Komplexní analýza normy ISO 20816-3: Měření, hodnocení a implementace přístrojů pomocí systému Balanset-1A

Shrnutí pro manažery

V průmyslovém odvětví došlo k významné změně paradigmatu v oblasti standardizace monitorování stavu strojů. Zavedení normy ISO 20816-3:2022 představuje konsolidaci a modernizaci předchozích metodik, konkrétně sloučení hodnocení vibrací skříně (dříve ISO 10816-3) a vibrací rotujícího hřídele (dříve ISO 7919-3) do jediného uceleného rámce. Tato zpráva poskytuje vyčerpávající analýzu normy ISO 20816-3, rozebírá její kapitoly, normativní přílohy a fyzikální principy. Dále obsahuje podrobné technické hodnocení přenosného analyzátoru vibrací a vyvažovače Balanset-1A, které demonstruje, jak tento konkrétní přístroj usnadňuje splnění přísných požadavků normy. Díky syntéze teorie zpracování signálu, principů strojírenství a praktických provozních postupů slouží tento dokument jako definitivní průvodce pro inženýry spolehlivosti, kteří se snaží sladit své strategie monitorování stavu s globálními osvědčenými postupy pomocí dostupných, vysoce přesných přístrojů.

Část I: Teoretický rámec normy ISO 20816-3

1.1 Vývoj norem pro vibrace: Sbližování norem ISO 10816 a ISO 7919

Historie standardizace vibrací se vyznačuje postupným přechodem od fragmentovaných, komponentově specifických pokynů k holistickému hodnocení strojů. V minulosti bylo hodnocení průmyslových strojů rozděleno na dvě části. Série norem ISO 10816 se zaměřovala na měření nerotujících částí, konkrétně ložiskových skříní a podstavců, pomocí akcelerometrů nebo snímačů rychlosti. Naopak série norem ISO 7919 se zabývala vibracemi rotujících hřídelí vzhledem k jejich ložiskům, přičemž využívala především bezkontaktní vířivoprůtokové sondy.

Toto oddělení často vedlo k diagnostické nejednoznačnosti. Stroj mohl vykazovat přijatelné vibrace skříně (zóna A podle normy ISO 10816) a současně trpět nebezpečným házením hřídele nebo nestabilitou (zóna C/D podle normy ISO 7919), zejména v případech, kdy se jednalo o těžké skříně nebo ložiska s tekutým filmem, kde je přenos vibrační energie tlumený. Norma ISO 20816-3 řeší tuto dichotomii tím, že nahrazuje normy ISO 10816-3:2009 a ISO 7919-3:2009.1 Integrací těchto pohledů nová norma uznává, že vibrační energie generovaná dynamickými silami rotoru se projevuje různě v celé konstrukci stroje v závislosti na tuhosti, hmotnosti a tlumicích poměrech. V důsledku toho nyní vyhovující hodnocení vyžaduje dvojí pohled: posouzení absolutních vibrací konstrukce a, kde je to vhodné, relativního pohybu hřídele.

Systém Balanset-1A vstupuje do této oblasti jako nástroj určený k propojení těchto měřicích domén. Jeho architektura, která podporuje jak piezoelektrické akcelerometry pro měření skříní, tak vstupy stejnosměrného napětí pro lineární snímače posuvu, odráží filozofii dvojí povahy normy ISO 20816.3 Tato konvergence zjednodušuje sadu nástrojů technika a umožňuje provádět komplexní hodnocení, které nyní vyžaduje jednotná norma, pomocí jediného přístroje.

1.2 Rozsah a použitelnost: Definice prostředí průmyslových strojů

Kapitola 1 normy ISO 20816-3 pečlivě definuje hranice jejího použití. Norma není univerzální; je specificky kalibrována pro průmyslové stroje s výkonem nad 15 kW a provozními otáčkami mezi 120 ot/min a 30 000 ot/min.1 Tento široký provozní rozsah pokrývá drtivou většinu kritických zařízení ve výrobním, energetickém a petrochemickém odvětví.

