Какие приборы используются для измерения уровня вибрации на судах

Обновлено: 18.04.2024

ГОСТ Р ИСО 20283-2-2017

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ НА СУДАХ

Измерения вибрации корпуса

Mechanical vibration. Measurement of vibration on ships. Part 2. Measurement of structural vibration

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АО "НИЦ КД") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 20283-2:2008* "Вибрация. Измерения вибрации на судах. Часть 2. Измерения вибрации корпуса" (ISO 20283-2:2008 "Mechanical vibration - Measurement of vibration on ships - Part 2: Measurement of structural vibration", IDT).

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.

Введение

Вибрацию на судне создают установленные на судне механизмы и оборудование, гребной винт (или движитель другого типа) и внешние факторы (волны, ветер, сталкивающийся лед). Отклик в различных точках конструкции судна зависит от приложенных динамических сил и собственных частот конструкции. Динамические силы изменяются в зависимости от нагрузки на двигатель, от скорости движения и осадки судна. Собственные частоты конструкции изменяются в зависимости от загрузки и осадки судна.

Настоящий стандарт устанавливает руководство по оценке динамического поведения конструкции судна на основе измерений собственных частот и отклика вибрации в некоторых выбранных точках при заданной загрузке судна.

Такие данные нужны для единообразного описания характеристик вибрации корпуса судна и возбуждения, обусловленного судовой энергетической установкой. Это дает основу для конструктивных решений по снижению вибрации, включая систематическое сравнение с расчетными результатами, сравнение данных по разным судам и построение опорных уровней вибрации.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования и рекомендации к проведению измерений, оценке и представлению вибрации корпусных конструкций судна, обусловленной работой судовой энергетической установки. Различают общую и местную вибрацию корпуса. В настоящем стандарте рассматривается преимущественно вибрация первого вида.

Местная вибрация палубных надстроек с точки зрения условий обитания на судне рассматривается в [1]. Наличие местной вибрации редко приводит к усталостным повреждениям конструкции судна. Такие повреждения обусловлены, преимущественно, индивидуальными особенностями конструкции. Поэтому общее руководство по измерению местной вибрации в настоящем стандарте отсутствует. Некоторые основные сведения в отношении местной вибрации конструкции судна приведены в приложении D.

Настоящий стандарт не распространяется на анализ переходных процессов возбуждения, связанных, например, с ударами корпуса судна о встречные волны.

В некоторых случаях вибрация корпуса может быть обусловлена крутильными колебаниями системы "двигатель - движитель", однако в настоящем стандарте вибрация данного вида не рассматривается.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary (Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 2041, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 общая вибрация корпуса (судна) (global structural vibration): Формы изгибных колебаний, охватывающих основные конструктивные элементы корпуса судна.

Примечание - К основным конструктивным элементам корпуса судна относятся эквивалентный брус, судовые надстройки и кормовая часть.

3.2 местная вибрация корпуса (судна) (local structural vibration): Формы изгибных колебаний, ограничивающиеся одним местным конструктивным элементом корпуса судна.

Примечание - К местным конструктивным элементам корпуса судна относятся части надстройки, мачта, переборки, рамный шпангоут, стойки жесткости, листы обшивки.

3.3 свободное движение (судна) (free route): Условия движения судна с постоянной скоростью и постоянным курсом в пределах перекладки руля на левый и на правый борт 2° без изменения положения органа управления подачей топлива.

3.4 эквивалентный брус (hull girder): Основной конструктивный элемент судна, определяющий изгибную жесткость корпуса, статическое и динамическое поведение которого может быть приближенно описано через колебания неоднородной балки со свободными концами.

Примечание - Эквивалентный брус включает в себя листы обшивки корпуса, непрерывные продольные прочные связи корпуса и ребра жесткости, сплошную расчетную палубу.

3.5 форма вынужденных изгибных колебаний (operational vibration deflection shape): Форма изгибных колебаний элементов конструкции корпуса, представляющая собой динамический отклик на действие вынуждающих сил.

4 Условия измерений

Измерения рекомендуется проводить на головном судне серии, чтобы убедиться, что оно не испытывает серьезных конструктивных проблем в отношении общей вибрации корпуса. Такие измерения проводят для сбора данных и сопоставления их с теоретическими расчетами, но не в целях подтверждения соответствия установленным границам вибрации. Тем не менее, полученные результаты измерений могут быть оценены сравнением с аналогичными результатами для других судов.

При проведении измерений глубина воды должна не менее чем в пять раз превышать осадку судна. Если судно предполагается эксплуатировать в условиях мелководья, то глубина воды при измерениях должна соответствовать условиям эксплуатации.

