Вибрации - это одна из проблем современных мегаполисов. Причем с каждым годом их интенсивность постоянно возрастает. Почему же современная наука столь активно исследует данную проблему? По какой причине измерения вибрации стали обязательными процедурами во многих организациях и на предприятиях? Дело в том, что вибрации - это явление, вызывающее ряд профессиональных заболеваний, что дает основание медикам поднимать вопросы о мероприятиях по его устранению.

Понятие вибраций

Вибрации - это сложный колебательный процесс, который осуществляется в широком частотном диапазоне. Как он возникает? При передаче колебательной энергии от источника твердому телу. Обычно под вибрацией подразумевают которые оказывают ощутимое влияние на организм человека. При этом имеется в виду частотный диапазон от 1,6 до 1000 Гц. С понятием вибрации тесно связаны звук и шум. Они сопровождают это явление при высоких показателях колебательного движения.

Какой предмет в школе изучает такое понятие, как вибрация? Это - очень важный предмет. Обеспечение охраны труда является одной из основных проблем России, поднятых на уровень национальной безопасности.

Источники возникновения

Механические вибрации - это явления, возникающие практически во всех станках, машинах и инструментах, у которых имеются несбалансированные или неуравновешенные вращающиеся детали, совершающие возвратно-поступательные и ударные движения. В перечень подобного оборудования входят штамповочные и ковочные молоты, пневмо- и электроперфораторы, а также вентиляторы, компрессоры, насосные установки и приводы.

Если колебательные движения механическими телами совершаются с частотой, находящейся в диапазоне до 20 ГЦ, то они воспринимаются только как вибрация. При больших частотах появляется звук. Это вибрация с шумом. При этом восприятие производится не только вестибулярным аппаратом человека, но и его органами слуха.

Классификация вибрации

Колебательные движения могут передаваться различными способами. Так, существует вибрация общая. Это колебательный процесс, передающийся на тело человека через различные опорные поверхности. Общая вибрация неблагоприятно воздействует на сердечно-сосудистую и нервную системы. К тому же она вызывает патологии пищеварительного тракта и органов движения.

В свою очередь, из общей вибрации выделяют:
- транспортную, возникающую при движении автомобилей по дорогам;
- транспортно-техническую, источником которой служат машины и механизмы, вовлеченные в технологический процесс;
- техническую, возникающую во время работы стационарного оборудования или передающуюся в зоны нахождения обслуживающего персонала, где нет никаких источников вибрации.

Существует еще и локальная вибрация. Это колебательные движения, передающиеся через руки. Если с подобной вибрацией человек сталкивается систематически, то у него возможно развитие неврита с одновременной потерей трудоспособности.

При исследованиях рабочих мест выделяется гармоническая, или синусоидальная вибрация. Это такие колебательные движения, при которых значения их основного показателя изменяются по синусоидальному закону. Подобная вибрация встречается на практике особенно часто.

Колебательные движения различают и по временной характеристике. Так, существует постоянная вибрация. Ее параметры по своей частоте за период наблюдения изменяются не более чем в два раза.

Существует еще и непостоянная вибрация. Для нее характерно значительное изменение основных параметров (более чем в два раза).

При изучении какого предмета учащимся предоставляется возможность более подробно ознакомиться с таким явлением, как вибрация? Это БЖД. Его преподают в старших классах средней школы.

Параметры вибрации

Для характеристики используются такие величины:
- амплитуда, показывающая наибольшее отклонение от равновесного положения в метрах;
- частота колебаний, определяемая в Гц;
- число колебательных движений в течение секунды;
- скорость колебаний;
- период колебаний;
- ускорение колебаний.

Производственная вибрация

Вопросы о снижении уровня колебательных движений, негативно влияющих на организм человека, особенно актуальны на стадии разработки технологического процесса, невозможного без эксплуатации станков, машин и т. д. Но, тем не менее, производственная вибрация - это явление, которого на практике избежать невозможно. Возникает она из-за наличия зазоров, а также поверхностных контактов между отдельными механизмами и деталями. Возникает вибрация и при неуравновешенности элементов оборудования. Нередко колебательные движения многократно возрастают из-за резонансных явлений.

Проведение вибромониторингов

Для контроля и дальнейшего снижения уровня вибрации на производствах применяют специальную виброизмерительную контрольно-сигнальную аппаратуру. Она позволяет сохранить работоспособность устаревшего оборудования и увеличить срок эксплуатации новых станков и механизмов.

Всем известно, что технологический процесс любого промышленного предприятия требует участия большого количества вентиляторов, электрических машин и т. д. Для того чтобы оборудование не простаивало, технические службы должны проводить его своевременный текущий или капитальный ремонт. Это возможно при осуществлении контроля над уровнем вибрации, что позволяет своевременно обнаружить:
- разбалансировку ротора;
- износ подшипников;
- несоосность передач и другие неисправности и отклонения.

