Устройство для определения виброакустических помех

Авторы патента:

Козлов Виталий Александрович (RU)

Дадыченков Максим Николаевич (RU)

Шмотиков Антон Валентинович (RU)

G01M7/02 - испытания на вибрацию

G01M13/028 - Испытание деталей машин (исследование мощности резания режущих инструментов G01N, например G01N 3/58)

Владельцы патента RU 2774649:

Акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (АО "ЦТСС") (RU)

Изобретение относится к метрологии. Устройство для определения виброакустических помех установлено на виброизолированном фундаменте акустической камеры, обособленно от стенда акустических испытаний. Устройство содержит трубу с заглушками по концам, имеющую длину не менее 8 номинальных её диаметров и зафиксированную на не менее двух опорах с виброизоляцией и хомутами. При этом высота опор должна обеспечивать равенство высот по осевой линии трубы и осевой линии трубопровода на виброизолированном фундаменте. Номинальный диаметр трубы подбирается в зависимости от условий испытаний. На нижней поверхности трубы в центре закреплён штуцер под гидрофон и рядом с ним датчик виброускорения на предназначенной для него площадке. Труба имеет два крана: кран, расположенный на верхней поверхности трубы ближе к её концу, и кран для наполнения водой и слива, размещённый на нижней поверхности трубы ближе к противоположному её концу. Технический результат – возможность выполнения оценки точности результатов акустических испытаний изделий на стенде акустических испытаний. 16 ил.

Изобретение относится к устройствам диагностики проводимых акустических испытаний, и может применяться в судостроении при испытаниях судовой трубопроводной арматуры и в машиностроении при испытании оборудования на стендах акустических испытаний.

Существенным фактором, определяющим боевую эффективность современных подводных лодок и кораблей, является их акустическая скрытность и уровень виброакустического шума, который формируется в значительной степени за счёт источников, связанных с работой механизмов и общекорабельных систем. Виброактивность таких систем в основном определяется виброшумовыми характеристиками судовой трубопроводной арматуры.

Исследование причин возникновения шума в судовой трубопроводной арматуре и измерение его уровней является актуальной задачей в области судостроения, в том числе при проведении предварительных, сертификационных, приёмочных, приёмо-сдаточных, квалификационных и периодических испытаний необходимо специальное оборудование. Для выполнения данной задачи существуют стенды акустических испытаний судовой трубопроводной арматуры.

По трубопроводу и жидкости передаются вибрации от внешних источников даже при отсутствии движения жидкости. Данный факт осложняет получение достоверной информации об эффективности виброизолированного фундамента по предотвращению передаваемых по грунту вибраций от внешних источников на испытательный участок, что влияет на точность измерений виброшумовых характеристик испытуемых изделий - судовой трубопроводной арматуры и другого оборудования.

Так, например, из уровня техники известен «Технологический комплекс подачи топлива к двигателю внутреннего сгорания в процессе его испытаний в условиях акустической камеры» по патенту РФ №148859, относящийся к установкам и системам подачи жидкого топлива к объектам потребления и непосредственно относится к технологической системе подачи топлива к двигателю внутреннего сгорания (ДВС) в процессе исследовательских и доводочных работ по его виброакустике в акустической испытательной камере. Технологический комплекс подачи топлива к ДВС в процессе его испытаний в условиях акустической камеры включает расходный напорный бак, смонтированный внутри антресоли с опорами, установленными на едином с моторным стендом виброизолированном фундаменте акустической камеры. Расходный напорный бак снабжён подводящим и отводящим топливо трубопроводами и средствами контроля нижнего и верхнего уровней топлива.

Недостатком данного технического решения является его расположение вблизи с моторным стендом на одном виброизолированном фундаменте акустической камеры, что приводит к возникновению виброакустических помех, передающихся от внешних источников, и не даёт оценку эффективности виброизолированного фундамента по предотвращению передаваемых по грунту вибраций от внешних источников на испытательный участок и точности проведения акустических испытаний.