Волнение в ходе измерений не должно превышать 3 баллов. В случае нарушения данного условия в протоколе измерений должно быть указано реальное волнение, и, кроме того, в протоколе должен быть раздел с анализом сигналов после прохождения фильтра верхних частот (с частотой среза 2 Гц).

Нагрузка судна должна обеспечивать, по крайней мере, полное погружение гребного винта. Желательно, чтобы условия загрузки судна в процессе измерений соответствовали эксплуатационным состояниям судна в балласте или при полной осадке. Следует иметь в виду, что изменение положения груза может существенно изменить общую вибрацию корпуса. Характер таких изменений можно понять по результатам теоретических исследований (при их наличии). Если измерения проводят в условиях эксплуатации судна с целью постановки диагноза, то метод измерений остается неизменным. Для лучшего обнаружения изменений собственных частот колебаний конструкций корпуса при изменении загрузки могут быть использованы дополнительные преобразователи вибрации в поперечном и вертикальном направлениях в носовой части судна.

Для определения форм вынужденных изгибных колебаний, а также мод и частот связанных с ними собственных колебаний измерения проводят при свободном движении судна в диапазоне скоростей хода, соответствующих приблизительно от 30% до 100% номинальной мощности энергетической установки. Рекомендуется следующая последовательность измерений:

a) для гребного винта фиксированного шага. Измерения проводят при дискретных значениях постоянной частоты вращения (угловой скорости), увеличивая их с шагом приблизительно 2% максимальной частоты вращения. Как вариант, в случае применения метода порядкового анализа данных возможно медленное непрерывное увеличение частоты вращения гребного винта на интервале времени, не превышающем 45 мин. Шаги дискретного изменения частоты вращения уменьшают (или замедляют непрерывное приращение частоты вращения) при приближении к резонансным частотам конструкций корпуса для получения условий квазистационарного возбуждения;

b) для гребного винта регулируемого шага. Стандартная комбинаторная кривая зависимости частоты вращения от приращения шага гребного винта позволяет получить 20 измерений в диапазоне рабочих скоростей судна. Если резонансы при этом выявлены не будут, то следует зафиксировать шаг на уровне приблизительно 80% максимального значения и изменять частоту вращения винта таким образом, чтобы охватить весь диапазон частот измерений.

При каждом измерении длина записи данных должна составлять не менее 60 с.

Если при последовательном повышении частоты вращения гребного винта не удается соблюсти условия квазистационарного возбуждения, то в процессе измерений длительностью 3 мин на разных постоянных частотах вращения винта следует определить следующие сочетания частоты вращения и шага винта:

- номинальные значения частоты вращения и шага;

- сочетание частоты вращения и шага, при котором получен максимальный отклик на уровне палубы ходового мостика от возбуждения доминирующей гармоникой частоты вращения винта;

- сочетание частоты вращения и шага, при котором получен максимальный отклик на уровне палубы ходового мостика от возбуждения доминирующей гармоникой частоты вращения главного двигателя.

Если валопровод судна включает в себя несколько сочлененных валов, то при определении уровней вибрации следует, по возможности, обеспечить вращение всех валов с одинаковой частотой вращения.

5 Точки измерений

Целью измерений является определение форм вынужденных изгибных колебаний для основных конструктивных элементов судна (общей вибрации), наиболее существенных форм собственных колебаний, а также выявление причин появления доминирующих составляющих вибрации. В соответствии с этим точки измерений выбирают таким образом, чтобы они позволяли наилучшим образом описать общую вибрацию корпуса, определить энергетический и частотный состав основных источников возбуждения вибрации, которыми обычно являются гребной винт и главный двигатель судна.

Если существует расчетная модель вибрации конструкции корпуса судна, то точки измерений выбирают с учетом анализа по данной модели. При отсутствии такой модели можно воспользоваться рекомендациями, приведенными в приложении А.

Дополнительно для оценки уровня и особенностей возбуждения вибрации от гребного винта могут быть проведены измерения импульсов давления в обшивке корпуса в зоне винта. Данные таких измерений могут быть использованы для подтверждения результатов теоретических расчетов и испытаний в кавитационном бассейне. Кроме того, они позволяют выявить нежелательные кавитационные явления при обтекании движителя, такие как наличие широкополосного возбуждения или доминирующих гармоник лопастной частоты. При проведении измерений давления следует обеспечить полное погружение той части корпуса над гребным винтом, где проводят измерения. Руководство по выбору точек измерений импульсов давления приведено в приложении В.

Выбор точек измерений и программа измерений должны быть согласованы до начала проведения натурных испытаний.

6 Сбор, обработка и хранение записей сигналов

Для получения записей сигналов используют преобразователи, калиброванные в лабораторных условиях. Вся измерительная система в целом, включая соединительные кабели, должна быть проверена на месте до и после проведения измерений.