Аппаратура виброконтроля, установленная на оборудовании, выдает предупреждающие сигналы при аварийном повышении амплитуды колебания.

Воздействие вибрации на здоровье человека

Колебательные движения в первую очередь вызывают патологии нервной системы, а также тактильного, зрительного и вестибулярного аппаратов. Профессиональные водители автотранспортных средств и машинисты жалуются на недуги пояснично-крестцового отдела позвоночного столба. Данные патологии становятся следствием систематического воздействия толчковой и низкочастотной вибрации, возникающей на их рабочем месте.

Те, на кого в течение технологического цикла передаются колебательные движения оборудования, страдают от болей в конечностях, пояснице и в области желудка, а также от отсутствия аппетита. У них появляется бессонница, быстрая утомляемость и раздражительность. В целом картина воздействия общей вибрации на человека выражается в вегетативных расстройствах, сопровождающихся периферическими нарушениями в конечностях, снижением чувствительности и сосудистого тонуса.

Воздействие локальных колебательных движений приводит к спазмам сосудов предплечий и кисти. При этом конечности недополучают нужного количества крови. Вместе с этим локальная вибрация воздействует на костные и мышечные ткани, а также на находящиеся в них нервные окончания. Это приводит к снижению чувствительности кожи, к отложению солей в суставах, к деформации и снижению подвижности пальцев. Стоит сказать и о том, что колебательные движения, совершаемые в диапазоне резко снижают тонус капилляров, а при высоких частотах происходит спазм сосудов.

Иногда у рабочего возникает вибрация в ухе. Что это явление представляет собой? Дело в том, что частота колебательных движений, передающаяся от работающего оборудования, бывает самой разной. Однако на отдельно взятом предприятии существует довольно узкий диапазон таких значений. Это и приводит к появлению того или иного типа вибрации, а также сопутствующего ей шума. Так, звуки могут иметь низкую, среднюю и высокую частоту.

Когда же возникает вибрация в ухе? Что это состояние характеризует собой? Дело в том, что иногда оборудование создает колебательные движения, стоящие на одном уровне со слуховым восприятием. В итоге и возникает шум, передаваемый на внутренне ухо через тело рабочего и его кости.

На практике выделяют допустимый уровень вибрации. Это те ее значения, которые не оказывают негативного влияния на организм человека. Данные параметры зависят от многих факторов (от времени воздействия, предназначения помещения и т. д.) и измеряются амплитудой колебания, виброскоростью, виброускорением и частотой.

Наиболее опасные уровни вибрации

Особенности негативного воздействия колебательных движений на организм человека определяются характером их распространения при сочетании массы и упругих элементов. У человека, работающего стоя, это туловище, таз и нижняя часть позвоночника. У сидящего на стуле негативным воздействиям подвержена верхняя часть тела и позвоночника.

Влияние вибрации на здоровье человека определяется ее частотным спектром. Те ручные механизмы, колебательные движения которых ниже значения 35 Гц, способствуют появлению негативных изменений в суставах и костно-мышечной системе.

Самые опасные вибрации близки к органов человека. Это диапазон от 6 до 10 Гц. Колебания такой частоты также негативно влияют на психологическое здоровье. Такая частота вполне могла быть причиной гибели многих путешественников в Бермудском треугольнике. При значениях колебаний от 6 до 10 Гц у людей возникает чувство страха и опасности. Моряки при этом стремятся поскорее покинуть свое судно. Длительное воздействие вибрации способно привести к гибели экипажа. Это явление опасно для функционирования как отдельных органов, так и всего организма в целом. Оно нарушает работу ЦНС и обмен веществ.

Очень опасна вибрация с большой амплитудой. Она оказывает негативное воздействие на кости и суставы. При длительном воздействии и высокой интенсивности колебаний такая вибрация провоцирует развитие Эта профессиональная патология при определенных условиях переходит в церебральную форму, излечить которую практически невозможно.

Устранение колебательных движений

Как же избежать вибрации в теле? Что это должны быть за мероприятия, которые позволят сохранить здоровье человека? Существуют две основных группы подобных методов. Мероприятия первого из них призваны снизить вибрацию непосредственно в источнике ее появления. Такие действия, осуществленные на этапе проектирования, предусматривают применение бесшумного оборудования и правильный подбор режимов его работы. Во время строительства и дальнейшей эксплуатации производственных зданий эти мероприятия касаются мер по использованию технически исправного оборудования.

Второй метод снижения вибрации - ее устранение на пути распространения. Для этого осуществляется виброизоляция оборудования и воздуховодов, строятся виброизолирующие площадки, рабочие места оборудуются специальными ковриками и сиденьями. Кроме того, устранить вибрацию на пути ее распространения можно при выполнении целого комплекса акустических и архитектурно-планировочных мероприятий. В их числе:
- расположение источников вибрации в максимальном удалении от защищаемых объектов;
- целесообразное размещение оборудования;
- применение схемы виброизолированного и жесткого крепления агрегата и т. д.