Из патентов на изобретения №2244280, 6МПК G01M 15/00, опубл. 10.01.2005, №2419102, 6МПК G01R 31/34, опубл. 20.05.2011 и патента на полезную модель №124636, 6МПК B60L 11/02, опубл. 10.02.2013 известны стенды для испытаний различных типов генераторов.

Недостатком упомянутых выше технических решений также является расположение приводного двигателя, ДВС или электродвигателя (источники интенсивного шумового излучения) в непосредственной близости от испытываемого генератора и без применения каких-либо шумозащитных технических средств.

Более прогрессивными, исходя из возможности проведения акустических испытаний, являются стенды, где приводной (тормозной) двигатель выполнен установленным на виброизолированном фундаменте, расположенном под полом акустической камеры и виброизолированном от её стен и потолка. При этом обращённая в помещение акустической камеры поверхность виброизолированного фундамента выполнена с эффективным шумопоглощающим покрытием, однако это не позволяет полностью избежать возникновения помех при испытаниях.

Такое решение использовано в стендах для акустических испытаний ДВС, показанных в технических решениях по патентам на полезные модели №22387, МПК G01M 17/00, опубл. 27.03.2002, №22551, МПК G01M 17/00, опубл. 10.04.2002, №22553, МПК G01M 17/00, опубл. 10.04.2002, №23501,МПК G01M 15/00, опубл. 20.06.2002, №23504, МПК G01M 17/00, опубл.20.06.2002, №23681, МПК G01M 17/00, опубл. 27.06.2002, №23682, МПК G01M 17/00, опубл. 27.06.2002, №26131, МПК G01M 17/00, опубл. 10.11.2002, №28549, МПК G01M 17/00, опубл. 27.03.2003, №37213, МПК G01M17/00, опубл. 10.04.2004, №54184, МПК G01M 17/00, опубл. 10.06.2006.

Также известен «Стенд для акустических испытаний автомобильного электрогенератора» по патенту РФ №174531, принятый за прототип. Полезная модель относится к испытательной технике, в частности к стендам, обеспечивающим проведение акустических испытаний генераторов в условиях акустических камер, которые обеспечивают необходимые условия испытаний. При определении акустических характеристик генератора предпочтительно использовать специальные акустические камеры. Акустическая камера представляет собой автономное помещение, установленное на отдельном виброизолированном от основного здания фундаменте. Для приближения акустических свойств акустической камеры к свободному звуковому полю производится облицовка стен, потолка и пола акустической камеры объёмными поглотителями звука клиновой формы (клиньями, кулисами). В акустической камере размещаются специальные приводные агрегаты и вспомогательные установки для исследований и экспериментальных оценок, улучшения шумовых характеристик компонентов автомобиля.

Использование данного технического решения также не позволяет полностью избежать возникновения виброакустических помех при испытаниях.

Таким образом, для обеспечения требуемой точности проводимых измерений и определения эффективности виброизолированного фундамента обособленного от других элементов стенда акустических испытаний и измерения виброакустических помех - гидродинамического шума и вибрации, причиной которых являются внешние источники, возникла необходимость в разработке устройства для определения виброакустических помех, которое при испытаниях располагается на виброизолированном фундаменте, и определяет воздействие внешних факторов, таких как автомобильный транспорт, метро, трамваи и производственная деятельность и т.д.

Задача заявляемого технического решения состоит в разработке устройства для определения виброакустических помех, которое проводит измерения на испытательном участке (виброизолированном фундаменте в акустической камере) виброакустических помех, передающихся от внешних источников, обособленно от самого стенда акустических испытаний, в том числе в момент проведения испытаний изделий, что позволяет оценить точность проводимых измерений на стенде акустических испытаний и определить оптимальное время проведения испытаний с минимальными показателями виброакустических помех.