Для сокращения общего времени измерений, а также для получения информации о фазовых соотношениях рекомендуется применять многоканальное оборудование. Если это невозможно, то используют двухканальный анализатор, в котором один из каналов рассматривают как опорный.

Преобразователи вибрации вместе с устройствами согласования сигналов должны обеспечивать проведение измерений в диапазоне частот от 1 до 80 Гц с погрешностью измерения амплитуды не более ±5% и разрешением по частоте не менее 0,125 Гц.

Для расчета частотных спектров сигналы вибрации подвергают временному взвешиванию с использованием плосковершинного окна (обеспечивает максимальную точность определения амплитуд частотных составляющих) или окна Ханна (обеспечивает хорошее разрешение по частоте). Как вариант, возможно использование порядкового анализа с применением следящих фильтров.

Поскольку Фурье-анализ используют для описания средних (не экстремальных) характеристик вибрации, то в анализаторе устанавливают обычный режим усреднения сигналов, а не режим удержания пиковых значений.

Чтобы обеспечить возможность дополнительного анализа данных после завершения натурных испытаний, записи данных сохраняют в электронном виде на соответствующих носителях.

7 Протокол испытаний

В протоколе испытаний указывают общие сведения о судне и судовой энергетической установке, рабочих режимах и внешних условиях, имевших место при проведении измерений. В качестве общего руководства можно использовать рекомендации, приведенные в [1].

Кроме того, приводят следующую информацию:

a) ссылку на настоящий стандарт;

b) носовую и кормовую осадку;

c) высоту волн во время измерений или уровень погружения корпуса над гребным винтом;

d) степень загруженности ахтерпика (при наличии);

e) установку и тип поперечных элементов крепления главного двигателя (при наличии);

f) установку и тип амортизатора осевых колебаний главного двигателя (при наличии);

g) установку и тип гасителя крутильных колебаний вала главного двигателя (при наличии);

ГОСТ Р ИСО 20283-3-2017

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ НА СУДАХ

Измерения вибрации судового оборудования перед его установкой

Mechanical vibration. Measurement of vibration on ships. Part 3. Pre-installation vibration measurement of shipboard equipment

Предисловие

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 20283-3:2006* "Вибрация. Измерения вибрации на судах. Часть 3. Измерения вибрации судового оборудования перед его установкой" (ISO 20283-3:2006 "Mechanical vibration - Measurement of vibration on ships - Part 3: Preinstallation vibration measurement of shipboard equipment", IDT).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.

Введение

Работающее судовое оборудование может создавать вибрацию, распространяющуюся по конструкции судна и производящую акустический шум. Это может привести к превышению установленных предельных значений по шуму для мест обитания пассажиров и экипажа. Если опасность такого превышения существует, то рекомендуется воспользоваться настоящим стандартом для выбора оборудования с низким уровнем вибрации.

Сопоставление результатов измерений вибрации отдельных единиц оборудования, проведенных в соответствии с настоящим стандартом, с установленными предельными значениями позволит заинтересованным сторонам осуществить правильный выбор оборудования перед его установкой на судне.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает руководство по проведению измерений вибрации, создаваемой различными видами судового оборудования и способной распространяться по конструкции судна, в ходе приемо-сдаточных испытаний этого оборудования. Измерения проводят в строго определенных режимах работы оборудования и условиях его установки, например, на испытательном стенде поставщика.

Методы измерений, установленные настоящим стандартом, обеспечивают репрезентативность результатов испытаний и распространяются на оборудование, поставляемое для установки на пассажирских и торговых судах, яхтах и высокоскоростных судах.

В настоящем стандарте рассматриваются измерения только поступательной вибрации, поскольку угловая вибрация, как правило, не создает проблем, связанных с ее распространением по конструкции судна. Настоящий стандарт не устанавливает критерии оценки вибрации.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ISO 1683, Acoustics - Preferred reference quantities for acoustic levels (Акустика. Рекомендуемые опорные значения при определении уровней шума)

ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary (Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь)

ISO 5348, Mechanical vibration and shock - Mechanical mounting of accelerometers (Вибрация и удар. Механическое крепление акселерометров)

ISO 80000-8, Quantities and units - Part 8: Acoustics (Величины и единицы. Часть 8. Акустика)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 2041 и ИСО 80000-8, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 оборудование (equipment): Любые машины, системы, подсистемы и их элементы, устанавливаемые на борту судна и способные создавать вибрацию.

Пример 1 - Главная энергетическая установка: дизельный двигатель, газовая турбина, главный редуктор, гребной электродвигатель.

