихся), в том числе поршневых компрессоров.
Основной упор делается на типологию компрессоров по уровню обеспечиваемой ими вибрации и на оценку износа фрагментов установок, монтируемых на жесткий фундамент. Замеры произведены на корпусе прибора, с целью подтверждения, что вибрация от компрессора не окажет деструктивного влияния на присоединенные к нему элементы.
ГОСТ 30546.1-98, ГОСТ 30546.2-98 устанавливает требования к сейсмостойкости оборудования, а также методику выявления степени его сейсмостойкости. В ГОСТ 30546.3-98 регламентированы нормы для проверки сейсмостойкости оборудования, монтированного в зоне эксплуатации.
ГОСТ 30630.1.2-99 регламентирует методику испытаний стойкости оборудования при воздействии вибрации. В ГОСТ 30630.1.8-2002 прописана методика испытаний технических приспособлений на влияние вибрации в условиях выбранного режима.
ГОСТ 32388-2013 предписывает нормативы расчета прочности, устойчивости к вибрации и сейсмическим влияниям технологических трубопроводов.
ГОСТ Р МЭК 60068-3-8-2015 обусловливает методику проверки стойкости к внешним воздействиям технических изделий, а также прописывает критерии выбора метода испытаний на вибрационное воздействие.
СТ ЦКБА 080-2009, 2015 – стандарты методики испытаний на сейсмостойкость трубопроводной арматуры. В СТ ЦКБА 122-2018 предложена методика испытаний вибрационного воздействия на трубопроводную арматуру.
Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясения на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в Европе — европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии — шкала Японского метеорологического агентства (Shindo), в США и России — модифицированная шкала Меркалли (MM):
1. балл (незаметное) — колебания почвы, отмечаемые прибором;
2. балла (очень слабое) — землетрясение ощущается в отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии;
3. балла (слабое) — колебание отмечается немногими людьми;
4. балла (умеренное) — землетрясение отмечается многими людьми; возможно колебание окон и дверей;
5. баллов (довольно сильное) — качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стекол, осыпание побелки;
6. баллов (сильное) — легкое повреждение зданий: тонкие трещины в штукатурке, трещины в печах и т. п.;
7. баллов (очень сильное) — значительное повреждение здании; трещины в штукатурке и отламывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах, повреждение дымовых труб; трещины в сырых грунтах;
8. баллов (разрушительное) — разрушения в зданиях: большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб. Оползни и трещины шириной до нескольких сантиметров на склонах гор;
9. баллов (опустошительное) — обвалы в некоторых зданиях, обрушение стен, перегородок, кровли. Обвалы, осыпи и оползни в горах. Скорость продвижения трещин может достигать 2 км/с;
10. баллов (уничтожающее) — обвалы во многих зданиях; в остальных — серьезные повреждения. Трещины в грунте до 1 м шириной, обвалы, оползни. За счет завалов речных долин возникают озера;
11. баллов (катастрофа) — многочисленные трещины на поверхности Земли, больше обвалы в горах. Общее разрушение зданий;
12. баллов (сильная катастрофа) — изменение рельефа в больших размерах. Огромные обвалы и оползни. Общее разрушение зданий и сооружений.
В любых испытаниях на сейсмостойкость зачастую используют специальные меры – натурные испытания воздействием пробной нагрузки. Заранее устанавливают наибольшие потенциальные нагрузки на фрагменты строений (перекрытия, стены, колонны и пр.). Обследование на сейсмостойкость проводится с применением специальной техники: домкратов, геотубов и вибромашин. В центре комплексно-сейсмических испытаний учитывают степень устойчивости к трещинам, максимально возможный прогиб, расчетную деструктивную нагрузку или разрушающую динамическую нагрузку. Однако в сложных сейсмических условиях исследование основывается на обеспечении именно вибрационной нагрузки.
Чтобы проверить сейсмостойкость строения, ударом задается динамическая пробная нагрузка (отбойным молотком, мешком, наполненным песком и т.п.) и затем производятся замеры собственных частот колебаний. Если есть отход от определенной частоты здания в сторону низкочастотной вибрации, значит, степень износа высока, есть дефекты либо нарушения. Если колебания сооружения едины, значит, строение устойчиво, в том числе, в смысле его сейсмостойкости. Разные колебания частот заставляют признавать наличие дефектов. Затем компьютерная программа обрабатывает и визуализирует колебания здания и делается окончательный вывод о его реальной сейсмостойкости и потенциале эксплуатации.