Технический результат достигается за счёт применения устройства для определения виброакустических помех, установленного на виброизолированном фундаменте акустической камеры, обособленно от стенда акустических испытаний и содержащего трубу с заглушками по концам, имеющую длину не менее 8 номинальных её диаметров и зафиксированную на не менее двух опорах с виброизоляцией и хомутами. При этом высота опор должна обеспечивать равенство высот по осевой линии трубы и осевой линии трубопровода на виброизолированном фундаменте. Номинальный диаметр трубы подбирается в зависимости от условий испытаний. Виброизоляция подбирается по параметрам аналогичной применяемой на стенде акустических испытаний при монтаже испытуемых изделий. На нижней поверхности трубы в центре закреплён штуцер под гидрофон и рядом с ним датчик виброускорения на предназначенной для него площадке. Труба имеет два крана: кран, расположенный на верхней поверхности трубы ближе к её концу и кран для наполнения водой и слива, размещённый на нижней поверхности трубы ближе к противоположному её концу.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг. 1, на котором показана конструкция устройства для определения виброакустических помех.

Устройство для определения виброакустических помех работает следующим образом.

Устройство для определения виброакустических помех, включающее трубу 1 с заглушками 9 по концам, имеющую длину не менее 8 номинальных её диаметров и зафиксированную на не менее двух опорах 2 с виброизоляцией 4 и хомутами 5, монтируется на виброизолированном фундаменте 10 в акустической камере при помощи системы крепления, применяемой на стенде акустических испытаний. Номинальный диаметр трубы 1 устройства для определения виброакустических помех должен соответствовать номинальному диаметру испытуемого изделия. На устройство для определения виброакустических помех монтируется гидрофон 7 на предназначенный для него штуцер и датчик виброускорения 8 на предназначенную для него площадку. При открытом кране 3, расположенном с одной стороны трубы на верхней её поверхности ближе к концу трубы через кран 6, расположенный с противоположной стороны трубы на нижней её поверхности ближе к другому концу, устройство для определения виброакустических помех наполняется водой до полного заполнения, после чего краны 3 и 6 перекрываются. При проведении испытаний изделий (судовой трубопроводной арматуры, оборудования и т. д.) на стенде акустических испытаний выполняется запись гидродинамического шума и вибрации одновременно на испытуемом изделии и на устройстве для определения виброакустических помех. После проведения испытаний выполняется сравнение значений гидродинамического шума и вибрации, полученных на испытуемом изделии и на устройстве для определения виброакустических помех, в диапазоне частот, к которому предъявляются требования у испытуемых изделий. В случае, если значения гидродинамического шума или вибрации полученные на устройстве для определения виброакустических помех равны или превышают значения гидродинамического шума или вибрации на испытуемом изделии (за исключением резонансных частот, которые определяются опытным путём, так как для каждого номинального диаметра трубы устройства для определения виброакустических помех они собственные), то испытания считаются недействительными и необходимо изменить условия проведения испытаний – провести испытания в другой промежуток времени.

Для определения оптимального времени проведения испытаний, выполняется запись в течении 24 часов значений гидродинамического шума и вибрации на уже смонтированном устройстве для определения виброакустических помех. Фиксация параметров выполняется не реже чем в 1 минуту. Частотный диапазон соответствует частотному диапазону, на котором проводятся акустические испытания изделия. По результатам измерения выполняется анализ усреднённых показаний значений гидродинамического шума и вибрации, на основании чего определяется оптимальное время проведения испытаний с минимальными показателями помех.

В результате применения устройства для определения виброакустических помех возникает возможность выполнить оценку точности результатов акустических испытаний изделий на стенде акустических испытаний по средствам сравнения значений помех с полученными результатами на испытуемом изделии и определить время проведения испытаний с минимальными значениями помех.