Защита временем

Для того чтобы сохранить здоровье человека, работающего с ручными механизмами или оборудованием, передающим на тело колебательные движения, разрабатывают специальные режимы отдыха и труда. Так, существует ограничение времени контакта с машинами и механизмами до 1/3 смены. При этом обязательно устраивается два-три перерыва по 20-30 минут. Причем свободное от работы время в течение смены предусмотрено для проведения и разнообразных физиотерапевтических процедур.

Подобные режимы труда разрабатываются для виброопасных профессий и являются своеобразными профилактическими мероприятиями, направленными на сохранение здоровья человека.

Числовая вибрация имени

Контактируя с различными людьми, каждый из нас ведет себя совершенно по-разному. Причем все это зависит от отношения к собеседнику и от сложившейся ситуации. Мы презираем или уважаем, ненавидим или любим, прислушиваемся к их мнению или оно нам вовсе безразлично.

Если встретившийся на жизненном пути человек сдержан и немногословен, то такое поведение становится характерным и для нас. Весельчак и балагур, напротив, заставит смеяться и непременно поднимет настроение. Как же узнать ту индивидуальность человека, которая скрывается в глубине его души? Многое подскажет вибрация имени. Что это? Нумерологическое сложение согласных имени. При помощи этого способа можно определить характер родственников и супруга, друзей и любого человека, даже не зная той даты, когда он родился. Необходимо лишь знание 9 числовых вибраций, соответствующих имени. С их помощью можно подобрать ключик к человеческой душе и почувствовать себя настоящим магом. Недаром некоторые говорят, что это вибрация моего сердца. Ведь с помощью данного способа в руках человека появляется магическое оружие, которое принесет пользу тем, кто знает его силу воздействия и основное значение.

Буквы имени каждого человека скрывают в себе три значения его индивидуальности. Это числовая вибрация:
- гласных;
- согласных;
- суммы всех букв.

Данные числовые значения в совокупности дают характеристику самых важных сторон личности.

Существует и звуковая вибрация имени, ведь жизнь является непрерывным движением. Именно поэтому ей присуща своя вибрация. Своей собственной вибрацией обладает и каждое имя. В течении жизни ее значение постепенно передается и хозяину. Ученые полагают, что нижний порог таких вибраций находится на уровне 35000 колебаний в секунду, а верхний - на уровне 130000/сек. Те люди, которые обладают наиболее высоким коэффициентом, устойчивы к различного рода инфекциям. У них также наблюдаются высокие уровни моральных установок.

Точки измерения вибрации для оценки состояния машин и механизмов выбираются на корпусах подшипников или других элементов конструкции, которые в максимальной степени реагируют на динамические силы и характеризуют общее вибрационное состояние машин.

ГОСТ Р ИСО 10816-1-97 регламентируется проведение измерений вибрации корпусов подшипников в трех взаимно перпендикулярных направлениях, проходящих через ось вращения: вертикальном, горизонтальном и осевом ( а). Измерение общего уровня вибрации в вертикальном направлении проводится в наивысшей точке корпуса ( б). Горизонтальная и осевая составляющие измеряются на уровне разъёма крышки подшипника или горизонтальной плоскости оси вращения ( в, г). Измерения, проведенные на защитных кожухах, металлоконструкциях не позволяют определить техническое состояние механизма из-за нелинейности свойств данных элементов.

(а)	(б)
(в)	(г)

а) на электрических машинах; б) в вертикальном направлении; в, г) на корпусе подшипника

Расстояние от места установки датчика до подшипника должно быть кратчайшим, без контактных поверхностей различных деталей на пути распространения колебаний. Место установки датчиков должно быть достаточно жёстким (нельзя устанавливать датчики на тонкостенном корпусе или кожухе). Необходимо использовать одни и те же точки и направления измерения при проведении мониторинга состояния. Повышению достоверности результатов измерений способствует использование в характерных точках приспособлений для быстрой фиксации датчиков в определенных направлениях.

Крепление вибрационных датчиков регламентируется ГОСТ Р ИСО 5348-99 и рекомендациями изготовителей датчиков. Для крепления преобразователей поверхность, на которую он крепится, должна быть очищена от краски и грязи, а при измерении вибрации в высокочастотном диапазоне – от лакокрасочных покрытий. Контрольные точки, в которых проводится измерение вибрации, оформляются так, чтобы обеспечить повторяемость при установке датчика. Место измерения отмечают краской, кернением, установкой промежуточных элементов.

Масса преобразователя должна быть меньше массы объекта более чем в 10 раз. В магнитной державке, для крепления датчика используют магниты с силой удержания на отрыв 50…70 Н; на сдвиг 15…20 Н. Не закрепленный преобразователь отрывается от поверхности при ускорении более 1g.

