Vollständiger Leitfaden zu ISO 20816-3: Umfassende technische Analyse

Einführung

Diese Norm legt Richtlinien für die Bewertung des Schwingungszustands von Industrieanlagen auf der Grundlage von Messungen fest:

1. Vibrationen an Lagern, Lagersitzen und Lagergehäusen am Installationsort der Ausrüstung;
2. Radialschwingungen von Wellen von Maschinensätzen.

Basierend auf praktischen Erfahrungen mit Industrieanlagen, zwei Kriterien zur Bewertung des Schwingungszustands wurden etabliert:

• Kriterium I: Absolutwert des überwachten Breitband-Schwingungsparameters
• Kriterium II: Veränderung dieses Wertes (im Vergleich zu einem Ausgangswert)

Entwicklung der Schwingungsnormen: Die Konvergenz von ISO 10816 und ISO 7919

Die Geschichte der Schwingungsnormung stellt eine schrittweise Entwicklung von fragmentierten, komponentenbezogenen Richtlinien hin zu einer ganzheitlichen Maschinenbewertung dar. Historisch gesehen war die Maschinenbewertung zweigeteilt:

• ISO 10816-Reihe: Schwerpunkt ist die Messung von nicht rotierenden Teilen (Lagergehäuse, Sockel) mittels Beschleunigungsmessern oder Geschwindigkeitsaufnehmern.
• ISO 7919-Reihe: Untersuchung der Schwingungen rotierender Wellen relativ zu Lagern, vorwiegend mittels berührungsloser Wirbelstromsonden

Diese Trennung führte oft zu diagnostische Unklarheit. Eine Maschine kann akzeptable Gehäuseschwingungen aufweisen (Zone A gemäß ISO 10816), während sie gleichzeitig unter gefährlichem Wellenrundlauf oder Instabilität leidet (Zone C/D gemäß ISO 7919), insbesondere in Szenarien mit schweren Gehäusen oder Gleitlagern, bei denen die Schwingungsenergieübertragung gedämpft wird.

Abschnitt 1 — Anwendungsbereich

Diese Norm legt allgemeine Anforderungen für die Beurteilung des Schwingungszustands fest. Industrieanlagen (nachfolgend "Maschinen") mit einer Nennleistung über 15 kW und Drehzahlen von 120 bis 30.000 U/min, basierend auf Vibrationsmessungen an nicht rotierende Teile und an rotierende Wellen unter normalen Betriebsbedingungen der Maschine an ihrem Aufstellungsort.

Die Bewertung erfolgt auf Grundlage der überwachten Schwingungsparameter und auf Änderungen Dieser Parameter ist für den stationären Maschinenbetrieb relevant. Die numerischen Werte der Zustandsbewertungskriterien basieren auf Betriebserfahrungen mit Maschinen dieses Typs; sie sind jedoch möglicherweise in spezifischen Fällen, die mit den besonderen Betriebsbedingungen und der Konstruktion einer bestimmten Maschine zusammenhängen, nicht anwendbar.

Diese Norm gilt für:

1. Dampfturbinen und Generatoren mit einer Leistung von bis zu 40 MW (siehe Anmerkungen 1 und 2)
2. Dampfturbinen und Generatoren mit einer Ausgangsleistung von über 40 MW und Drehzahlen außer 1500, 1800, 3000 und 3600 U/min (siehe Anmerkung 1)
3. Rotationskompressoren (zentrifugal, axial)
4. Industriegasturbinen mit einer Leistung von bis zu 3 MW (siehe Anmerkung 2)
5. Turbofan-Triebwerke
6. Elektromotoren aller Art mit flexibler Wellenkupplung. (Wenn der Motorrotor starr mit einer Maschine verbunden ist, die unter eine andere Norm der Normenreihe ISO 20816 fällt, kann die Motorschwingung entweder nach dieser Norm oder nach dieser Norm bewertet werden.)
7. Walzwerke und Walzgerüste
8. Förderbänder
9. Drehzahlverstellbare Kupplungen
10. Lüfter und Gebläse (siehe Anmerkung 3)

Diese Norm gilt NICHT für:

11. Dampfturbinen, Gasturbinen und Generatoren mit einer Leistung von über 40 MW und Drehzahlen von 1500, 1800, 3000 und 3600 U/min → verwenden ISO 20816-2
12. Gasturbinen mit einer Leistung von über 3 MW → verwenden ISO 20816-4
13. Maschinensätze in Wasserkraftwerken und Pumpspeicherkraftwerken → verwenden ISO 20816-5
14. Hubkolbenmaschinen und fest mit Hubkolbenmaschinen verbundene Maschinen → verwenden ISO 10816-6
15. Rotodynamische Pumpen mit eingebauten oder starr verbundenen Antriebsmotoren, bei denen das Laufrad auf der Motorwelle sitzt oder starr mit ihr verbunden ist → verwenden ISO 10816-7
16. Hubkolbenkompressoranlagen → Verwendung ISO 20816-8
17. Verdrängerkompressoren (z. B. Schraubenkompressoren)
18. Tauchpumpen
19. Windkraftanlagen → nutzen ISO 10816-21

Details zum Anwendungsbereich

Die Anforderungen dieser Norm gelten für Messungen von Breitbandschwingungen Die Anforderungen gelten für Messungen an Wellen, Lagern, Gehäusen und Lagerböcken im stationären Maschinenbetrieb innerhalb des Bereichs der Nenndrehzahlen. Diese Anforderungen gelten sowohl für Messungen am Aufstellungsort als auch während der Abnahmeprüfung. Die festgelegten Schwingungszustandskriterien sind sowohl in kontinuierlichen als auch in periodischen Überwachungssystemen anwendbar.

Diese Norm gilt für Maschinen, die Folgendes umfassen können: Getriebe und Wälzlager; Es ist jedoch nicht beabsichtigt zur Beurteilung des Schwingungszustands dieser spezifischen Bauteile (siehe ISO 20816-9 für Getriebe).

Abschnitt 2 – Normative Verweise

Diese Norm verwendet normative Verweise auf die folgenden Normen. Bei datierten Verweisen gilt nur die zitierte Ausgabe. Bei undatierten Verweisen gilt die jeweils neueste Ausgabe (einschließlich aller Änderungen):

Diese Normen bilden die Grundlage für die Terminologie, die Messmethoden und die allgemeine Bewertungsphilosophie, die in ISO 20816-3 Anwendung finden.

Abschnitt 3 – Begriffe und Definitionen

Für die Zwecke dieser Norm gelten die in ISO 2041 anwenden.

Schlüsselbegriffe (aus ISO 2041)

• Vibration: zeitliche Veränderung der Größe einer Eigenschaft, die die Bewegung oder Position eines mechanischen Systems beschreibt
• RMS (Root Mean Square): Quadratwurzel des Mittelwerts der quadrierten Werte einer Größe über ein bestimmtes Zeitintervall
• Breitbandschwingung: Schwingungen, die Energie über einen bestimmten Frequenzbereich verteilen
• Eigenfrequenz: Frequenz der freien Schwingung eines Systems
• Stationärer Betrieb: Betriebszustand, bei dem die relevanten Parameter (Drehzahl, Last, Temperatur) im Wesentlichen konstant bleiben.
• Spitze-Spitze-Wert: Algebraische Differenz zwischen Extremwerten (Maximum und Minimum)
• Wandler: Gerät, das eine Ausgangsgröße liefert, die in einem bestimmten Verhältnis zur Eingangsgröße steht

Abschnitt 5 – Maschinenklassifizierung

5.1 Allgemeines

Gemäß den in dieser Norm festgelegten Kriterien wird der Schwingungszustand der Maschine anhand folgender Faktoren beurteilt:

1. Maschinentyp
2. Nennleistung oder Wellenhöhe (siehe auch ISO 496)
3. Grad der Fundamentsteifigkeit

5.2 Klassifizierung nach Maschinentyp, Nennleistung oder Wellenhöhe

Unterschiede bei den Maschinentypen und Lagerkonstruktionen erfordern eine Unterteilung aller Maschinen in zwei Gruppen basierend auf der Nennleistung oder der Schafthöhe.

Die Wellen der Maschinen beider Gruppen können horizontal, vertikal oder schräg angeordnet sein, und die Stützen können unterschiedliche Steifigkeitsgrade aufweisen.

