В статье представлены решения ООО «ЭТМС» (компании ZETLAB) для измерения виброшумовых характеристик оборудования: автоматизированный комплекс МКШС, вибропреобразователи и гидрофоны ZETLAB, программное обеспечение «Измерение уровней вибрации и уровней шума».
Предприятие «ЭТМС» («Электронные технологии и метрологические системы»), которое часто фигурирует под названием ZETLAB (наименование бренда), было основано в 1992 году на базе специального конструкторского бюро Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (СКБ ФГУП ВНИИФТРИ) – центра отечественной метрологии. Компания специализируется на разработке и производстве средств измерений (приборы, системы, программное обеспечение) и предлагает широкий спектр высокоточного измерительного оборудования для важнейших отраслей промышленности: оборонной, нефтеперерабатывающей, авиационной, автомобильной, легкой, пищевой, а также для металлургии и машиностроения. Решения ZETLAB создают достойную конкуренцию зарубежным аналогам и часто превосходят их по основным параметрам. В настоящей статье мы расскажем о разработках для проведения вибрационных и шумовых измерений.
Несколько лет назад компания ZETLAB выпустила автоматизированный комплекс МКШС для измерения виброшумовых характеристик оборудования. Уровень вибрации и шума относится к важнейшим показателям работы любых механизмов, а кроме того, он крайне важен для работы машины в целом – например, состояние морского судна или летательного аппарата зависит от вибрации и акустического шума входящих в их состав узлов, поэтому данные характеристики не должны превышать установленных пределов. При разработке и производстве изделий проводятся стендовые испытания, назначение которых – проверить соответствие аппаратуры техническим требованиям к виброшумовым характеристикам (ВШХ), виброакустическим характеристикам (ВАХ) и гидродинамическому шуму (ГДШ).
Автоматизированный комплекс МКШС (рис. 1) оптимизирован для стендовых испытаний дизельных двигателей, насосов, а также специальных машин и механизмов, входящих в состав летательных и водных аппаратов. Он может регистрировать как стационарные, так и нестационарные процессы, обеспечивает измерения в различных режимах работы испытываемой аппаратуры. При своей технологической сложности и функциональности, отвечающей всем требованиям стандартов, это очень удобное в эксплуатации решение. В его состав входит аппаратное и программное обеспечение, позволяющее максимально автоматизировать, а значит, и упростить процесс испытаний, включая составление отчетов.
Рис. 1. Макет автоматизированного комплекса МКШС
Комплекс состоит из следующих основных компонентов:
- стенда, на котором закрепляется испытуемое изделие;
- датчиков, фиксирующих вибрацию и шум;
- анализаторов спектра, которые считывают вибрационную и звуковую информацию с датчиков, обрабатывают ее с помощью спектрального анализа, корреляционного анализа, модального анализа, определения передаточных характеристик, построения диаграмм Найквиста и других технологий и передают на монитор;
- человеко-машинного интерфейса (монитор, клавиатура, мышь);
- программного обеспечения.
Комплекс МКШС определяет уровень вибрации и акустического шума испытуемого изделия, которые передаются на корпус судна или сооружения. Вибрация может передаваться через опоры или места крепления (так называемые опорные связи), а также через кабели, шланги, кожухи и другие изделия, формирующие неопорные связи. Акустический шум передается в воздушной среде, гидродинамический – в водной. Поэтому датчики, входящие в автоматизированный комплекс, устанавливаются соответствующим образом: датчики вибрации крепятся на опорах изделия, а также в неопорных точках контроля вибрации, а датчики шума устанавливаются по периметру и направлены к испытуемому изделию (рис. 2).