Измерения ударных импульсов проводятся непосредственно на корпусе подшипника. При свободном доступе к корпусу подшипника измерения выполняются с помощью датчика (индикаторного щупа) в контрольных точках, указанных на . Стрелками указано направление расположения датчика при измерении ударных импульсов.

1 – индикаторный щуп прибора; 2 – корпус подшипника; 3 – распространение волн напряжения; 4 – подшипник качения; 5 – зона измерения ударных импульсов

Перед измерением ударных импульсов необходимо изучить чертёж конструкции механизма и убедиться в правильности выбора мест измерения, исходя из условий распространения ударных импульсов. Поверхность в месте измерений должна быть ровной. Толстый слой краски, грязи, окалины следует удалить. Датчик устанавливается в районе эмиссионного окна под углом 90 0 к корпусу подшипника, допускаемый угол отклонения не более 5 0 . Усилие прижатия щупа к поверхности контрольной точки должно быть постоянным.

Выбор частотного диапазона и параметров измерения вибрации

В механических системах, частота возмущающей силы совпадает с частотой реакции системы на эту силу. Это позволяет идентифицировать источник вибрации. Поиск возможных повреждений проводится на заранее определенных частотах механических колебаний. Большинство повреждений имеют жёсткую связь с частотой вращения ротора механизма. Кроме того, информативные частоты могут быть связаны с частотами рабочего процесса, частотами элементов механизма и резонансными частотами деталей.

• нижний частотный диапазон должен включать 1/3…1/4 оборотной частоты;
• верхний частотный диапазон должен включать 3-ю гармонику информативной частоты контролируемого элемента, например, зубчатого зацепления;
• резонансные частоты деталей должны находиться внутри выбранного частотного диапазона.

Анализ общего уровня вибрации

Первый этап диагностирования механического оборудования обычно связан с измерением общего уровня вибрационных параметров. Для оценки технического состояния проводится измерение среднеквадратичного значения (СКЗ) виброскорости в частотном диапазоне 10…1000 Гц (для частоты вращения меньше 600 об/мин используется диапазон 2…400 Гц). Для оценки состояния подшипников качения проводится измерение параметров виброускорения (пикового и СКЗ) в частотном диапазоне 10…5000 Гц. Низкочастотные колебания свободно распространяются по металлоконструкциям механизма. Высокочастотные колебания быстро затухают по мере удаления от источника колебаний, что позволяет локализовать место повреждения. Измерение в бесконечном количестве точек механизма ограничиваются измерениями в контрольных точках (подшипниковых узлах) в трех взаимноперпендикулярных направлениях: вертикальном, горизонтальном и осевом ().

Результаты измерения представляются в табличном виде () для последующего анализа, включающего несколько уровней.

Таблица 7 – Значения параметров вибрации для контрольных точек турбокомпрессора

Точка измерения	Среднеквадратичное значение виброскорости (мм/с), для направлений измерения, частотный диапазон 10…1000 Гц			Виброускорение аскз/апик, м/с 2 , частотный диапазон 10…5000 Гц
	вертикальное	горизонтальное	осевое
1	1,8	1,7	0,4	4,9/18,9
2	2,5	2,5	0,5	5,0/19,2
3	3,3	4,0	1,8	39,9/190,2
4	2,4	3,4	1,5	62,8/238,5

Первый уровень анализа – оценка технического состояния выполняется по максимальному значению виброскорости зафиксированному в контрольных точках. Допустимый уровень определяется из стандартного ряда значений по ГОСТ ИСО 10816-1-97 (0,28; 0,45; 0,71; 1,12; 1,8; 2,8; 4,5; 7,1; 11,2; 18,0; 28,0; 45,0). Увеличение значений в данной последовательности в среднем составляет 1,6. В основе данного ряда положено утверждение – увеличение вибрации в 2 раза не приводит к изменению технического состояния. В стандарте предполагается, что увеличение значений на два уровня приводит к изменению технического состояния (1,6 2 = 2,56). Следующее утверждение – увеличение вибрации в 10 раз приводит к изменению технического состояния от хорошего до аварийного. Отношение вибрации на холостом ходу и под нагрузкой не должно превышать 10-ти кратного увеличения.

Для определения допустимого значения используется минимальное значение виброскорости зафиксированное в режиме холостого хода. Предположим, что во время предварительного обследования на холостом ходу получено минимальное значение виброскорости 0,8 мм/с. Безусловно, в данном случае, должны соблюдаться аксиомы работоспособного состояния. Желательно, границы состояний определять для оборудования, вводимого в эксплуатацию. Принимая ближайшее большее значение, из стандартного ряда 1,12 мм/с как границу хорошего состояния, имеем следующие оценочные значения при работе под нагрузкой:1,12…2,8 мм/с – функционирование без ограничения сроков; 2,8…7,1 мм/с – функционирование в ограниченном периоде времени; свыше 7,1 мм/с – возможны повреждения механизма при работе под нагрузкой.