Пример 2 - Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: приточные и вытяжные вентиляторы, кондиционеры воздуха, водоохладительные агрегаты, насосы пресной воды и пр.

Пример 3 - Вспомогательное оборудование: генераторы с приводом от дизельного двигателя или газовой турбины, насосные установки гидросистемы, электродвигатели и пр.

Примечание - В качестве оборудования не рассматривают насосы в составе главного редуктора, дизельного двигателя и т.п., вентиляторы в составе гребного электродвигателя, генератора, электродвигателя и т.п. и любое другое вспомогательное оборудование в составе более крупного оборудования, проходящего приемосдаточные испытания.

3.2 упругая опора (resilient mount): Устройство, обладающее упругими свойствами и предназначенное для ослабления передаваемой на конструкцию судна вибрации.

Примечание - Обычно такое устройство представляет собой блок из резины или другого аналогичного материала, устанавливаемый в точке крепления оборудования к опорной конструкции и выполняющий как поддерживающие, так и виброизолирующие функции. Использование упругих опор создает приближенные условия практически свободного подвеса (см. 3.12) для поддерживаемого оборудования в широком диапазоне частот.

3.3 сборная опора (compound mount, double-resilient mount): Трехэлементная система, включающая в себя промежуточный элемент, масса которого сопоставима с массой изолируемого оборудования, и двумя упругими элементами по краям.

Примечание - Сборная опора позволяет обеспечить лучшую виброизоляцию по сравнению с упругой опорой.

3.4 жестко устанавливаемое оборудование (rigidly mounted equipment): Оборудование, устанавливаемое непосредственно на твердой поверхности опорной конструкции.

3.5 опорная конструкция (support structure): Механическая конструкция, на которую устанавливают оборудование.

3.5.1 крепежное приспособление (mounting fixture): Используемая в испытаниях относительно легкая опорная конструкция, предназначенная в основном для жестко устанавливаемого оборудования и расположенная поверх упругой опоры.

Пример - Рамная опора двигателя.

Примечание - Крепежное приспособление может быть использовано для упруго устанавливаемого оборудования в целях испытаний.

3.5.2 фундамент (foundation): Опорная конструкция, расположенная под упругими опорами.

3.5.3 фундаментная рама (subbase, bedplate): Опорная конструкция, используемая для обеспечения соосности устанавливаемого на судне оборудования.

3.5.4 испытательный стенд (testbed): Опорная конструкция обычно большой массы, изготовленная из сборного железобетона, на которую устанавливают комплекс оборудования, их опор и опорных конструкций.

3.6 диапазон частот испытаний (test frequency range): Диапазон частот, включающий в себя третьоктавные полосы со среднегеометрическими частотами от 10 Гц до 10 кГц.

Примечание - В зависимости от вида испытуемого оборудования диапазон частот испытаний может быть изменен по согласованию между заказчиком и поставщиком.

3.7 вибрация конструкций (судна) (structure-borne sound): Вибрация в диапазоне частот испытаний, распространяющаяся по жестким конструкциям и обусловленная действием соответствующих источников вибрации.

Примечание 1 - Источниками вибрации конструкции судна могут быть главный двигатель, движитель и вспомогательное оборудование.

Примечание 2 - В диапазоне частот свыше 16 Гц вибрация конструкций может быть воспринята на слух.

3.8 уровень ускорения (acceleration level): Мера ускорения, дБ, определяемая по формуле

где - среднеквадратичное значение ускорения, м/с;

- опорное значение ускорения, равное 10 м/с согласно ИСО 1683.

Примечание - Если установление уровня ускорений является обязательным, то всегда указывают, относительно какого опорного значения он определен (в данном случае 10 м/с).

3.9 уровень скорости (velocity level): Мера скорости, дБ, определяемая по формуле

где - среднеквадратическое значение скорости, м/с;

- опорное значение скорости, равное 10 м/с согласно ИСО 1683.

Примечание - Если установление уровня скорости является обязательным, то всегда указывают, относительно какого опорного значения, дБ, он определен (в данном случае относительно 10 м/с).

3.10 импеданс (impedance): Комплексное отношение вынуждающей силы к скорости в той же точке механической системы при гармоническом возбуждении и отклике, определяемое по формуле

Примечание 1 - Импеданс измеряют в Н·с/м. (См. ИСО 2041).

Примечание 2 - В случае жестко устанавливаемого испытуемого оборудования для расчетов вибрации необходимо знать импеданс или механическую подвижность (3.11) фундамента.

3.11 (механическая) подвижность (mobility): Комплексное отношение скорости к вынуждающей силе в той же точке механической системы при гармоническом возбуждении и отклике, определяемое по формуле

Примечание 1 - Механическую подвижность измеряют в м/(Н·с). (См. ИСО 2041).

