|
|
ОглавлениеГлава 2. Методы и приборы для измерения давления Глава 3. Методы и приборы для измерения температуры Глава 4. Методы и приборы для измерения расхода Глава 5. Методы и приборы для измерения уровня Глава 6. Методы и приборы измерения геометрических размеров Глава 7. Методы и приборы для измерения вибрации Глава 8. Измерение параметров электромагнитной совместимости Глава 9. Методы и приборы измерения свойств вещества Глава 10. Методы и приборы измерения состава вещества Глава 11. Сопряжение датчиков с системами управления Часть 2. Технологические основы испытаний. Глава 12. Организация испытаний Глава 13. Испытания на воздействия факторов внешней среды Глава 14. Испытания изделий на воздействие внешних механических и гидрогазовых факторов Глава 16. Испытания трубопроводной арматуры Глава 18. Испытания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 7. Методы и приборы для измерения вибрацииВибрация — это механические колебания тела. Колебательное движение твердого тела может быть полностью описано в виде комбинации шести простейших типов движения: поступательного в трех взаимно перпендикулярных направлениях (х, у, z в декартовых координатах) и вращательного относительно трех взаимно перпендикулярных осей (Ох, Оу, Оz). Любое сложное перемещение тела можно разложить на эти шесть составляющих. Поэтому о таких телах говорят, что они имеют шесть степеней свободы. Если приложить к объекту внешнюю силу, он придет в движение, которое определяется законами Ньютона. Вибрация конкретного объекта полностью определяется силой возбуждения, ее направлением и частотой. Для описания и измерения механических вибраций используются следующие понятия: –максимальная амплитуда (Пик) — это максимальное отклонение от положения равновесия; –размах (Пик-Пик) — это разница между положительным и отрицательным пиками. Среднеквадратическое значение (СКЗ) амплитуды равно квадратному корню из среднего квадрата амплитуды колебания. Для синусоидальной волны СКЗ в 1,41 раза меньше пикового значения. СКЗ применяется во всех расчетах, относящихся к мощности и энергии колебания. Фаза есть мера относительного сдвига во времени двух синусоидальных колебаний, ее измеряют в угловых единицах (градусах или радианах), которые представляют собой доли цикла колебания. Разность фаз двух колебаний называют сдвигом фазы. Сдвиг фазы может быть положительным либо отрицательным, т. е. одна временная реализация может отставать от другой или, наоборот, опережать ее. Вибросмещение равно расстоянию от точки отсчета, или от положения равновесия. Помимо колебаний по координате (смещение), вибрирующий объект испытывает также колебания скорости и ускорения. Скорость представляет собой быстроту изменения координаты и обычно измеряется в м/с. Ускорение есть скорость изменения скорости и обычно измеряется в м/ с2 или в единицах g (ускорение свободного падения). Существует еще один вибрационный параметр, а именно, быстрота изменения ускорения, называемая резкостью. Если в системе одновременно действуют несколько возбуждающих сил с разными частотами, то результирующая вибрация будет суммой вибраций на каждой частоте. При этих условиях результирующая временная реализация колебания уже не будет синусоидальной и может оказаться очень сложной. Явление совпадения частоты возбуждающей силы с собственной частотой называется резонансом. При резонансе система имеет колебания на собственной частоте и имеет большой размах колебаний. При резонансе колебания системы сдвинуты по фазе на 90° относительно колебаний возбуждающей силы. В дорезонансной зоне (частота возбуждающей силы меньше собственной частоты) сдвига фаз между колебаниями системы и возбуждающей силы нет. Система движется с частотой возбуждающей силы. В зоне после резонанса колебания системы и возбуждающей силы находятся в противофазе (сдвинуты относительно друг друга на 180°). Резонансные усиления амплитуды отсутствуют. При росте частоты возбуждения амплитуда вибрации снижается, однако разность фаз в 180° сохраняется для всех частот выше резонансной. Для того, чтобы определить, имеет ли объект резонансы, можно выполнить один из следующих тестов: – тест-удар (англ.: bump test) — по объекту ударяют чем-нибудь тяжелым, например киянкой, записывая при этом вибрационные данные. Если объект имеет резонансы, то в ее затухающей вибрации выделятся собственные частоты; – разгон, или выбег, — машину включают (или отключают) и одновременно снимают вибрационные данные и показания тахометра. Когда обороты машины приблизятся к собственной частоте конструкции, на временной реализации вибрации появятся сильные максимумы; – тест с вариацией скорости — скорость машины меняют в широком диапазоне (если это возможно), снимая данные вибрации и показания тахометра. Полученные данные затем интерпретируют так же, как в предыдущем тесте. Чтобы обойти ограничения анализа во временной области, на практике применяют частотный, или спектральный, анализ вибрационного сигнала. Если временная реализация есть график во временной области, то спектр — это график в частотной области, частотные составляющие сигнала отделены друг от друга и явно выражены в спектре, а их уровни легко идентифицировать. 7.1. Динамика механических систем, деформация, напряжение, усилие, крутящие моментыДеформации разделяют на упругие (обратимые) и пластические (необратимые, ползучести). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые — остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия (атомы не выходят за пределы межатомных связей); в основе пластических — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия (т. е. выход за рамки межатомных связей, после снятия нагрузки — переориентация в новое равновесное положение). Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. Пластические деформации — это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. Деформации ползучести — это необратимые деформации, происходящие с течением времени. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств — в частности, при холодном деформировании повышается прочность. Механические усилия, действующие на различные объекты, бывают сосредоточенные и распределенные. Различают сосредоточенные линейно направленные усилия — силы — и вращательные усилия — крутящие моменты. Распределенные усилия делят на внешние — давления — и внутренние — механические напряжения, возникающие внутри исследуемого объекта. Измерения усилий требуется производить в различных средах, в условиях действия разнообразных влияющих величин, в широком диапазоне температур — от –270 до +1200 °С, в широком частотном спектре, который для механических напряжений и сил простирается от 0 до 100 к Гц, а для давлений ультразвуковых волн в гидроакустике — до 10 Гц. Методы измерений различных видов механических усилий основаны на измерении: –деформаций исследуемого объекта, возникающих под действием определяемого усилия; –параметров или свойства преобразователей, изменяющихся под действием определяемых усилий (электрическое или магнитное сопротивление, частота собственных колебаний); –непосредственно свойств исследуемых объектов или сред, зависящих от действующих на них усилий (скорость распространения звука, теплопроводность газа, температура); –усилия, уравновешивающего измеряемое усилие. Измерение деформаций и механических напряжений широко применяется при исследовании физических свойств материалов. Измерение деформаций используют при технической диагностике, а также при измерении физических величин (силы, моментов, давления), которые преобразуются в деформацию упругого элемента. В большинстве методов измерений механических напряжений датчиком воспринимаются абсолютное или относительное значения деформации, поскольку естественной входной величиной применяемых при этом преобразователей является перемещение. Переход от измеренных деформаций к механическим напряжениям можно осуществить при известных функциональных зависимостях между деформацией и напряжением. При однородном объемном напряженном состоянии изотропного материала в пределах упругих деформаций можно определить по измеренным значениям главных деформаций ε1, ε2, ε3, σ1, σ2, σ3, пользуясь уравнениями связи (7.1), (7.2) и (7.3): ε1 = [σ1 – μ(σ2 + σ3)] / Е (7.1) ε2 = [σ2 – μ(σ3 + σ1)] / Е (7.2) ε3 = [σ3 – μ(σ1 + σ2)] / Е (7.3) где μ — коэффициент Пуассона; Е — модуль Юнга. За пределом упругости переход от деформаций к напряжениям вызывает трудности, если заранее не известна функциональная зависимость между напряжениями и деформациями. Напряжения во внутренних слоях исследуемого объекта можно определить по измеренным деформациям на его наружной поверхности, если известен закон распределения деформаций по толщине объекта. В прозрачных образцах или в моделях из прозрачных диэлектриков внутреннее напряжение можно определить поляризационно-оптическим методом, основанным на фотоупругом эффекте. Обычно при измерении деформации ее сначала преобразуют в перемещение концов чувствительного элемента тензометра, расстояние между которыми называется базой. Применяются два способа крепления тензометров к объекту испытания. В первом случае первичный преобразователь непосредственно укрепляется на испытуемом объекте. Такой способ измерения, широко применяемый при комплексных испытаниях сложных объектов с использованием тензорезисторов, отличается невысокой точностью (погрешность 2–10%) вследствие большого разброса параметров тензорезисторов. Во втором случае датчик тензометра, включающий в себя первичный преобразователь (тензорезистивный, индуктивный, электрооптический), прикрепляется к исследуемому объекту при помощи специальных устройств, выполняемых в виде опорных призм, ножевых щуповых, пружинных, магнитных и других типов захватов. Для измерений при высоких температурах (до 1100 ˚С) применяются захваты с кварцевыми наконечниками. Такие тензометры обычно используют совместно с испытательными машинами для прочностных испытаний деталей, образцов материалов и отдельных элементов сложных конструкций. Перемещение захватов, вызванное деформацией испытуемого образца, измеряется при помощи различных методов и средств измерений, но наиболее широко применяются тензорезистивные, индуктивные и электрооптические тензометры. Тензометры, используемые совместно с испытательными машинами, обеспечивают измерения с относительно малыми погрешностями (0,2–1,5%), поскольку их можно градуировать совместно с датчиком при помощи образцовых средств измерений длины. Внимание! Авторские права на книгу "Испытания нефтегазового оборудования и их метрологическое обеспечение. Учебное пособие" (Под ред. Владимирова А.И., Кершенбаума В.Я.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