Устройство для определения виброакустических помех проверено на технические показатели при лабораторных испытаниях. Для этого были изготовлены устройства для определения виброакустических помех под номинальные диаметры трубопроводов DN250, DN200, DN150, DN100, DN50. Изготовленные устройства для определения виброакустических помех DN150, DN100, DN50 показаны на фиг. 2. Оценка точности проводимых измерений была выполнена при проведении испытаний изделия на стенде акустических испытаний. Запись гидродинамического шума и вибрации проводилась одновременно на испытуемом изделии и на устройстве для определения виброакустических помех. Значения гидродинамического шума, полученные на устройства для определения виброакустических помех, были равны значениям гидродинамического шума на испытуемом изделии, что показало недостаточную точность испытаний и необходимость изменить условия проведения испытаний. В этих целях было проведено определение оптимального времени проведения испытаний. Расположение устройств для определения виброакустических помех на виброизолированном фундаменте представлено на фиг. 3 (№1 –DN 100; №2 –DN 150; №3 –DN 50; №4 –DN 200; №5 –DN 250).

Уровень воздушного шума при испытаниях устройства для определения виброакустических помех представлен на фиг. 4–6. Записи воздушного шума проводились на трёх микрофонах. Как видно из фиг. 4–6 уровень воздушного шума снижается к ночному времени, что обусловлено снижением количества работающих внешних источников шума, таких как автомобильный транспорт, метро, трамваи и производственная деятельность.

Уровень гидродинамического шума при испытаниях устройства для определения виброакустических помех представлен на фиг. 7–11. Записи гидродинамического шума проводились на пяти устройствах для определения виброакустических помех, расположенных в соответствии с фиг. 3 (№1 –DN 100; №2 –DN 150; №3 –DN 50; №4 –DN 200; №5 –DN 250).

Как видно из фиг. 7–11 уровни гидродинамического шума с 13.20 до 18.31 остаются примерно постоянными, в период времени 22.39-07.10 уровни гидродинамического шума минимальны, а после 07.10 уровни гидродинамического шума растут монотонно.

Оценка частотного спектра гидродинамического шума показывает, что каждому устройству для определения виброакустических помех соответствуют свои резонансные частоты:

№3 (DN 50) - fp=20, 40 и 63 Гц;

№1 (DN 100) - fp=50 Гц;

№2 (DN 150) - fp=25, 100Гц;

№4 (DN 200) - fp=25 Гц;

№3 (DN 250) - fp=25, 40, 160 и 315 Гц.

Уровень вибрационных помех при испытаниях устройства для определения виброакустических помех представлен на фиг. 12–16. Записи вибрационных помех на пяти устройствах для определения виброакустических помех, расположенных в соответствии с фиг. 3 (№1 –DN 100; №2 –DN 150; №3 –DN 50; №4 –DN 200; №5 –DN 250).

Оценка частотного спектра вибрационных помех показывает, что для устройств для определения виброакустических помех характерны максимумы на частотах 50 Гц, 100 Гц и 160 Гц, что обусловлено наводкой переменного электромагнитного поля. Вибрационная помеха в течение суток меняется незначительно (значительные изменения вибрации на устройстве для определения виброакустических помех DN 50 обусловлены малой массой устройства).

Исследования виброакустических параметров на устройствах для определения виброакустических помех в течении суток, показали, что:

- фоновые значения воздушного шума и гидроакустического шума минимальны с 23.00 до 03.00;

- фоновые значения вибрации минимальны с 22.00 до 02.00.

Таким образом, в случае необходимости получения минимальных виброакустических помех, испытания следует проводить в интервале с 23.00 до 02.00.

Приведённый пример показывает, что заявленное устройство для определения виброакустических помех успешно выполняет задачу по оценке точности проводимых измерений на стенде акустических испытаний и определению оптимального времени проведения испытаний с минимальными показателями помех.

