ISO 2041: Механични вибрации, удари и мониторинг на състоянието – Терминология
ISO 2041 е основният стандарт за терминологията в цялата област на механичните вибрации, ударите и мониторинга на състоянието. На практика това е речникът, на който се основава останалата част от дисциплината: единен и авторитетен източник, който предоставя точни, международно приети определения за хилядите термини, използвани в измерванията, обработката на сигнали, изпитванията и диагностиката. Обхватът му е значително по-широк от този на тематичен речник като ISO 1940-2, който определя терминологията единствено за балансиране. ISO 2041, от друга страна, служи за основа на почти всички останали стандарти за вибрации, така че когато в даден документ се споменават термини като „интензивност на вибрациите“, „преходни състояния“ или „спектър“, точното значение на тези думи е фиксирано на едно място. Целта е проста, но от жизненоважно значение — да се създаде общ, еднозначен език, така че инженерите, специалистите по надеждност, техниците и изследователите по целия свят да общуват без обърквания.
1. Защо съществува стандарт за лексиката
Мониторингът на вибрациите и състоянието се намира на пресечната точка между няколко инженерни направления — динамика, обработка на сигнали, материали, теория на управлението и практика на техническото обслужване — като всяко от тях е донесло свои собствени терминологични особености. Ако не се обърне внимание на това, една и съща дума може да има леко различно значение за специалист по роторна динамика, инженер в изпитателна лаборатория и специалист по планиране на техническото обслужване. Бележка в чертеж, в която се посочва „пикова вибрация“, е двусмислена, освен ако всички не се съгласят дали това означава истинска пикова стойност, от връх до връхили RMS. Стандартът ISO 2041 премахва тази двусмисленост, като дава еднократно определение на всеки термин, заедно с неговата величина, единиците за измерване и математическия символ, където това е приложимо. Тъй като това е нормативна препратка позовавайки се на други стандарти, възприемането на неговите дефиниции не е просто педантичност — именно това прави критериите за приемане, договорите и диагностичните доклади юридически и технически безупречни.
2. Как е структуриран стандартът
Стандартът е структуриран като обширен, систематизиран речник, в който термините са групирани в тематични раздели, така че свързаните помежду си понятия да са разположени заедно и да се препращат едно към друго. Основните раздели и ключовите понятия, които всеки от тях обхваща, са описани по-долу.
1. Основни понятия
Този раздел поставя основите на цялата област, като определя нейните най-основни физични понятия. Той формално дефинира вибрация като промяна във времето на величината на величина, описваща движението или положението на механична система, когато тази величина последователно е по-голяма и по-малка от някаква средна стойност. Това разграничава вибрацията от shock — преходно възбуждане, при което равновесието на системата се нарушава за време, което е кратко в сравнение с нейния собствен период — и от oscillation, общият термин за всяка величина, която се променя по този начин – напред-назад. Най-важното е, че той определя и трите физични свойства, които определят начина, по който всяка система вибрира: mass (inertia), свойството, което се съпротивлява на ускорението; скованост, свойството, което се съпротивлява на деформация; и затихване, свойството, което разсейва енергията и води до затихване на свободните колебания. Идеята за степен на свобода — броят на независимите координати, необходими за описанието на движението на дадена система — също се въвежда тук.
2. Параметри на вибрациите и ударите
В тази глава се определят величините, използвани за измерване и описание на колебателното движение. Честота е броят на циклите на периодичното движение, извършвани за единица време, измерван в херци (Hz). Амплитуда е максималната стойност на колебателната величина. Стандартът изяснява трите основни параметъра на движението, които са свързани помежду си чрез диференциране и интегриране: изместване (колко се премества една точка), скорост (колко бързо се движи) и ускорение (скоростта на промяна на скоростта, пряко свързана със силите, действащи върху системата). Тя също така определя различните начини за количествено измерване на амплитудата при реален сигнал: от връх до връх (общата амплитуда от максималната положителна до максималната отрицателна стойност), връх (максималната стойност, измерена от нула), и RMS (средноквадратична стойност), показателят, който се използва най-често за оценка на общата степен на вибрациите, тъй като е свързан с енергийното съдържание на сигнала. Тези определения се отразяват пряко в границите, основани на скоростта, на съвременните стандарти за степен на вибрациите, като например ISO 20816 (наследник на по-стария стандарт ISO 10816).
3. Инструментариум и измервания
В този раздел се уточнява терминологията, свързана с апаратурата за регистриране на вибрационни сигнали. А преобразувател (или сензор) се определя като устройство, което преобразува механична величина в електрически сигнал. Стандартът определя след това най-разпространените сензори за мониторинг на машини: акселерометър, сензор за допир, измерващ ускорението, и безспорно най-универсалният модел за общо предназначение; както и сонда за близост (сонда с вихрови токове) – безконтактен сензор, който измерва относителното преместване между върха на сондата и проводим обект, като например въртящ се вал. Терминът обхваща и свързаното с това обработване на сигнала – усилватели, филтри – както и хардуера и софтуера за събиране на данни, наричани общо „анализатори“, които обработват и визуализират сигналите. Времева референция, като например тахометър това също попада в тази категория, тъй като преобразува въртенето на вала в импулс, генериран веднъж на оборот, който служи за отправна точка при измерването на фазата.
