تحليل شامل لمعيار ISO 20816-3: القياس والتقييم والتنفيذ الآلي عبر نظام Balanset-1A

الملخص التنفيذي

شهد المشهد الصناعي تحولًا جوهريًا في نمط توحيد معايير مراقبة صحة الآلات. يمثل إدخال المعيار ISO 20816-3:2022 توحيدًا وتحديثًا للمنهجيات السابقة، حيث يدمج تقييم اهتزازات الهيكل (المعروف سابقًا باسم ISO 10816-3) واهتزازات المحور الدوار (المعروف سابقًا باسم ISO 7919-3) في إطار عمل واحد متماسك. يقدم هذا التقرير تحليلاً شاملاً لمعيار ISO 20816-3، حيث يشرح فصوله وملحقاته المعيارية ومبادئه الفيزيائية. علاوة على ذلك، يدمج تقييمًا تقنيًا مفصلاً لمحلل الاهتزازات والموازن المحمول Balanset-1A، ويوضح كيف يسهل هذا الجهاز المحدد الامتثال للمتطلبات الصارمة للمعيار. من خلال توليف نظرية معالجة الإشارات ومبادئ الهندسة الميكانيكية والإجراءات التشغيلية العملية، يُعد هذا المستند دليلًا نهائيًا لمهندسي الموثوقية الذين يسعون إلى مواءمة استراتيجيات مراقبة الحالة مع أفضل الممارسات العالمية باستخدام أجهزة قياس عالية الدقة وسهلة الوصول.

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,385.16 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Parts

Vibration sensor

$108.69 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$149.75 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Devices

Balanset-4

$8,215.81 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$55.55 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Parts

Reflective tape

$12.08 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,095.32 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

الجزء الأول: الإطار النظري للمعيار ISO 20816-3

1.1 تطور معايير الاهتزاز: التقارب بين ISO 10816 و ISO 7919

يتميز تاريخ توحيد معايير الاهتزاز بالانتقال التدريجي من المبادئ التوجيهية المجزأة والمخصصة لمكونات معينة إلى التقييم الشامل للآلات. تاريخياً، كان تقييم الآلات الصناعية منقسماً. ركزت سلسلة ISO 10816 على قياس الأجزاء غير الدوارة — على وجه التحديد، مبيتات المحامل والركائز — باستخدام مقاييس التسارع أو محولات السرعة. على العكس من ذلك، تناولت سلسلة ISO 7919 اهتزاز الأعمدة الدوارة بالنسبة لمحاملها، باستخدام مسبار التيار الدوامي غير المتصل بشكل أساسي.

غالبًا ما أدى هذا الفصل إلى غموض في التشخيص. قد تظهر الآلة اهتزازًا مقبولًا في الهيكل (المنطقة A وفقًا لمعيار ISO 10816) بينما تعاني في الوقت نفسه من انحراف أو عدم استقرار خطير في العمود (المنطقة C/D وفقًا لمعيار ISO 7919)، لا سيما في السيناريوهات التي تتضمن أغلفة ثقيلة أو محامل غشاء سائل حيث يتم تخفيف مسار انتقال طاقة الاهتزاز. تحل ISO 20816-3 هذه الثنائية من خلال استبدال كل من ISO 10816-3:2009 و ISO 7919-3:2009.1 من خلال دمج هاتين المنظورتين، تقر المعيار الجديد بأن طاقة الاهتزاز الناتجة عن القوى الديناميكية للدوار تظهر بشكل مختلف عبر هيكل الماكينة اعتمادًا على الصلابة والكتلة ونسب التخميد. وبالتالي، يتطلب التقييم المتوافق الآن منظورًا مزدوجًا: تقييم الاهتزاز المطلق للهيكل، وعند الاقتضاء، الحركة النسبية للمحور.

يدخل نظام Balanset-1A هذا المجال كأداة مصممة لربط مجالات القياس هذه. تعكس بنيته، التي تدعم كل من مقياس التسارع الكهروإجهادي لقياسات السكن ومدخلات الجهد المباشر لأجهزة استشعار الإزاحة الخطية، فلسفة الطبيعة المزدوجة لسلسلة ISO 20816.3 يبسط هذا التقارب مجموعة أدوات الفني، مما يسمح لأداة واحدة بإجراء التقييمات الشاملة التي يفرضها المعيار الموحد الآن.

1.2 النطاق وقابلية التطبيق: تحديد مشهد الآلات الصناعية

يحدد الفصل 1 من المعيار ISO 20816-3 بدقة حدود تطبيقه. هذا المعيار ليس شاملاً؛ فهو مصمم خصيصًا للآلات الصناعية التي تزيد قوتها عن 15 كيلوواط وتبلغ سرعة تشغيلها ما بين 120 دورة في الدقيقة و30,000 دورة في الدقيقة.1 ويغطي هذا النطاق التشغيلي الواسع الغالبية العظمى من الأصول الحيوية في قطاعات التصنيع وتوليد الطاقة والبتروكيماويات.