Устройство для определения виброакустических помех, размещённое на виброизолированном фундаменте в акустической камере, отличающееся тем, что содержит трубу с заглушками по концам, имеющую длину не менее 8 номинальных её диаметров и зафиксированную на не менее двух опорах с виброизоляцией и хомутами, при этом высота опор должна обеспечивать равенство высот по осевой линии трубы и осевой линии трубопровода на виброизолированном фундаменте; размещённые на нижней поверхности трубы в центре гидрофон, на закреплённом штуцере и датчик виброускорения на предназначенной для него площадке; кран, расположенный на верхней поверхности трубы ближе к её концу, и кран для заполнения водой и слива, размещённый на нижней поверхности трубы ближе к противоположному её концу.

Изобретение относится к стендам для имитации низкочастотных горизонтальных колебаний льда. Стенд располагает рабочей платформой, установленной на обрезиненные катки, а нижняя поверхность платформы и поверхность основания стенда покрываются полированным стеклом.

Способ мониторинга в условиях вибрационных испытаний переменной нагруженности и усталостной повреждаемости конструкции беспилотных воздушных судов вертолетного типа // 2772086

Изобретение относится к области прочностных испытаний натурных конструкций, в частности к способу мониторинга в условиях вибрационных испытаний. Для проведения тарировки на основных силовых элементах конструкции монтируют тензодатчики.

Способ вибродиагностики электродвигателей постоянного тока с применением метода вейвлет-анализа // 2769990

Изобретение относится к испытанию электрических машин постоянного тока. Способ диагностирования технического состояния электродвигателей постоянного тока для наземного и водного транспорта с электродвижением заключается в том, что выполняют измерение и амплитудно-частотно-временной анализ среднеквадратичного отклонения параметров вибрации с применением непрерывного вейвлет-преобразования, что позволяет фиксировать кратковременные импульсы вибрации на всех режимах эксплуатации объекта диагностирования от переходных до установившихся.

Устройство спектрального преобразователя вибрации // 2768500

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам преобразования вибрации. Устройство спектрального преобразователя вибрации содержит корпусной элемент и инерционную массу, выполненные в виде кварцевой мембраны с массивным жестким центром.

Способ вибрационного контроля технического состояния мостовых конструкций // 2767944

Использование: для вибрационного контроля технического состояния мостовых конструкций. Сущность изобретения заключается в воздействии на мостовую конструкцию динамической нагрузки, измерении при этом параметров механической вибрации с помощью акселерометров в контрольных точках мостовых конструкций, согласно изобретению параметры динамической нагрузки, схему и массу, скорость приложения к мостовой конструкции принимают сопоставимыми с параметрами реально действующей временной нагрузки, а измерение параметров механической вибрации осуществляют акселерометрами-виброметрами, интеллектуальными, цифровыми с встроенными процессорами, которые путем интегрирования регистрируемых ускорений рассчитывают виброскорости и виброперемещения в контрольных точках, а в качестве основных критериев оценки технического состояния мостовой конструкции принимают отношения измеренных максимальных значений перемещений - амплитуд в направлениях осей трехмерной системы координат с началом в контрольной точке к расчетной величине перемещений от статического приложения нагрузки, равной по массе динамической нагрузке (Кх, Ку, Kz), а также измеренных динамических коэффициентов (1+μ)х, (1+μ)у, (1+μ)z, определенных как отношения измеренных максимальных значений перемещений - амплитуд колебаний к среднему измеренному значению в направлении соответствующих осей системы координат к расчетным динамическим коэффициентам, причем полученные значения (Кх, Ку, Kz) в интервале выше 1 соответствуют наличию зоны аномального механического напряжения, а значения (Кх, Ку, Kz)<1 - об ее отсутствии, так же, как отношения измеренных значений динамических коэффициентов к расчетным.

Способ определения состояния объектов при вибродиагностике // 2766845

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способу определения состояния объектов при проведении испытаний аэрокосмической или иной техники на вибропрочность, и может быть использовано для определения повреждений силовых конструкций. При реализации способа конструкцию подвергают воздействию вибрации в заданном частотном диапазоне, при этом первоначально проводят стабилизацию конструкции воздействием широкополосной случайной вибрации низкого уровня.

