Снижение низкочастотной вибрации

Низкочастотная вибрация (НЧ) – это вибрация с частотой, равной половине частоты вращения, т.е. w_Вб=w_ВР / 2. Основными источниками низкочастотной вибрации являются подшипники скольжения при нарушении в них гидродинамического процесса смазки в масляном клине из-за резкого изменения нагрузок в машине либо изменения температуры масла, или из-за увеличения внутренних конструктивных зазоров в подшипниках.

При этом цапфа ротора в подшипнике смещается от центра вращения на величину эксцентриситета, вокруг которого ротор получает дополнительное вращение с частотой, равной половине основной частоты вращения ротора.
Это дополнительное вращение называется прецессией с частой вращения W, которая и является причиной низкочастотной вибрации:

т.е. w_Вб = w_ВР / 2.

Например. Если частота вращения w_ВР = 314 Гц, 3000 об/мин, то частота вибрации равна

w_Вб = 157 Гц, 1500 об/мин.

Для снижения НЧ - вибрации следует:

* оптимизировать статические и динамические нагрузки на все подшипники скольжения роторов, не допуская резких изменений нагрузок в машине;

* не допускать изменений температур масла в системе смазки машины ниже нормированных значений;

* величины внутренних зазоров в подшипниках скольжения поддерживать нормативными;

* в случае появления низкочастотной вибрации даже при соблюдении пунктов 1, 2, 3 применять на конкретном подшипнике «лимонную» расточку внутреннего диаметра, при которой боковые зазоры Х_Б выполняются увеличенными вдвое от величины верхнего зазора Х_В, т.е. Х_Б = 2Хв. Например, если
Х_В = 0.002d, то Х_Б = 0,004d (d – диаметр цапфы подшипника).

Снижение высокочастотной вибрации (ВЧ)

Высокочастотная вибрация ВЧ – это вибрация с частотой, вдвое превышающей частоту вращения, т.е.

w_Вб = 2w_ВР.

ВЧ возникает из-за нарушения поперечной жесткости в сечениях ротора, что приводит к неравенству осевых моментов инерции J_X ¹ J_Y, вызывающее двойное возмущение за один оборот ротора.

Например. Если частота вращения w_ВР = 314 Гц (¦ = 50 Гц), то частота вибрации будет w_Вб = 628Гц, (¦ = 100 Гц).

Например, в электроэнергетике часто источником высокочастотной вибрации являются роторы электрических машин, изготовленные с нарушением концентричности наружного диаметра или при ремонте их с заменой секций электрообмоток. В этом случае для выравнивания поперечной жесткости и снижения высокочастотной вибрации на бочке ротора в соответствующих сечениях выполняют фальшпазы.

5.4.2. Методы зашиты от вибрации на путях ее распространения

Применяются как для снижения вибрации самого оборудования, так и для снижения гигиенической вибрации на опорных поверхностных машинах.
Согласно ГОСТ 26568-85 методы защиты от вибрации на путях распространения подразделяются на:

* вибродемпфирование;

* виброгашение;

* виброизоляцию;

* организационные мероприятия и средства индивидуальной защиты от вибрации.

Вибродемпфирование

Снижение вибрации происходит за счет перевода колебательной энергии в тепловую при помощи увеличения активного сопротивления системы m, в основном за счет. увеличения внешнего и внутреннего трения h (5.5).

На стадии проектирования метод реализуется при выборе материалов, из которых изготавливаются детали ротора и статора. Коэффициенты внутреннего трения (внутренних потерь) h конструкционных материалов чугуна и стали имеют низкие значения, изменяются в диапазоне: h = 0,001-0,01 для СтЗ...Ст40, Cr10...Cr45.

Эти материалы виброактивны и практически не снижают вибрацию. Применение легированных материалов с высоким коэффициентом h = 0,02 – 0,1 с использованием марганца Мn, хрома Сr, никеля Ni, титана Ti, кобальта Со, а также полимерных материалов приводит к погашению колебательной энергии этими материалами и снижению вибрации оборудования. На стадии эксплуатации применяются листовые или мастичные материалы на резиновой основе для покрытия ими наружных поверхностей машин, такие как лента «Изол» , антивибрит , мастика ВД-17 , батил-каучук.