Mezi konkrétně zahrnutá zařízení patří:

• Parní turbíny a generátory: Zde jsou zahrnuty jednotky s výkonem menším nebo rovným 40 MW. Větší jednotky (nad 40 MW) obvykle spadají pod normu ISO 20816-2, pokud nepracují při jiných otáčkách než synchronní síťové frekvence (1500, 1800, 3000 nebo 3600 ot./min).6
• Rotační kompresory: Včetně odstředivých i axiálních konstrukcí používaných v procesním průmyslu.
• Průmyslové plynové turbíny: Konkrétně ty s výkonem 3 MW nebo méně. Větší plynové turbíny jsou kvůli svým jedinečným tepelným a dynamickým vlastnostem rozděleny do samostatných částí normy.1
• Čerpadla: Odstředivá čerpadla poháněná elektromotory jsou základní součástí této skupiny.
• Elektromotory: Zahrnuty jsou motory všech typů, pokud jsou spojeny pružně. Pevně spojené motory jsou často posuzovány jako součást poháněného strojního systému nebo podle konkrétních pododstavců.
• Ventilátory a dmychadla: Kritické pro HVAC a průmyslové zpracování vzduchu.6

Výjimky: Stejně důležité je pochopit, co je vyloučeno. Stroje s vratnými hmotami (jako pístové kompresory) generují vibrační profily, v nichž převládají nárazy a proměnlivé točivé momenty, což vyžaduje specializovanou analýzu podle normy ISO 20816-8. Podobně větrné turbíny, které pracují za velmi proměnlivých aerodynamických zatížení, jsou pokryty normou ISO 10816-21.7 Specifické konstrukční vlastnosti přístroje Balanset-1A, jako je rozsah měření otáček 150 až 60 000 ot/min 8, dokonale odpovídají rozsahu normy 120–30 000 ot/min, což zajišťuje, že přístroj je schopen monitorovat celé spektrum příslušných strojů.

1.3 Systémy klasifikace strojů: Fyzika tuhosti podpory

Důležitou inovací převzatou z předchozích norem je klasifikace strojů na základě tuhosti podpory. Norma ISO 20816-3 rozděluje stroje do skupin nejen podle velikosti, ale také podle dynamického chování.

1.3.1 Klasifikace skupin podle výkonu a velikosti

Norma rozděluje stroje do dvou základních skupin, aby bylo možné uplatnit příslušné limity závažnosti:

• Skupina 1: Velké stroje s jmenovitým výkonem nad 300 kW nebo elektrické stroje s výškou hřídele přesahující 315 mm. Tyto stroje mají obvykle masivní rotory a generují značné dynamické síly.9
• Skupina 2: Středně velké stroje s jmenovitým výkonem mezi 15 kW a 300 kW nebo elektrické stroje s výškou hřídele mezi 160 mm a 315 mm.10

1.3.2 Flexibilita podpory: rigidní vs. flexibilní

Rozdíl mezi “tuhými” a “pružnými” podpěrami je otázkou fyziky, nikoli pouze konstrukčního materiálu. Podpěra se považuje za tuhou v určitém směru měření, pokud je první vlastní frekvence (rezonance) kombinovaného systému stroj-podpěra výrazně vyšší než hlavní budící frekvence (obvykle rychlost otáčení). Konkrétně by vlastní frekvence měla být alespoň o 25% vyšší než provozní rychlost. Naproti tomu pružné podpěry mají vlastní frekvence, které mohou být blízko nebo pod provozní rychlostí, což vede k zesílení rezonance nebo izolačním účinkům.10

Toto rozlišení je zásadní, protože pružné podpěry přirozeně umožňují vyšší amplitudy vibrací při stejné vnitřní budící síle (vyvážení). Proto jsou přípustné mezní hodnoty vibrací pro pružné podpěry obecně vyšší než pro tuhé podpěry. Balanset-1A usnadňuje stanovení charakteristik podpěr díky svým schopnostem měření fáze. Provedením testu rozběhu nebo dojezdu (pomocí funkce grafu “RunDown” uvedené v technických specifikacích softwaru 11) může analytik identifikovat rezonanční vrcholy. Pokud se vrchol vyskytne v provozním rozsahu, je podpora dynamicky pružná; pokud je odezva plochá a lineární až do provozní rychlosti, je tuhá. Tato diagnostická schopnost umožňuje uživateli vybrat správnou hodnotící tabulku v normě ISO 20816-3, čímž se zabrání falešným poplachům nebo přehlédnutí poruch.