Gruppe 1 – Große Maschinen

• Nennleistung > 300 kW
• ODER elektrische Maschinen mit Wellenhöhe H > 315 mm
• Typischerweise ausgestattet mit Gleitlager
• Betriebsdrehzahlen von 120 bis 30.000 U/min

Gruppe 2 — Mittlere Maschinen

• Nennleistung 15 – 300 kW
• ODER elektrische Maschinen mit Wellenhöhe 160 mm < H ≤ 315 mm
• Typischerweise ausgestattet mit Wälzlager
• Betriebsdrehzahlen im Allgemeinen > 600 U/min

5.3 Klassifizierung nach Fundamentsteifigkeit

Maschinenfundamente werden nach ihrem Steifigkeitsgrad in der angegebenen Messrichtung wie folgt klassifiziert:

1. Starre Fundamente
2. Flexible Fundamente

Grundlage dieser Klassifizierung ist das Verhältnis zwischen der Steifigkeit der Maschine und des Fundaments. Wenn die niedrigste Eigenfrequenz des "Maschinenfundament"-Systems in Schwingungsmessrichtung überschreitet die Hauptanregungsfrequenz (in den meisten Fällen die Rotordrehzahl) um mindestens 25%, Wenn dann eine solche Grundlage in dieser Richtung in Betracht gezogen wird starr. Alle anderen Fundamente werden berücksichtigt flexibel.

Typische Beispiele

Maschinen auf starren Fundamenten Es handelt sich typischerweise um große und mittelgroße Elektromotoren, die in der Regel mit niedrigen Drehzahlen arbeiten.

Maschinen auf flexiblen Fundamenten Dazu gehören typischerweise Turbogeneratoren oder Kompressoren mit einer Leistung von mehr als 10 MW sowie Maschinen mit vertikaler Wellenausrichtung.

Wenn die Eigenschaften des Systems "Maschinenfundament" nicht durch Berechnung ermittelt werden können, kann dies erfolgen. experimentell (Stoßprüfung, Betriebsmodalanalyse oder Anlaufschwingungsanalyse).

Anhang A (Normativ) — Grenzen der Schwingungszustandszone für nicht rotierende Teile in festgelegten Betriebsarten

Die Erfahrung zeigt dass zur Beurteilung des Schwingungszustands verschiedener Maschinentypen mit unterschiedlichen Drehzahlen Messungen von Die Geschwindigkeit allein genügt. Daher ist der primäre Überwachungsparameter der Effektivwert der Geschwindigkeit.

Die Anwendung des Kriteriums der konstanten Geschwindigkeit ohne Berücksichtigung der Schwingungsfrequenz kann jedoch dazu führen, dass unzulässig große Verschiebungswerte. Dies tritt insbesondere bei langsam laufenden Maschinen mit Rotordrehzahlen unter 600 U/min auf, wenn die Drehzahlkomponente das Breitband-Schwingungssignal dominiert (siehe Anhang D).

Ebenso kann das Kriterium der konstanten Geschwindigkeit bei Hochgeschwindigkeitsmaschinen mit Rotordrehzahlen über 10.000 U/min oder wenn die Energie der maschineninduzierten Schwingungen überwiegend im Hochfrequenzbereich konzentriert ist, zu unzulässig hohen Beschleunigungswerten führen. Daher können Schwingungskriterien je nach Rotordrehzahlbereich und Maschinentyp in Einheiten von Auslenkung, Geschwindigkeit und Beschleunigung formuliert werden.

Die Tabellen A.1 und A.2 enthalten die Zonengrenzwerte für verschiedene Maschinengruppen, die unter diese Norm fallen. Derzeit werden diese Grenzwerte nur in Einheiten von … angegeben. Geschwindigkeit und Verschiebung.

Die Grenzen der Schwingungszustandszone für Schwingungen im Frequenzbereich von 10 bis 1000 Hz werden durch Effektivwerte der Geschwindigkeit und der Auslenkung ausgedrückt. Bei Maschinen mit einer Rotordrehzahl unter 600 U/min beträgt der Breitband-Schwingungsmessbereich 2 bis 1000 Hz. In den meisten Fällen ist eine Beurteilung des Schwingungszustands allein auf Basis des Geschwindigkeitskriteriums ausreichend; wenn jedoch zu erwarten ist, dass das Schwingungsspektrum signifikante niederfrequente Komponenten enthält, erfolgt die Beurteilung auf Basis von Messungen sowohl der Geschwindigkeit als auch der Auslenkung.

Maschinen aller betrachteten Gruppen können entweder auf starren oder flexiblen Trägern installiert werden (siehe Abschnitt 5), für die in den Tabellen A.1 und A.2 unterschiedliche Zonengrenzen festgelegt sind.

Tabelle A.1 — Maschinen der Gruppe 1 (Groß: >300 kW oder H > 315 mm)

Tabelle A.2 — Maschinen der Gruppe 2 (Mittel: 15–300 kW oder H = 160–315 mm)

Anhang B (Normativ) — Grenzen der Schwingungszustandszone für rotierende Wellen in festgelegten Betriebsarten

B.1 Allgemeines

Die Grenzen der Schwingungsbedingungenzonen werden auf Grundlage von Betriebserfahrungen aus verschiedenen Branchen festgelegt, was zeigt, dass Die zulässige relative Wellenschwingung nimmt mit zunehmender Drehzahl ab.. Darüber hinaus muss bei der Beurteilung des Schwingungszustands die Möglichkeit eines Kontakts zwischen rotierender Welle und stationären Maschinenteilen berücksichtigt werden. Bei Maschinen mit Gleitlagern gilt Folgendes: minimal zulässiges Lagerspiel muss ebenfalls berücksichtigt werden (siehe Anhang C).

B.2 Schwingungen bei Nennrotationsfrequenz im stationären Betrieb

B.2.1 Allgemeines

Kriterium I bezieht sich auf:

1. Begrenzung der Wellenverschiebungen aus der Bedingung zulässiger dynamischer Belastungen der Lager
2. Zulässige Werte für das Radialspiel im Lager
3. Zulässige Vibration auf Stützen und Fundament übertragen

Die maximale Wellenverschiebung in jedem Lager wird mit den Grenzen von vier Zonen verglichen (siehe Abbildung B.1 in der Norm), die auf der Grundlage von Betriebserfahrungen mit Maschinen ermittelt wurden.

B.2.2 Zonengrenzen

Die Erfahrung in der Messung von Wellenschwingungen für eine breite Palette von Maschinen ermöglicht die Festlegung von Schwingungszustandszonengrenzen, die sich wie folgt ausdrücken: Spitze-Spitze-Auslenkung S(pp) in Mikrometern, umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Rotordrehzahl n in U/min.

Bei der Messung von Wellenrelativschwingungen mit Näherungssensoren werden die Zonengrenzen wie folgt ausgedrückt: Spitze-zu-Spitze-Verschiebung S(pp) in Mikrometern, wobei die Angabe mit der Laufgeschwindigkeit variiert:

Wo n ist die maximale Betriebsgeschwindigkeit in r/min, und S(pp) ist in μm.

Beispielrechnung

Für eine Maschine, die mit 3000 U/min läuft:

• √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

Das ist wichtig: Zonengrenzen sollten nicht als Abnahmekriterien verwendet werden; diese müssen zwischen Lieferant und Kunde vereinbart werden. Anhand numerischer Grenzwerte lässt sich jedoch sowohl der Einsatz einer offensichtlich mangelhaften Maschine verhindern als auch übermäßig strenge Anforderungen an ihre Vibrationsfestigkeit vermeiden.

In einigen Fällen können Konstruktionsmerkmale bestimmter Maschinen die Anwendung unterschiedlicher Zonengrenzen erfordern – höher oder niedriger (z. B. bei selbstausrichtenden Kippsegmentlagern), und bei Maschinen mit elliptischen Lagern können unterschiedliche Zonengrenzen für unterschiedliche Messrichtungen (in Richtung maximales und minimales Spiel) angewendet werden.

Zulässige Schwingungen können vom Lagerdurchmesser abhängen, da Lager mit größerem Durchmesser in der Regel auch größere Lagerspiele aufweisen. Daher können für verschiedene Lager eines Wellenstrangs unterschiedliche Grenzwerte festgelegt werden. In solchen Fällen muss der Hersteller üblicherweise die Gründe für die geänderten Grenzwerte erläutern und insbesondere bestätigen, dass die gemäß diesen Änderungen zulässigen höheren Schwingungen die Maschinensicherheit nicht beeinträchtigen.

Werden die Messungen nicht in unmittelbarer Nähe des Lagers durchgeführt und erfolgen sie auch während des Maschinenbetriebs in transienten Modi wie Anlauf und Auslaufen (einschließlich des Durchlaufens kritischer Drehzahlen), können die zulässigen Vibrationswerte höher sein.

Bei vertikalen Maschinen mit Gleitlagern sollten bei der Bestimmung der Grenzwerte für Schwingungen mögliche Wellenverschiebungen innerhalb der Lagerspielgrenzen ohne Berücksichtigung der mit dem Rotorgewicht verbundenen Stabilisierungskraft berücksichtigt werden.