Примечание 2 - В случае жестко устанавливаемого испытуемого оборудования для расчетов вибрации необходимо знать механическую подвижность или импеданс (3.10) фундамента.

3.12 практически свободный подвес (practically free condition): Конфигурация опоры, когда испытуемое оборудование может рассматриваться как совершающее свободные колебания во всем диапазоне частот испытаний или по крайней мере в большей его части.

Примечание 1 - Условия практически свободного подвеса достигаются за счет использования очень мягких пружин (упругих опор) между точками опирания оборудования и опорной конструкцией. Первая собственная частота вертикальных колебаний оборудования после его установки на опоры может только несущественно превышать 10 Гц или должна быть значительно ниже низшей частоты возбуждения, создаваемого оборудованием. Собственная частота вертикальных колебаний в 2 раз меньше корня квадратного из отношения жесткости упругой опоры к общей массе испытуемого оборудования и той части опорной конструкции, что расположена выше упругой опоры. Для оборудования массой 100 кг и менее можно использовать более жесткие опоры при условии, что первая собственная частота вертикальных колебаний не превысит 15 Гц, а статическая жесткость в любой точке фундамента по крайней мере в десять раз выше жесткости упругих опор. Комплекс оборудования, включая испытательное оборудование, опорную конструкцию, упругие опоры и фундамент устанавливают на жестком и массивном испытательном стенде. Требования по жесткости и массе испытательного стенда в данном случае означают, что испытательная установка эффективно изолирована от возмущающей внешней вибрации в диапазоне частот свыше 7 Гц.

ГОСТ Р ИСО 20283-4-2017

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ НА СУДАХ

Измерения и оценка вибрации судовой пропульсивной установки

Mechanical vibration. Measurement of vibration on ships. Part 4. Measurement and evaluation of vibration of the ship propulsion machinery

ОКС 17.140.30
47.020.01

Предисловие

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 20283-4:2012* "Вибрация. Измерения вибрации на судах. Часть 4. Измерения и оценка вибрации судовой пропульсивной установки" (ISO 20283-4:2012 "Mechanical vibration - Measurement of vibration on ships - Part 4: Measurement and evaluation of vibration of the ship propulsion machinery", IDT).

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.

Введение

Классификационные общества запрашивают результаты расчетов крутильных колебаний пропульсивной установки морского судна на стадии его проектирования в целях одобрения конструкции судна. В зависимости от результатов расчетов и типа пропульсивной установки для подтверждения полученных значений могут потребоваться дальнейшие исследования. Критерии оценки крутильных колебаний в явном виде установлены правилами международных классификационных обществ, а также в виде унифицированных требований Международной ассоциацией классификационных обществ (IACS), в частности в документе IACS UR М68 ([10]), где основное внимание уделено компонентам, таким как валы, зубчатые передачи, соединительные муфты, передающим крутящий момент. Требование к проведению исследований изгибных или осевых колебаний валопровода может быть выдвинуто классификационными обществами только в особых случаях, когда это диктуют конструктивные особенности судового оборудования.

Вибрация пропульсивной установки, вызываемая двигателем или гребным винтом, может достигать очень высокого уровня. В дополнение к числовым предельным значениям крутильных колебаний могут быть установлены дополнительные требования к конструкции системы, например ограничивающие переменный крутящий момент валопровода. В общем случае конструкция валопровода может допускать функционирование при наличии значительной переменной составляющей, однако указанный запрет может исходить из желания владельцев судна или управляющей компании обеспечить плавную работу движителя.

Пользователи настоящего стандарта должны иметь в виду, что для оценки результатов измерений вибрации пропульсивной установки им следует руководствоваться требованиями последних редакций унифицированных требований IACS. В Российской Федерации эти требования учтены в "Правилах классификации и постройки морских судов" Российского морского регистра судоходства.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы проведения измерений и обработки их результатов для получения достоверных данных о вибрации пропульсивных установок морских и речных судов. Методы измерений применимы к разным видам привода (от дизельного двигателя, электродвигателя или турбины) с учетом ограничений на них.

Методы настоящего стандарта распространяются на вибрацию в установившемся режиме работы судового оборудования. Их в общем случае не следует применять к анализу переходных, быстропеременных и ударных процессов.

Методы измерений, установленные настоящим стандартом, распространяются преимущественно на определение вибрации главной энергетической установки в процессе ходовых испытаний. Те же самые или аналогичные процедуры могут быть использованы в задачах, например, контроля эксплуатационных характеристик, исследования причин повышенной вибрации или состояния элементов оборудования после ремонта. Однако при этом данные процедуры могут потребовать модификации под требования конкретных задач.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary (Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь)

3 Термины и определения

3.1 свободное движение (судна) (free route): Условия движения судна с постоянной скоростью и постоянным курсом в пределах перекладки руля на левый и на правый борт 2° без изменения положения органа управления подачей топлива.

