инженерный консалтинг

проектирование систем виброизоляции 

Главная  /  Виброзащита высокоточного оборудования  /  Научно – исследовательские институты и лаборатории

Виброизоляция научного оборудования

1.            Вибрационное воздействие и характеристики

НИИ и лаборатории, занимающиеся высокоточными исследованиями или производством уникальной продукции, обычно размещаются в городской черте в условиях сформировавшейся застройки. В связи с этим, характерным влиянием для указанных объектов является низкочастотный фон города, а также вибрации, возникающие внутри самого здания (работа систем ОВК, пешеходная активность, вибрации от лифтового оборудования и прочий структурный шум).

Частотные и амплитудные характеристики указанных воздействий могут быть представлены в табличной форме, как приведено, в частности, в зарубежном справочнике “Fundamentals of vibration isolation”.

 Таблица 2. Источники техногенной вибрации и их характеристики

Источник

Частота, Гц

Амплитуда, мм

Воздушный компрессор

4 – 20

0,254

Погрузочно – разгрузочное оборудование

5 – 40

0,025

Насосы

5 – 25

0,025

Пешеходная активность

0,55 – 6

0,0003

Воздушный шум

100 – 10000

0,25 – 0,0025

Штамповальные прессы

До 20

0,25 – 0,00030

Трансформаторы

50 – 400

0,0025 – 0,0003

Лифтовое оборудование

До 40

0,025 – 0,0003

Колебания здания (в горизонтальной плоскости)

formula_1  , где Н - высота здания, м.

2,5

Подпор воздуха в здании

1 – 5

0,0003

Железнодорожный транспорт

5 – 20

 0,15 g

Автомобильный транспорт

5 – 100

0,0001 g

На рис. 4 представлены данные натурных замеров колебаний грунта основания в приямке для будущего фундамента прецизионного измерительного центра. Реконструируемое здание Центра расположено в городской черте в непосредственной близости от автомобильной дороги с трамвайными путями (расстояние от торца здания до оси трамвайных путей составляет менее 27 м).

а)

 DSC04842

б)

 izm_mei_1

Рис. 4. (а) Общий вид приямка, расположение точек замеров; (б) спектрограмма вертикальных колебаний уровней грунта.

Внешнее воздействие носит нестационарный случайный характер, на спектрограмме рис. 4 отчетливо видны моменты прохождения по улице трамваев, а также тяжелогруженного транспорта. Кроме того на уровень вибрации грунта площадки застройки оказывает сильное влияние пешеходная активность в здании, а также импульсные воздействия от открывания / закрывания дверей. Для таких площадок данные, представленные в таблице 1 могут оказаться некорректными в связи с неопределённостью характеристик и состава грунтов основания, а также наличия специфических источников вибрации (например, грунтовые волноводы, инженерные коммуникации, в том числе коллекторы, проходящие от источника вибрационного воздействия до защищаемого фундамента).

 2.            Характеристики используемого оборудования и требования к его виброзащите

Спектр используемого оборудования различными НИИ и лабораториями достаточно широк. Сюда следует отнести и различные виды сканирующих и атомных электронных микроскопов, литографические стенды, повторители, интерферометры, профилографы и т.д. Точность современных электронных микроскопов достигает долей нанометра, интерферометров и профилографоф составляет порядка нескольких нанометров в зависимости от модификации.

В настоящее время ориентировочные значения максимальных допустимых уровней вибрации основания под указанное оборудование, представленное в «Рекомендациях», является устаревшим. Сейчас в мировой практике приняты следующие критерии уровней вибрации основания под установку различного высокоточного оборудования, представленные в таблице 3.

Таблица 3. Рекомендуемые критерии виброзащиты

Критерий

Допускаемая среднеквадратичная амплитуда скоростей колебаний[1], мкм/с

Размер исследуемой частицы[2], мкм

Описание

VC-A

50

8

Установка оптических микроскопов с увеличением до х400, микробалансиров, оптических балансиров, установок проекционной и контактной фотолитографии

VC-B

25

3

Установка оптических микроскопов с увеличением до х1000, контрольно-измерительные приборы, приборы литографии (в том числе повторители) с шириной полосы до 3 мкм

VC-C

12,5

1

Хороший критерий для установки литографического  и контрольно – измерительного оборудования с размером исследуемого объекта до 1 мкм

VC-D

6

0.3

Установка самого требовательного оборудования, включая электронные (сканирующие и туннельные) микроскопы и электронно – лучевые системы

VC-E

3

0.1

Труднодостижимый критерий в большинстве случаев. Применяется при установке длиннобазисных лазерных интерферометров и прочих систем, требующих сверхвысокой динамической устойчивости

Большинство отечественных лабораторий и НИИ ссылаются именно на указанные рекомендуемый критерии виброзащиты.

 

Анализ данных натурных замеров на предприятиях, в научно-исследовательских центрах, НИИ и лабораториях показал, что виброзащитная система должна обладать низкой собственной частотой. Учитывая тот факт, что система виброзащиты должна обладать высокой эффективностью в полосе частот 1 – 100 Гц, её собственная частота должна быть не выше 0,5 – 0,6 Гц. При этом, виброизолятор должен быть простым в сборке – разборке, обладать высокой эффективностью в полосе частот 1 – 100 Гц, демпфирование на резонансной частоте должно быть малым, при этом в зарезонансной области демпфирование следует конструктивно увеличивать. Такой характеристикой могут обладать либо активные демпферы, либо демпферы с гистерезисным трением. В связи с особенностью технологического процесса на заводах и предприятиях, а также смене поколений оборудования в НИИ можно установить срок службы виброизолятора в 25 лет без потери проектных характеристик. Для снижения вероятности выхода виброизолятора из строя, виброзащитная система должна быть пассивной, т.е. гашение колебаний должно происходить без привлечения внешнего источника питания.

По любым вопросам оставляйте заявку и мы свяжемся с Вами для уточнения задач.



[1] Измеряются в 1/3 октавном диапазоне частот 1 – 100 Гц

[2] Размер исследуемой частицы равен размеру изготовляемого микроэлектронного компонента, размеру частицы или клетки при проведении медицинских и фармакологических исследований. Введенный параметр показывает, что критерий виброзащиты зависит в первую очередь от размера исследуемых объектов.