Abschnitt 4 — Schwingungsmessungen

4.1 Allgemeine Anforderungen

Messmethoden und -instrumente müssen den allgemeinen Anforderungen gemäß ISO 20816-1 entsprechen, wobei besondere Anforderungen an Industriemaschinen zu berücksichtigen sind. Folgende Faktoren dürfen die Messgeräte nicht wesentlich beeinflussen:

• Temperaturänderungen — Drift der Sensorempfindlichkeit
• Elektromagnetische Felder — einschließlich der Wellenmagnetisierungseffekte
• Akustische Felder — Druckwellen in lauten Umgebungen
• Variationen der Stromversorgung — Spannungsschwankungen
• Kabellänge — Bei einigen Näherungssensoren ist eine abgestimmte Kabellänge erforderlich.
• Kabelbeschädigung — Zeitweise unterbrochene Verbindungen oder Schirmungsbrüche
• Wandlerausrichtung — Ausrichtung der Empfindlichkeitsachse

4.2 Messpunkte und Richtungen

Zur Zustandsüberwachung werden Messungen durchgeführt an nicht rotierende Teile oder auf Wellen, oder beides zusammen. In dieser Norm bezieht sich Wellenschwingung, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, auf ihre Verschiebung relativ zum Lager.

Nicht rotierende Teile — Abmessungen des Lagergehäuses

Schwingungsmessungen an nicht rotierenden Teilen charakterisieren die Schwingungen des Lagers, des Lagergehäuses oder anderer Strukturelemente, die dynamische Kräfte aus Wellenschwingungen am Lagerort übertragen.

Typische Messkonfiguration: Die Messungen werden durchgeführt mit zwei Wandler Die Schwingungen werden in zwei zueinander senkrechten radialen Richtungen auf Lagerdeckeln oder -gehäusen erfasst. Bei horizontalen Maschinen verläuft eine Richtung typischerweise vertikal. Bei vertikaler oder geneigter Welle sind die Schwingungsrichtungen so zu wählen, dass die maximale Schwingungsaufnahme erreicht wird.

Einzelpunktmessung: Ein einzelner Messwandler kann verwendet werden, wenn bekannt ist, dass die Ergebnisse repräsentativ für die Gesamtschwingung sind. Die gewählte Richtung muss Messwerte nahe dem Maximalwert gewährleisten.

Wellenschwingungsmessungen

Wellenschwingungen (gemäß Definition in ISO 20816-1) bezeichnen die Wellenverschiebung. relativ zum Lager. Die bevorzugte Methode verwendet eine Paar berührungsloser Näherungssensoren Die Elemente sind senkrecht zueinander angeordnet, wodurch die Bestimmung der Wellenbahn (Orbit) in der Messebene ermöglicht wird.

4.3 Instrumentierung (Messgeräte)

Für die Zustandsüberwachung muss das Messsystem messen Breitband-RMS-Schwingung über einen Frequenzbereich von mindestens 10 Hz bis 1000 Hz. Bei Maschinen mit Drehzahlen von höchstens 600 U/min darf die untere Grenzfrequenz nicht überschritten werden. 2 Hz.

Für Wellenschwingungsmessungen: Die obere Grenze des Frequenzbereichs muss die maximale Wellenrotationsfrequenz um einen bestimmten Wert überschreiten. mindestens 3,5 Mal. Messgeräte müssen folgende Anforderungen erfüllen: ISO 10817-1.

Für Messungen an nicht rotierenden Teilen: Die Ausrüstung muss folgenden Anforderungen entsprechen: ISO 2954. Je nach festgelegtem Kriterium kann die Messgröße die Verschiebung, die Geschwindigkeit oder beides sein (siehe ISO 20816-1).

Wenn Messungen durchgeführt werden mit Beschleunigungsaufnehmer (was in der Praxis üblich ist), muss das Ausgangssignal sein integriert Um ein Geschwindigkeitssignal zu erhalten, ist Folgendes erforderlich: doppelte Integration, Es sollte jedoch auf die Möglichkeit verstärkter Rauschstörungen geachtet werden. Zur Rauschreduzierung kann ein Hochpassfilter oder ein anderes digitales Signalverarbeitungsverfahren eingesetzt werden.

Soll das Vibrationssignal auch zu Diagnosezwecken verwendet werden, sollte der Messbereich Frequenzen von mindestens … abdecken. 0,2-fache der unteren Wellendrehzahlgrenze Zu 2,5-fache der maximalen Schwingungsanregungsfrequenz (typischerweise nicht mehr als 10.000 Hz). Weitere Informationen finden sich in ISO 13373-1, ISO 13373-2 und ISO 13373-3.

Anforderungen an den Frequenzbereich

Messparameter

Der Messparameter kann sein Verschiebung, Geschwindigkeit, oder beides, je nach Bewertungskriterium (siehe ISO 20816-1).

• Beschleunigungsmessermessungen: Bei Messungen mit Beschleunigungsmessern (am häufigsten) wird das Ausgangssignal integriert, um die Geschwindigkeit zu ermitteln. Eine doppelte Integration liefert die Auslenkung, jedoch ist dabei ein erhöhtes niederfrequentes Rauschen zu beachten. Zur Rauschreduzierung kann ein Hochpassfilter oder digitale Signalverarbeitung eingesetzt werden.
• Wellenschwingung: Die obere Frequenzgrenze muss mindestens betragen 3,5-fache maximale Wellendrehzahl. Die Instrumentierung muss folgenden Anforderungen entsprechen: ISO 10817-1.
• Nicht rotierende Teile: Die Instrumentierung muss den folgenden Anforderungen entsprechen: ISO 2954.

4.4 Kontinuierliche und periodische Überwachung

Kontinuierliche Überwachung: Bei großen oder kritischen Maschinen werden typischerweise kontinuierliche Messungen von überwachten Schwingungsindikatoren mit fest installierten Messwandlern an den wichtigsten Punkten durchgeführt, sowohl zur Zustandsüberwachung als auch zum Schutz der Anlagen. In manchen Fällen ist das hierfür verwendete Messsystem in das allgemeine Anlagenmanagementsystem integriert.

Regelmäßige Überwachung: Bei vielen Maschinen ist eine kontinuierliche Überwachung nicht erforderlich. Ausreichende Informationen zur Fehlerentwicklung (Unwucht, Lagerverschleiß, Fluchtungsfehler, Lockerung) lassen sich durch periodische Messungen gewinnen. Die in dieser Norm angegebenen numerischen Werte können für die periodische Überwachung verwendet werden, sofern Messpunkte und Messgeräte den Normvorgaben entsprechen.

Wellenschwingung: Die Instrumente werden üblicherweise fest installiert, die Messungen können aber auch in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden.

Nicht rotierende Teile: Die Messwandler werden üblicherweise nur während der Messung installiert. Bei Maschinen mit schwer zugänglichen Stellen können fest installierte Messwandler mit Signalführung zu zugänglichen Positionen eingesetzt werden.

4.5 Betriebsarten der Maschine

Schwingungsmessungen werden durchgeführt, nachdem Rotor und Lager die erforderliche Temperatur erreicht haben. Gleichgewichtstemperatur im stationären, festgelegten Betriebsmodus, der durch Merkmale wie beispielsweise folgende bestimmt wird:

• Nenndrehzahl der Welle
• Versorgungsspannung
• Durchflussrate
• Arbeitsmediumdruck
• Laden

Maschinen mit variabler Drehzahl oder variabler Last: Führen Sie Messungen in allen für den Langzeitbetrieb charakteristischen Betriebsmodi durch. Verwenden Sie die Maximalwert Die Ergebnisse wurden über alle Schwingungsmodi hinweg zur Beurteilung des Schwingungszustands erhoben.

4.6 Hintergrundschwingungen

Wenn der während der Messungen ermittelte Wert des überwachten Parameters das Akzeptanzkriterium überschreitet und Grund zur Annahme besteht, dass die Hintergrundvibrationen der Maschine hoch sein könnten, müssen Messungen an der Maschine durchgeführt werden. Maschine angehalten zur Beurteilung von durch externe Quellen hervorgerufenen Vibrationen.

4.7 Auswahl der Messart

Diese Norm ermöglicht Messungen sowohl an nicht rotierenden Maschinenteilen als auch an rotierenden Wellen. Die Wahl der geeigneten Messmethode hängt von den Maschineneigenschaften und den zu erwartenden Fehlertypen ab.