[ИСО 20283-2:2008, статья 3.3]

3.2 жесткость вибрации (vibration severity): Значения параметра или совокупности параметров, характеризующих вибрацию.

[ИСО 2041:2009, статья 2.51]

Примечание 1 - Жесткость вибрации - обобщающее понятие. Применительно к вибрации, создаваемой машинами, вместо него чаще используют термин "вибрационное состояние". В прошлом вибрационное состояние машины описывалось через параметры скорости, однако в настоящее время более распространенным является его описание через другие величины, такие как перемещение и ускорение.

В настоящем стандарте по аналогии с другими стандартами, посвященными контролю вибрации машин, использован термин "вибрационное состояние".

3.3 пиковое значение (peak value): Максимальное значение величины на заданном интервале времени.

[ИСО 2041:2009, статья 2.44]

Примечание 1 - Под пиковым значением обычно понимают максимальное отклонение величины, описывающей вибрацию, от среднего значения. Максимальное (по модулю) отклонение в область положительных значений называют положительным пиковым значением, а в область отрицательных значений - отрицательным пиковым значением (см. рисунок 1).

Примечание 2 - Поскольку модули положительного и отрицательного пиковых значений для сигналов вибрации могут быть разными, под пиковым значением часто понимают половину размаха (см. 3.4).

3.4 размах (peak-to-peak value): Разность между положительным и отрицательным пиковыми значениями на заданном интервале времени.

[ИСО 2041:2009, статья 2.45]

Примечание - См. рисунок 1.

1 - пиковое значение ; 2 - размах (от - до +); 3 - среднеквадратическое значение (с.к.з.); 4 - период

Рисунок 1 - Соотношение между параметрами вибрации для гармонического сигнала u(t)

3.5 среднеквадратическое значение (r.m.s. value): Корень квадратный из суммы квадратов эффективных значений гармоник Фурье-преобразования сигнала вибрации в заданной полосе частот

Пример 1 - Во временной области среднеквадратическое значение сигнала u(t) на интервале времени от до получают по формуле (см. рисунок 1).

Пример 2 - В частотной области среднеквадратическое значение сигнала, спектр которого включает в себя N линий с амплитудами , n=1, . N, получают по формуле .

Примечание 1 - Формулировка данного определения основана на более общем определении спектра (ИСО 2041, статья 5.11) его адаптации к сигналам вибрации.

Примечание 2 - В случае гармонического сигнала отношение пикового значения к среднеквадратическому значению равно .

Примечание 3 - На практике в случае сигналов сложной формы и обработки их с помощью анализатора спектра представляет собой амплитуду узкополосного сигнала. Для улучшения качества сигнала (защиты от утечек спектра) применяют весовые (оконные) функции, требующие введения коэффициента В, с учетом которого формула для среднеквадратического значения приобретает вид . В зависимости от вида окна коэффициент В приобретает разные значения: В=1,5 для окна Ханна, В=3,77 для плосковершинного окна (при отсутствии окна В=1).

4 Вибрационные испытания

4.1 Средства измерений

Преобразователи, устройства формирования сигнала и система записи должны обеспечивать проведение измерений в диапазоне частот, соответствующем измеряемому параметру вибрации с погрешностью, не превышающей ±10%. Диапазон частот измерений должны определить заинтересованные стороны, в качестве которых могут выступать судостроитель, владелец судна, классификационное общество и поставщик движителя. Как правило, для целей настоящего стандарта измерения поступательной вибрации достаточно проводить в диапазоне частот до 1000 Гц. Измерения сил или моментов сил или других величин на вращающихся частях энергетической установки достаточно проводить в диапазоне частот до 100 Гц для малооборотных двухтактных двигателей и до 400 Гц для четырехтактных двигателей (для четырехтактных двигателей верхняя граница должна быть не меньше произведения частоты вращения вала на число цилиндров). При измерениях ускорения на зубчатом редукторе верхняя граница диапазона частот может быть выше и зависит от частот зацепления зубьев.

С учетом возможной необходимости воспроизведения исходных и преобразованных сигналов в целях последующего анализа их предпочтительно записывать в электронном виде (аналоговом или цифровом). Передаточная функция измерительной цепи от преобразователя до устройств записи и воспроизведения должна быть известна и подтверждена на месте проведения измерений или в лаборатории.