Длительная эксплуатация механизма возможна при значении виброскорости менее 4,5 мм/с, зафиксированной во время работы механизма под нагрузкой при номинальной частоте вращения приводного двигателя.

Для оценки состояния подшипников качения при частоте вращения до 3000 об/мин рекомендуется использовать следующие соотношения пикового и среднеквадратичного (СКЗ) значений виброускорения в частотном диапазоне 10…5000 Гц: 1) хорошее состояние – пиковое значение не превышает 10,0 м/с 2 ; 2) удовлетворительное состояние – СКЗ не превышает 10,0 м/с 2 ; 3) плохое состояние наступает при превышении 10,0 м/с 2 СКЗ; 4) если пиковое значение превышает 100,0 м/с 2 – состояние становится аварийным.

Второй уровень анализа – локализация точек имеющих максимальную вибрацию. В виброметрии принят тезис о том, что, чем меньше значения параметров вибрации, тем техническое состояние механизма лучше. Не более 5% возможных повреждений связано с повреждениями при низком уровне вибрации. В целом большие значения параметров указывают на большее воздействие разрушительных сил и позволяют локализовать место повреждения. Различают следующие варианты увеличения (более 20%) вибрации:

1) увеличение вибрации по всему механизму наиболее часто связано с повреждениями основания – рамы или фундамента;
2) одновременное увеличение вибрации в точках 1 и 2 или 3 и 4 () свидетельствует о повреждениях, связанных с ротором данного механизма – дисбалансом, изгибом;
3) увеличение вибрации в точках 2 и 3 () является признаком повреждений, потери компенсирующих возможностей соединительного элемента – муфты;
4) увеличение вибрации в локальных точках указывает на повреждения подшипникового узла.

Третий уровень анализа – предварительный диагноз возможных повреждений. Направление большего значения вибрации в контрольной точке с большими значениями наиболее точно определяет характер повреждения. При этом используются следующие правила и аксиомы:

1) значения виброскорости в осевом направлении должны быть минимальны для роторных механизмов, возможная причина увеличения виброскорости в осевом направлении – изгиб ротора, несоосность валов;
2) значения виброскорости в горизонтальном направлении должны быть максимальны и обычно превышают на 20% значения в вертикальном направлении;
3) увеличение виброскорости в вертикальном направлении – признак повышенной податливости основания механизма, ослабление резьбовых соединений;
4) одновременное увеличение виброскорости в вертикальном и горизонтальном направлении указывает на дисбаланс ротора;
5) увеличение виброскорости в одном из направлений – ослабление резьбовых соединений, трещины в элементах корпуса или фундаменте механизма.

При измерении виброускорения достаточны измерения в радиальном направлении – вертикальном и горизонтальном. Желательно, проводить измерения в районе эмиссионного окна – зоны распространения механических колебаний от источника повреждения. Эмиссионное окно неподвижно при местной нагрузке и вращается, если нагрузка имеет циркуляционный характер. Увеличенное значение виброускорения наиболее часто возникает при повреждениях подшипников качения.

Измерения вибрации проводятся для каждого подшипникового узла, поэтому граф причинно-следственных связей () показывает зависимость между увеличением вибрации в определенном направлении и возможными повреждениями подшипников.

При измерении общего уровня вибрации рекомендуется проведений измерений виброскорости по контуру рамы, подшипниковой опоры в продольном или поперечном сечении (). Значения отношения вибрации опоры и фундамента определяющие состояние резьбовых соединений и фундамента:

• около 2,0 – хорошо;
• 1,4…1,7 – неустойчивый фундамент;
• 2,5…3,0 – ослабление резьбовых креплений.

Виброскорость в вертикальном направлении на фундаменте не должна превышать 1,0 мм/с.

Анализ ударных импульсов

Назначение метода ударных импульсов – определение состояния подшипников качения и качества смазки. Приборы для измерения ударных импульсов в некоторых случаях можно использовать для определения мест утечек воздуха или газа в арматуре трубопроводов.

Метод ударных импульсов впервые разработан фирмой «SPM Instrument» и основан на измерении и регистрации механических ударных волн, вызванных столкновением двух тел. Ускорение частиц материала в точке удара, вызывает волну сжатия, в виде ультразвуковых колебаний распространяющуюся во всех направлениях. Ускорение частиц материала в начальной фазе удара зависит только от скорости столкновения и не зависит от соотношения размеров тел.

Для измерения ударных импульсов используется пьезоэлектрический датчик, на который не оказывает влияние вибрации в низко- и среднечастотном диапазоне. Датчик механически и электрически настроен на частоту в 28…32 кГц. Вызванная механическим ударом фронтальная волна возбуждает затухающие колебания в пьезоэлектрическом датчике.