4. Обработка и анализ на сигнали
В тази глава се дефинира терминологията на математиката, която превръща необработените данни в диагностична информация. В нея се определят двете основни области: времева форма на сигнала, графиката на амплитудата в зависимост от времето, както и спектър (графика в честотната област) – графиката на амплитудата в зависимост от честотата. Спектрален анализ се определя като процес на разлагане на времевия сигнал на съставните му честоти, а алгоритъмът, който го изпълнява, е FFT (Бързо преобразуване на Фурие). Тук също са определени основните спектрални характеристики: хармоници (целочислени кратни на основна честота) и странични ленти (честоти, разположени симетрично около централна честота). Същото важи и за концепциите, които предпазват цифровото измерване от изкривяване — псевдонимизиране, фалшивото нискочестотно съдържание, което се появява, когато честотата на дискретизация е твърде ниска, и прозорци, тегловата функция, използвана за намаляване на спектралния разлив.
5. Характеристики на системите (модален анализ)
В този раздел се дава определение на термините, които описват присъщите динамични свойства на дадена конструкция. А собствена честота е честотата, с която дадена система ще вибрира, ако бъде изместена от равновесното си положение и след това оставена да се движи свободно. Когато честотата на външното въздействие съвпадне с естествената честота, резонанс възниква — дефинирано като състояние на максимална амплитуда на вибрациите. В главата се дефинира и терминологията на експерименталния модален анализ, включително форма на режима (характерната крива на деформация, която конструкцията приема при дадена собствена честота) и функция на честотната характеристика (FRF), показател за връзката между входните и изходните величини на дадена система, който се използва за определяне на нейните собствени честоти и затихване.
6. Мониторинг на състоянието и диагностика
В тази последна глава се дава определение на термините, свързани с практическото приложение на вибрационния анализ в областта на техническото обслужване. Мониторинг на състоянието е процесът на наблюдение на даден параметър за състоянието на машината (в случая – вибрациите) с цел откриване на значителна промяна, която сигнализира за възникваща повреда. Въз основа на това, диагностика е процесът на използване на тези наблюдавани данни за установяване на конкретната неизправност, нейното местоположение и степента на сериозност. Стандартът въвежда и перспективната концепция за prognostics — прогнозиране на бъдещото състояние на машината и оставащия експлоатационен срок. Накрая, тя определя статистическите показатели, изчислени въз основа на вибрационния сигнал, за да се откриват в ранен етап повреди на лагерите и зъбните колела, по-специално коефициент на пиковата стойност и ексцес.
3. Мястото на ISO 2041 сред стандартите
Стандартът ISO 2041 е съзнателно замислен като спомагателен документ, а не като процедура или код за приемане, и тази роля му придава три вида значение:
- Междисциплинарна комуникация: тя осигурява общ език за инженерите-механици, специалистите по надеждност, техниците, производителите на измервателна апаратура и учените, така че даден термин да има едно и също значение както в проектантското бюро, така и в изпитателната лаборатория и при извършването на техническо обслужване.
- Основен справочник за други стандарти: това е основната терминологична рамка за почти всеки друг документ на ISO, свързан с вибрациите и мониторинга на състоянието. Стандартите за процедури — ISO 21940-11 допустимите отклонения при балансиране, границите на сериозност съгласно ISO 20816-3, процедурите за мониторинг съгласно ISO 13373-1 и ISO 17359 ръководства за мониторинг на състоянието — всички се основават на съществуващите дефиниции, вместо да предефинират основните термини.
- Образователна фондация: за всеки, който се запознава с тази област, това е авторитетният източник за правилната терминология и съответства на знанията, които се проверяват в схемите за сертифициране на персонала, като например ISO 18436-2.
4. Прилагане на лексиката при работа на терен
Един речник се оправдава в момента, в който резултатите трябва да бъдат записани или сравнени между различни хора. Когато се използва преносим инструмент като Balanset-1A се използва за балансиране на вентилатор или помпа в собствените ѝ лагери, като всяка стойност, която отчита — амплитудата 1× и фаза, скоростта в милиметри в секунда, остатъчната дисбаланс съгласно изискванията на ISO 21940-11 — има точно същото значение, което му приписва ISO 2041. Именно тази обща дефиниция позволява на диагностичен доклад да може да бъде разбрана еднозначно от независим инженер по надеждност месеци по-късно, както и това, което позволява на двама анализатори, използващи различни инструменти, да постигнат съгласие дали дадена машина е издържала теста. На практика терминологията е невидимата основа на всяко измерване, която превръща цифрите в твърдения, които всеки тълкува по един и същ начин.
5. Достъп до пълния стандарт
Горното резюме представя структурата и най-важните дефинирани термини, но не замества самия документ. Пълният текст на ISO 2041 съдържа пълния набор от формални дефиниции, математически символи, единици за измерване и точната формулировка, която други стандарти цитират като нормативна. Това е публикация, защитена с авторски права, и трябва да бъде закупена от Международната организация за стандартизация или от оторизиран национален орган по стандартизация; тя се преразглежда периодично, така че за договорна или нормативна дейност винаги трябва да се уверявате, че работите с актуалното издание, а не с по-стара версия. За ежедневно четене и учене, съответните записи в този речник разширяват всяка концепция, посочена в стандарта.