Рис. 2. Структурная схема комплекса МКШС
Вибропреобразователи и гидрофоны выпускаются под торговой маркой ZETLAB, они разработаны и произведены специалистами компании «ЭТМС». Для измерения вибрации используются пьезоэлектрические акселерометры ВС 110 или ВС 111; для измерения акустического шума – микрофоны МПА 201, 4160N или гидрофон ВС 313. Конкретный тип датчика определяется требуемым диапазоном измерений. Акселерометры и микрофоны напрямую подключаются к анализатору спектра ZET 038, для подключения гидрофонов требуется усилитель ZET 430. Количество первичных преобразователей зависит от числа точек измерения и измерительных осей, к одному анализатору спектра можно подключить до 8 датчиков. При использовании большего количества датчиков в состав системы включают необходимое количество анализаторов, работающих в режиме синхронизации данных. Когда необходима диагностика подшипниковых узлов, зубчатых передач, редукторов, необходимо подключать датчик оборотов ZET 402.
В базовой комплектации МКШС содержит ПО «Измерение уровней вибрации и уровней шума» в виде SCADA-проекта для определения виброшумовых характеристик по методике МКШС‑81. Эта программа предельно упрощает работу с комплексом и составление отчетов. В ней устанавливают длительность испытаний и запускают требуемый режим работы изделия, причем данные показатели выбираются из выпадающих списков, что очень облегчает работу. По окончании испытания (во время которого датчики регистрируют уровень вибрации и шума) автоматически вычисляются средние спектры сигналов от датчиков и так же автоматически строится профиль изделия по уровню вибрации и шума. При вычислении приемо-сдаточных характеристик уровни вибрации суммируются отдельно по датчикам на опорных и неопорных связях, при этом на неопорных связях можно установить несколько датчиков. При расчете приемо-сдаточных характеристик воздушного шума показания всех датчиков усредняются. В программе учитывается жесткость амортизаторов и гибких вставок. Для выявления источников повышенного шума может использоваться комплект для измерения интенсивности звука – интенсиметрический зонд.
Технические характеристики МКШС с ПО «Измерение уровней вибрации и уровней шума» указаны в табл. 1.
Таблица 1. Технические характеристики МКШС
Методику контроля и нормирования шума и вибрации МКШС‑81 можно считать основной рекомендацией для проведения тестирования на уровень вибрации и шума, однако ничто не ограничивает использование других методик, например МПСКШ‑87, МКШС‑71Е, МКИВС‑95А, ВМУ 0603.5-29 и ИМЯН 096-2004.
Преимущества комплекса МКШС с ПО «Измерение уровней вибрации и уровней шума»:
- автоматизация. Расчет параметров в автоматическом режиме в специализированном ПО;
- режимы работы. Вибрация в 1/3‑октавном спектре, воздушный шум в 1‑октавном спектре;
- отчетность. По результатам испытаний формируется протокол в заданной форме (HTML/Excel);
- утверждено нормативными органами. Оборудование, входящее в состав комплекса МКШС, внесено в Государственный реестр средств измерений.
Кроме приемо-сдаточных испытаний система может применяться как стационарная для проведения вибрационной диагностики, позволяющей определить механические колебания конструкций под воздействием динамических сил в целях выявления развивающихся дефектов оборудования и прогноза дальнейшей работоспособности. Большинство встречающихся на практике проблем с механическими колебаниями связаны с явлением резонанса. При резонансе действующие динамические силы возбуждают одну или несколько мод колебаний, поэтому моды, лежащие в пределах частотного диапазона действующих сил, оказывают негативное влияние на конструкцию.
Для выявления воздействий такого рода в состав системы входит программное обеспечение, специализированная разработка компании ZETLAB. Благодаря большому набору программ на базе методов спектрального анализа, архивированию данных и визуализации полученных результатов на 3D-моделях оборудования информация отображается в наиболее удобном и естественном для человека виде (рис. 3), что положительным образом сказывается на качестве и оперативности принятия решений.
Рис. 3. Программное обеспечение ZETLAB с визуализацией полученных результатов на 3D-моделях оборудования
Кроме спектрального анализа в программе используются и другие методы, позволяющие выявить неисправность и определить ее источник:
- модальный анализ – определение собственных частот и логарифмических декрементов свободных колебаний механизмов методом ударного возбуждения;
- анализ нелинейный искажений, с помощью которого рассчитывается частота крутильных колебаний и порядковый номер гармоники;
- порядковый анализ, позволяющий исследовать временные характеристики сигналов вибрации зубчатых передач.
Статья опубликована в журнале «ИСУП»