После завершения исследований выдается сертификат сейсмостойкости либо техническое заключение с рекомендациями о дальнейших действиях.
Коэффициент запаса устойчивости отражает, насколько следует увеличить установленную нагрузку для потери устойчивости системы.
Специально для того, чтобы можно было автоматически произвести расчет опоры на устойчивость, разработан комплекс SCAD Office. Благодаря этому инструменту, можно вычислить ряд параметров:
Принципиально важно учесть различия итогов расчета устойчивости нормативов и тех, что получены с помощью SCAD.
Таким видам расчетов могут подвергаться самые разные конструкции и объекты в машиностроении, транспортной отрасли, строительстве. Еще на этапе конструирования и проектирования проводятся эти расчеты. Так, к примеру, при возведении моста делается расчет балки на общую устойчивость: обеспечивается нагрузка на нее, и, когда замечено, что ее поперечное сечение отходит от вертикальной оси, превышая допустимый порог, это значит, расчет показал: общая устойчивость потеряна. Но, помимо расчетов на общую устойчивость, не менее важно сделать расчет на местную устойчивость балки.
Широко распространены также расчеты трубы на устойчивость при прокладывании трубопроводов. Принципы те же: систематизируются исходные данные (параметры сечения, степень нагрузки, наличие одного вида нагрузки, например, только внутренняя, или внешней и внутренней нагрузки), приводятся в соотношение и затем результаты сравниваются с принятыми и утвержденными нормами и стандартами.
Расчетные параметры при расчете газопровода на прочность и устойчивость – это порог текучести и временное сопротивление материала, мест сварки труб, коэффициент линейного теплового расширения, модуль упругости и плотность материала трубы, коэффициент Пуассона.
При расчетах труб на прочность и устойчивость учитывают разный характер воздействий: как силовых (объем транспортируемого газа, его физические характеристики, давление, давление грунта, погодное воздействие), так и сейсмических, а такжде степень деформации. По схожим принципам проводятся расчеты устойчивости дымовой трубы.
Падение, удары, механические воздействия прямого удара молнии – все это влияет на эксплуатационные свойства, а порой и на целостность объектов. Механические воздействия прямого удара молнии связаны с ударной волной, идущей от канала молнии, а также электродинамикой, влияющей на проводники с током молнии. Чаще всего механическое воздействие удара молнии приводит к трещинам в конструкциях.
Проверить удароустойчивость аппаратуры помогают испытания согласно ГОСТ 28213 (одиночный удар) и ГОСТ 28215 (многократные удары). Основная задача – выявление механических дефектов и (или) ухудшения определенных свойств и сопоставление этих данных требованиями технических нормативов определения прочности конструкций или как способ контроля их качества.
Исходя из специфики образцов, испытания проводят на вибростенде, методом свободного падения и др. Фиксируются данные датчика силы, отмечается ускорение и создается график обусловленности ускорения от времени для того, чтобы получить реальный импульс. При методе свободного падения трансформация скорости обусловлена высотой падения и отскока, в условиях непрерывного ускорения образца. Крепление микросхем при испытаниях на удароустойчивость также регламентировано стандартами, в зависимости от специфики и вида исследуемого образца.
Параметры испытаний на ударопрочность:
степень жесткости удара — сочетание пикового ускорения и протяженности импульса (при многократных ударах – с их количеством);
разновидность импульса — временная обусловленность ускорения, реализуемого установкой и влияющего на объект;
изменение скорости — абсолютный показатель мгновенного наращения скорости во времени от приложенного ускорения.
По итогам испытаний заказчик получает сертификат сейсмостойкости оборудования, в котором официально подтверждается эта характеристика технического оснащения, прошедшего проверку. Сертификат сейсмостойкости – важный документ, востребованный как при проектировании и разработке моделей, так и при проверке их эксплуатационных характеристик, и в ходе ремонта оборудования перед повторным вводом в эксплуатацию. В ходе получения сертификата на сейсмостойкость приборы и механизмы претерпевают испытания, а сертификация зданий требует специальных расчетов.
Что касается расчетов на сейсмостойкость, то они тоже не теряют своей популярности: в условиях меняющегося климата, изменения техногенных и погодных условий расчеты на сейсмостойкость зданий и оборудования проводятся не менее активно.