Пиковое значение амплитуды этого затухающего колебания прямо пропорционально скорости удара. Затухающий переходный процесс имеет постоянную величину затухания для данного состояния. Изменение и анализ затухающего переходного процесса позволяют оценить степень повреждения и состояние подшипника качения ().

Причины повышения ударных импульсов

1. Загрязнение смазки подшипника во время монтажа, во время хранения, в процессе эксплуатации.
2. Ухудшение эксплуатационных свойств смазочного материала в процессе эксплуатации приводящее к несоответствию применяемой смазки условиям работы подшипника.
3. Вибрация механизма, создающая повышенную нагрузку на подшипник. Ударные импульсы не реагируют на вибрацию, отражают ухудшение условий работы подшипника.
4. Отклонение геометрии деталей подшипника от заданной, в результате неудовлетворительного монтажа подшипника.
5. Неудовлетворительная центровка валов.
6. Повышенный зазор в подшипнике.
7. Ослабление посадки подшипника.
8. Ударные воздействия на подшипник, возникающие в результате работы зубчатого зацепления, соударений деталей.
9. Неисправности электромагнитной природы электрических машин.
10. Кавитация перекачиваемой среды в насосе, при которой в результате захлопывания газовых каверн в перекачиваемой среде непосредственно создаются ударные волны.
11. Вибрацией подсоединенных трубопроводов или арматуры, связанной с нестабильностью потока перекачиваемой среды.
12. Повреждение подшипника.

Контроль состояния подшипников качения методом ударных импульсов

На поверхности беговых дорожек подшипников всегда имеются неровности. При работе подшипника происходят механические удары и возникают ударные импульсы. Значение ударных импульсов зависит от состояния, поверхностей качения и окружной скорости. Ударные импульсы, генерируемые подшипником качения, увеличивается в 1000 раз, начиная от начала эксплуатации и заканчивая моментом, предшествующим замене. Испытания показали, что даже новый и смазанный подшипник генерирует ударные импульсы.

Для измерения таких больших величин применяется логарифмическая шкала. Увеличение уровня колебаний на 6 дБ соответствует увеличению в 2,0 раза; на 8,7 дБ – увеличению в 2,72 раза; на 10 дБ – увеличению в 3,16 раза; на 20 дБ – увеличению в 10 раз; на 40 дБ – увеличению в 100 раз; на 60 дБ – увеличению в 1000 раз.

Испытания показали, что даже новый и смазанный подшипник генерирует ударные импульсы. Значение этого начального удара выражается как dBi (dBi ‑ исходный уровень). По мере износа подшипника увеличивается значение dBa (величина общего ударного импульса).

Нормированное значение dBn для подшипника можно выразить как

dBn = dBa – dBi .

На приведена зависимость между dBn и ресурсом работы подшипника.

Шкала dBn разделена на три зоны (категории состояния подшипника): dBn < 20 дБ ‑ хорошее состояние; dBn = 20…40 дБ ‑ удовлетворительное состояние; dBn > 40 дБ ‑ неудовлетворительное состояние.

Определение состояния подшипника

Техническое состояние подшипника определяется по уровню и соотношению измеренных величин dB n и dB i . dB n – максимальное значение нормированного сигнала. dB i – пороговое значение нормированного сигнала – фон подшипника. Значение нормируемого сигнала определяется диаметром и частотой вращения контролируемого подшипника. Эти данные вносятся в прибор перед проведением измерений.

Во время работы подшипника пиковые удары различаются не только по амплитуде, но и по частоте. На приведены примеры оценки состояния подшипника и условий эксплуатации (монтаж, посадка, центровка, смазка) на основе соотношения амплитуды удара и частоты (количество ударов в минуту).

1. В хорошем подшипнике удары возникают в основном от качения шариков по неровностям беговой дорожки подшипника и создают нормальный уровень фона с низким значением амплитуды ударов (dB i < 10), на котором имеются случайные удары с амплитудой dB n < 20 дБ.
2. При появлении повреждений на беговой дорожке или телах качения на общем фоне возникают пиковые значения ударов с большой амплитудой dB n > 40 дБ. Удары возникают беспорядочно. Значения фона лежат в пределах dB i < 20 дБ. При сильном повреждении подшипника возможно увеличение фона. Как правило, наблюдается большая разница dB n и dB i .
3. При отсутствии смазки, слишком плотной или слабой посадке подшипника увеличивается фон подшипника (dB i > 10), даже если подшипник не имеет повреждений на беговых дорожках. Амплитуда пиковых ударов и фона относительно близки (dВ n = 30 дБ, dB i = 20 дБ).
4. При кавитации насосов уровни фона характеризуются высоким значением амплитуды. Измерение проводится на корпусе насоса. При этом следует иметь в виду, что криволинейные поверхности демпфируют ударные импульсы от кавитации. Разница пиковых значений и фона весьма мала (например, dB n = 38дБ, dB i = 30 дБ).
5. Механическое касание вблизи подшипника между вращающейся и неподвижной частями механизма вызывает ритмичные (повторяющиеся) ударные всплески пиковых значений.
6. Если подшипник подвергается ударной нагрузке, например, от хода поршня в компрессоре, ударные импульсы будут повторяющимися по отношению к рабочему циклу машины, поэтому общий фон (dB i ) и пиковые амплитуды (dB n ) самого подшипника легко определяются.