Část II: Metodika měření a fyzika

Kapitola 4 normy ISO 20816-3 stanoví přísné procedurální požadavky na sběr dat. Platnost jakéhokoli hodnocení závisí zcela na přesnosti měření.

2.1 Fyzika přístrojů: Výběr snímače a odezva

Norma vyžaduje použití přístrojů schopných měřit širokopásmovou efektivní hodnotu (r.m.s.) rychlosti vibrací. Frekvenční odezva musí být rovnoměrná v rozsahu nejméně 10 Hz až 1 000 Hz pro obecné stroje.12 U strojů s nižšími otáčkami (pracujících pod 600 ot./min) musí dolní mez frekvenční odezvy sahat až k 2 Hz, aby bylo možné zachytit základní rotační složky.

Technická shoda Balanset-1A:
Analyzátor vibrací Balanset-1A je navržen s ohledem na tyto specifické požadavky. Jeho specifikace uvádějí rozsah vibračních frekvencí od 5 Hz do 550 Hz pro standardní provoz, s možností rozšíření měřicích schopností.8 Dolní mez 5 Hz je kritická; zajišťuje shodu pro stroje běžící rychlostí až 300 otáček za minutu, což pokrývá drtivou většinu průmyslových aplikací. Horní mez 550 Hz pokrývá kritické harmonické (1x, 2x, 3x atd.) a frekvence průchodu lopatek u většiny standardních čerpadel a ventilátorů. Přesnost zařízení je navíc hodnocena na 5% plného rozsahu, což splňuje metrologickou přísnost požadovanou normou ISO 2954 (Požadavky na přístroje pro měření intenzity vibrací).8

Norma rozlišuje dva základní typy měření, které jsou oba podporovány ekosystémem Balanset-1A:

• Seismické snímače (akcelerometry): Tyto snímače měří absolutní vibrace budovy. Jsou citlivé na přenos síly přes ložiskový podstavec. Sada Balanset-1A obsahuje dva jednoosé akcelerometry (obvykle technologie řady ADXL nebo piezoelektrické) s magnetickými úchyty.14
• Bezkontaktní snímače (snímače přiblížení): Tyto měří relativní posun hřídele. Jsou nezbytné pro stroje s ložisky s tekutým filmem, kde se hřídel pohybuje v vůli.

2.2 Podrobný rozbor: Relativní vibrace hřídele a integrace senzorů

Zatímco norma ISO 20816-3 se zaměřuje především na vibrace skříně, příloha B se výslovně zabývá relativními vibracemi hřídele. To vyžaduje použití vířivých proudových sond (proximity sond). Tyto senzory fungují tak, že generují vysokofrekvenční (RF) pole, které indukuje vířivé proudy ve vodivém povrchu hřídele. Impedance cívky sondy se mění s vzdáleností mezery a vytváří napěťový výstup úměrný posunutí.15

Integrace sond s vířivými proudy s Balanset-1A:
Jedinečnou vlastností zařízení Balanset-1A je jeho přizpůsobivost těmto senzorům. Ačkoli je zařízení primárně dodáváno s akcelerometry, jeho vstupy lze nakonfigurovat pro “lineární” režim, aby přijímaly napěťové signály z ovladačů proximity sond (proximitorů) třetích stran.3