Falls zwischen zwei möglichen Messarten gewählt werden muss, sind folgende Punkte zu berücksichtigen:

Überlegungen zur Auswahl der Messart:

• Wellendrehzahl: Messungen an nicht rotierenden Teilen reagieren empfindlicher auf hochfrequente Vibrationen als Wellenmessungen.
• Lagertyp: Wälzlager weisen sehr geringe Lagerspiele auf; Wellenschwingungen werden effektiv auf das Gehäuse übertragen. Gehäusemessungen sind in der Regel ausreichend. Gleitlager haben größere Lagerspiele und eine höhere Dämpfung; Wellenschwingungen liefern oft zusätzliche Diagnoseinformationen.
• Maschinentyp: Bei Maschinen, deren Lagerspiel mit der Schwingungsamplitude der Welle vergleichbar ist, sind Wellenmessungen erforderlich, um einen Kontakt zu vermeiden. Maschinen mit Oberschwingungen höherer Ordnung (z. B. Schaufelpassage, Zahnradeingriff, Stangenpassage) werden mittels Hochfrequenz-Gehäusemessungen überwacht.
• Verhältnis Rotormasse zu Sockelmasse: Maschinen, bei denen die Wellenmasse im Vergleich zur Sockelmasse gering ist, übertragen nur geringe Vibrationen auf den Sockel. Wellenmessung ist daher effektiver.
• Rotorflexibilität: Flexible Rotoren: Relative Schwingungen der Welle liefern mehr Informationen über das Rotorverhalten.
• Sockelkonformität: Flexible Sockel sorgen für eine stärkere Vibrationsdämpfung bei nicht rotierenden Teilen.
• Messerfahrung: Wenn bereits umfangreiche Erfahrungen mit einer bestimmten Messart an ähnlichen Maschinen vorliegen, sollte diese Messart weiterhin verwendet werden.

Detaillierte Empfehlungen zur Auswahl des Messverfahrens finden sich in ISO 13373-1. Bei der endgültigen Entscheidung sollten Zugänglichkeit, Lebensdauer des Messwandlers und Installationskosten berücksichtigt werden.

Messorte und Richtungen

• Messen Sie auf Lagergehäuse oder Sockel — nicht auf dünnwandigen Abdeckungen oder flexiblen Oberflächen
• Verwenden Sie zwei zueinander senkrechte radiale Richtungen an jedem Lagerort
• Bei horizontalen Maschinen ist eine Richtung typischerweise vertikal.
• Bei vertikalen oder geneigten Maschinen sollten die Schwingungsrichtungen so gewählt werden, dass die maximale Vibrationskraft erfasst wird.
• Axiale Schwingung auf Axiallager verwendet die gleichen Grenzwerte wie die Radialschwingung
• Meiden Sie Orte mit lokale Resonanzen — durch Vergleich der Messungen an nahegelegenen Punkten bestätigen

Betriebsbedingungen

• Messen in stationärer Betrieb bei Nenndrehzahl und -last
• Rotor und Lagern den erforderlichen Abstand ermöglichen thermisches Gleichgewicht
• Bei Maschinen mit variabler Drehzahl/Last messen Sie an allen charakteristischen Betriebspunkten und verwenden Sie den Maximalwert.
• Dokumentbedingungen: Geschwindigkeit, Last, Temperaturen, Drücke, Durchflussraten

Abschnitt 6 — Kriterien zur Bewertung des Schwingungszustands

6.1 Allgemeines

ISO 20816-1 enthält eine allgemeine Beschreibung zweier Kriterien zur Bewertung des Schwingungszustands verschiedener Maschinenklassen. Ein Kriterium wird angewendet auf die Absolutwert des überwachten Schwingungsparameters in einem breiten Frequenzband; der andere wird angewendet auf Änderungen in diesem Wert (unabhängig davon, ob es sich um Zunahmen oder Abnahmen handelt).

Üblicherweise wird der Schwingungszustand von Maschinen anhand des Effektivwerts der Schwingungsgeschwindigkeit an nicht rotierenden Teilen beurteilt, was vor allem auf die einfache Durchführung der entsprechenden Messungen zurückzuführen ist. Bei vielen Maschinen ist es jedoch auch ratsam, die relativen Wellenauslenkungen (Spitze-zu-Spitze) zu messen. Sofern solche Messdaten verfügbar sind, können sie ebenfalls zur Beurteilung des Schwingungszustands herangezogen werden.

6.2 Kriterium I – Beurteilung anhand der absoluten Größe

6.2.1 Allgemeine Anforderungen

Für Messungen an rotierenden Wellen: Der Schwingungszustand wird anhand des maximalen Spitze-Spitze-Werts der Breitbandschwingungsamplitude beurteilt. Dieser Überwachungsparameter wird aus Messungen der Auslenkungen in zwei festgelegten orthogonalen Richtungen ermittelt.

Für Messungen an nicht rotierenden Teilen: Der Schwingungszustand wird anhand des maximalen Effektivwerts der Breitbandschwingungsgeschwindigkeit auf der Lagerfläche oder in unmittelbarer Nähe davon beurteilt.

Gemäß diesem Kriterium werden Grenzwerte des überwachten Parameters ermittelt, die aus folgender Sicht als akzeptabel gelten können:

• Dynamische Belastungen auf Lager
• Radialspiel in Lagern
• Die von der Maschine auf die Tragkonstruktion und das Fundament übertragenen Schwingungen werden von der Maschine auf die Fundamente und die Fundamente übertragen.

Der an jedem Lager bzw. Lagersockel ermittelte Maximalwert des überwachten Parameters wird mit dem Grenzwert für die jeweilige Maschinengruppe und Lagerungsart verglichen. Umfangreiche Erfahrung in der Schwingungsbeobachtung der in Abschnitt 1 beschriebenen Maschinen ermöglicht die Festlegung von Schwingungsgrenzbereichen, deren Einhaltung in den meisten Fällen einen zuverlässigen Langzeitbetrieb der Maschinen gewährleistet.

Die festgelegten Schwingungszonen dienen der Beurteilung von Maschinenschwingungen in einem definierten stationären Betriebszustand mit Nenndrehzahl und Nennlast. Das Konzept des stationären Betriebszustands ermöglicht langsame Laständerungen. Die Beurteilung erfolgt durch nicht durchgeführt wenn der Betriebsmodus vom angegebenen abweicht oder während Übergangszuständen wie Anlauf, Auslauf oder Durchfahrt durch Resonanzzonen (siehe 6.4).

Allgemeine Schlussfolgerungen über den Schwingungszustand werden häufig auf der Grundlage von Schwingungsmessungen an sowohl nicht rotierenden als auch rotierenden Maschinenteilen gezogen.

Axiale Schwingung Die Schwingungsdämpfung von Gleitlagern wird typischerweise nicht im Rahmen der kontinuierlichen Schwingungsüberwachung gemessen. Solche Messungen werden üblicherweise im Rahmen periodischer Überwachungen oder zu Diagnosezwecken durchgeführt, da axiale Schwingungen empfindlicher auf bestimmte Fehlerarten reagieren können. Diese Norm enthält Bewertungskriterien ausschließlich für axiale Schwingungen von Axiallagern, wo es mit axialen Pulsationen korreliert, die Maschinenschäden verursachen können.

6.2.2 Schwingungsbedingungen

6.2.2.1 Allgemeine Beschreibung

Zur qualitativen Beurteilung von Maschinenschwingungen und zur Entscheidungsfindung über notwendige Maßnahmen wurden folgende Schwingungszustandszonen festgelegt:

Zone A — Neu in Betrieb genommene Maschinen fallen typischerweise in diese Zone.

Zone B — Maschinen, die in diese Zone fallen, gelten im Allgemeinen als geeignet für den Dauerbetrieb ohne zeitliche Beschränkungen.

Zone C Maschinen dieser Kategorie gelten im Allgemeinen als ungeeignet für den langfristigen Dauerbetrieb. Typischerweise können solche Maschinen nur für einen begrenzten Zeitraum betrieben werden, bis sich eine geeignete Gelegenheit für Reparaturarbeiten ergibt.

Zone D — Die Schwingungspegel in dieser Zone werden im Allgemeinen als so hoch angesehen, dass sie Maschinenschäden verursachen können.

6.2.2.2 Numerische Werte der Zonengrenzen

Die ermittelten numerischen Werte der Grenzen der Schwingungszustandszone sind nicht zur Verwendung als Akzeptanzkriterium vorgesehen, Diese Grenzen sollten Gegenstand einer Vereinbarung zwischen Lieferant und Kunde der Maschine sein. Sie können jedoch als allgemeine Richtlinie dienen, um unnötige Kosten für die Schwingungsdämpfung zu vermeiden und übermäßig strenge Anforderungen zu verhindern.