وتشمل المعدات المشمولة على وجه التحديد ما يلي:

• التوربينات البخارية والمولدات: تشمل هذه المواصفة الوحدات التي تقل طاقتها الإنتاجية عن 40 ميجاوات أو تساويها. أما الوحدات الأكبر حجماً (التي تزيد طاقتها الإنتاجية عن 40 ميجاوات) فتخضع عادةً للمواصفة ISO 20816-2، ما لم تكن تعمل بسرعات تختلف عن ترددات الشبكة المتزامنة (1500 أو 1800 أو 3000 أو 3600 دورة في الدقيقة).6
• الضواغط الدوارة: بما في ذلك التصميمات الطردية والمحورية المستخدمة في الصناعات التحويلية.
• التوربينات الغازية الصناعية: على وجه التحديد تلك التي تبلغ طاقتها الإنتاجية 3 ميجاوات أو أقل. يتم فصل التوربينات الغازية الأكبر حجماً إلى أجزاء منفصلة من المعيار بسبب خصائصها الحرارية والديناميكية الفريدة.1
• مضخات: تعد المضخات الطردية التي تعمل بمحركات كهربائية مكونًا أساسيًا في هذه المجموعة.
• المحركات الكهربائية: يتم تضمين المحركات من أي نوع، شريطة أن تكون موصولة بشكل مرن. غالبًا ما يتم تقييم المحركات الموصولة بشكل صلب كجزء من نظام الماكينة المدفوعة أو بموجب بنود فرعية محددة.
• المراوح والمنافيخ: ضروري للغاية لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) ومعالجة الهواء في العمليات الصناعية.6

الاستثناءات: من المهم بنفس القدر فهم ما يتم استبعاده. الآلات ذات الكتل الترددية (مثل الضواغط المكبسية) تولد ملامح اهتزازية تهيمن عليها الصدمات وعزم الدوران المتغير، مما يتطلب التحليل المتخصص الموجود في ISO 20816-8. وبالمثل، فإن توربينات الرياح، التي تعمل تحت أحمال ديناميكية هوائية متغيرة للغاية، مشمولة في ISO 10816-21.7 تتوافق ميزات التصميم الخاصة بجهاز Balanset-1A، مثل نطاق قياس سرعة الدوران من 150 إلى 60,000 دورة في الدقيقة 8، تمامًا مع نطاق المعيار من 120 إلى 30,000 دورة في الدقيقة، مما يضمن قدرة الجهاز على مراقبة النطاق الكامل للآلات القابلة للتطبيق.

1.3 أنظمة تصنيف الآلات: فيزياء صلابة الدعم

أحد الابتكارات الهامة التي تم الاحتفاظ بها من المعايير السابقة هو تصنيف الآلات بناءً على صلابة الدعم. تقسم ISO 20816-3 الآلات إلى مجموعات ليس فقط حسب الحجم، ولكن حسب السلوك الديناميكي.

1.3.1 تصنيف المجموعات حسب القوة والحجم

يصنف المعيار الآلات إلى مجموعتين أساسيتين لتطبيق حدود الخطورة المناسبة:

• المجموعة 1: آلات كبيرة ذات طاقة اسمية تزيد عن 300 كيلوواط، أو آلات كهربائية يزيد ارتفاع عمودها عن 315 ملم. عادةً ما تحتوي هذه الآلات على دوارات ضخمة وتولد قوى ديناميكية كبيرة.9
• المجموعة 2: آلات متوسطة الحجم بقدرة تصنيفية تتراوح بين 15 كيلوواط و300 كيلوواط، أو آلات كهربائية بارتفاع عمود دوران يتراوح بين 160 ملم و315 ملم.10

1.3.2 مرونة الدعم: الصرامة مقابل المرونة

التمييز بين الدعامات “الصلبة” و“المرنة” هو مسألة فيزيائية، وليس مجرد مسألة تتعلق بمواد البناء. يعتبر الدعم صلبًا في اتجاه قياس معين إذا كانت التردد الطبيعي الأول (الرنين) لنظام الدعم الآلي المدمج أعلى بكثير من تردد الإثارة الرئيسي (عادةً سرعة الدوران). على وجه التحديد، يجب أن يكون التردد الطبيعي أعلى بـ 25% على الأقل من سرعة التشغيل. في المقابل، تتميز الدعامات المرنة بترددات طبيعية قد تكون قريبة من سرعة التشغيل أو أقل منها، مما يؤدي إلى تضخيم الرنين أو تأثيرات العزل.10

هذا التمييز مهم للغاية لأن الدعامات المرنة تسمح بطبيعة الحال بسعة اهتزاز أعلى لنفس مقدار القوة الداخلية المثيرة (عدم التوازن). لذلك، فإن حدود الاهتزاز المسموح بها للدعامات المرنة أعلى عمومًا من تلك الخاصة بالدعامات الصلبة. يسهل Balanset-1A تحديد خصائص الدعم من خلال قدراته على قياس الطور. من خلال إجراء اختبار التشغيل أو التباطؤ (باستخدام ميزة مخطط “RunDown” المذكورة في مواصفات البرنامج 11)، يمكن للمحلل تحديد قمم الرنين. إذا حدثت ذروة داخل نطاق التشغيل، فإن الدعامة تكون مرنة ديناميكيًا؛ إذا كانت الاستجابة مسطحة وخطية حتى سرعة التشغيل، فإنها تكون صلبة. تتيح هذه القدرة التشخيصية للمستخدم تحديد جدول التقييم الصحيح في ISO 20816-3، مما يمنع الإنذارات الكاذبة أو الأعطال الفائتة.

الجزء الثاني: منهجية القياس والفيزياء

يحدد الفصل 4 من المعيار ISO 20816-3 المتطلبات الإجرائية الصارمة لجمع البيانات. تعتمد صحة أي تقييم بشكل كامل على دقة القياس.

2.1 فيزياء الأجهزة: اختيار المحول واستجابته

تفرض المواصفة القياسية استخدام أجهزة قادرة على قياس سرعة الاهتزاز المتوسط المربع الجذري (r.m.s.) عريض النطاق. يجب أن تكون استجابة التردد مسطحة على نطاق لا يقل عن 10 هرتز إلى 1000 هرتز للآلات العامة.12 بالنسبة للآلات ذات السرعة المنخفضة (التي تعمل بأقل من 600 دورة في الدقيقة)، يجب أن يمتد الحد الأدنى لاستجابة التردد إلى 2 هرتز لالتقاط المكونات الدورانية الأساسية.

الامتثال الفني لـ Balanset-1A:
تم تصميم محلل الاهتزاز Balanset-1A مع مراعاة هذه المتطلبات المحددة. تشمل مواصفاته نطاق تردد اهتزاز من 5 هرتز إلى 550 هرتز للعمليات القياسية، مع خيارات لتوسيع قدرات القياس.8 الحد الأدنى 5 هرتز مهم للغاية؛ فهو يضمن التوافق مع الآلات التي تعمل بسرعة منخفضة تصل إلى 300 دورة في الدقيقة، مما يغطي الغالبية العظمى من التطبيقات الصناعية. يغطي الحد الأعلى البالغ 550 هرتز التوافقيات الحرجة (1x، 2x، 3x، إلخ) وترددات مرور الشفرات لمعظم المضخات والمراوح القياسية. علاوة على ذلك، تبلغ دقة الجهاز 5% من النطاق الكامل، مما يلبي الدقة المترية المتوقعة بموجب ISO 2954 (متطلبات أجهزة قياس شدة الاهتزاز).8

يميز المعيار بين نوعين أساسيين من القياس، وكلاهما مدعوم من قبل نظام Balanset-1A البيئي:

• محولات الطاقة الزلزالية (مقاييس التسارع): تقيس هذه الأجهزة الاهتزازات المطلقة للمساكن. وهي حساسة لنقل القوة عبر قاعدة المحمل. تشتمل مجموعة Balanset-1A على مقياسين للتسارع أحاديي المحور (عادةً ما يكونان من سلسلة ADXL أو كهرضغطية) مع حوامل مغناطيسية.14
• محولات الطاقة غير المتصلة (مجسات القرب): تقيس هذه الأجهزة الإزاحة النسبية للمحور. وهي ضرورية للآلات ذات المحامل ذات الطبقة السائلة حيث يتحرك المحور داخل الفراغ.

2.2 تحليل متعمق: اهتزاز العمود النسبي وتكامل المستشعر

بينما تركز ISO 20816-3 بشكل كبير على اهتزازات الغلاف، يتناول الملحق B بشكل صريح الاهتزازات النسبية للمحور. وهذا يتطلب استخدام مجسات التيار الدوامي (مجسات القرب). تعمل هذه المستشعرات عن طريق توليد مجال تردد راديوي (RF) يحث التيارات الدوامية في سطح المحور الموصّل. تتغير مقاومة ملف المجس مع مسافة الفجوة، مما ينتج عنه خرج جهد كهربائي يتناسب مع الإزاحة.15

دمج مجسات التيار الدوامي مع Balanset-1A:
من الميزات الفريدة لجهاز Balanset-1A قدرته على التكيف مع هذه المستشعرات. على الرغم من أن الجهاز مزود في الأساس بمقاييس تسارع، إلا أنه يمكن تهيئة مدخلات الجهاز للعمل في الوضع “الخطي” لقبول إشارات الجهد من محركات مستشعرات القرب (proximitors) التابعة لجهات خارجية.3