• Vstupní napětí: Většina průmyslových proximity sond vydává záporné stejnosměrné napětí (např. napájení -24 V, stupnice 200 mV/mil). Balanset-1A umožňuje uživatelům zadat vlastní koeficienty citlivosti (např. mV/µm) v okně “Nastavení” (klávesa F4).3
• Odstranění stejnosměrného posunu: Senzory přiblížení přenášejí velké stejnosměrné mezní napětí (předpětí) s malým střídavým vibračním signálem. Software Balanset-1A obsahuje funkci “Remove DC” (Odstranit stejnosměrný proud), která odfiltruje mezní napětí a izoluje dynamický vibrační signál pro analýzu podle limitů normy ISO 20816-3.3
• Linearita a kalibrace: Software umožňuje uživateli definovat kalibrační faktory (např. Kprl1 = 0,94 mV/µm), které zajišťují, že hodnota zobrazená na obrazovce notebooku přesně odpovídá fyzickému posunutí hřídele.3 Tato funkce je nepostradatelná při aplikaci kritérií přílohy B, která jsou specifikována v mikrometrech posunutí namísto milimetrech za sekundu rychlosti.

2.3 Fyzika montáže: zajištění věrnosti dat

Norma ISO 20816-3 zdůrazňuje, že způsob montáže snímače nesmí snižovat přesnost měření. Rezonanční frekvence namontovaného snímače musí být výrazně vyšší než frekvenční rozsah, který je předmětem zájmu.

• Montáž čepů: Zlatý standard, který nabízí nejvyšší frekvenční odezvu (až 10 kHz+).
• Magnetické upevnění: Praktický kompromis pro přenosný sběr dat.

Balanset-1A využívá magnetický upevňovací systém s přídržnou silou 60 kgf (kilogram-síla).17 Tato vysoká upínací síla je zásadní. Slabý magnet způsobuje “odskakování” nebo mechanický dolní propust, což výrazně tlumí vysokofrekvenční signály. S 60 kgf je tuhost kontaktu dostatečná k tomu, aby posunula namontovanou rezonanci výrazně nad rozsah 1000 Hz, který je pro normu ISO 20816-3 zajímavý, a zajistila tak, že shromážděná data jsou skutečným vyjádřením chování stroje a ne artefaktem způsobeným způsobem připevnění.12

2.4 Zpracování signálu: RMS vs. špička

Norma stanovuje použití střední kvadratické hodnoty (RMS) rychlosti pro nerotující části. Hodnota RMS je měřítkem celkové energie obsažené ve vibračním signálu a přímo souvisí s únavovým namáháním, kterému jsou vystaveny součásti stroje.

Rovnice pro RMS:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

Pro vibrace hřídele (příloha B) norma používá špičkovou výchylku (S_str.), což představuje celkový fyzický výkyv hřídele v rámci vůle ložiska.

S_str. = S_max − S_min

Zpracování Balanset-1A:
Balanset-1A provádí tyto matematické transformace interně. ADC (analogově-digitální převodník) vzorkuje surový signál a software vypočítává RMS rychlost pro měření skříně a špičkovou výchylku pro měření hřídele. Zásadní je, že vypočítává širokopásmovou hodnotu (celkovou), která sčítá energii v celém frekvenčním spektru (např. 10–1000 Hz). Tato “celková” hodnota je primárním číslem používaným k zařazení stroje do zón A, B, C nebo D. Zařízení navíc poskytuje funkce FFT (rychlá Fourierova transformace), které umožňují analytikovi vidět jednotlivé frekvenční složky (1x, 2x, harmonické), které tvoří celkovou hodnotu RMS, což pomáhá při diagnostice zdroje vibrací.8

2.5 Vibrace pozadí: Výzva v poměru signál/šum

Kritickým, často přehlíženým aspektem normy ISO 20816-3 je zacházení s vibracemi pozadí – vibracemi přenášenými na stroj z vnějších zdrojů (např. sousední stroje, vibrace podlahy), když je stroj zastaven.

Pravidlo: Pokud vibrace pozadí překročí 25% vibrací naměřených při provozu stroje nebo 25% hranice mezi zónou B a C, jsou nutné závažné opravy, jinak může být měření považováno za neplatné.18 Předchozí verze norem často uváděly pravidlo “jedné třetiny”, ale norma ISO 20816-3 tuto logiku zpřísňuje.

Procedurální implementace s Balanset-1A:

1. Technik umístí senzory Balanset-1A na stroj, když je zastavený.
2. Pomocí režimu “Vibrometer” (klávesa F5) se zaznamenává úroveň RMS pozadí.13
3. Stroj se spustí a uvede do zatížení. Zaznamená se provozní RMS.
4. Provede se srovnání. Pokud je provozní úroveň 4,0 mm/s a pozadí bylo 1,5 mm/s (37,5%), je pozadí příliš vysoké. Schopnost Balanset-1A provádět spektrální odečítání (zobrazení spektra pozadí vs. běžícího stroje) pomáhá identifikovat, zda je pozadí na konkrétní frekvenci (např. 50 Hz z blízkého kompresoru), kterou může analytik ignorovat nebo mentálně odfiltrovat.

Část III: Hodnotící kritéria – jádro normy

Kapitola 6 tvoří jádro normy ISO 20816-3 a poskytuje rozhodovací logiku pro přijatelnost stroje.

3.1 Kritérium I: Velikost vibrací a zónování

Norma hodnotí závažnost vibrací na základě maximální velikosti pozorované na ložiskových skříních. Pro usnadnění rozhodování definuje čtyři hodnotící zóny:

• Zóna A: Vibrace nově uvedených strojů do provozu. Jedná se o “zlatý standard”. Stroj v této zóně je v bezvadném mechanickém stavu.
• Zóna B: Stroje považované za vhodné pro neomezený dlouhodobý provoz. Jedná se o typický “zelený” provozní rozsah.
• Zóna C: Stroje považované za nevyhovující pro dlouhodobý nepřetržitý provoz. Obecně lze stroj provozovat po omezenou dobu, dokud se nenaskytne vhodná příležitost k nápravnému opatření (údržbě). Jedná se o stav “žlutý” nebo “alarm”.
• Zóna D: Hodnoty vibrací v této zóně jsou obvykle považovány za dostatečně závažné, aby mohly způsobit poškození stroje. Jedná se o stav “červený” nebo “vypnutí”.5

Tabulka 1: Zjednodušené mezní hodnoty zóny ISO 20816-3 (RMS rychlost, mm/s) pro skupinu 1 a 2

Skupina strojů	Typ základu	Hranice zóny A/B	Hranice zóny B/C	Hranice zóny C/D
Skupina 1 (>300 kW)	Pevný	2.3	4.5	7.1
	Flexibilní	3.5	7.1	11.0
Skupina 2 (15–300 kW)	Pevný	1.4	2.8	4.5
	Flexibilní	2.3	4.5	7.1

Poznámka: Tyto hodnoty jsou odvozeny z přílohy A normy a představují obecné pokyny. Konkrétní typy strojů mohou mít odlišné limity.

Implementace Balanset-1A:
Software Balanset-1A nezobrazuje pouze číslo, ale poskytuje uživateli kontextovou pomoc. Zatímco uživatel musí vybrat třídu, funkce “Zprávy” softwaru umožňuje dokumentovat tyto hodnoty ve srovnání se standardem. Když technik naměří vibrace 5,0 mm/s na čerpadle o výkonu 50 kW (skupina 2) na pevném podkladu, hodnota naměřená softwarem Balanset-1A jasně překračuje hranici zóny C/D (4,5 mm/s), což naznačuje okamžitou potřebu odstavení a opravy.

3.2 Kritérium II: Změna velikosti vibrací

Snad nejvýznamnějším pokrokem v řadě 20816 je formalizovaný důraz na změnu vibrací, nezávisle na absolutních limitech.

Pravidlo 25%: Norma ISO 20816-3 stanoví, že změna velikosti vibrací větší než 25% hranice zóny B/C (nebo 25% předchozí hodnoty v ustáleném stavu) by měla být považována za významnou, i když absolutní hodnota zůstává v zóně A nebo B.20

Důsledky:
Uvažujme ventilátor pracující stabilně při 2,0 mm/s (zóna B). Pokud vibrace náhle vyskočí na 2,8 mm/s, technicky se stále nachází v zóně B (pro některé třídy) nebo právě vstupuje do zóny C. Jedná se však o nárůst o 40%. Taková náhlá změna často naznačuje konkrétní způsob poruchy: prasklou součást rotoru, posunuté vyvažovací závaží nebo tepelné tření. Ignorování této skutečnosti s odůvodněním, že “je to stále v zelené zóně”, je receptem na katastrofickou poruchu.

Analýza trendů Balanset-1A:
Balanset-1A podporuje toto kritérium prostřednictvím funkcí “Obnova relace” a archivace.21 Uložením měřicích relací může technik spolehlivosti překrýt aktuální data historickými základními hodnotami. Pokud graf “Celkové vibrace” vykazuje skokovou změnu, technik použije kritérium II. Zde je obzvláště užitečná funkce “Restore Last Session” (Obnovit poslední relaci), která uživateli umožňuje vyvolat přesný stav stroje z předchozího měsíce a ověřit, zda byla překročena prahová hodnota 25%.

3.3 Provozní limity: Nastavení ALARMŮ a VYPNUTÍ

Norma poskytuje pokyny pro nastavení automatizovaných ochranných systémů:

• ALARM: Poskytuje varování, že byla dosažena definovaná hodnota vibrací nebo došlo k významné změně. Doporučené nastavení je obvykle základní hodnota + 25% hranice zóny B/C.
• Cesta: K zahájení okamžitého opatření (vypnutí). Toto je obvykle nastaveno na hranici zóny C/D nebo mírně nad ní, v závislosti na mechanické integritě stroje.19

Ačkoli Balanset-1A je přenosné zařízení a nejedná se o trvalý ochranný systém (jako je například stojan Bently Nevada), používá se k ověřování a kalibraci těchto úrovní vypnutí. Technici používají Balanset-1A k měření vibrací během řízeného náběhu nebo indukované zkoušky nevyváženosti, aby zajistili, že trvalý monitorovací systém se spustí při správných úrovních fyzických vibrací stanovených normou ISO 20816-3.

Část IV: Systém Balanset-1A – Technický detailní rozbor

Abychom pochopili, jak Balanset-1A slouží jako nástroj pro zajištění souladu, je třeba analyzovat jeho technickou architekturu.

4.1 Hardwarová architektura

Balanset-1A se skládá z centralizovaného modulu USB rozhraní, který zpracovává analogové signály ze senzorů před odesláním digitalizovaných dat do hostitelského notebooku.

• Modul ADC: Srdcem systému je analogově-digitální převodník s vysokým rozlišením. Tento modul určuje přesnost měření. Balanset-1A zpracovává signály s přesností ±5%, což je dostatečné pro diagnostiku v terénu.8
• Fázová reference (tachometr): Splnění normy ISO 20816-3 často vyžaduje fázovou analýzu k rozlišení mezi nevyvážeností a nesouosostí. Balanset-1A používá laserový tachometr s dosahem až 1,5 metru a schopností měřit až 60 000 otáček za minutu.17 Tento optický senzor spouští výpočet fázového úhlu s přesností ±1 stupeň.
• Výkon a přenositelnost: Zařízení je napájeno přes USB (5 V) a je tak odolné proti zemním smyčkám, které často trápí analyzátory napájené ze sítě. Celá sada váží přibližně 4 kg, což z ní dělá skutečný “terénní” přístroj vhodný pro lezení po portálech, aby se dostalo k ventilátorům.8

4.2 Možnosti softwaru: Více než jen jednoduché měření

Software dodávaný s Balanset-1A transformuje surová data na využitelné informace v souladu s normami ISO.

• Analýza spektra FFT: Norma zmiňuje “specifické frekvenční složky”. Balanset-1A zobrazuje rychlou Fourierovu transformaci, která rozkládá složitý průběh vlny na jednotlivé sinusové vlny. To umožňuje uživateli zjistit, zda je vysoká hodnota RMS způsobena 1x (nesouosost), 100x (záběr ozubených kol) nebo nesynchronními špičkami (vady ložisek).21
• Polární grafy: Pro vyvažování a vektorovou analýzu software vykresluje vektory vibrací na polárním grafu. Tato vizualizace je zásadní při použití metod vlivových koeficientů pro vyvažování.
• Kalkulátor tolerance ISO 1940: Zatímco norma ISO 20816-3 se zabývá mezními hodnotami vibrací, norma ISO 1940 se zabývá kvalitou vyvážení (stupně G). Software Balanset-1A obsahuje kalkulačku, do které uživatel zadá hmotnost a rychlost rotoru a systém vypočítá přípustnou zbytkovou nevyváženost v gram-milimetrech. Tím se překlenuje propast mezi “vibrace jsou příliš vysoké” (ISO 20816) a “tady je uvedeno, kolik hmotnosti je třeba odstranit” (ISO 1940).11

4.3 Kompatibilita senzorů a konfigurace vstupů

Jak bylo uvedeno ve výzkumu úryvků, klíčová je schopnost propojení s různými typy senzorů.

• Akcelerometry: Výchozí senzory. Systém integruje signál zrychlení (g) do rychlosti (mm/s) nebo dvojitě integruje do posunutí (µm) v závislosti na vybraném zobrazení. Tato integrace je zpracovávána digitálně, aby se minimalizoval drift šumu.
• Sondy pro vířivé proudy: Systém přijímá analogové vstupy 0–10 V nebo podobné. Uživatel musí v nastavení konfigurovat transformační koeficient. Například standardní sonda Bently Nevada může mít měřítko 200 mV/mil (7,87 V/mm). Uživatel zadá tuto citlivost a software Balanset-1A převede vstupní napětí na zobrazení posunutí v mikronech, což umožňuje přímé srovnání s přílohou B normy ISO 20816-3.3.

Část V: Provozní implementace: Od diagnostiky k dynamickému vyvažování

Tato část popisuje standardní operační postup (SOP) pro technika používajícího Balanset-1A k zajištění souladu s normou ISO 20816-3.

5.1 Krok 1: Základní měření a klasifikace

Technik přistupuje k odstředivému ventilátoru o výkonu 45 kW.

• Klasifikace: Výkon > 15 kW, < 300 kW. Jedná se o skupinu 2. Základ je přišroubován k betonu (pevný).
• Stanovení limitu: Podle normy ISO 20816-3 příloha A (skupina 2, tuhé) je hranice zóny B/C 2,8 mm/s.
• Měření: Senzory jsou namontovány pomocí magnetických podstavců. Je zapnutý režim “Vibrometer” Balanset-1A.
• Výsledek: Hodnota je 6,5 mm/s. Jedná se o oblast C/D. Je nutné přijmout opatření.

5.2 Krok 2: Diagnostická analýza

Použití funkce Balanset-1A FFT:

• Spektrum vykazuje dominantní vrchol při provozní rychlosti (1x ot./min.).
• Fázová analýza ukazuje stabilní fázový úhel.
• Diagnóza: Statická nevyváženost. (Pokud byla fáze nestabilní nebo byly přítomny vysoké harmonické, bylo by podezření na nesouosost nebo uvolnění).

5.3 Krok 3: Vyvažovací postup (na místě)

Vzhledem k tomu, že diagnóza je nevyváženost, technik využívá režim vyvažování Balanset-1A. Norma vyžaduje snížení vibrací na úroveň zóny A nebo B.

5.3.1 Metoda tří běhů (koeficienty vlivu)

Balanset-1A automatizuje vektorovou matematiku potřebnou pro vyvažování.

• Spuštění 0 (počáteční): Změřte amplitudu A₀ a fáze φ₀ původní vibrace.
• Běh 1 (zkušební váha): Známá hmotnost M_{soudní řízení} je přidán v libovolném úhlu. Systém měří nový vektor vibrací (A₁, φ₁).

Výpočet: Software vypočítává koeficient vlivu α, který představuje citlivost rotoru na změnu hmotnosti.

α = (V₁ − V₀) / M_{soudní řízení}

Oprava: Systém vypočítá požadovanou korekční hmotnost M._corr k potlačení počátečních vibrací.

M_corr = − V₀ / α

Běh 2 (ověření): Zkušební závaží se odstraní a přidá se vypočítané korekční závaží. Změří se zbytkové vibrace.

.11

5.4 Krok 4: Ověření a podávání zpráv

Po vyvážení klesnou vibrace na 1,2 mm/s.
Kontrola: 1,2 mm/s je < 1,4 mm/s. Stroj se nyní nachází v zóně A.

Dokumentace: Technik uloží relaci do Balanset-1A. Je vygenerována zpráva, která zobrazuje spektrum “před” (6,5 mm/s) a spektrum “po” (1,2 mm/s) s výslovným odkazem na limity normy ISO 20816-3. Tato zpráva slouží jako certifikát shody.

Část VI: Zvláštní úvahy

6.1 Stroje s nízkou rychlostí

Norma ISO 20816-3 obsahuje zvláštní poznámky pro stroje pracující při otáčkách nižších než 600 ot/min. Při nízkých otáčkách jsou signály rychlosti slabé a dominantním ukazatelem namáhání se stává posunutí. Balanset-1A řeší tento problém tím, že uživateli umožňuje přepnout metriku zobrazení na posunutí (µm) nebo zajistit, aby byla dolní mezní frekvence nastavena na 5 Hz nebo méně (ideálně 2 Hz), aby bylo možné zachytit primární energii. “Upozornění” v příloze D normy varují před spoléháním se výhradně na rychlost při nízkých otáčkách 23, což je nuance, kterou si musí uživatel Balanset-1A uvědomit kontrolou nastavení “Lineární” nebo nízkofrekvenčních filtrů.

6.2 Přechodové stavy: rozběh a dojezd

Vibrace během spouštění (přechodový provoz) mohou překročit mezní hodnoty pro ustálený provoz v důsledku překročení kritických otáček (rezonance). Norma ISO 20816-3 povoluje vyšší mezní hodnoty během těchto přechodových fází.23

Balanset-1A obsahuje experimentální funkci grafu “RunDown”.11 Ta umožňuje technikovi zaznamenávat amplitudu vibrací v závislosti na otáčkách během dojezdu. Tyto údaje jsou nezbytné pro:

• Identifikace kritických otáček (rezonance).
• Ověření, že stroj prochází rezonancí dostatečně rychle, aby nedošlo k poškození.
• Zajištění, že “vysoká” vibrace je skutečně přechodná a nejde o trvalý stav.

6.3 Příloha A vs. příloha B: Dvojí hodnocení

Důkladná kontrola dodržování předpisů často vyžaduje obojí.

• Příloha A (Bydlení): Zajišťuje přenos síly na konstrukci. Vhodné pro nevyváženost, uvolnění.
• Příloha B (hřídel): Měří dynamiku rotoru. Vhodné pro detekci nestability, víření oleje a otírání.

Technik používající Balanset-1A může použít akcelerometry k splnění požadavků přílohy A a poté přepnout vstupy na stávající sondy Bently Nevada, aby ověřil soulad s přílohou B u velké turbíny. Schopnost Balanset-1A sloužit jako “druhý názor” nebo “ověřovač v terénu” pro trvalé monitorovací zařízení na stojanech je klíčovou aplikací pro splnění požadavků obou příloh.

Závěr

Přechod na normu ISO 20816-3 znamená zralost v oblasti analýzy vibrací a vyžaduje jemnější, fyzikálně založený přístup k hodnocení strojů. Přesahuje jednoduchá hodnocení “vyhovuje/nevyhovuje” a vstupuje do oblasti analýzy tuhosti podpory, vektorů změn a měření ve dvou oblastech (skříň/hřídel).

Systém Balanset-1A vykazuje vysokou míru souladu s těmito moderními požadavky. Jeho technické specifikace – frekvenční rozsah, přesnost a flexibilita senzorů – z něj činí výkonnou hardwarovou platformu. Jeho skutečná hodnota však spočívá v softwarovém workflow, které uživatele provádí složitou logikou normy: od korekce vibrací pozadí a klasifikace zón až po matematickou přesnost vyvažování koeficientů vlivu. Díky efektivnímu spojení diagnostických schopností spektrálního analyzátoru s korekčními schopnostmi dynamického vyvažovače umožňuje Balanset-1A údržbářským týmům nejen identifikovat nesoulad s normou ISO 20816-3, ale také jej aktivně napravit, čímž zajišťuje dlouhou životnost a spolehlivost průmyslového majetku.