Manchmal erfordern Konstruktionsmerkmale der Maschine oder Betriebserfahrungen die Festlegung anderer Grenzwerte (höherer oder niedrigerer Werte). In solchen Fällen liefert der Hersteller üblicherweise eine Begründung für die Änderung der Grenzwerte und bestätigt insbesondere, dass die gemäß diesen Änderungen zulässige höhere Vibration nicht zu einer geringeren Maschinenzuverlässigkeit führt.

6.2.2.3 Akzeptanzkriterien

Die Akzeptanzkriterien für Maschinenschwingungen sind stets Gegenstand von Übereinkünften zwischen Lieferant und Kunde, die vor oder zum Zeitpunkt der Lieferung dokumentiert werden müssen (die erste Option ist vorzuziehen). Im Falle der Lieferung einer neuen Maschine oder der Rückgabe einer Maschine nach einer Generalüberholung können die Grenzen der Schwingungszustandszone als Grundlage für die Festlegung solcher Kriterien dienen. Allerdings sollten numerische Zonengrenzwerte verwendet werden. nicht sollten standardmäßig als Akzeptanzkriterium angewendet werden.

Typische Empfehlung: Der überwachte Schwingungsparameter einer neuen Maschine sollte in Zone A oder B fallen, jedoch die Grenze zwischen diesen Zonen um nicht mehr als … überschreiten. 1,25-mal. Diese Empfehlung sollte bei der Festlegung von Akzeptanzkriterien nicht berücksichtigt werden, wenn die Grundlage hierfür Konstruktionsmerkmale der Maschine oder gesammelte Betriebserfahrung mit ähnlichen Maschinentypen sind.

Die Abnahmeprüfung erfolgt unter streng festgelegten Betriebsbedingungen der Maschine (Kapazität, Drehzahl, Durchflussrate, Temperatur, Druck usw.) über einen festgelegten Zeitraum. Wurde die Maschine nach dem Austausch einer Hauptbaugruppe oder nach Wartungsarbeiten eingesetzt, werden die Art der durchgeführten Arbeiten und die Werte der überwachten Parameter vor der Außerbetriebnahme der Maschine bei der Festlegung der Abnahmekriterien berücksichtigt.

6.3 Kriterium II – Beurteilung anhand der Größenänderung

Dieses Kriterium basiert auf dem Vergleich des aktuellen Werts des überwachten Breitband-Schwingungsparameters im stationären Maschinenbetrieb (wobei geringfügige Abweichungen der Betriebseigenschaften zulässig sind) mit einem zuvor festgelegten Wert. Basiswert (Referenzwert).

Wesentliche Veränderungen erfordern möglicherweise geeignete Maßnahmen. selbst wenn die Grenze zwischen der B- und der C-Zone noch nicht erreicht wurde.. Diese Veränderungen können sich allmählich entwickeln oder plötzlich auftreten und Folgen beginnender Schäden oder anderer Störungen im Maschinenbetrieb sein.

Der zu vergleichende Schwingungsparameter muss ermittelt werden durch gleiche Position und Ausrichtung des Wandlers für denselben Maschinenbetriebsmodus. Werden signifikante Änderungen festgestellt, werden deren mögliche Ursachen untersucht, um gefährliche Situationen zu vermeiden.

6.4 Beurteilung des Schwingungszustands in transienten Betriebszuständen

Die in den Anhängen A und B angegebenen Grenzen der Schwingungsbedingungen gelten für Schwingungen in stationärer Maschinenbetrieb. Transiente Betriebszustände können typischerweise mit erhöhten Vibrationen einhergehen. Ein Beispiel hierfür sind Maschinenvibrationen auf einer flexiblen Lagerung beim Anlaufen oder Auslaufen, wenn die Vibrationszunahme mit dem Durchlaufen kritischer Rotordrehzahlen zusammenhängt. Zusätzlich kann eine Vibrationszunahme aufgrund von Fehlausrichtungen zusammenpassender rotierender Teile oder einer Rotorverformung während der Erwärmung auftreten.

Bei der Analyse des Schwingungszustands einer Maschine ist darauf zu achten, wie die Schwingungen auf Änderungen der Betriebsart und der äußeren Betriebsbedingungen reagieren. Obwohl diese Norm die Schwingungsbewertung in transienten Betriebszuständen nicht berücksichtigt, kann allgemein davon ausgegangen werden, dass Schwingungen akzeptabel sind, wenn sie während transienter Zustände von begrenzter Dauer einen bestimmten Wert nicht überschreiten. obere Grenze der Zone C.

Kriterium II – Veränderung gegenüber dem Ausgangswert

Selbst wenn die Vibrationen in Zone B verbleiben, signifikante Veränderung gegenüber dem Ausgangswert weist auf sich entwickelnde Probleme hin:

6.5 Grenzwerte für Schwingungspegel im stationären Betrieb

6.5.1 Allgemeines

Für Maschinen, die für den Langzeitbetrieb ausgelegt sind, werden in der Regel Grenzwerte für Schwingungen festgelegt, deren Überschreitung im stationären Maschinenbetrieb zum Auftreten von Warnsignalen führt. WARNUNG oder REISE.

WARNUNG Diese Benachrichtigung weist darauf hin, dass der Wert des überwachten Schwingungsparameters oder dessen Änderung einen Schwellenwert erreicht hat, ab dem möglicherweise Gegenmaßnahmen erforderlich sind. In der Regel kann die Maschine nach Erscheinen einer Warnmeldung noch eine Zeit lang weiterbetrieben werden, während die Ursachen der Schwingungsänderung untersucht und die erforderlichen Gegenmaßnahmen festgelegt werden.

REISE — Eine Benachrichtigung weist darauf hin, dass der Vibrationsparameter einen Wert erreicht hat, bei dem der weitere Maschinenbetrieb zu Schäden führen kann. Sobald der Auslösewert erreicht ist, sind unverzüglich Maßnahmen zur Vibrationsreduzierung oder zum Stillstand der Maschine zu ergreifen.

Aufgrund von Unterschieden in den dynamischen Belastungen und der Stützsteifigkeit der Maschine können für verschiedene Messpunkte und -richtungen unterschiedliche Grenzschwingungspegel festgelegt werden.

6.5.2 Warnstufe einstellen

Der Warnpegel kann von Maschine zu Maschine erheblich variieren (erhöht oder verringert sich). Typischerweise wird dieser Pegel relativ zu einem bestimmten Wert bestimmt. Ausgangsniveau Die Ergebnisse wurden für jede einzelne Maschineninstanz an einem bestimmten Punkt und in einer bestimmten Messrichtung auf Basis von Betriebserfahrungen ermittelt.

Es wird empfohlen, den Warnpegel so einzustellen, dass er den Basiswert um einen bestimmten Wert überschreitet. 25% des oberen Grenzwerts der Zone B. Ist der Ausgangswert niedrig, kann der Warnwert unterhalb von Zone C liegen.

Ist kein Ausgangswert definiert (z. B. bei einer neuen Maschine), wird der Warnwert entweder anhand von Betriebserfahrungen mit ähnlichen Maschinen oder anhand vereinbarter zulässiger Werte des überwachten Schwingungsparameters bestimmt. Nach einer gewissen Zeit wird auf Basis von Beobachtungen der Maschinenschwingungen ein Ausgangswert ermittelt und der Warnwert entsprechend angepasst.

Normalerweise ist die Warnstufe so eingestellt, dass sie überschreitet die obere Grenze der Zone B um nicht mehr als das 1,25-fache.

Wenn sich der Ausgangswert ändert (z. B. nach einer Maschinenreparatur), muss auch der Warnwert entsprechend angepasst werden.

6.5.3 Einstellen des Auslösepegels

Der TRIP-Wert wird üblicherweise mit der Erhaltung der mechanischen Integrität der Maschine in Verbindung gebracht, welche wiederum durch ihre Konstruktionsmerkmale und ihre Fähigkeit, abnormalen dynamischen Kräften standzuhalten, bestimmt wird. Daher ist der TRIP-Wert typischerweise Gleiches gilt für Maschinen ähnlicher Bauart. und ist nicht im Zusammenhang mit der Basislinie.

Aufgrund der Vielfalt der Maschinenkonstruktionen ist es nicht möglich, allgemeingültige Richtlinien für die Einstellung des Auslösepegels (TRIP-Pegel) zu geben. Typischerweise wird der Auslösepegel wie folgt eingestellt: innerhalb der Zone C oder D, jedoch nicht höher als die Grenze zwischen diesen Zonen um mehr als 25%.

6.6 Zusätzliche Verfahren und Kriterien

Es gibt keine einfache Berechnungsmethode Die Schwingung des Lagerbocks wird durch die Wellenschwingung hervorgerufen (oder umgekehrt). Der Unterschied zwischen absoluter und relativer Wellenschwingung hängt mit der Schwingung des Lagerbocks zusammen, ist aber in der Regel … nicht gleichbedeutend damit.