• مدخلات الجهد: تُنتج معظم مجسات القرب الصناعية جهدًا كهربائيًا سالبًا (على سبيل المثال، مصدر طاقة -24 فولت، مقياس 200 مللي فولت/ميل). يتيح Balanset-1A للمستخدمين إدخال معاملات حساسية مخصصة (على سبيل المثال، مللي فولت/ميكرومتر) في نافذة “الإعدادات” (مفتاح F4).3
• إزالة إزاحة التيار المستمر: تحمل مجسات القرب جهد فجوة تيار مستمر كبير (تحيز) مع إشارة اهتزاز تيار متردد صغيرة فوقه. يتضمن برنامج Balanset-1A وظيفة “إزالة التيار المستمر” لتصفية جهد الفجوة، وعزل إشارة الاهتزاز الديناميكي لتحليلها وفقًا لحدود ISO 20816-3.3
• الخطية والمعايرة: يتيح البرنامج للمستخدم تحديد عوامل المعايرة (على سبيل المثال، Kprl1 = 0.94 mV/µm) لضمان أن القراءة على شاشة الكمبيوتر المحمول تتوافق تمامًا مع الإزاحة المادية للمحور.3 هذه الإمكانية لا غنى عنها عند تطبيق معايير الملحق باء، المحددة بالميكرومتر للإزاحة بدلاً من المليمتر في الثانية للسرعة.

2.3 فيزياء التركيب: ضمان دقة البيانات

تؤكد المواصفة ISO 20816-3 على أن طريقة تركيب المستشعر يجب ألا تؤثر سلبًا على دقة القياس. يجب أن يكون تردد الرنين للمستشعر المركب أعلى بكثير من نطاق التردد المطلوب.

• تركيب المسامير: المعيار الذهبي، الذي يوفر أعلى استجابة ترددية (تصل إلى 10 كيلوهرتز+).
• التركيب المغناطيسي: حل عملي لجمع البيانات المحمولة.

يستخدم Balanset-1A نظام تثبيت مغناطيسي بقوة تثبيت تبلغ 60 كجم (قوة الكيلوغرام).17 هذه القوة العالية للتثبيت أمر بالغ الأهمية. فالمغناطيس الضعيف يسبب تأثير “الارتداد” أو مرشح تمرير منخفض ميكانيكي، مما يؤدي إلى توهين الإشارات عالية التردد بشكل كبير. وبقوة 60 كجم قوة، تكون صلابة التلامس كافية لدفع الرنين المركب إلى ما فوق نطاق 1000 هرتز الذي يهم ISO 20816-3، مما يضمن أن البيانات المجمعة تمثل بشكل حقيقي سلوك الماكينة وليست نتيجة لطريقة التثبيت.12

2.4 معالجة الإشارات: RMS مقابل الذروة

تحدد المواصفة القياسية استخدام متوسط الجذر التربيعي (RMS) للسرعة للأجزاء غير الدوارة. قيمة RMS هي مقياس للطاقة الإجمالية الموجودة في إشارة الاهتزاز وترتبط ارتباطًا مباشرًا بإجهاد التعب المفروض على مكونات الماكينة.

معادلة RMS:

الخامس_rms = √((1/T) ∫₀^ت الخامس²(t) dt)

بالنسبة لاهتزاز العمود (الملحق ب)، يستخدم المعيار الإزاحة من الذروة إلى الذروة (S_ص)، والذي يمثل إجمالي الانحراف المادي للمحور داخل خلوص المحمل.

S_ص = S_max − S_دقيقة

معالجة Balanset-1A:
يقوم Balanset-1A بإجراء هذه التحويلات الرياضية داخليًا. يقوم محول ADC (محول تناظري إلى رقمي) بأخذ عينات من الإشارة الخام، ويحسب البرنامج السرعة RMS لقياسات الإسكان والإزاحة من الذروة إلى الذروة لقياسات العمود. والأهم من ذلك، أنه يحسب قيمة النطاق العريض (الإجمالي)، التي تجمع الطاقة عبر طيف التردد بأكمله (على سبيل المثال، 10-1000 هرتز). هذه القيمة “الإجمالية” هي الرقم الأساسي المستخدم لتصنيف الماكينة إلى المناطق A أو B أو C أو D. بالإضافة إلى ذلك، يوفر الجهاز إمكانات FFT (التحويل السريع لفورييه)، مما يسمح للمحلل برؤية مكونات التردد الفردية (1x، 2x، التوافقيات) التي تشكل القيمة RMS الإجمالية، مما يساعد في تشخيص مصدر الاهتزاز.8

2.5 اهتزاز الخلفية: التحدي المتمثل في نسبة الإشارة إلى الضوضاء

أحد الجوانب الهامة التي غالبًا ما يتم تجاهلها في المعيار ISO 20816-3 هو التعامل مع الاهتزازات الخلفية، وهي الاهتزازات التي تنتقل إلى الماكينة من مصادر خارجية (مثل الماكينات المجاورة واهتزازات الأرضية) عندما تتوقف الماكينة.

