Устройство для определения виброакустических помех
DEVICE FOR DETERMINING VIBROACOUSTIC INTERFERENCE

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 виброизолированномфундаменте, 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 внешнихфакторов, 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.