Способ контроля технического состояния механизмов // 2765336

Изобретение относится к методам технического контроля механизмов и может быть использовано для контроля технического состояния механизмов по изменениям механических колебаний. При реализации способа в информативной точке поверхности, связанной с оборудованием, которое содержит эти механизмы, наносят контрастную метку круглой формы, формируют изображения этой метки и на основе анализа параметров вибрационного размытия этих изображений судят о техническом состоянии контролируемых механизмов.

Способ и система планирования профилактического обслуживания и ремонта технологического оборудования на основе акустической диагностики с применением нейронных сетей // 2764962

Использование: для планирования профилактического обслуживания и ремонта технологического оборудования на основе анализа шумовибрационной и ультразвуковой картины. Сущность изобретения заключается в том, что получают акустические данные технологического оборудования одновременно с помощью одного или более измерителей шума, одного или более измерителей ультразвука и одного или более измерителей вибраций; с помощью одного или более автоматизированных рабочих мест (АРМ) разметки паттернов обрабатывают полученные акустические данные с применением аугментации и корректировки полученной шумовибрационной и ультразвуковой картины, размечают скорректированный датасет акустических данных и получают размеченные акустические данные; передают размеченные акустические данные в один или более интеллектуальных модулей, причем интеллектуальный модуль в режиме реального времени осуществляет обработку полученных акустических данных и анализ обработанных акустических данных с помощью одной или более нейронных сетей, и на основе результатов проведенного анализа получают данные о планировании профилактического обслуживания и ремонта технологического оборудования; передают данные о планировании профилактического обслуживания и ремонта технологического оборудования на одно или более АРМ оператора для отображения.

Установка для испытания трубопровода на усталостную прочность // 2760354

Изобретение относится к конструированию стендов для испытания трубопроводов на усталостную прочность, содержащих специальные приспособления для закрепления трубопроводов на вибростенде, в частности трубопроводов турбомашин. Установка содержит средство балансировки и, по меньшей мере, один штуцер для закрепления конца трубопровода различного диаметра, опора выполнена в виде полого цилиндра с кольцевым фланцем, наружная боковая поверхность полого цилиндра выполнена в виде многогранника с четным количеством граней, при этом штуцер установлен, по меньшей мере, на одной из граней и соединен с последней посредством разъемного соединения, а на противоположной ей грани опоры закреплено средство балансировки или штуцер для уравновешивания системы, причем устройство упругих направляющих, передающее вибровозбуждения от вибратора, направлено вдоль оси опоры.

Способ испытаний изделий космической техники на виброакустическое воздействие // 2756143

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к виброакустическим испытаниям. Способ испытаний изделий космической техники на виброакустическое воздействие заключается в том, что в пространстве между испытуемым объектом и расположенным вокруг него излучателями звукового сигнала создается акустическое поле.

Испытательное устройство, способ настройки испытательного процесса и способ испытания рулевого механизма // 2771014

Изобретение относится к испытательному устройству, способу настройки испытательного процесса и способу испытания рулевого механизма. Согласно одному аспекту настоящего изобретения обеспечено испытательное устройство, включающее в себя приводную часть входной стороны, выполненную с возможностью приводить во вращательное движение вал рулевого механизма, обеспеченного в качестве образца, и управляющую часть, выполненную с возможностью управлять приводной частью входной стороны для приведения во вращательное движение вала рулевого механизма согласно заданной испытательной форме волны, причем управляющая часть выполнена с возможностью выполнять управление изменением направления движения на обратное, в котором сразу же изменяют направление вращения вала рулевого механизма на обратное, когда угловое положение вала рулевого механизма достигает положения концевого упирания, являющегося концом диапазона движения вала рулевого механизма, и причем управление изменением направления движения на обратное включает в себя процесс пропуска, в котором перескакивают в следующую точку управления, в которой, как ожидается, крутящий момент будет по существу равен крутящему моменту в то время, когда угловое положение вала рулевого механизма достигает положения концевого упирания.