القاعدة: إذا تجاوزت اهتزازات الخلفية 25% من الاهتزازات المقاسة أثناء تشغيل الماكينة، أو 25% من الحدود بين المنطقة B والمنطقة C، فيجب إجراء تصحيحات جذرية، وإلا فقد يعتبر القياس غير صالح.18 غالبًا ما كانت الإصدارات السابقة من المعايير تشير إلى قاعدة “الثلث”، لكن المعيار ISO 20816-3 يشدد من هذا المنطق.

التنفيذ الإجرائي باستخدام Balanset-1A:

1. يقوم الفني بوضع مستشعرات Balanset-1A على الماكينة أثناء توقفها.
2. باستخدام وضع “Vibrometer” (مفتاح F5)، يتم تسجيل مستوى RMS للخلفية.13
3. يتم تشغيل الماكينة وتحميلها. يتم تسجيل RMS التشغيلي.
4. يتم إجراء مقارنة. إذا كان مستوى التشغيل 4.0 مم/ثانية وكانت الخلفية 1.5 مم/ثانية (37.5%)، فإن الخلفية تكون مرتفعة للغاية. تساعد قدرة Balanset-1A على إجراء طرح طيفي (عرض طيف الخلفية مقابل الآلة قيد التشغيل) في تحديد ما إذا كانت الخلفية عند تردد معين (على سبيل المثال، 50 هرتز من ضاغط قريب) يمكن تجاهله أو ترشيحه ذهنيًا من قبل المحلل.

الجزء الثالث: معايير التقييم – جوهر المعيار

يشكل الفصل 6 جوهر المعيار ISO 20816-3، حيث يوفر منطق اتخاذ القرار بشأن مقبولية الماكينة.

3.1 المعيار الأول: حجم الاهتزازات وتقسيم المناطق

يقيّم المعيار شدة الاهتزاز بناءً على أقصى شدة لوحظت في مبيتات المحامل. لتسهيل عملية اتخاذ القرار، يحدد المعيار أربع مناطق تقييم:

• المنطقة أ: اهتزاز الآلات التي تم تشغيلها حديثًا. هذا هو “المعيار الذهبي”. الآلة في هذه المنطقة في حالة ميكانيكية ممتازة.
• المنطقة ب: الآلات التي تعتبر مقبولة للتشغيل طويل الأمد دون قيود. هذا هو نطاق التشغيل “الأخضر” النموذجي.
• المنطقة ج: الآلات التي تعتبر غير ملائمة للتشغيل المستمر على المدى الطويل. بشكل عام، يمكن تشغيل الآلة لفترة محدودة حتى تظهر فرصة مناسبة لاتخاذ إجراءات تصحيحية (صيانة). هذه هي الحالة “الصفراء” أو “حالة الإنذار”.
• المنطقة د: عادةً ما تُعتبر قيم الاهتزاز في هذه المنطقة شديدة بما يكفي لإلحاق الضرر بالآلة. هذه هي الحالة “الحمراء” أو “التشغيل”.5

الجدول 1: حدود المنطقة المبسطة ISO 20816-3 (السرعة RMS، مم/ثانية) للمجموعتين 1 و 2

مجموعة الآلات	نوع الأساس	حدود المنطقة A/B	حدود المنطقة B/C	حدود المنطقة C/D
المجموعة 1 (>300 كيلوواط)	جامد	2.3	4.5	7.1
	مرن	3.5	7.1	11.0
المجموعة 2 (15-300 كيلوواط)	جامد	1.4	2.8	4.5
	مرن	2.3	4.5	7.1

ملاحظة: هذه القيم مستمدة من الملحق أ من المعيار وتمثل إرشادات عامة. قد يكون لأنواع معينة من الآلات حدود مختلفة.

تنفيذ Balanset-1A:
لا يقتصر برنامج Balanset-1A على عرض رقم فحسب، بل يساعد المستخدم في سياق معين. في حين يتعين على المستخدم تحديد الفئة، تتيح وظيفة “التقارير” في البرنامج توثيق هذه القيم مقارنة بالمعيار. عندما يقيس الفني اهتزازًا بسرعة 5.0 مم/ثانية على مضخة 50 كيلوواط (المجموعة 2) على أساس صلب، تتجاوز قراءة Balanset-1A بوضوح حدود المنطقة C/D (4.5 مم/ثانية)، مما يشير إلى الحاجة الفورية للإغلاق والإصلاح.

3.2 المعيار الثاني: التغير في شدة الاهتزاز

ربما يكون التقدم الأكثر أهمية في سلسلة 20816 هو التركيز الرسمي على التغيير في الاهتزاز، بغض النظر عن الحدود المطلقة.