Надежность покрытия и эффективность работы этих материалов зависит от качества обработки наружных поверхностей оборудования перед покрытием. Хорошими вибродемпфированными свойствами обладает гальванопокрытие
(h = 0,01) и различные смазки (h = 0,02 – 0,04). Эффективность вибродемпфирования достигается на всех режимах работы, но особенно в резонансной области при равенстве нулю реактивного сопротивления колебательной системы.

Виброгашение

Снижение вибрации осуществляется за счет увеличения реактивного сопротивления системы

В дорезонансной области эффект достигается за счет увеличения жесткости колебательной системы К, например корпуса машины, путем выбора соответствующей конфигурации корпуса (сферическая форма обладает максимальной жесткостью) или введением дополнительных ребер жесткости.

В зарезонансной области виброгашение реализуется увеличением массы колебательной системы, как правило за счет увеличения массы фундамента машины М. Выбор массы фундамента производится по формуле:

(5.8)

где М – масса фундамента машины, кг; т – масса самой машины, кг; f_ф – собственная частота фундамента, Гц; f_p – рабочая (вынужденная) частота машины, Гц.

Анализ формулы (5.8.) показывает:

если ¦_ф / ¦_р = l – резонанс на фундаменте. Недопустимый режим работы, М ³ ¥ ;

если f_ф / f_р = 1,41 – тяжелый режим работы фундамента, M = 40m.

если f_ф / f_р = 3...4 – оптимальная область работы фундамента, при f_ф/f_р = 3,
М ³ 5 т, при f_ф / f_р = 4, M ³ 2.7 m;

В теплоэнергетике для снижения вибрации паровых турбин могут применяться динамические виброгасители в виде вертикальных удлиненных шпилек, устанавливаемые на противоположенных разъемах машин. Некоторое уменьшение вибрации достигается за счет противофазного колебательного процесса шпилек при работе турбины. Эффект зависит от правильного выбора масс виброгасящих шпилек с соответствующими частотами собственных колебаний.

Виброизоляция

где V_ф, V_м – виброскорости фундамента и машины.

Чем меньше К_п, тем меньше вибрация фундамента. Величина К_п определяется:

(5.9)

где k – жесткость виброизолятора (резины, пружины), Н/м; m – масса машины, кг.

Если, например, станок стоит на пружинных виброизоляторах, то жесткость колебательной системы принимается равной жесткости пружин.

Анализ формулы (5.9.) показывает:

если f_р / f_о = 1 – наступает резонанс. К_п = ¥ . Применение виброизоляции бессмысленно;

если f_р / f_о = 1,41, К_п = 1. Эффект от применения виброизоляции отсутствует;

если f_р / f_о = 3..4, К_п = 1/8 .. 1/15, оптимальная область применения виброизоляции. При этом, если К_п < 1/15, наступит потеря устойчивости из-за того, что низкое значение К_п достигается при малой жесткости виброизолятора. Если
К_п > 1/8, то виброизоляторы будут иметь большие габариты и металлоемкость. Если коэффициент передачи известен, то можно определить снижение вибрации на фундаменте машины, дБ.

Например. Если К_п = 0,1, то DL_v = 20 дБ – есть снижение вибрации на фундаменте.

Организационные мероприятия и средства индивидуальной
защиты от вибрации

- Чередование времени работы и отдыха работниками вибрационных профессий (шахтеры, машинисты энергоустановок, обрубщики). В течение рабочего дня 3 отдыха по 30 мин.

- Обязательное чередование технологических операций и приемов при работе с виброинструментом.

- Выполнение физиотерапевтических процедур: гимнастика, ультрафиолетовое облучение и ручные ванны.

- Применение специальной обуви от общей вибрации. ГОСТ 12.4.024-76.

- Применение рукавиц, перчаток, вкладышей от локальной вибрации. ГОСТ 12.4.024-74.