Вопросы для самостоятельного контроля

1. Где необходимо расположить контрольный точки для измерения параметов вибрации?
2. Какой стандарт регламентирует проведение измерений вибрации?
3. Где нельзя располагать контрольные точки для измерения вибрации?
4. Для проведения измерений ударных импульсов какие должны быть соблюдены требования?
5. Какие существуют требования при выборе частотного диапазона и параметров измерения вибрации?

Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машины неуравновешенные силовые воздействия. Их источниками в компрессорной установке являются: некачественная балансировка роторов, износ подшипников, неравномерность газового потока.

Диапазон вибрационной чувствительности человека от 1 до 12000Гц с наибольшей чувствительностью от 200 до 250 Гц.

Нормы вибрации определены в СНиП 2.2.4/2.1.8.566-96 “Вибрация. Общие требование безопасности”. Допустимый уровень вибрации на рабочем месте оператора составляет 0,2 дБ. Среднее квадратичное значение виброскорости не более 2 мм/с.

Оценку вибробезопасности машины производят на основе контроля ее вибрационной характеристики. Нормируемыми параметрами вибрационной характеристики являются среднеквадратичное значение виброскорости или соответствующий логарифмический уровень (дБ) и уровень виброускорения (дБ) - для локальной вибрации в октавной полосе частот, а для общей вибрации в октавной или третьоктавной полосе.

Для того, чтобы воздействие вибрации не ухудшало самочувствие работающего и не привело к появлению виброболезни, необходимо соблюдать предельно допустимый уровень вибрации (ПДУ). ПДУ - это уровень фактора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья. Соблюдение ПДУ вибрации не исключает нарушение здоровья у сверхчувствительных людей.

Для уменьшения вибрации в конструкции компрессорной установки предусмотрены следующие детали и работы:

Динамическая балансировка роторов во всем рабочем диапазоне на стенде с вакуумной камерой;

Применение подшипников АМП;

Применение вибродемпфирования.

Бороться с вибрацией можно как в источнике ее возникновения, так и по пути распространения. Чтобы уменьшить колебания в самой машине необходимо применять материалы, имеющие большое внутреннее сопротивление. Для борьбы с вибрацией по ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрационная безопасность. Общие требования», установка помещается на блочный фундамент, который не должен быть связан с фундаментом помещения. Масса фундамента под компрессор подбирается таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента не превышала 0,1-0,2 мм, что соответствует допустимой норме по “Нормы вибрации. Общие требования”.

Для защиты человека от вибрации необходимо ограничить параметры вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возможность возникновения вибрационной болезни. За это отвечают гигиенические нормы вибрации, которые установлены для длительности рабочей смены 8 часов.

Нормируемые параметры:

Среднеквадратичное значение виброскорости или соответствующий логарифмический уровень - , определяемый по формуле:

где - пороговое значение скорости.

Уровень виброускорения - , определяемый по формуле:

где - пороговое значение ускорения.

Значения скорости и ускорения определяются по формулам:

где а – перемещение, м, f – частота вибрации:

где - рабочая частота вращения ротора.

Установлены гигиенические нормы (уровень виброскорости) технологической вибрации, которая возникает при работе в производственном помещении с источниками вибраций (категория – 3, технический тип – а) (при работе стационарных машин) в октавном диапазоне со среднегеометрическим значением частоты – 1000 Гц не должны превышать 109 дБ. Такое высокое допускаемое значение уровня виброскорости выбрано, поскольку установка расположена в подземном бункере, куда персонал заходит несколько раз в год для тех. обслуживания установки.

Причины, вызывающие появление шума при эксплуатации компрессорной установки:

Течение газа в проточной части компрессора вызывает аэродинамический шум, который возникает вследствие неоднородности потока и образования вихрей;

Течение газа в патрубках компрессора, трубопроводах;

Вращающиеся лопатки рабочих колес и другие вращающиеся части.

По характеру шум широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы.

По временным характеристикам постоянный уровень звука, который за смену изменяется не более, чем на 5 дБ при измерениях на временной характеристике «медленно» шумомера по ГОСТ 17187-81 "Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний".

Шум не должен превышать своих предельных норм. Нормы устанавливают ПДУ звукового давления в октавных полосах, а также уровни звука в зависимости от:

1. вида работы;

2. длительности воздействия шума за смену;

3. характера спектра шума.

Предельно допустимый уровень шума (ПДУ) - это уровень фактора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья.

Во время проектирования теплонасосной установки иногда возникает необходимость подобрать тепловой насос для отопительной системы с высокотемпературным графиком, например 60/45 °С. Возможность получения высоких температур позволило бы расширить сферу применения тепловых насосов. Особенно это актуально для , поскольку они подвержены влиянию температурных колебаний окружающего воздуха.

Большинство тепловых насосов способны достичь разницы температуры между низкопотенциальным источником тепла и подачей в систему отопления не более чем на 60 °С. Это означает, что при температуре окружающего воздуха -15 °С максимальная температура подачи не превышает 45 °С, для воздушного теплового насоса. Этого будет уже недостаточно для нагрева горячей воды.

Проблема заключается в том, что температура парообразного хладагента в компрессоре во время сжатия не может превышать 135 °С. В обратном случае масло, добавляемое в контур хладагента, начинает коксоваться. Это может привести к выходу из строя компрессора теплового насоса.

На диаграмме изменения давления и энтальпии (содержания энергии) видно, что максимальная температура в систему отопления не может бать больше 45 °С в случае если воздушный тепловой насос работает при температуре окружающей среды -15 °С.

Для решения этой задачи было принято простое, но в то же время очень эффективное решение. В контуре рабочей жидкости был добавлен дополнительный теплообменник и расширительный клапан (ТРВ).

Часть хладагента (от 10 до 25%), после конденсатора отбирается на дополнительный клапан ТРВ. В клапане рабочая жидкость расширяется и затем подается на дополнительный теплообменник. Данный теплообменник служит испарителем для этого хладагента. После, низкотемпературный пар впрыскивается непосредственно в компрессор. Для этого компрессор высокотемпературного теплового насоса оснащают еще одним входом. Такие компрессоры называют компрессорами с промежуточным впрыском пара «EVI» (intermediate vapour injection). Этот процесс происходит во время второй трети сжатия парообразного хладагента.

Источником тепла в дополнительном теплообменнике является оставшийся хладагент, подаваемый на основной клапан ТРВ. Это так же дает свой положительный эффект. Основной поток хладагента переохлаждается на 8-12 °С и попадает в испаритель с меньшей температурой. Это позволяет поглотить большее количество природного тепла.

Благодаря этим процессам происходит «смещение» температуры показанное на диаграмме. Тем самым есть возможность сжимать пар больше в компрессоре, достигая необходимого показателя давления и не превышая максимальную температуру 135 °С.

Несмотря на применение технологии промежуточного впрыска пара добиться температуры подачи в систему теплоснабжения выше 65 °С не предоставляется возможным в тепловых насосах данной конструкции. Максимальное давление хладагента должно быть таким, чтобы в момент начала конденсации рабочая жидкость не превысила значения температуры большее, чем критическая точка. К примеру, для часто используемого хладагента R410A эта точка равна 67 °С. В противном случае, хладагент перейдет в не стабильное состояние и не сможет «правильно» сконденсироваться.

Кроме повышения максимальной температуры, EVI технология значительно улучшает . На графике ниже показана разница в эффективности теплового насоса оснащенного технологией промежуточного впрыска пара и обычного теплового насоса. Благодаря этому свойству EVI компрессоры так же устанавливаются в тепловых насосах грунт-вода и вода-вода.

Во время проектирования системы теплоснабжения с применением теплового насоса следует отдавать предпочтение низкотемпературным отопительным графикам. Таким требованиям отвечают системы тёплых полов, теплых/холодных стен, фанкойлы и т.д. Однако в случае возникновения необходимости получения более высоких температур следует применять высокотемпературные тепловые насосы с технологией промежуточного впрыска пара EVI.

Может ли замерзнуть вода в скважине?Нет, вода не замерзнет, т.к. и в песчаной, и в артезианской скважине вода находится ниже точки промерзания грунта. Можно ли в песчаную скважину системы водоснабжения установить трубу диаметром больше 133 мм (у меня насос под большую трубу)?Не имеет смысла при обустройстве песчаной скважины устанавливать трубу большего диаметра, т.к. производительность песчаной скважины небольшая. Для таких скважин специально предназначен насос «Малыш». Может ли проржаветь стальная труба в скважине водоснабжения?Достаточно медленно. Так как при обустройстве скважины загородного водоснабжения производится её гермитизация, в скважину нет доступа кислорода и процесс окисления идет очень медленно. Какие бывают диаметры труб для индивидуальной скважины? Какова производительность скважины при различных диаметрах труб?Диаметры труб для обустройства скважины на воду:114 - 133 (мм) - производительность скважины 1 - 3 куб.м./час;127 - 159 (мм) - производительность скважины 1 - 5 куб.м./час;168 (мм) - производительность скважины 3 - 10 куб.м./час;ПОМНИТЕ! Необходимо, что бы н...