قاعدة 25%: تنص المواصفة ISO 20816-3 على أن أي تغيير في شدة الاهتزاز يزيد عن 25% من حدود المنطقة B/C (أو 25% من قيمة الحالة المستقرة السابقة) يجب اعتباره تغييرًا كبيرًا، حتى لو بقيت القيمة المطلقة ضمن المنطقة A أو B.20

الآثار:
لنفترض أن المروحة تعمل بثبات بسرعة 2.0 مم/ثانية (المنطقة B). إذا قفزت الاهتزازات فجأة إلى 2.8 مم/ثانية، فإنها لا تزال تقنيًا في المنطقة B (بالنسبة لبعض الفئات) أو تدخل للتو المنطقة C. ومع ذلك، فإن هذه زيادة بمقدار 40%. غالبًا ما يشير هذا التحول المفاجئ إلى وضع فشل محدد: مكون دوار متصدع، أو وزن توازن متغير، أو احتكاك حراري. إن تجاهل هذا الأمر لأن “الوضع لا يزال في المنطقة الخضراء” هو وصفة لفشل كارثي.

تحليل اتجاه Balanset-1A:
يدعم Balanset-1A هذا المعيار من خلال ميزات “استعادة الجلسة” والأرشفة.21 من خلال حفظ جلسات القياس، يمكن لمهندس الموثوقية تراكب البيانات الحالية مع خطوط الأساس التاريخية. إذا أظهر الرسم البياني “الاهتزاز الكلي” تغيرًا مفاجئًا، يطبق المهندس المعيار الثاني. تعد ميزة “استعادة آخر جلسة” مفيدة بشكل خاص هنا؛ فهي تتيح للمستخدم استدعاء الحالة الدقيقة للآلة من الشهر السابق للتحقق مما إذا تم تجاوز عتبة 25%.

3.3 الحدود التشغيلية: ضبط أجهزة الإنذار والانقطاع

يوفر المعيار إرشادات لوضع أنظمة حماية آلية:

• إنذار: لتقديم تحذير عند الوصول إلى قيمة محددة للاهتزاز أو حدوث تغيير كبير. الإعداد الموصى به عادةً هو القيمة الأساسية + 25% لحدود المنطقة B/C.
• رحلة: لبدء إجراء فوري (إيقاف التشغيل). يتم تعيين هذا عادةً عند حدود المنطقة C/D أو أعلى قليلاً، اعتماداً على السلامة الميكانيكية للآلة.19

على الرغم من أن Balanset-1A هو جهاز محمول وليس نظام حماية دائم (مثل حامل Bently Nevada)، إلا أنه يستخدم للتحقق من مستويات الانطلاق هذه ومعايرتها. يستخدم الفنيون Balanset-1A لقياس الاهتزاز أثناء اختبار التسارع المتحكم فيه أو اختبار عدم التوازن المستحث للتأكد من أن نظام المراقبة الدائم يعمل عند مستويات الاهتزاز الفيزيائية الصحيحة التي تنص عليها المواصفة ISO 20816-3.

الجزء الرابع: نظام Balanset-1A – نظرة فنية متعمقة

لفهم كيفية عمل Balanset-1A كأداة للامتثال، يجب تحليل بنيته التقنية.

4.1 بنية الأجهزة

يتكون Balanset-1A من وحدة واجهة USB مركزية تعالج الإشارات التناظرية من أجهزة الاستشعار قبل إرسال البيانات الرقمية إلى جهاز كمبيوتر محمول مضيف.

• وحدة ADC: جوهر النظام هو محول تناظري إلى رقمي عالي الدقة. تحدد هذه الوحدة دقة القياس. يعالج Balanset-1A الإشارات لتوفير دقة تبلغ ±5%، وهي دقة كافية للتشخيص الميداني.8
• مرجع الطور (عداد السرعة): يتطلب الامتثال لمعيار ISO 20816-3 في كثير من الأحيان إجراء تحليل طوري للتمييز بين عدم التوازن وعدم المحاذاة. يستخدم Balanset-1A مقياس سرعة ليزري يصل مداه إلى 1.5 متر وقدرته إلى 60,000 دورة في الدقيقة.17 يقوم هذا المستشعر البصري بتشغيل حساب زاوية الطور بدقة تصل إلى ±1 درجة.
• القوة وقابلية النقل: تعمل الوحدة عبر USB (5 فولت)، وهي آمنة بشكل جوهري من حلقات التأريض التي غالبًا ما تصيب أجهزة التحليل التي تعمل بالتيار الكهربائي. يزن الطقم بأكمله حوالي 4 كجم، مما يجعله أداة “ميدانية” حقيقية مناسبة لتسلق الجسور للوصول إلى المراوح.8

4.2 قدرات البرامج: ما وراء القياس البسيط

يقوم البرنامج المرفق مع Balanset-1A بتحويل البيانات الأولية إلى معلومات استخباراتية قابلة للتنفيذ ومتوافقة مع معايير ISO.