Рекомендуется сохранять информацию о фазе вибрации относительно некоторого опорного значения, привязанного к источнику возбуждения. Как правило, опорное значение определяют с помощью маркера, указывающего на фазу цикла двигателя (например, нахождение поршня в верхней мертвой точке цилиндра N 1), но в некоторых особых случаях также важно знать фазу сигнала относительно углового положения гребного винта.

4.2 Условия испытаний

Для обеспечения повторяемости результатов испытаний в целях определения вибрационных характеристик судовой установки их проводят в установившемся режиме работы при следующих условиях:

a) условия нагружения судовой установки во время испытаний максимально близки к номинальным как минимум в части балласта, определенного для ходовых испытаний, и полного погружения гребного винта;

b) глубина воды не менее чем в пять раз превышает осадку судна. Любые отклонения от этого требования должны быть согласованы сторонами и отражены в протоколе испытаний;

c) судно совершает свободное движение;

d) отсутствуют сильные удары встречных волн, а максимальное волнение равно:

- 1 балл для маломерных судов,

- 2 балла для малых кораблей (длиной менее 100 м),

- 3 балла для крупных кораблей (длиной не менее 100 м);

e) двигатель работает в нормальном режиме. Для некоторых видов измерений и некоторых судовых установок по согласованию сторон проводят дополнительные измерения в режиме работы двигателя отличном от нормального;

f) для установок более сложной конструкции, включающей в себя несколько двигателей, перед проведением измерений подлежащие исследованиям режимы работы должны быть согласованы сторонами. При этом может оказаться необходимым соблюсти требования классификационных обществ (например, проводить измерения крутильных колебаний в режимах работы с одним и двумя двигателями, если эти двигатели работают на одном валу, или измерения в нормальном и аварийном режимах для установок со знаком резервирования).

4.3 Правила проведения испытаний

4.3.1 Общие положения

Каждый измерительный канал проверяют на надежность соединений и правильность работы. Тензометрические датчики обычно калибруют после их установки на месте электрическим сигналом.

Если сторонами согласовано одновременное измерение механических колебаний разных видов (крутильных, изгибных, осевых, поперечных), то рекомендуется либо использовать технику синхронного многоканального хранения данных, либо сохранять данные о фазе измерения в каждом канале.

4.3.2 Измерения в установившемся режиме

Сбор данных в установившемся режиме в условиях, указанных в 4.2, осуществляют одним из следующих способов.

a) Фиксируют результаты измерений в режиме с постоянной частотой вращения, ступенчато изменяя ее с равным шагом по всему диапазону изменений от минимального до номинального (максимального) значения. Число шагов должно быть таким, чтобы позволить провести запись вибрации с заданной точностью. В качестве общего руководства рекомендуется изменять частоты вращения с шагом приблизительно 5% ширины всего диапазона ее изменения, уменьшая значение шага или переходя к плавному изменению частоты вращения [см. перечисление b)] в окрестностях резонансов.

Текст ГОСТ Р ИСО 20283-2-2017 Вибрация. Измерения вибрации на судах. Часть 2. Измерения вибрации корпуса

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТР

ИСО 20283-2—

Вибрация

ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ НА СУДАХ

Измерения вибрации корпуса

(ISO 20283-2:2008, IDT)

Москва Стандартанформ 2017

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 «Вибрация, удар и контроль технического состояния»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 октября 2017 г. № 1443-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 20283-2:2008 «Вибрация. Измерения вибрации на судах. Часть 2. Измерения вибрации корпуса» (ISO 20283-2:2008 «Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships — Part 2: Measurement of structural vibration», IDT).

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Содержание

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

4 Условия измерений

5 Точки измерений

6 Сбор, обработка и хранение записей сигналов

7 Протокол испытаний

Приложение А (рекомендуемое) Типичное расположение точек измерений при измерениях

общей вибрации корпуса судна

Приложение В (рекомендуемое) Измерения пульсаций давления от гребного винта

Приложение С (справочное) Примеры представления результатов измерений общей вибрации

Приложение D (справочное) Местная вибрация корпуса

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов

Введение

ГОСТ Р ИСО 20283-2—2017

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Вибрация

ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ НА СУДАХ

Измерения вибрации корпуса

Mechanical vibration. Measurement of vibration on ships. Part 2. Measurement of structural vibration

Дата введения — 2018—06—01

1 Область применения

В некоторых случаях вибрация корпуса может быть обусловлена крутильными колебаниями системы «двигатель —движитель», однако в настоящем стандарте вибрация данного вида не рассматривается.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary (Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь)

3 Термины и определения

Примечание — К основным конструктивным элементам корпуса судна относятся эквивалентный брус, судовые надстройки и кормовая часть.

Примечание — К местным конструктивным элементам корпуса судна относятся части надстройки, мачта, переборки, рамный шпангоут, стойки жесткости, листы обшивки.