Praktische Auswirkungen: Wenn die Gehäuseschwingungen Zone B (zulässig), die Wellenschwingungen jedoch Zone C (eingeschränkt) anzeigen, klassifizieren Sie die Maschine als Zone C und planen Sie Abhilfemaßnahmen. Verwenden Sie bei Vorliegen zweier Messwerte stets die Bewertung des ungünstigsten Falls.

6.7 Bewertung auf Basis der Vektordarstellung von Informationen

Eine Änderung der Amplitude einer einzelnen Frequenzkomponente einer Schwingung, selbst wenn sie signifikant ist, ist nicht unbedingt begleitet durch eine wesentliche Änderung des Breitbandschwingungssignals. Beispielsweise kann die Entstehung eines Risses im Rotor das Auftreten signifikanter Oberschwingungen der Rotationsfrequenz verursachen, deren Amplituden jedoch im Vergleich zur Schwingung des Bauteils bei Betriebsdrehzahl gering bleiben können. Daher lassen sich die Auswirkungen der Rissbildung nicht zuverlässig allein anhand von Änderungen der Breitbandschwingung verfolgen.

Die Überwachung von Amplitudenänderungen einzelner Schwingungskomponenten zur Gewinnung von Daten für nachfolgende Diagnoseverfahren erfordert den Einsatz von spezielle Mess- und Analysegeräte, in der Regel komplexer und erfordert für seine Anwendung eine besondere Qualifikation (siehe ISO 18436-2).

Die in diesem Standard festgelegten Methoden sind beschränkt auf die Messung von Breitbandschwingungen ohne Bewertung der Amplituden und Phasen einzelner Frequenzkomponenten. In den meisten Fällen ist dies für die Maschinenabnahmeprüfung und die Zustandsüberwachung am Aufstellungsort ausreichend.

Allerdings ist der Einsatz in Langzeit-Zustandsüberwachungs- und Diagnoseprogrammen von Vektorinformationen Die Analyse von Frequenzkomponenten (insbesondere der Betriebsdrehzahl und ihrer zweiten Harmonischen) ermöglicht die Beurteilung von Änderungen im dynamischen Maschinenverhalten, die bei der reinen Breitbandschwingungsüberwachung nicht erkennbar sind. Die Analyse der Beziehungen zwischen einzelnen Frequenzkomponenten und ihren Phasen findet zunehmend Anwendung in Zustandsüberwachungs- und Diagnosesystemen.

Anmerkung: Diese Norm enthält keine Kriterien zur Beurteilung des Schwingungszustands auf Basis von Änderungen der Vektorkomponenten. Detailliertere Informationen hierzu finden sich in ISO 13373-1, ISO 13373-2 und ISO 13373-3 (siehe auch ISO 20816-1).

8. Transienter Betrieb

Beim Anfahren, Auslaufen oder Betrieb oberhalb der Nenndrehzahl ist mit stärkeren Vibrationen zu rechnen, insbesondere beim Durchfahren kritischer Drehzahlen.

9. Hintergrundschwingung

Wenn die gemessenen Vibrationen die zulässigen Grenzwerte überschreiten und eine Hintergrundvibration vermutet wird, messen Sie bei abgeschalteter Maschine. Korrekturen sind erforderlich, wenn die Hintergrundvibration einen der folgenden Werte überschreitet:

• 25% des Messwerts während des Betriebs, ODER
• 25% der B/C-Grenze für diese Maschinenklasse

Anhang C (informativ) — Zonengrenzen und Peilungsabstände

Für Maschinen mit Gleitlager (Flüssigkeitsfilmlager), Die grundlegende Voraussetzung für einen sicheren Betrieb ist, dass Wellenverschiebungen auf dem Ölkeil keinen Kontakt mit der Lagerschale zulassen. Daher müssen die in Anhang B angegebenen Zonengrenzen für relative Wellenverschiebungen mit dieser Anforderung abgestimmt werden.

Insbesondere bei Lagern mit geringem Lagerspiel kann es erforderlich sein, Reduzierung der Zonengrenzwerte. Der Grad der Reduzierung hängt von der Lagerart und dem Winkel zwischen Messrichtung und Richtung des minimalen Lagerspiels ab.

Beispiel: Große Dampfturbine (3000 U/min, Gleitlager)

• Berechnetes B/C (Anhang B): S(pp) = 9000/√3000 ≈ 164 μm
• Tatsächliches Lagerspiel: 150 μm
• Da 164 > 150, sind freigabebasierte Grenzwerte anzuwenden:
• A/B = 0,4 × 150 = 60 μm
• B/C = 0,6 × 150 = 90 μm
• C/D = 0,7 × 150 = 105 μm

Anwendungshinweis: Diese angepassten Werte gelten bei der Messung von Wellenschwingungen. im oder in der Nähe des Lagers. An anderen Wellenpositionen mit größeren Radialabständen können die Standardformeln des Anhangs B Anwendung finden.

Anhang D (informativ) – Anwendbarkeit des Kriteriums der konstanten Geschwindigkeit bei langsam laufenden Maschinen

Dieser Anhang liefert die Begründung dafür, warum die Anwendung von Kriterien, die auf Geschwindigkeitsmessungen basieren, bei Maschinen mit niederfrequenten Schwingungen (unter 120 U/min) unerwünscht ist. Für langsam laufende Maschinen basieren Kriterien auf Wegmessung Die Verwendung geeigneter Messgeräte kann unter Umständen sinnvoller sein. Solche Kriterien werden in dieser Norm jedoch nicht berücksichtigt.

Historische Grundlagen des Geschwindigkeitskriteriums

Der Vorschlag, Vibrationen einzusetzen Geschwindigkeit Die Messung an nicht rotierenden Maschinenteilen als Grundlage für die Beschreibung des Schwingungszustands wurde auf der Grundlage der Verallgemeinerung zahlreicher Testergebnisse formuliert (siehe beispielsweise die Pionierarbeit von Rathbone TC, 1939) unter Berücksichtigung bestimmter physikalischer Gegebenheiten.

In diesem Zusammenhang galt lange Zeit die Annahme, dass Maschinen hinsichtlich ihres Zustands und der auf sie einwirkenden Schwingungen gleichwertig seien, wenn die Ergebnisse der Effektivwertmessung der Schwingungsgeschwindigkeit im Frequenzbereich von 10 bis 1000 Hz übereinstimmten. Der Vorteil dieses Ansatzes bestand darin, dass unabhängig von der Frequenzzusammensetzung der Schwingungen oder der Drehzahl der Maschine dieselben Kriterien für den Schwingungszustand angewendet werden konnten.

Umgekehrt würde die Verwendung von Auslenkung oder Beschleunigung als Grundlage für die Beurteilung des Schwingungszustands die Notwendigkeit mit sich bringen, frequenzabhängige Kriterien zu konstruieren, da das Verhältnis von Auslenkung zu Geschwindigkeit umgekehrt proportional zur Schwingungsfrequenz ist, das Verhältnis von Beschleunigung zu Geschwindigkeit jedoch direkt proportional dazu ist.

Das Geschwindigkeitskonstanten-Paradigma

Die Nutzung von Vibrationen Geschwindigkeit da der primäre Parameter auf umfangreichen Tests und der Beobachtung basiert, dass Maschinen hinsichtlich ihres Zustands "gleichwertig" sind, wenn sie die gleiche Effektivgeschwindigkeit im Bereich von 10–1000 Hz aufweisen, unabhängig vom Frequenzinhalt.

Vorteil: Einfachheit. Ein einziger Satz von Geschwindigkeitsgrenzen gilt über einen weiten Geschwindigkeitsbereich ohne frequenzabhängige Korrekturen.

Problem bei niedrigen Frequenzen: Das Verhältnis von Auslenkung zu Geschwindigkeit ist umgekehrt proportional zur Frequenz:

Bei sehr niedrigen Frequenzen (< 10 Hz), die Annahme einer konstanten Geschwindigkeit (z. B. 4,5 mm/s) kann übermäßig große Werte ermöglichen Verschiebung, was zu Belastungen verbundener Bauteile (Rohrleitungen, Kupplungen) führen oder auf gravierende strukturelle Probleme hinweisen kann.

Grafische Darstellung (aus Anhang D)

Betrachten Sie eine konstante Geschwindigkeit von 4,5 mm/s bei verschiedenen Laufgeschwindigkeiten:

Beobachtung: Mit sinkender Drehzahl nimmt die Verschiebung drastisch zu. Eine Verschiebung von 358 μm bei 120 U/min könnte Kupplungen überbeanspruchen oder zum Abriss des Ölfilms in Gleitlagern führen, selbst wenn die Drehzahl als "akzeptabel" gilt."