• تحليل طيف FFT: يذكر المعيار “مكونات تردد محددة”. يعرض Balanset-1A التحويل السريع لفورييه، حيث يقسم الشكل الموجي المعقد إلى موجات جيبية مكونة له. وهذا يسمح للمستخدم بمعرفة ما إذا كانت قيمة RMS العالية ناتجة عن 1x (عدم التوازن) أو 100x (تشابك التروس) أو قمم غير متزامنة (عيوب المحامل).21
• الرسوم البيانية القطبية: للتوازن والتحليل المتجهي، يرسم البرنامج متجهات الاهتزاز على رسم بياني قطبي. هذا التصور مهم للغاية عند تطبيق طرق معامل التأثير للتوازن.
• حاسبة التفاوت ISO 1940: بينما تتناول ISO 20816-3 حدود الاهتزاز، تتناول ISO 1940 جودة التوازن (درجات G). يتضمن برنامج Balanset-1A آلة حاسبة حيث يقوم المستخدم بإدخال كتلة الدوار وسرعته، ويقوم النظام بحساب عدم التوازن المتبقي المسموح به بالجرام-مليمتر. وهذا يسد الفجوة بين “الاهتزاز مرتفع جدًا” (ISO 20816) و“هذا هو مقدار الوزن الذي يجب إزالته” (ISO 1940).11

4.3 توافق المستشعر وتكوين الإدخال

كما هو مذكور في البحث المقتطف، فإن القدرة على التفاعل مع أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار أمر أساسي.

• مقاييس التسارع: أجهزة الاستشعار الافتراضية. يقوم النظام بدمج إشارة التسارع (g) مع السرعة (مم/ثانية) أو بدمجها مرتين مع الإزاحة (ميكرومتر) حسب العرض المحدد. يتم إجراء هذا الدمج رقمياً لتقليل انحراف الضوضاء إلى أدنى حد.
• مجسات التيار الدوامي: يقبل النظام مدخلات تناظرية من 0-10 فولت أو ما شابهها. يجب على المستخدم تكوين معامل التحويل في الإعدادات. على سبيل المثال، قد يكون لمسبار Bently Nevada القياسي معامل مقياس يبلغ 200 mV/mil (7.87 V/mm). يقوم المستخدم بإدخال هذه الحساسية، ويقوم برنامج Balanset-1A بقياس الجهد الوارد لعرض ميكرونات الإزاحة، مما يسمح بالمقارنة المباشرة مع الملحق B من ISO 20816-3.3

الجزء الخامس: التنفيذ العملي: من التشخيص إلى التوازن الديناميكي

يوضح هذا القسم إجراء التشغيل القياسي (SOP) للفني الذي يستخدم Balanset-1A لضمان الامتثال لمعيار ISO 20816-3.

5.1 الخطوة 1: القياس الأساسي والتصنيف

الفني يقترب من مروحة طرد مركزي بقوة 45 كيلوواط.

• تصنيف: الطاقة > 15 كيلوواط، < 300 كيلوواط. إنها المجموعة 2. الأساس مثبت بمسامير إلى الخرسانة (صلب).
• تحديد الحدود: وفقًا للملحق A من المعيار ISO 20816-3 (المجموعة 2، صلب)، تبلغ حدود المنطقة B/C 2.8 مم/ثانية.
• قياس: يتم تثبيت أجهزة الاستشعار باستخدام قواعد مغناطيسية. يتم تشغيل وضع “مقياس الاهتزاز” Balanset-1A.
• نتيجة: القراءة هي 6.5 ملم/ثانية. هذه منطقة C/D. يجب اتخاذ إجراء.

5.2 الخطوة 2: التحليل التشخيصي

استخدام وظيفة Balanset-1A FFT:

• يُظهر الطيف ذروة سائدة عند سرعة التشغيل (1x RPM).
• يُظهر تحليل الطور زاوية طور مستقرة.
• تشخبص: اختلال التوازن الثابت. (إذا كانت المرحلة غير مستقرة أو كانت هناك ترددات عالية، فمن المحتمل وجود اختلال في المحاذاة أو ارتخاء).

5.3 الخطوة 3: إجراء الموازنة (في الموقع)

نظرًا لأن التشخيص هو عدم التوازن، يستخدم الفني وضع التوازن في Balanset-1A. يتطلب المعيار تقليل الاهتزاز إلى مستويات المنطقة A أو B.

5.3.1 طريقة الثلاث جولات (معاملات التأثير)

يقوم Balanset-1A بأتمتة العمليات الحسابية المتجهة اللازمة لتحقيق التوازن.

• تشغيل 0 (أولي): قياس السعة A₀ والطور φ₀ من الاهتزاز الأصلي.
• الجولة 1 (الوزن التجريبي): كتلة معروفة M_محاكمة يتم إضافته بزاوية عشوائية. يقيس النظام متجه الاهتزاز الجديد (A₁, ، φ₁).

حساب: يقوم البرنامج بحساب معامل التأثير α، الذي يمثل حساسية الدوار لتغير الكتلة.

α = (V₁ − V₀) / M_محاكمة

تصحيح: يقوم النظام بحساب كتلة التصحيح المطلوبة M_corr لإلغاء الاهتزاز الأولي.

M_corr = − V₀ / α

الجولة الثانية (التحقق): يتم إزالة الوزن التجريبي وإضافة الوزن التصحيحي المحسوب. يتم قياس الاهتزاز المتبقي.