Примечание — Эквивалентный брус включает в себя листы обшивки корпуса, непрерывные продольные прочные связи корпуса и ребра жесткости, сплошную расчетную палубу

4 Условия измерений

Для определения форм вынужденных изгибных колебаний, а также мод и частот связанных с ними собственных колебаний измерения проводят при свободном движении судна в диапазоне скоростей хода, соответствующих приблизительно от 30 % до 100 % номинальной мощности энергетической установки. Рекомендуется следующая последовательность измерений:

a) для гребного винта фиксированного шага. Измерения проводят при дискретных значениях постоянной частоты вращения (угловой скорости), увеличивая их с шагом приблизительно 2 % максимальной частоты вращения. Как вариант, в случае применения метода порядкового анализа данных возможно медленное непрерывное увеличение частоты вращения гребного винта на интервале времени, не превышающем 45 мин. Шаги дискретного изменения частоты вращения уменьшают (или замедляют непрерывное приращение частоты вращения) при приближении к резонансным частотам конструкций корпуса для получения условий квазистационарного возбуждения;

b) для гребного винта регулируемого шага. Стандартная комбинаторная кривая зависимости частоты вращения от приращения шага гребного винта позволяет получить 20 измерений в диапазоне рабочих скоростей судна. Если резонансы при этом выявлены не будут, то следует зафиксировать шаг на уровне приблизительно 80 % максимального значения и изменять частоту вращения винта таким образом, чтобы охватить весь диапазон частот измерений.

При каждом измерении длина записи данных должна составлять не менее 60 с.

постоянных частотах вращения винта следует определить следующие сочетания частоты вращения и шага винта:

- номинальные значения частоты вращения и шага;

5 Точки измерений

6 Сбор, обработка и хранение записей сигналов

Преобразователи вибрации вместе с устройствами согласования сигналов должны обеспечивать проведение измерений в диапазоне частот от 1 до 80 Гц с погрешностью измерения амплитуды не более ± 5 % и разрешением по частоте не менее 0,125 Гц.

Поскольку Фурье-анализ используют для описания средних (не экстремальных) характеристик вибрации. то в анализаторе устанавливают обычный режим усреднения сигналов, а не режим удержания пиковых значений.

7 Протокол испытаний

Кроме того, приводят следующую информацию:

a) ссылку на настоящий стандарт;

b) носовую и кормовую осадку;

c) высоту волн во время измерений или уровень погружения корпуса над гребным винтом;

d) степень загруженности ахтерпика (при наличии);

e) установка и тип поперечных элементов крепления главного двигателя (при наличии);

f) установка и тип амортизатора осевых колебаний главного двигателя (при наличии);

д) установка и тип гасителя крутильных колебаний вала главного двигателя (при наличии);

h) установка и тип компенсатора вибрации (при наличии).

Результаты измерений предпочтительно выражать в следующих единицах:

- ускорение, мм/с 2 ;

Результаты измерений уровня вибрации предпочтительно указывать в виде пиковых значений скорости. При использовании частотной коррекции следует указывать вид функции коррекции.

Рекомендуется указывать уровни полной вибрации в виде среднеквадратичного значения корректированного ускорения (см. [1]) для ориентировочной оценки вибрации с позиции условий обитания на судне.

Результаты измерений приводят таким образом, чтобы отразить изменение характеристик вибрации с изменением частоты вращения или шага гребного винта. Представленные данные должны давать возможность сделать заключение об уровне и частотном составе вибрации для каждого этапа измерений.

Дополнительно могут быть включены типичные временные реализации и графики зависимости отклика вибрации от частоты вращения (шага) гребного винта для всех характерных гармоник возбуждения.

Желательно приводить графики собственных мод колебаний и мод вынужденных колебаний, например для сравнения с теоретическими расчетами.

Обычно представление в виде графиков является предпочтительным по сравнению с табличным. В примерах приложения С приведены представления результатов для двух точек измерений.

В протоколе следует указывать все характерные особенности и явления, выявленные в процессе измерений (например, наличие биений, сильных ударов встречных волн).

Рекомендуется приводить краткие замечания по полученным результатам и общее заключение по итогам испытаний.

Протокол испытаний желательно сохранять в электронном формате, но представление в бумажном виде также допустимо.

Приложение А (рекомендуемое)

Типичное расположение точек измерений при измерениях общей вибрации корпуса судна

Для судов с малооборотными или среднеоборотными двигателями и четким разделением корпуса и надпалубных сооружений, таких как танкеры, сухогрузы, контейнеровозы и суда многоцелевого назначения, измерения следует проводить по крайней мере в точках, указанных в таблице А.1 и показанных на рисунке А 1

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: