Kompletní průvodce normou ISO 20816-3: Komplexní technická analýza

Úvod

Tato norma stanoví pokyny pro hodnocení vibračních podmínek průmyslových zařízení na základě měření:

1. Vibrace ložisek, ložiskových stojanů a ložiskových pouzder v místě, kde je zařízení instalováno;
2. Radiální vibrace hřídelí sad strojů.

Na základě provozních zkušeností s průmyslovými zařízeními, dvě kritéria pro hodnocení vibračních podmínek byly stanoveny:

• Kritérium I: Absolutní hodnota monitorovaného parametru širokopásmových vibrací
• Kritérium II: Změna této hodnoty (vzhledem k základní hodnotě)

Vývoj vibračních norem: Konvergence norem ISO 10816 a ISO 7919

Historie standardizace vibrací představuje postupný přechod od fragmentovaných, pro jednotlivé komponenty specifických pokynů k holistickému hodnocení strojů. Historicky bylo hodnocení strojů rozděleno na:

• Řada ISO 10816: Zaměřeno na měření nerotujících součástí (ložiskových skříní, podstavců) pomocí akcelerometrů nebo snímačů rychlosti
• Řada ISO 7919: Řešení vibrací rotujících hřídelí vzhledem k ložiskům, primárně pomocí bezkontaktních sond s vířivými proudy

Toto oddělení často vedlo k diagnostická nejednoznačnost. Stroj může vykazovat přijatelné vibrace skříně (zóna A dle normy ISO 10816) a zároveň trpět nebezpečným házením hřídele nebo nestabilitou (zóna C/D dle normy ISO 7919), zejména v situacích zahrnujících těžké skříně nebo ložiska s fluidním filmem, kde je přenos vibrační energie utlumen.

Oddíl 1 – Oblast působnosti

Tato norma stanoví obecné požadavky pro hodnocení vibračních podmínek průmyslová zařízení (dále jen "stroje") s výkonem nad 15 kW a otáčkami od 120 do 30 000 ot./min na základě měření vibrací na nerotující části a dále rotující hřídele za běžných provozních podmínek stroje v místě jeho instalace.

Hodnocení se provádí na základě monitorovaného parametru vibrací a na základě změny v tomto parametru v ustáleném provozu stroje. Číselné hodnoty kritérií pro posouzení stavu odrážejí provozní zkušenosti se stroji tohoto typu; v konkrétních případech souvisejících s konkrétními provozními podmínkami a konstrukcí daného stroje však nemusí být použitelné.

Tato norma se vztahuje na:

1. Parní turbíny a generátory s výkonem do 40 MW (viz poznámky 1 a 2)
2. Parní turbíny a generátory s výstupním výkonem přesahujícím 40 MW a otáčkami jiné než 1500, 1800, 3000 a 3600 ot./min (viz poznámka 1)
3. Rotační kompresory (odstředivý, axiální)
4. Průmyslové plynové turbíny s výkonem do 3 MW (viz poznámka 2)
5. Turbodmychadlové motory
6. Elektromotory všech typů s ohebnou hřídelovou spojkou. (Pokud je rotor motoru pevně spojen se strojním zařízením, na které se vztahuje jiná norma řady ISO 20816, lze vibrace motoru posuzovat buď podle této normy, nebo podle této normy.)
7. Válcovací tratě a válcovací stolice
8. Dopravníky
9. Spojky s proměnnou rychlostí
10. Ventilátory a dmychadla (viz poznámka 3)

Tato norma se NEVZTAHUJE na:

11. Parní turbíny, plynové turbíny a generátory s výkonem přesahujícím 40 MW a otáčkami 1500, 1800, 3000 a 3600 ot./min → použití ISO 20816-2
12. Plynové turbíny s výkonem přesahujícím 3 MW → použití ISO 20816-4
13. Strojní soustrojí ve vodních elektrárnách a přečerpávacích vodních elektrárnách → použití ISO 20816-5
14. Vratné stroje a stroje pevně spojené s vratnými stroji → použití ISO 10816-6
15. Rotodynamická čerpadla s vestavěnými nebo pevně spojenými hnacími motory s oběžným kolem na hřídeli motoru nebo pevně spojeným s ní → použití ISO 10816-7
16. Instalace pístových kompresorů → použití ISO 20816-8
17. Objemové kompresory (např. šroubové kompresory)
18. Ponorná čerpadla
19. Větrné turbíny → použití ISO 10816-21

Podrobnosti o rozsahu aplikace

Požadavky této normy se vztahují na měření širokopásmové vibrace na hřídelích, ložiskách, skříních a ložiskových stojanech v ustáleném provozu stroje v rozsahu jmenovitých otáček. Tyto požadavky platí pro měření jak v místě instalace, tak i během přejímacích zkoušek. Stanovená kritéria vibračních podmínek platí jak v systémech kontinuálního, tak i periodického monitorování.

Tato norma platí pro stroje, které mohou zahrnovat ozubená kola a valivá ložiska; nicméně je to není zamýšleno pro vyhodnocení vibračních podmínek těchto specifických součástí (viz ISO 20816-9 pro převodovky).

Oddíl 2 – Normativní odkazy

Tato norma používá normativní odkazy na následující normy. U datovaných odkazů platí pouze citované vydání. U nedatovaných odkazů platí nejnovější vydání (včetně všech změn):

Tyto normy poskytují základ pro terminologii, metody měření a obecnou filozofii hodnocení aplikovanou v normě ISO 20816-3.

Oddíl 3 – Pojmy a definice

Pro účely této normy se pojmy a definice uvedené v ISO 2041 platí.

Klíčové pojmy (z normy ISO 2041)

• Vibrace: Změna velikosti veličiny, která popisuje pohyb nebo polohu mechanického systému, v čase
• RMS (střední kvadratická hodnota): Druhá odmocnina z průměru druhých mocnin hodnot veličiny za daný časový interval
• Širokopásmové vibrace: Vibrace obsahující energii rozloženou v daném frekvenčním rozsahu
• Vlastní frekvence: Frekvence volných vibrací systému
• Provoz v ustáleném stavu: Provozní stav, za kterého zůstávají relevantní parametry (otáčky, zatížení, teplota) v podstatě konstantní
• Hodnota mezi špičkami: Algebraický rozdíl mezi extrémními hodnotami (maximální a minimální)
• Převodník: Zařízení, které poskytuje výstupní veličinu s určeným vztahem ke vstupní veličině

Oddíl 5 – Klasifikace strojů

5.1 Obecné ustanovení

V souladu s kritérii stanovenými touto normou se stav vibrací strojů posuzuje v závislosti na:

1. Typ stroje
2. Jmenovitý výkon nebo výška hřídele (viz také ISO 496)
3. Stupeň tuhosti základu

5.2 Klasifikace podle typu stroje, jmenovitého výkonu nebo výšky hřídele

Rozdíly v typech strojů a provedení ložisek vyžadují rozdělení všech strojů na dvě skupiny na základě jmenovitého výkonu nebo výšky hřídele.

Hřídele strojů v obou skupinách mohou být umístěny vodorovně, svisle nebo šikmo a podpěry mohou mít různý stupeň tuhosti.

Skupina 1 – Velké stroje

• Jmenovitý výkon > 300 kW
• NEBO elektrické stroje s výškou hřídele V > 315 mm
• Typicky vybaveno radiální (kluzná) ložiska
• Provozní otáčky od 120 do 30 000 ot./min

Skupina 2 – Střední stroje

• Jmenovitý výkon 15 – 300 kW
• NEBO elektrické stroje s výškou hřídele 160 mm < V ≤ 315 mm
• Typicky vybaveno valivá ložiska
• Provozní otáčky obecně > 600 ot/min

5.3 Klasifikace podle tuhosti základů

Základy strojů se podle stupně tuhosti ve stanoveném směru měření dělí na:

1. Pevné základy
2. Flexibilní základy

Základem této klasifikace je vztah mezi tuhostí stroje a základem. Pokud nejnižší vlastní frekvence systému "stroj-základ" ve směru měření vibrací překračuje hlavní budicí frekvenci (ve většině případů se jedná o frekvenci otáčení rotoru) o alespoň 25%, pak se takový základ v tomto směru uvažuje tuhý. Všechny ostatní základy jsou zvažovány flexibilní.

Typické příklady

Stroje na pevných základech jsou typicky velké a střední elektromotory, obvykle s nízkými otáčkami.

Stroje na flexibilních základech obvykle zahrnují turbogenerátory nebo kompresory s výkonem přesahujícím 10 MW, stejně jako stroje s vertikální orientací hřídele.

Pokud nelze charakteristiky systému "stroj-základ" určit výpočtem, lze to provést experimentálně (nárazové zkoušky, provozní modální analýza nebo analýza vibrací při spouštění).

Příloha A (normativní) – Hranice zón vibračních podmínek pro nerotující části ve specifikovaných provozních režimech

Zkušenosti ukazují že pro posouzení vibračních podmínek různých typů strojů s různými rychlostmi otáčení se používají měření samotná rychlost stačí. Primárním sledovaným parametrem je proto efektivní hodnota rychlosti.

Použití kritéria konstantní rychlosti bez zohlednění frekvence vibrací však může vést k nepřijatelně velké hodnoty posunutí. K tomu dochází zejména u nízkorychlostních strojů s rotační frekvencí rotoru pod 600 ot/min, kdy složka rychlosti chodu dominuje v signálu širokopásmových vibrací (viz příloha D).

Podobně může kritérium konstantní rychlosti vést k nepřijatelně vysokým hodnotám zrychlení u vysokorychlostních strojů s rotační frekvencí rotoru přesahující 10 000 ot/min, nebo když je energie vibrací vytvářených strojem soustředěna převážně ve vysokofrekvenčním rozsahu. Kritéria vibračních podmínek lze proto formulovat v jednotkách posunutí, rychlosti a zrychlení v závislosti na rotačním frekvenčním rozsahu rotoru a typu stroje.

Tabulky A.1 a A.2 uvádějí hodnoty hranic zón pro různé skupiny strojů, na které se vztahuje tato norma. V současné době jsou tyto hranice formulovány pouze v jednotkách rychlost a posunutí.

Hranice vibračních zón pro vibrace ve frekvenčním rozsahu 10 až 1000 Hz jsou vyjádřeny pomocí hodnot efektivní hodnoty rychlosti a posunutí. Pro stroje s frekvencí otáčení rotoru pod 600 ot/min je širokopásmový měřicí rozsah vibrací 2 až 1000 Hz. Ve většině případů je posouzení vibračních podmínek dostatečné pouze na základě kritéria rychlosti; pokud se však očekává, že vibrační spektrum bude obsahovat významné nízkofrekvenční složky, provádí se posouzení na základě měření rychlosti i posunutí.

Stroje všech uvažovaných skupin mohou být instalovány na pevných nebo pružných podpěrách (viz oddíl 5), pro které jsou v tabulkách A.1 a A.2 stanoveny různé hranice zón.

Tabulka A.1 – Stroje skupiny 1 (velké: >300 kW nebo V > 315 mm)

Tabulka A.2 – Stroje skupiny 2 (střední: 15–300 kW nebo V = 160–315 mm)

Příloha B (normativní) – Hranice vibračních zón pro rotující hřídele ve specifikovaných provozních režimech

B.1 Všeobecně

Hranice vibračních zón jsou konstruovány na základě provozních zkušeností z různých odvětví, které ukazují, že Přijatelné relativní vibrace hřídele se s rostoucí frekvencí otáčení snižují. Při posuzování vibračních podmínek je nutné zvážit i možnost kontaktu mezi rotujícím hřídelem a pevnými částmi stroje. U strojů s radiálními ložisky minimální přípustná vůle v ložisku je třeba také zohlednit (viz příloha C).

B.2 Vibrace při jmenovité frekvenci otáčení v ustáleném provozu

B.2.1 Všeobecně

Kritérium I se vztahuje k:

1. Omezení posunutí hřídele z podmínky přípustného dynamického zatížení ložisek
2. Přípustné hodnoty radiální vůle v ložisku
3. Přijatelné vibrace přenášeno na podpěry a základy

Maximální posunutí hřídele v každém ložisku se porovnává s hranicemi čtyř zón (viz obrázek B.1 v normě), určených na základě provozních zkušeností se stroji.

B.2.2 Hranice zóny

Zkušenosti s měřením vibrací hřídelí u široké třídy strojů umožňují stanovení hranic vibračních zón vyjádřených pomocí posunutí mezi vrcholy S(pp) v mikrometrech, nepřímo úměrná druhé odmocnině z frekvence otáčení rotoru n v ot/min.

Pro relativní vibrace hřídele měřené pomocí bezdotykových sond jsou hranice zón vyjádřeny jako posunutí mezi vrcholy S(pp) v mikrometrech, což se mění s rychlostí jízdy:

Kde n je maximální provozní rychlost v ot/min, a S(pp) je v μm.

Příklad výpočtu

Pro stroj běžící při 3000 ot./min:

• √3000 ≈ 54,77
• A/B = 4800 / 54,77 ≈ 87,6 μm
• B/C = 9000 / 54,77 ≈ 164,3 μm
• C/D = 13200 / 54,77 ≈ 241,0 μm

Důležité: Hranice zón by neměly být používány jako kritéria přijetí, která by měla být předmětem dohody mezi dodavatelem a zákazníkem. S ohledem na číselné hraniční hodnoty je však možné zabránit používání stroje ve zjevně špatném stavu a zároveň se vyhnout kladení nadměrně přísných požadavků na jeho vibrace.

V některých případech mohou konstrukční vlastnosti konkrétních strojů vyžadovat použití různých hranic zón – vyšších nebo nižších (např. u samonaklápěcích ložisek s naklápěcími destičkami) a u strojů s eliptickými ložisky mohou být pro různé směry měření (směrem k maximální a minimální vůli) použity různé hranice zón.

Přijatelné vibrace mohou souviset s průměrem ložiska, protože ložiska většího průměru mají zpravidla také větší vůle. V souladu s tím mohou být pro různá ložiska jednoho hřídelového soukolí stanoveny různé hodnoty hranic zón. V takových případech musí výrobce obvykle vysvětlit důvod změny hraničních hodnot a zejména potvrdit, že zvýšené vibrace povolené v souladu s těmito změnami nepovedou ke snížení spolehlivosti stroje.

Pokud se měření neprovádějí v bezprostřední blízkosti ložiska a také během provozu stroje v přechodových režimech, jako je rozběh a doběh (včetně průchodu kritickými otáčkami), mohou být přijatelné vibrace vyšší.

U vertikálních strojů s radiálními ložisky je třeba při určování mezních hodnot vibrací zohlednit možné posuny hřídele v rámci mezí vůle bez stabilizační síly spojené s hmotností rotoru.

Oddíl 4 – Měření vibrací

4.1 Obecné požadavky

Metody měření a přístrojové vybavení musí splňovat obecné požadavky normy ISO 20816-1, se specifickými aspekty pro průmyslové stroje. Následující faktory nesmí významně ovlivňovat měřicí zařízení:

• Změny teploty — Posun citlivosti senzoru
• Elektromagnetická pole — Včetně vlivů magnetizace hřídele
• Akustická pole — Tlakové vlny ve vysoce hlučném prostředí
• Varianty napájení — Kolísání napětí
• Délka kabelu — Některé konstrukce bezdotykových sond vyžadují odpovídající délku kabelu
• Poškození kabelu — Přerušované spojení nebo přerušení stínění
• Orientace převodníku — Zarovnání osy citlivosti

4.2 Měřicí body a směry

Pro účely monitorování stavu se měření provádějí na nerotující části nebo na hřídele, nebo obojí dohromady. V této normě, pokud není výslovně uvedeno jinak, se vibrace hřídele vztahují na její posunutí vzhledem k ložisku.

Nerotující součásti – Měření ložiskových skříní

Měření vibrací na nerotujících částech charakterizuje vibrace ložiska, ložiskového tělesa nebo jiného konstrukčního prvku přenášejícího dynamické síly z vibrací hřídele v místě ložiska.

Typická konfigurace měření: Měření se provádějí pomocí dva měniče ve dvou vzájemně kolmých radiálních směrech na víkách ložisek nebo pouzdrech. U horizontálních strojů je jeden směr obvykle svislý. Pokud je hřídel svislá nebo nakloněná, zvolte směry tak, abyste zachytili maximální vibrace.

Jednobodové měření: Pokud je známo, že výsledky budou reprezentativní pro celkové vibrace, lze použít jeden převodník. Zvolený směr musí zajistit téměř maximální hodnoty.

Měření vibrací hřídele

Vibrace hřídele (jak je definováno v normě ISO 20816-1) se vztahují k posunutí hřídele vzhledem k ložisku. Preferovaná metoda používá dvojice bezkontaktních přibližovacích sond instalovány kolmo k sobě, což umožňuje určení trajektorie (oběžné dráhy) hřídele v rovině měření.

4.3 Přístrojové vybavení (měřicí zařízení)

Pro monitorování stavu musí měřicí systém měřit širokopásmové efektivní hodnoty vibrací v frekvenčním rozsahu alespoň 10 Hz až 1000 Hz. U strojů s otáčkami nepřesahujícími 600 ot/min nesmí dolní mez frekvence překročit 2 Hz.

Pro měření vibrací hřídele: Horní hranice frekvenčního rozsahu musí překročit maximální frekvenci otáčení hřídele o alespoň 3,5krát. Měřicí zařízení musí splňovat požadavky ISO 10817-1.

Pro měření nerotujících součástí: Zařízení musí splňovat ISO 2954. V závislosti na stanoveném kritériu může být měřenou veličinou posunutí, rychlost nebo obojí (viz ISO 20816-1).

Pokud se měření provádějí pomocí akcelerometry (což je v praxi obvyklé), výstupní signál musí být integrovaný pro získání signálu rychlosti. Získání signálu posunutí vyžaduje dvojitá integrace, ale je třeba věnovat pozornost možnosti zvýšeného rušení šumem. Pro snížení šumu lze použít horní propust nebo jinou metodu digitálního zpracování signálu.

Pokud je vibrační signál určen také pro diagnostické účely, měl by měřicí rozsah pokrývat frekvence alespoň od 0,2násobek dolní meze otáček hřídele na 2,5násobek maximální budicí frekvence vibrací (obvykle nepřesahující 10 000 Hz). Další informace jsou uvedeny v normách ISO 13373-1, ISO 13373-2 a ISO 13373-3.

Požadavky na frekvenční rozsah

Parametry měření

Měřicí parametr může být přemístění, rychlost, nebo obojí, v závislosti na kritériu hodnocení (viz ISO 20816-1).

• Měření akcelerometru: Pokud se při měření používají akcelerometry (nejběžnější), integrujte výstupní signál pro získání rychlosti. Dvojitá integrace dává posunutí, ale pozor na zvýšený nízkofrekvenční šum. Pro snížení šumu použijte vysokofrekvenční filtr nebo digitální zpracování signálu.
• Vibrace hřídele: Horní frekvenční limit musí být alespoň 3,5násobek maximálních otáček hřídele. Přístrojové vybavení musí splňovat ISO 10817-1.
• Nerotující části: Přístrojové vybavení musí splňovat ISO 2954.

4.4 Průběžné a pravidelné monitorování

Nepřetržité monitorování: U velkých nebo kriticky důležitých strojů se obvykle používají kontinuální měření monitorovaných vibračních indikátorů s trvale instalovanými převodníky v nejdůležitějších bodech, a to jak pro účely monitorování stavu, tak pro ochranu zařízení. V některých případech je měřicí systém používaný k tomuto účelu integrován do celkového systému řízení zařízení.

Pravidelné monitorování: U mnoha strojů není průběžné monitorování nutné. Dostatečné informace o vývoji poruch (nevyváženost, opotřebení ložisek, nesouosost, vůle) lze získat pravidelnými měřeními. Číselné hodnoty v této normě lze použít pro pravidelné monitorování za předpokladu, že měřicí body a přístrojové vybavení splňují požadavky normy.

Vibrace hřídele: Přístrojové vybavení je obvykle instalováno trvale, ale měření lze provádět v pravidelných intervalech.

Nerotující části: Převodníky se obvykle instalují pouze během měření. U strojů s obtížným přístupem lze použít trvale namontované převodníky se směrováním signálu do přístupných míst.

4.5 Provozní režimy stroje

Měření vibrací se provádí po dosažení vibrací rotoru a ložisek. rovnovážná teplota v ustáleném provozním režimu určeném charakteristikami, jako například:

• Jmenovité otáčky hřídele
• Napájecí napětí
• Průtok
• Tlak pracovní kapaliny
• Zatížení

Stroje s proměnnou rychlostí nebo zatížením: Provádějte měření ve všech provozních režimech charakteristických pro dlouhodobý provoz. Použijte maximální hodnota získané ve všech režimech pro posouzení vibračních podmínek.

4.6 Vibrace pozadí

Pokud hodnota sledovaného parametru získaná během měření překročí kritérium přijetí a existuje důvod se domnívat, že vibrace pozadí na stroji mohou být vysoké, je nutné provést měření na zastavený stroj posoudit vibrace vyvolané vnějšími zdroji.

4.7 Výběr typu měření

Tato norma umožňuje provádět měření jak na nerotujících částech, tak na rotujících hřídelích strojů. Volba, který z těchto dvou typů měření je vhodnější, závisí na charakteristikách stroje a očekávaných typech poruch.

Pokud je třeba zvolit jeden ze dvou možných typů měření, je třeba vzít v úvahu následující:

Aspekty pro výběr typu měření:

• Otáčky hřídele: Měření nerotujících součástí je citlivější na vysokofrekvenční vibrace ve srovnání s měřením hřídelí.
• Typ ložiska: Valivá ložiska mají velmi malé vůle; vibrace hřídele se efektivně přenášejí do tělesa. Rozměry tělesa obvykle postačují. Radiální ložiska mají větší vůle a tlumení; vibrace hřídele často poskytují další diagnostické informace.
• Typ stroje: Stroje, u kterých je vůle ložiska srovnatelná s amplitudou vibrací hřídele, vyžadují měření hřídele, aby se zabránilo kontaktu. Stroje s vyššími harmonickými (průchod lopatek, záběr ozubených kol, průchod tyče) jsou monitorovány pomocí vysokofrekvenčních měření skříně.
• Poměr hmotnosti rotoru k hmotnosti podstavce: Stroje, u kterých je hmotnost hřídele malá ve srovnání s hmotností podstavce, přenášejí na podstavec jen málo vibrací. Měření hřídele je efektivnější.
• Flexibilita rotoru: Flexibilní rotory: relativní vibrace hřídele poskytují více informací o chování rotoru.
• Shoda s podstavcem: Flexibilní podstavce poskytují větší vibrační odezvu na nerotujících částech.
• Zkušenosti s měřením: Pokud máte s konkrétním typem měření na podobných strojích rozsáhlé zkušenosti, pokračujte v používání tohoto typu.

Podrobná doporučení pro výběr metody měření jsou uvedena v normě ISO 13373-1. Konečná rozhodnutí by měla zohlednit přístupnost, životnost převodníku a náklady na instalaci.

Místa a směry měření

• Měření na ložisková tělesa nebo podstavce — ne na tenkostěnné kryty nebo pružné povrchy
• Použijte dva vzájemně kolmé radiální směry na každém místě ložiska
• U horizontálních strojů je jeden směr obvykle vertikální
• U vertikálních nebo šikmých strojů zvolte směry pro zachycení maximálních vibrací
• Axiální vibrace zapnuty axiální ložiska používá stejné limity jako radiální vibrace
• Vyhněte se místům s lokální rezonance — potvrďte porovnáním měření v blízkých bodech

Provozní podmínky

• Měření v ustálený provoz při jmenovité rychlosti a zatížení
• Umožněte rotoru a ložiskům dosáhnout tepelná rovnováha
• U strojů s proměnnými otáčkami/zatížením měřte ve všech charakteristických provozních bodech a použijte maximální
• Dokumentace podmínek: rychlost, zatížení, teploty, tlaky, průtoky

Oddíl 6 – Kritéria pro hodnocení vibračních podmínek

6.1 Obecné ustanovení

Norma ISO 20816-1 poskytuje obecný popis dvou kritérií pro hodnocení vibračních podmínek různých tříd strojů. Jedno kritérium se vztahuje na absolutní hodnota sledovaného vibračního parametru v širokém frekvenčním pásmu; druhý se aplikuje na změny v této hodnotě (bez ohledu na to, zda se jedná o zvýšení nebo snížení).

Je obvyklé posuzovat vibrační stav strojů na základě efektivní hodnoty rychlosti vibrací na nerotujících částech, což je z velké části dáno jednoduchostí provádění odpovídajících měření. U řady strojů je však vhodné měřit také relativní posuny hřídele mezi špičkami a pokud jsou taková naměřená data k dispozici, lze je také použít k posouzení vibračního stavu stroje.

6.2 Kritérium I – Hodnocení podle absolutní magnitudy

6.2.1 Obecné požadavky

Pro měření rotujícího hřídele: Vibrační stav se posuzuje maximální hodnotou širokopásmového vibračního posunutí mezi vrcholy. Tento sledovaný parametr se získává z měření posunutí ve dvou specifikovaných ortogonálních směrech.

Pro měření nerotujících součástí: Vibrační stav se posuzuje maximální efektivní hodnotou širokopásmové rychlosti vibrací na povrchu ložiska nebo v jeho bezprostřední blízkosti.

V souladu s tímto kritériem jsou stanoveny mezní hodnoty sledovaného parametru, které lze považovat za přijatelné z hlediska:

• Dynamické zatížení ložisek
• Radiální vůle v ložiskách
• Vibrace přenášené strojem na nosnou konstrukci a základy

Maximální hodnota sledovaného parametru získaná u každého ložiska nebo ložiskového podstavce je porovnána s mezní hodnotou pro danou skupinu strojů a typ podpory. Rozsáhlé zkušenosti s pozorováním vibrací strojů uvedených v kapitole 1 umožňují stanovit hranice vibračních zón, jejichž vedení může ve většině případů zajistit spolehlivý dlouhodobý provoz stroje.

Stanovené vibrační zóny jsou určeny k posouzení vibrací stroje ve specifickém ustáleném provozním režimu s nominálními otáčkami hřídele a nominálním zatížením. Koncept ustáleného režimu umožňuje pomalé změny zatížení. Posouzení je neprovedeno pokud se provozní režim liší od specifikovaného, nebo během přechodových režimů, jako je rozjezd, doběh nebo průchod rezonančními zónami (viz 6.4).

Obecné závěry o vibračních podmínkách se často vyvozují na základě měření vibrací na nerotujících i rotujících částech strojů.

Axiální vibrace vibračních ložisek se obvykle neměří během kontinuálního monitorování vibračních podmínek. Taková měření se obvykle provádějí během periodického monitorování nebo pro diagnostické účely, protože axiální vibrace mohou být citlivější na určité typy poruch. Tato norma poskytuje kritéria pro hodnocení pouze pro axiální vibrace axiálních ložisek, kde koreluje s axiálními pulzacemi schopnými způsobit poškození stroje.

6.2.2 Zóny vibračních podmínek

6.2.2.1 Obecný popis

Pro kvalitativní posouzení vibrací strojů a rozhodování o nezbytných opatřeních byly stanoveny následující vibrační zóny:

Zóna A — Nově uvedené stroje obvykle spadají do této zóny.

Zóna B — Stroje spadající do této zóny jsou obvykle považovány za vhodné pro další provoz bez časového omezení.

Zóna C — Stroje spadající do této zóny jsou obvykle považovány za nevhodné pro dlouhodobý nepřetržitý provoz. Obvykle mohou takové stroje fungovat po omezenou dobu, dokud se nenaskytne vhodná příležitost k provedení oprav.

Zóna D — Úrovně vibrací v této zóně jsou obvykle považovány za dostatečně závažné, aby způsobily poškození stroje.

6.2.2.2 Číselné hodnoty hranic zóny

Stanovené číselné hodnoty hranic vibračních zón jsou není určeno k použití jako kritéria přijetí, což by mělo být předmětem dohody mezi dodavatelem a zákazníkem stroje. Tyto hranice však lze použít jako obecné vodítko, které umožňuje vyhnout se zbytečným nákladům na snížení vibrací a předcházet nadměrně přísným požadavkům.

Někdy konstrukční vlastnosti stroje nebo provozní zkušenosti mohou vyžadovat stanovení jiných hraničních hodnot (vyšších nebo nižších). V takových případech výrobce obvykle uvede odůvodnění pro změnu hranic a zejména potvrdí, že zvýšené vibrace povolené v souladu s těmito změnami nepovedou ke snížení spolehlivosti stroje.

6.2.2.3 Kritéria přijetí

Kritéria akceptace vibrací strojů jsou vždy předmětem dohody mezi dodavatelem a zákazníkem, což musí být zdokumentováno před dodáním nebo v době dodání (první možnost je vhodnější). V případě dodání nového stroje nebo vrácení stroje z generální opravy lze jako základ pro stanovení těchto kritérií použít hranice vibračních zón. Číselné hodnoty hranic zón by však měly být ne být standardně použity jako kritéria přijetí.

Typické doporučení: Sledovaný parametr vibrací nového stroje by měl spadat do zóny A nebo B, ale neměl by překročit hranici mezi těmito zónami o více než 1,25krát. Toto doporučení nelze zohlednit při stanovování kritérií přijetí, pokud je základem konstrukční vlastnosti stroje nebo nashromážděné provozní zkušenosti s podobnými typy strojů.

Přejímací zkoušky se provádějí za přesně specifikovaných provozních podmínek stroje (kapacita, otáčky, průtok, teplota, tlak atd.) po stanovený časový interval. Pokud stroj dorazil po výměně jedné z hlavních sestav nebo po údržbě, při stanovení přejímacích kritérií se zohledňuje typ provedené práce a hodnoty sledovaných parametrů před vyřazením stroje z výrobního procesu.

6.3 Kritérium II – Posouzení podle změny velikosti

Toto kritérium je založeno na porovnání aktuální hodnoty monitorovaného parametru širokopásmových vibrací v ustáleném provozu stroje (s povolením drobných odchylek v provozních charakteristikách) s dříve stanovenou hodnotou základní (referenční) hodnota.

Významné změny mohou vyžadovat přijetí vhodných opatření i když hranice zóny B/C ještě nebyla dosažena. Tyto změny se mohou vyvíjet postupně nebo mít náhlý charakter a být důsledkem počínajícího poškození nebo jiných poruch v provozu stroje.

Porovnávaný parametr vibrací musí být získán pomocí stejná poloha a orientace převodníku pro stejný provozní režim stroje. Pokud jsou zjištěny významné změny, jsou vyšetřovány jejich možné příčiny s cílem předejít nebezpečným situacím.

6.4 Posouzení vibračních podmínek v přechodových režimech

Hranice zón vibračních podmínek uvedené v přílohách A a B platí pro vibrace v provoz stroje v ustáleném stavu. Přechodné provozní režimy mohou být obvykle doprovázeny vyššími vibracemi. Příkladem jsou vibrace stroje na pružném podkladu během rozběhu nebo doběhu, kdy je nárůst vibrací spojen s průchodem kritickými otáčkami rotoru. Kromě toho lze nárůst vibrací pozorovat v důsledku nesouososti protilehlých rotujících částí nebo rotorového oblouku během ohřevu.

Při analýze vibračních podmínek stroje je nutné věnovat pozornost tomu, jak vibrace reagují na změny provozního režimu a vnějších provozních podmínek. Ačkoli tato norma nezahrnuje hodnocení vibrací v přechodných provozních režimech stroje, lze jako obecné vodítko akceptovat, že vibrace jsou přijatelné, pokud během přechodných režimů omezené doby trvání nepřekročí horní hranice zóny C.

Kritérium II – Změna oproti výchozímu stavu

I když vibrace přetrvávají v zóně B, a významná změna oproti výchozímu stavu naznačuje rozvoj problémů:

6.5 Mezní úrovně vibrací v ustáleném provozu

6.5.1 Obecné ustanovení

Pro stroje určené pro dlouhodobý provoz jsou zpravidla stanoveny limitní úrovně vibrací, jejichž překročení v ustáleném provozu stroje vede k výskytu výstražných signálů typu VAROVÁNÍ nebo VÝLET.

VAROVÁNÍ — oznámení upozorňující na skutečnost, že hodnota sledovaného parametru vibrací nebo jeho změna dosáhla úrovně, po níž mohou být nutná nápravná opatření. Zpravidla platí, že když se objeví oznámení VAROVÁNÍ, může být stroj po určitou dobu provozován, zatímco se zkoumají příčiny změny vibrací a určují se nápravná opatření, která by měla být provedena.

VÝLET — oznámení, že parametr vibrací dosáhl úrovně, při které by další provoz stroje mohl vést k jeho poškození. Po dosažení úrovně TRIP (Vypínací úroveň) by měla být okamžitě přijata opatření ke snížení vibrací nebo zastavení stroje.

Vzhledem k rozdílům v dynamickém zatížení a tuhosti podepření stroje mohou být pro různé body a směry měření stanoveny různé mezní úrovně vibrací.

6.5.2 Nastavení úrovně VAROVÁNÍ

Úroveň VAROVÁNÍ se může u jednotlivých strojů výrazně lišit (buď se zvyšuje, nebo snižuje). Obvykle se tato úroveň určuje vzhledem k určitému základní úroveň získané pro každý konkrétní strojní příklad pro daný bod a daný směr měření na základě provozních zkušeností.

Doporučuje se nastavit úroveň VAROVÁNÍ tak, aby překročila základní hodnotu o 25% horní hraniční hodnoty zóny B. Pokud je základní úroveň nízká, může být úroveň VAROVÁNÍ pod zónou C.

Pokud není základní úroveň definována (např. u nového stroje), úroveň VAROVÁNÍ se stanoví buď na základě provozních zkušeností s podobnými stroji, nebo vzhledem k dohodnutým přijatelným hodnotám monitorovaného parametru vibrací. Po určité době se na základě pozorování vibrací stroje stanoví základní úroveň a úroveň VAROVÁNÍ se odpovídajícím způsobem upraví.

Úroveň VAROVÁNÍ je obvykle nastavena tak, aby nepřesahuje horní hranici zóny B o více než 1,25krát.

Pokud dojde ke změně základní úrovně (např. po opravě stroje), je nutné odpovídajícím způsobem upravit i úroveň VAROVÁNÍ.

6.5.3 Nastavení úrovně vypnutí

Úroveň TRIP je obvykle spojována se zachováním mechanické integrity stroje, která je zase určena jeho konstrukčními vlastnostmi a schopností odolávat abnormálním dynamickým silám. Úroveň TRIP je proto obvykle totéž pro stroje podobné konstrukce a je nesouvisí s výchozím stavem.

Vzhledem k rozmanitosti konstrukcí strojů není možné poskytnout univerzální návod pro nastavení úrovně vypnutí. Úroveň vypnutí se obvykle nastavuje v zóně C nebo D, ale ne výše než hranice mezi těmito zónami o více než 25%.

6.6 Další postupy a kritéria

Existuje žádná jednoduchá metoda pro výpočet vibrace ložiskového podstavce z vibrací hřídele (nebo naopak vibrace hřídele z vibrací podstavce). Rozdíl mezi absolutními a relativními vibracemi hřídele souvisí s vibracemi ložiskového podstavce, ale zpravidla je nerovná se tomu.

Praktické důsledky: Pokud vibrace skříně indikují zónu B (přijatelné), ale vibrace hřídele indikují zónu C (omezené), klasifikujte stroj jako zónu C a naplánujte nápravná opatření. Pokud jsou k dispozici dvojí měření, vždy použijte nejhorší možný případ.

6.7 Hodnocení založené na vektorové reprezentaci informací

Změna amplitudy jednotlivé frekvenční složky vibrací, i když je významná, je nemusí být nutně doprovázeno podstatnou změnou signálu širokopásmových vibrací. Například vznik trhliny v rotoru může způsobit výskyt významných harmonických složek rotační frekvence, ale jejich amplitudy mohou zůstat malé ve srovnání s otáčkami součásti. To neumožňuje spolehlivě sledovat účinky vzniku trhliny pouze změnami širokopásmových vibrací.

Monitorování změn amplitudy jednotlivých složek vibrací pro získání dat pro následné diagnostické postupy vyžaduje použití speciální měřicí a analytické zařízení, obvykle složitější a vyžadující pro jeho použití zvláštní kvalifikaci (viz ISO 18436-2).

Metody stanovené touto normou jsou omezeno na měření širokopásmových vibrací bez posouzení amplitud a fází jednotlivých frekvenčních složek. Ve většině případů je to dostatečné pro přejímací zkoušky stroje a monitorování stavu v místě instalace.

Nicméně použití v programech dlouhodobého monitorování stavu a diagnostiky vektorové informace Analýza frekvenčních složek (zejména při provozní rychlosti a její druhé harmonické) umožňuje posouzení změn v dynamickém chování stroje, které jsou nerozeznatelné při monitorování pouze širokopásmových vibrací. Analýza vztahů mezi jednotlivými frekvenčními složkami a jejich fázemi nachází stále větší uplatnění v systémech monitorování stavu a diagnostiky.

Poznámka: Tato norma neposkytuje kritéria pro posouzení vibračních podmínek na základě změn vektorových složek. Podrobnější informace k této problematice jsou uvedeny v normách ISO 13373-1, ISO 13373-2, ISO 13373-3 (viz také ISO 20816-1).

8. Přechodový provoz

Během rozjezdu, doběhu nebo provozu nad jmenovitou rychlostí se očekávají vyšší vibrace, zejména při průchodu kritickými rychlostmi.

9. Vibrace pozadí

Pokud naměřené vibrace překračují akceptovatelné limity a existuje podezření na vibrace pozadí, proveďte měření při zastaveném stroji. Korekce jsou nutné, pokud vibrace pozadí překračují buď:

• 25% naměřené hodnoty během provozu, NEBO
• 25% hranice B/C pro danou třídu strojů

Příloha C (informativní) – Hranice zón a vzdálenosti azimutů

Pro stroje s radiální (fluidní) ložiska, Základní podmínkou bezpečného provozu je požadavek, aby posuny hřídele na olejovém klínu neumožňovaly kontakt s ložiskovou pánví. Proto musí být hranice zón pro relativní posuny hřídele uvedené v příloze B koordinovány s tímto požadavkem.

Zejména u ložisek s malou vůlí může být nutné snížit hodnoty hranic zóny. Stupeň redukce závisí na typu ložiska a úhlu mezi směrem měření a směrem minimální vůle.

Příklad: Velká parní turbína (3000 ot/min, radiální ložisko)

• Vypočtený poměr B/C (příloha B): S(pp) = 9000/√3000 ≈ 164 μm
• Skutečná průměrová vůle ložiska: 150 μm
• Protože 164 > 150, použijte limity založené na vůli:
• A/B = 0,4 × 150 = 60 μm
• B/C = 0,6 × 150 = 90 μm
• C/D = 0,7 × 150 = 105 μm

Poznámka k aplikaci: Tyto upravené hodnoty platí při měření vibrací hřídele v ložisku nebo v jeho blízkosti. V jiných umístěních hřídelí s většími radiálními vůlemi mohou platit standardní vzorce podle přílohy B.

Příloha D (informativní) – Použitelnost kritéria konstantní rychlosti pro nízkorychlostní stroje

Tato příloha zdůvodňuje nevhodnost použití kritérií založených na měření rychlosti u strojů s nízkofrekvenčními vibracemi (pod 120 ot./min). U nízkorychlostních strojů se kritéria založená na měření posunutí Vhodnější může být použití vhodného měřicího zařízení. Tato kritéria však nejsou v této normě zohledněna.

Historický základ kritéria rychlosti

Návrh na použití vibrací rychlost Vibrační podmínky měřené na nerotujících částech strojů jako základ pro popis vibračních podmínek byly formulovány na základě zobecnění výsledků četných testů (viz například průkopnická práce Rathbone TC, 1939) s přihlédnutím k určitým fyzikálním aspektům.

V souvislosti s tím se po mnoho let předpokládalo, že stroje jsou z hlediska stavu a vibračních účinků na ně ekvivalentní, pokud se shodují výsledky měření efektivní hodnoty rychlosti (RMS) ve frekvenčním rozsahu 10 až 1000 Hz. Výhodou tohoto přístupu byla možnost použití stejných kritérií vibračních podmínek bez ohledu na frekvenční složení vibrací nebo frekvenci otáčení stroje.

Naopak, použití posunutí nebo zrychlení jako základu pro posouzení vibračních podmínek by vedlo k nutnosti konstrukce kritérií závislých na frekvenci, protože poměr posunutí k rychlosti je nepřímo úměrný frekvenci vibrací a poměr zrychlení k rychlosti je jí přímo úměrný.

Paradigma konstantní rychlosti

Použití vibrací rychlost jako primární parametr je založen na rozsáhlém testování a pozorování, že stroje jsou "ekvivalentní" z hlediska stavu, pokud vykazují stejnou efektivní hodnotu rychlosti (RMS) v rozsahu 10–1000 Hz, bez ohledu na frekvenční obsah.

Výhoda: Jednoduchost. Jedna sada rychlostních limitů platí v širokém rozsahu rychlostí bez frekvenčně závislých korekcí.

Problém při nízkých frekvencích: Poměr posunutí k rychlosti je nepřímo úměrný frekvenci:

Při velmi nízkých frekvencích (< 10 Hz), přijetí konstantní rychlosti (např. 4,5 mm/s) může umožnit nadměrně velké přemístění, které mohou namáhat spojené komponenty (potrubí, spojky) nebo naznačovat závažné strukturální problémy.

Grafické znázornění (z přílohy D)

Uvažujme konstantní rychlost 4,5 mm/s při různých rychlostech jízdy:

Pozorování: S klesající rychlostí dramaticky roste posunutí. Posunutí 358 μm při 120 ot/min by mohlo přetížit spojky nebo způsobit rozpad olejového filmu v radiálních ložiskách, a to i v případě, že je rychlost "přijatelná"."

Obrázek D.1 znázorňuje jednoduchý matematický vztah mezi konstantní rychlostí a proměnným posunutím při různých rotačních frekvencích. Zároveň však ukazuje, jak může použití kritéria konstantní rychlosti vést k nárůstu posunutí ložiskového podstavce s klesající rotační frekvencí. Přestože dynamické síly působící na ložisko zůstávají v přijatelných mezích, významné posunutí ložiskového tělesa může mít negativní vliv na připojené strojní prvky, jako je olejové potrubí.

Konfigurace Balanset-1A pro nízkorychlostní stroje

U měřicích strojů ≤600 ot/min:

• Nastavit dolní limit frekvenčního rozsahu na 2 Hz (ne 10 Hz)
• Zobrazit obojí Rychlost (mm/s) a Posun (μm) metriky
• Porovnejte oba parametry s prahovými hodnotami z vaší normy/postupu (zadejte je do kalkulačky)
• Pokud je měřena a prochází pouze rychlost, ale posunutí není známo, je vyhodnocení neúplný
• Zajistěte lineární odezvu převodníku až do 2 Hz (zkontrolujte kalibrační certifikát).

12. Přechodový provoz: Rozjezd, doběh a překročení rychlosti

Hranice zón v přílohách A a B platí pro ustálený provoz při jmenovitých otáčkách a zatížení. Během přechodových stavů (spouštění, vypínání, změny otáček) se očekávají vyšší vibrace, zejména při průchodu kritické rychlosti (rezonance).

Tabulka 1 – Doporučené limity během přechodových jevů

Poznámka pro rychlost <20%: Při velmi nízkých rychlostech nemusí platit kritéria rychlosti (viz příloha D). Posun se stává kritickým.

Praktická interpretace

• Stroj může během zrychlování/zpomalování krátkodobě překročit limity ustáleného stavu.
• Vibrace hřídele mohou dosáhnout 1,5× hranice C/D (až do otáček 90%), aby bylo možné projít kritickými otáčkami.
• Pokud vibrace zůstávají vysoké i po dosažení provozních otáček, signalizuje to přetrvávající chyba, nikoli přechodná rezonance

Analýza Balanset-1A Run-Down

Balanset-1A obsahuje funkci grafu "RunDown" (experimentální), která zaznamenává amplitudu vibrací v závislosti na otáčkách během doběhu:

• Identifikuje kritické rychlosti: Ostré vrcholy amplitudy naznačují rezonance
• Ověřuje rychlý průchod: Úzké vrcholy potvrzují rychlý průchod stroje (dobré)
• Detekuje poruchy závislé na rychlosti: Neustále rostoucí amplituda s rychlostí naznačuje aerodynamické nebo procesní problémy

Tato data jsou neocenitelná pro rozlišení přechodných špičkových křivek (přijatelných dle tabulky 1) od nadměrných vibrací v ustáleném stavu (nepřijatelných).

13. Praktický pracovní postup pro shodu s normou ISO 20816-3

14. Pokročilé téma: Teorie vyvažování koeficientů vlivu

Pokud je u stroje diagnostikována nevyváženost (vysoké vibrace 1×, stabilní fáze), Balanset-1A použije Metoda koeficientu vlivu pro výpočet přesných korekčních závaží.

Matematický základ

Vibrační odezva rotoru je modelována jako lineární systém kde přidání hmotnosti mění vektor vibrací:

Postup vyvažování ve třech krocích (jedna rovina)

1. Počáteční spuštění (Spuštění 0):
   • Měření vibrací: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
   • Vektor: V₀ = 6,2∠45°
2. Zkušební jízda s váhou (Běh 1):
   • Přidejte zkušební hmotnost: M_{soudní řízení} = 20 g pod úhlem θ_{soudní řízení} = 0°
   • Měření vibrací: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
   • Vektor: V₁ = 4,1∠110°
3. Vypočítejte koeficient vlivu:
   • ΔV = V₁ − V₀ = (odčítání vektorů)
   • α = ΔV / (20 g ∠ 0°)
   • α nám říká, "kolik vibrací se změní na gram přidané hmotnosti"."
4. Vypočítejte korekci:
   • M_corr = −V₀ / α
   • Výsledek: M_corr = 28,5 g pod úhlem θ_corr = 215°
5. Použijte korekci a ověřte:
   • Odstraňte zkušební závaží
   • Přidejte 28,5 g při 215° (měřeno od referenční značky na rotoru)
   • Změřte konečné vibrace: A_finále = 1,1 mm/s (cílová hodnota: <1,4 mm/s pro zónu A)

Proč to funguje

Nevyváženost vytváří odstředivou sílu F = m × e × ω², kde m je nevyvážená hmota, e je její excentricita a ω je úhlová rychlost. Tato síla generuje vibrace. Přidáním přesně vypočítané hmoty pod určitým úhlem vytvoříme stejné a opačné odstředivá síla, čímž se vynuluje původní nevyváženost. Software Balanset-1A provádí komplexní vektorové výpočty automaticky a vede technika celým procesem.

11. Referenční příručka k fyzice a vzorcům

Základy zpracování signálů

Vztah mezi posunutím, rychlostí a zrychlením

Pro sinusové vibrace při frekvenci f (Hz) se vztahy mezi posunutím (d), rychlostí (v) a zrychlením (a) řídí matematickým výpočtem:

Klíčový poznatek: Rychlost je úměrná frekvenci × posunutí. Zrychlení je úměrné frekvenci² × posunutí. Proto:

• Na nízké frekvence (< 10 Hz), posunutí je kritickým parametrem
• Na střední frekvence (10–1000 Hz), rychlost dobře koreluje s energií a je nezávislá na frekvenci
• Na vysoké frekvence (> 1000 Hz), zrychlení se stává dominantním

RMS vs. špičkové hodnoty

Na stránkách Střední kvadratická hodnota (RMS) hodnota představuje efektivní energii signálu. Pro čistou sinusovou vlnu:

Proč RMS? RMS přímo koreluje s moc a únavové namáhání kladené na součásti stroje. Vibrační signál s V_RMS = 4,5 mm/s dodává stejnou mechanickou energii bez ohledu na složitost tvaru vlny.

Výpočet RMS širokopásmového připojení

Pro komplexní signál obsahující více frekvenčních složek (jako v reálných strojích):

Kde každé V_RMS,i představuje efektivní hodnotu amplitudy (RMS) na specifické frekvenci (1×, 2×, 3× atd.). Toto je "celková" hodnota zobrazená analyzátory vibrací a používaná pro vyhodnocení zón podle normy ISO 20816-3.

Architektura zpracování signálu Balanset-1A

Praktický příklad: Diagnostický návod

Scénář: Odstředivé čerpadlo o výkonu 75 kW běžící při 1480 ot/min (24,67 Hz) na pevném betonovém základu.

Krok 1: Klasifikace

• Výkon: 75 kW → Skupina 2 (15–300 kW)
• Základ: Pevný (ověřeno rázovou zkouškou)
• Určete prahové hodnoty A/B, B/C, C/D z vaší standardní kopie/specifikace a zadejte je do kalkulačky.

Krok 2: Měření pomocí Balanset-1A

• Namontujte akcelerometry na pouzdra ložisek čerpadel (vnější i vnitřní)
• Vstupte do režimu "Vibrometr" (F5)
• Nastavený frekvenční rozsah: 10–1000 Hz
• Zaznamenání celkové efektivní rychlosti (RMS): 6,2 mm/s

Krok 3: Posouzení zóny

Porovnejte naměřenou hodnotu (např. 6,2 mm/s RMS) s vámi zadanými prahovými hodnotami: nad C/D → ZÓNA D; mezi B/C a C/D → ZÓNA C, atd.

Krok 4: Spektrální diagnostika

Přepněte do režimu FFT. Spektrum ukazuje:

• 1× složka (24,67 Hz): 5,8 mm/s – dominantní
• 2× složka (49,34 Hz): 1,2 mm/s – Malý
• Další frekvence: Zanedbatelný

Diagnóza: Vysoká vibrace 1× se stabilní fází → Nevyváženost

Krok 5: Vyvažování pomocí Balanset-1A

Vstupte do režimu "Vyvažování v jedné rovině":

• Počáteční spuštění: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
• Zkušební hmotnost: Přidejte 20 gramů pod úhlem 0° (libovolný úhel)
• Zkušební provoz: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
• Software vypočítává: Korekční hmotnost = 28,5 gramů pod úhlem = 215°
• Použitá oprava: Odstraňte zkušební závaží, přidejte 28,5 g při 215 °C.
• Ověřovací běh: A_finále = 1,1 mm/s

Krok 6: Ověření souladu

1,1 mm/s < 1,4 mm/s (hranice A/B) → ZÓNA A — Vynikající stav!

Čerpadlo nyní splňuje normu ISO 20816-3 pro neomezený dlouhodobý provoz. Vygenerujte zprávu s dokumentací před (6,2 mm/s, zóna D) a po (1,1 mm/s, zóna A) včetně spektrálních grafů.

Proč je rychlost primárním kritériem

Rychlost vibrací dobře koreluje s intenzitou vibrací v širokém frekvenčním rozsahu, protože:

• Rychlost se vztahuje k energie přenášeno do základů a okolí
• Rychlost je relativně nezávisle na frekvenci pro typická průmyslová zařízení
• Při velmi nízkých frekvencích (<10 Hz) se limitujícím faktorem stává posunutí
• Při velmi vysokých frekvencích (>1000 Hz) se zrychlení stává důležitým (zejména pro diagnostiku ložisek)

Statická deformace a vlastní frekvence

Pro odhad, zda je základ pevný nebo pružný:

Odhad kritické rychlosti

První kritická rychlost jednoduchého rotoru:

15. Běžné chyby a úskalí při aplikaci normy ISO 20816-3

16. Integrace s širší strategií monitorování stavu

Mezní hodnoty vibrací dle normy ISO 20816-3 jsou nezbytné, ale ne dostatečné pro kompletní správu stavu strojů. Integrujte data o vibracích s:

• Analýza oleje: Částice opotřebení, porucha viskozity, kontaminace
• Termografie: Teploty ložisek, horká místa vinutí motoru, zahřívání způsobené nesouosostí
• Ultrazvuk: Včasná detekce poruch mazání ložisek, elektrického oblouku
• Analýza proudových charakteristik motoru (MCSA): Vady rotorové tyče, excentricita, změny zatížení
• Parametry procesu: Průtok, tlak, spotřeba energie – korelujte vibrační špičky s poruchami procesu

Balanset-1A poskytuje vibrační sloup této strategie. Využijte funkce archivace a sledování trendů k vytvoření historické databáze. Proveďte křížové odkazy na vibrační události se záznamy o údržbě, daty odběrů vzorků oleje a provozními protokoly.

17. Regulační a smluvní aspekty

Přejímací zkoušky (nové stroje)

Důležité: Hranice zón jsou obvykle vodítkem pro hodnocení stavu, zatímco kritéria přijetí pro nový stroj jsou definovány smlouvou/specifikací a dohodnuty mezi dodavatelem a zákazníkem.

Role Balanset-1A: Během přejímacích zkoušek ve výrobě (FAT) nebo přejímacích zkoušek na místě (SAT) ověřuje Balanset-1A úrovně vibrací deklarované dodavatelem. Vytváří dokumentované zprávy prokazující splnění smluvních limitů.

Pojištění a odpovědnost

V některých jurisdikcích je provozování strojů v Zóna D může vést ke zrušení pojistného krytí v případě katastrofické poruchy. Zdokumentovaná hodnocení dle normy ISO 20816-3 prokazují náležitou péči o strojní zařízení.

18. Budoucí vývoj: Rozšíření řady ISO 20816

Řada norem ISO 20816 se neustále vyvíjí. Mezi připravované části a revize patří:

• ISO 20816-6: Vratné stroje (nahrazující normu ISO 10816-6)
• ISO 20816-7: Rotodynamická čerpadla (nahrazující normu ISO 10816-7)
• ISO 20816-8: Systémy pístových kompresorů (nové)
• ISO 20816-21: Větrné turbíny (nahrazující normu ISO 10816-21)

Tyto normy budou používat podobné filozofie hranic zón, ale s úpravami specifickými pro dané stroje. Balanset-1A s flexibilní konfigurací a širokým rozsahem frekvencí/amplitudy zůstane kompatibilní i po zveřejnění těchto norem.

19. Případové studie

Případová studie 1: Chybné diagnóze se předešlo díky duálnímu měření

Stroj: Parní turbína 5 MW, 3000 ot/min, kluzná ložiska

Situace: Vibrace ložiskového tělesa = 3,0 mm/s (zóna B, přijatelná). Operátoři však hlásili neobvyklý hluk.

Vyšetřování: Balanset-1A připojený ke stávajícím bezdotykovým sondám. Vibrace hřídele = 180 μm pp. Vypočítaný limit B/C (příloha B) = 164 μm. Hřídel v Zóna C!

Hlavní příčina: Nestabilita olejového filmu (olejový víření). Vibrace skříně byly nízké kvůli pohybu hřídele tlumícímu hmotu podstavce. Spoléhání se pouze na měření skříně by tento nebezpečný stav přehlédlo.

Akce: Upravený tlak oleje v ložisku, zmenšená vůle opětovným podložením podložek. Vibrace hřídele sníženy na 90 μm (zóna A).

Případová studie 2: Vyvažování šetří kritický ventilátor

Stroj: 200 kW ventilátor s indukcí, 980 ot/min, pružná spojka

Počáteční stav: Vibrace = 7,8 mm/s (zóna D). Závod zvažuje nouzové odstavení a výměnu ložisek ($50 000, třídenní odstávka).

Diagnóza Balanset-1A: FFT ukazuje 1× = 7,5 mm/s, 2× = 0,8 mm/s. Fázově stabilní. Nevyváženost, nenese poškození.

Vyvažování pole: Dvourovinné vyvážení provedené na místě za 4 hodiny. Konečná vibrace = 1,6 mm/s (zóna A).

Výsledek: Zabráněno odstávce, ušetřeno $50 000. Příčina: eroze náběžných hran lopatek abrazivním prachem. Opraveno vyvážením; plánovaná renovace lopatek při příští plánované odstávce.

20. Závěr a osvědčené postupy

Přechod k ČSN EN ISO 20816-3:2022 představuje zrání v analýze vibrací, které vyžaduje fyzikálně založený, duální perspektivní přístup ke stavu strojů. Klíčové poznatky:

Na stránkách Systém Balanset-1A prokazuje silný soulad s požadavky normy ISO 20816-3. Jeho technické specifikace – frekvenční rozsah, přesnost, flexibilita senzorů a softwarový pracovní postup – umožňují týmům údržby nejen diagnostikovat neshody, ale také je aktivně korigovat pomocí přesného vyvážení. Kombinací diagnostické spektrální analýzy s možností korekčního vyvážení umožňuje Balanset-1A inženýrům spolehlivosti udržovat průmyslová aktiva v zóně A/B a zajistit tak dlouhou životnost, bezpečnost a nepřerušovanou výrobu.

Referenční standardy a bibliografie

Normativní odkazy (oddíl 2 normy ISO 20816-3)

Související normy v řadě ISO 20816

Doplňkové standardy

Historický kontext (nahrazené standardy)

Norma ISO 20816-3:2022 nahrazuje následující normy:

• ISO 10816-3:2009 — Hodnocení vibrací strojů měřením na nerotujících částech — Část 3: Průmyslové stroje s jmenovitým výkonem nad 15 kW a jmenovitými otáčkami mezi 120 ot./min a 15 000 ot./min
• ISO 7919-3:2009 — Mechanické vibrace — Hodnocení vibrací strojů měřením na rotujících hřídelích — Část 3: Spojený průmyslový stroj

Integrace vibrací skříně (10816) a vibrací hřídele (7919) do jednotné normy eliminuje předchozí nejasnosti a poskytuje ucelený rámec pro hodnocení.

Příloha DA (Informativní) – Souvislost odkazovaných mezinárodních norem s národními a mezistátními normami

Při aplikaci této normy se doporučuje používat odpovídající národní a mezistátní normy namísto odkazovaných mezinárodních norem. Následující tabulka ukazuje vztah mezi normami ISO uvedenými v oddíle 2 a jejich národními ekvivalenty.

Poznámka: V této tabulce se používá následující konvenční označení stupně korespondence:

• Mezinárodní délkové období (IDT) — Identické standardy

Národní normy se mohou lišit v datech vydání, ale zachovávají si technickou ekvivalenci s uvedenými normami ISO. Nejnovější požadavky vždy naleznete v nejnovějších vydáních národních norem.

Bibliografie

Následující dokumenty jsou v normě ISO 20816-3 odkazovány pro informativní účely:

Historická poznámka: Odkaz [16] (Rathbone, 1939) představuje průkopnickou práci, která položila základ pro použití rychlosti jako primárního kritéria vibrací.