.11

5.4 الخطوة 4: التحقق والإبلاغ

بعد الموازنة، تنخفض الاهتزازات إلى 1.2 مم/ثانية.
تحقق: 1.2 مم/ثانية أقل من 1.4 مم/ثانية. الآلة الآن في المنطقة A.

التوثيق: يقوم الفني بحفظ الجلسة في Balanset-1A. يتم إنشاء تقرير يعرض الطيف “قبل” (6.5 مم/ثانية) والطيف “بعد” (1.2 مم/ثانية)، مع الإشارة صراحة إلى حدود ISO 20816-3. هذا التقرير بمثابة شهادة الامتثال.

الجزء السادس: اعتبارات متخصصة

6.1 الآلات منخفضة السرعة

تحتوي ISO 20816-3 على ملاحظات خاصة للآلات التي تعمل بسرعة أقل من 600 دورة في الدقيقة. عند السرعات المنخفضة، تصبح إشارات السرعة ضعيفة، ويصبح الإزاحة المؤشر السائد للإجهاد. يتعامل Balanset-1A مع هذا الأمر من خلال السماح للمستخدم بتبديل مقياس العرض إلى الإزاحة (µm) أو من خلال ضمان ضبط قطع التردد المنخفض على 5 هرتز أو أقل (2 هرتز بشكل مثالي) لالتقاط الطاقة الأولية. تحذر “الملاحظات التحذيرية” الواردة في الملحق D من المعيار من الاعتماد فقط على السرعة عند السرعات المنخفضة 23، وهي فارق بسيط يجب أن يكون مستخدم Balanset-1A على دراية به عن طريق التحقق من الإعدادات “الخطية” أو مرشحات التردد المنخفض.

6.2 الظروف المؤقتة: التسارع والتباطؤ

يمكن أن تتجاوز الاهتزازات أثناء بدء التشغيل (التشغيل المؤقت) حدود الحالة المستقرة بسبب تجاوز السرعات الحرجة (الرنين). تسمح ISO 20816-3 بحدود أعلى خلال هذه المراحل المؤقتة.23

يشتمل Balanset-1A على ميزة مخطط “RunDown” التجريبية.11 تتيح هذه الميزة للفني تسجيل سعة الاهتزاز مقابل عدد الدورات في الدقيقة أثناء التباطؤ. هذه البيانات ضرورية من أجل:

• تحديد السرعات الحرجة (الرنين).
• التحقق من أن الماكينة تمر عبر الرنين بسرعة كافية لتجنب التلف.
• التأكد من أن الاهتزاز “العالي” هو بالفعل مؤقت وليس حالة دائمة.

6.3 الملحق أ مقابل الملحق ب: التقييم المزدوج

غالبًا ما يتطلب الفحص الشامل للامتثال كلا الأمرين.

• المرفق أ (الإسكان): يقيس نقل القوة إلى الهيكل. جيد في حالات عدم التوازن والارتخاء.
• المرفق باء (عمود): يقيس ديناميكيات الدوار. مفيد في حالات عدم الاستقرار، ودوامة الزيت، وكشف المسح.

قد يستخدم الفني الذي يستخدم Balanset-1A أجهزة قياس التسارع لتلبية متطلبات الملحق A، ثم يبدل المدخلات إلى مجسات Bently Nevada الحالية للتحقق من الامتثال للملحق B على توربين كبير. تعد قدرة Balanset-1A على العمل كـ “رأي ثانٍ” أو “أداة تحقق ميدانية” لأجهزة المراقبة الدائمة القائمة على الحامل تطبيقًا رئيسيًا في تلبية متطلبات كلا الملحقين.

Conclusion

يمثل الانتقال إلى ISO 20816-3 نضوجًا في مجال تحليل الاهتزازات، مما يتطلب نهجًا أكثر دقة وقائمًا على الفيزياء لتقييم الماكينات. فهو يتجاوز مجرد أرقام “نجاح/فشل” إلى مجال تحليل صلابة الدعم ومتجهات التغيير وقياسات المجال المزدوج (الهيكل/العمود).

يُظهر نظام Balanset-1A درجة عالية من التوافق مع هذه المتطلبات الحديثة. وتجعله مواصفاته الفنية — نطاق التردد والدقة ومرونة المستشعر — منصة أجهزة قادرة. ومع ذلك، فإن قيمته الحقيقية تكمن في سير عمل البرنامج، الذي يرشد المستخدم عبر المنطق المعقد للمعيار: من تصحيح الاهتزازات الخلفية وتصنيف المناطق إلى الدقة الرياضية لموازنة معامل التأثير. من خلال الجمع الفعال بين القدرات التشخيصية لمحلل الطيف والقدرة التصحيحية للموازن الديناميكي، يمكّن Balanset-1A فرق الصيانة ليس فقط من تحديد عدم الامتثال لمعيار ISO 20816-3، بل ومن تصحيحه بشكل فعال، مما يضمن طول عمر وموثوقية قاعدة الأصول الصناعية.