Abbildung D.1 veranschaulicht den einfachen mathematischen Zusammenhang zwischen konstanter Geschwindigkeit und variabler Auslenkung bei verschiedenen Drehzahlen. Gleichzeitig zeigt sie aber auch, wie die Anwendung des Kriteriums der konstanten Geschwindigkeit zu einer Zunahme der Lagerbockauslenkung bei abnehmender Drehzahl führen kann. Obwohl die auf das Lager wirkenden dynamischen Kräfte innerhalb zulässiger Grenzen bleiben, können signifikante Auslenkungen des Lagergehäuses negative Auswirkungen auf angeschlossene Maschinenelemente wie Ölleitungen haben.

Balanset-1A Konfiguration für langsam laufende Maschinen

Bei der Messung von Maschinen mit einer Drehzahl von ≤600 U/min:

• Stellen Sie die untere Grenze des Frequenzbereichs auf 2 Hz (nicht 10 Hz)
• Zeigen Sie beides an Geschwindigkeit (mm/s) und Verschiebung (μm) Kennzahlen
• Vergleichen Sie beide Parameter mit den Schwellenwerten Ihrer Norm/Ihres Verfahrens (geben Sie diese in den Rechner ein).
• Wenn nur die Geschwindigkeit gemessen wird und diese angibt, die Verschiebung aber unbekannt ist, lautet die Bewertung: unvollständig
• Stellen Sie sicher, dass der Wandler ein lineares Ansprechverhalten bis hinunter zu 2 Hz aufweist (siehe Kalibrierungszertifikat).

12. Transienter Betrieb: Anfahren, Auslaufen und Überdrehzahl

Die Zonengrenzen in den Anhängen A und B gelten für stationärer Betrieb Bei Nenndrehzahl und -last. Während transienter Betriebszustände (Anfahren, Abschalten, Drehzahländerungen) ist mit stärkeren Vibrationen zu rechnen, insbesondere beim Durchfahren von … kritische Geschwindigkeiten (Resonanzen).

Tabelle 1 – Empfohlene Grenzwerte während transienter Vorgänge

Hinweis für Geschwindigkeiten unter 20%: Bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten sind die Geschwindigkeitskriterien möglicherweise nicht anwendbar (siehe Anhang D). Die Verschiebung wird entscheidend.

Praktische Auslegung

• Eine Maschine kann während der Beschleunigung/Verzögerung kurzzeitig die stationären Grenzwerte überschreiten.
• Die Wellenschwingung darf das 1,5-fache der C/D-Grenze erreichen (bis zu einer Drehzahl von 90%), um das Durchlaufen kritischer Drehzahlen zu ermöglichen.
• Wenn die Vibrationen nach Erreichen der Betriebsdrehzahl weiterhin hoch bleiben, deutet dies auf ein Problem hin. persistenter Fehler, keine vorübergehende Resonanz

Balanset-1A Ablaufanalyse

Das Balanset-1A verfügt über eine experimentelle "RunDown"-Diagrammfunktion, die die Schwingungsamplitude in Abhängigkeit von der Drehzahl während des Auslaufens aufzeichnet:

• Identifiziert kritische Geschwindigkeiten: Scharfe Amplitudenspitzen deuten auf Resonanzen hin.
• Bestätigt die schnelle Passage: Schmale Spitzen bestätigen, dass die Maschine schnell durchfährt (gut).
• Erkennt geschwindigkeitsabhängige Fehler: Die mit der Geschwindigkeit kontinuierlich ansteigende Amplitude deutet auf aerodynamische oder verfahrenstechnische Probleme hin.

Diese Daten sind von unschätzbarem Wert, um vorübergehende Spitzen (akzeptabel gemäß Tabelle 1) von übermäßigen Schwingungen im stationären Zustand (nicht akzeptabel) zu unterscheiden.

13. Praktischer Arbeitsablauf zur Einhaltung der ISO 20816-3

14. Fortgeschrittenes Thema: Theorie des Einflusskoeffizienten-Ausgleichs

Wird bei einer Maschine eine Unwucht (hohe 1×-Vibration, stabile Phase) diagnostiziert, verwendet das Balanset-1A die Einflusskoeffizientenmethode um präzise Korrekturgewichte zu berechnen.

Mathematische Grundlagen

Das Schwingungsverhalten des Rotors wird als ein lineares System wobei das Hinzufügen von Masse den Schwingungsvektor verändert:

Auswuchtverfahren mit drei Durchgängen (Einzelebene)

1. Erster Durchlauf (Durchlauf 0):
   • Schwingungsmessung: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
   • Vektor: V₀ = 6,2∠45°
2. Probegewichtslauf (Lauf 1):
   • Probemasse hinzufügen: M_Prozess = 20 g unter dem Winkel θ_Prozess = 0°
   • Schwingungsmessung: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
   • Vektor: V₁ = 4,1∠110°
3. Einflusskoeffizient berechnen:
   • ΔV = V₁ − V₀ = (Vektorsubtraktion)
   • α = ΔV / (20 g ∠ 0°)
   • α gibt an, "wie stark sich die Schwingung pro Gramm hinzugefügter Masse verändert"."
4. Korrektur berechnen:
   • M_Korrektur = −V₀ / α
   • Ergebnis: M_Korrektur = 28,5 g im Winkel θ_Korrektur = 215°
5. Korrektur anwenden und überprüfen:
   • Testgewicht entfernen
   • 28,5 g bei 215° zugeben (gemessen von einer Referenzmarke am Rotor).
   • Messen Sie die endgültige Schwingung: A_Finale = 1,1 mm/s (Zielwert: <1,4 mm/s für Zone A)

Warum das funktioniert

Eine Unwucht erzeugt eine Zentrifugalkraft F = m × e × ω², wobei m die unausgewuchtete Masse, e ihre Exzentrizität und ω die Winkelgeschwindigkeit ist. Diese Kraft erzeugt Schwingungen. Durch Hinzufügen einer präzise berechneten Masse unter einem bestimmten Winkel erzeugen wir eine gleich und entgegengesetzt Die Zentrifugalkraft gleicht die ursprüngliche Unwucht aus. Die Software Balanset-1A führt die komplexen Vektorberechnungen automatisch durch und leitet den Techniker durch den Prozess.

11. Physik und Formelsammlung

Grundlagen der Signalverarbeitung

Beziehung zwischen Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung

Für sinusförmige Schwingung Bei der Frequenz f (Hz) werden die Beziehungen zwischen Auslenkung (d), Geschwindigkeit (v) und Beschleunigung (a) durch die Differentialrechnung bestimmt:

Wichtigste Erkenntnis: Die Geschwindigkeit ist proportional zur Frequenz mal Auslenkung. Die Beschleunigung ist proportional zur Frequenz² mal Auslenkung. Deshalb:

• Bei niedrige Frequenzen (< 10 Hz), ist die Auslenkung der kritische Parameter
• Bei Mittenfrequenzen (10–1000 Hz), die Geschwindigkeit korreliert gut mit der Energie und ist frequenzunabhängig
• Bei hohe Frequenzen (> 1000 Hz) wird die Beschleunigung dominant

Effektivwert vs. Spitzenwert

Die Effektivwert (RMS) Der Wert repräsentiert die effektive Energie eines Signals. Für eine reine Sinuswelle gilt:

Warum RMS? RMS korreliert direkt mit dem Leistung und Ermüdungsstress auf Maschinenkomponenten einwirkend. Ein Schwingungssignal mit V_Effektivwert = 4,5 mm/s liefert unabhängig von der Komplexität der Wellenform die gleiche mechanische Energie.

Breitband-RMS-Berechnung

Bei einem komplexen Signal mit mehreren Frequenzkomponenten (wie in realen Maschinen):

Wo jedes V_RMS,i Stellt die Effektivamplitude bei einer bestimmten Frequenz dar (1×, 2×, 3× usw.). Dies ist der von Schwingungsanalysatoren angezeigte "Gesamtwert", der für die Zonenbewertung nach ISO 20816-3 verwendet wird.

Balanset-1A Signalverarbeitungsarchitektur

Praktisches Beispiel: Diagnostischer Rundgang

Szenario: Eine 75 kW Kreiselpumpe, die mit 1480 U/min (24,67 Hz) auf einem starren Betonfundament läuft.

Schritt 1: Klassifizierung

• Leistung: 75 kW → Gruppe 2 (15–300 kW)
• Fundament: Starr (durch Aufpralltest bestätigt)
• Ermitteln Sie die Schwellenwerte A/B, B/C und C/D anhand Ihrer Standardvorlage/Spezifikation und geben Sie diese in den Rechner ein.

Schritt 2: Messung mit Balanset-1A

• Beschleunigungsmesser an den Pumpenlagergehäusen (außen und innen) montieren
• "Vibrometer"-Modus aktivieren (F5)
• Einstellbarer Frequenzbereich: 10–1000 Hz
• Rekord-RMS-Geschwindigkeit: 6,2 mm/s

Schritt 3: Zonenbewertung

Vergleichen Sie den Messwert (z. B. 6,2 mm/s RMS) mit den von Ihnen eingegebenen Schwellenwerten: oben C/D → ZONE D; zwischen B/C und C/D → ZONE C, usw.

Schritt 4: Spektrale Diagnose

Wechseln Sie in den FFT-Modus. Das Spektrum zeigt Folgendes:

• 1× Komponente (24,67 Hz): 5,8 mm/s — Dominant
• 2× Komponente (49,34 Hz): 1,2 mm/s — Geringfügig
• Andere Frequenzen: Vernachlässigbar

Diagnose: Hohe 1×-Schwingung mit stabiler Phase → Unwucht

Schritt 5: Ausbalancieren mit Balanset-1A

Wechseln Sie in den Modus "Ein-Ebenen-Auswuchten":

• Erster Durchlauf: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
• Probegewicht: Füge 20 Gramm bei 0° (beliebiger Winkel) hinzu.
• Probelauf: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
• Die Software berechnet: Korrekturmasse = 28,5 Gramm bei einem Winkel von 215°
• Korrektur angewendet: Probegewicht entfernen, 28,5 g bei 215° hinzufügen.
• Verifizierungslauf: A_Finale = 1,1 mm/s

Schritt 6: Überprüfung der Einhaltung

1,1 mm/s < 1,4 mm/s (A/B-Grenze) → ZONE A — Hervorragender Zustand!

Die Pumpe erfüllt nun die Anforderungen der ISO 20816-3 für den uneingeschränkten Langzeitbetrieb. Es wird ein Bericht mit Spektraldiagrammen erstellt, der die Werte vor (6,2 mm/s, Zone D) und nach (1,1 mm/s, Zone A) der Maßnahme dokumentiert.

Warum Geschwindigkeit das primäre Kriterium ist

Die Schwingungsgeschwindigkeit korreliert gut mit der Schwingungsstärke über einen weiten Frequenzbereich, weil:

• Geschwindigkeit bezieht sich auf Energie auf das Fundament und die Umgebung übertragen
• Die Geschwindigkeit ist relativ unabhängig von der Frequenz für typische Industrieanlagen
• Bei sehr niedrigen Frequenzen (<10 Hz) wird die Auslenkung zum begrenzenden Faktor.
• Bei sehr hohen Frequenzen (>1000 Hz) spielt die Beschleunigung eine wichtige Rolle (insbesondere für die Lagerdiagnose).

Statische Auslenkung und Eigenfrequenz

Zur Beurteilung, ob ein Fundament starr oder flexibel ist:

Schätzung der kritischen Drehzahl

Erste kritische Drehzahl eines einfachen Rotors:

15. Häufige Fehler und Fallstricke bei der Anwendung von ISO 20816-3

16. Integration in eine umfassendere Zustandsüberwachungsstrategie

ISO 20816-3 Vibrationsgrenzwerte sind notwendig, aber nicht hinreichend Für ein umfassendes Maschinenzustandsmanagement. Integrieren Sie Vibrationsdaten mit:

• Ölanalyse: Verschleißpartikel, Viskositätsabfall, Verunreinigung
• Thermografie: Lagertemperaturen, Hotspots in der Motorwicklung, durch Fehlausrichtung verursachte Erwärmung
• Ultraschall: Früherkennung von Lagerschmierungsausfällen, elektrische Lichtbogenbildung
• Motorstromsignaturanalyse (MCSA): Rotorstabdefekte, Exzentrizität, Lastschwankungen
• Prozessparameter: Durchflussrate, Druck, Leistungsaufnahme – Korrelation von Vibrationsspitzen mit Prozessstörungen

Das Balanset-1A bietet die Vibrationssäule Nutzen Sie die Archivierungs- und Trendfunktionen dieser Strategie, um eine historische Datenbank aufzubauen. Verknüpfen Sie Vibrationsereignisse mit Wartungsberichten, Ölprobenentnahmedaten und Betriebsprotokollen.

17. Regulatorische und vertragliche Erwägungen

Abnahmeprüfung (Neue Maschinen)

Das ist wichtig: Zonengrenzen dienen typischerweise als Richtlinie für die Zustandsbewertung, Akzeptanzkriterien Die Spezifikationen für eine neue Maschine werden im Vertrag/in der Spezifikation festgelegt und zwischen Lieferant und Kunde vereinbart.

Balanset-1A-Rolle: Bei Werksabnahmetests (FAT) oder Baustellenabnahmetests (SAT) überprüft das Balanset-1A die vom Hersteller angegebenen Schwingungspegel. Es werden dokumentierte Berichte erstellt, die die Einhaltung der vertraglichen Grenzwerte belegen.

Versicherung und Haftung

In einigen Rechtsordnungen ist der Betrieb von Maschinen in Zone D Im Falle eines Totalausfalls kann der Versicherungsschutz erlöschen. Dokumentierte Bewertungen gemäß ISO 20816-3 belegen die gebotene Sorgfalt bei der Maschinenpflege.

18. Zukünftige Entwicklungen: Erweiterung der ISO 20816-Normenreihe

Die Normenreihe ISO 20816 wird kontinuierlich weiterentwickelt. Zukünftige Teile und Überarbeitungen umfassen:

• ISO 20816-6: Hubkolbenmaschinen (ersetzt ISO 10816-6)
• ISO 20816-7: Rotodynamische Pumpen (ersetzt ISO 10816-7)
• ISO 20816-8: Hubkolbenkompressorsysteme (neu)
• ISO 20816-21: Windkraftanlagen (ersetzt ISO 10816-21)

Diese Normen werden ähnliche Ansätze zur Zonenbegrenzung verfolgen, jedoch mit maschinenspezifischen Anpassungen. Das Balanset-1A mit seiner flexiblen Konfiguration und seinem breiten Frequenz-/Amplitudenbereich bleibt auch nach Veröffentlichung dieser Normen kompatibel.

19. Fallstudien

Fallbeispiel 1: Fehldiagnose durch doppelte Messung vermieden

Maschine: 5-MW-Dampfturbine, 3000 U/min, Gleitlager

Situation: Die Schwingung des Lagergehäuses betrug 3,0 mm/s (Zone B, akzeptabel). Die Bediener meldeten jedoch ungewöhnliche Geräusche.

Untersuchung: Balanset-1A ist an vorhandene Näherungssensoren angeschlossen. Wellenschwingung = 180 μm pp. Berechneter B/C-Grenzwert (Anhang B) = 164 μm. Welle in Zone C!

Grundursache: Ölfilminstabilität (Ölwirbel). Die Gehäuseschwingungen waren aufgrund der Dämpfung der Wellenbewegung durch die hohe Sockelmasse gering. Eine alleinige Betrachtung der Gehäusemessung hätte diesen gefährlichen Zustand übersehen.

Aktion: Der Ölversorgungsdruck des Lagers wurde angepasst, das Lagerspiel durch Nachjustieren verringert. Die Wellenschwingung wurde auf 90 μm (Zone A) reduziert.

Fallstudie 2: Ausbalancieren rettet einen kritischen Ventilator

Maschine: 200 kW Saugzugventilator, 980 U/min, flexible Kupplung

Anfangszustand: Vibration = 7,8 mm/s (Zone D). Die Anlage erwägt eine Notabschaltung und einen Lageraustausch ($50.000, 3-tägiger Stillstand).

Balanset-1A-Diagnose: Die FFT zeigt 1× = 7,5 mm/s, 2× = 0,8 mm/s. Phasenstabil. Unwucht, keine Lagerschäden.

Feldausgleich: Zwei-Ebenen-Auswuchtung vor Ort in 4 Stunden durchgeführt. Endgültige Schwingung = 1,6 mm/s (Zone A).

Das Ergebnis: Stillstand vermieden, 1.400.000 TP$ eingespart. Ursache: Erosion der Schaufelvorderkanten durch abrasiven Staub. Behoben durch Auswuchten; Schaufelüberholung beim nächsten planmäßigen Stillstand vorgesehen.

20. Fazit und bewährte Verfahren

Der Übergang zu ISO 20816-3:2022 Dies stellt eine Weiterentwicklung der Schwingungsanalyse dar und erfordert einen physikalisch fundierten, dualen Ansatz zur Beurteilung des Maschinenzustands. Wichtigste Erkenntnisse:

Die Balanset-1A-System Das System erfüllt die Anforderungen der ISO 20816-3 in hohem Maße. Seine technischen Spezifikationen – Frequenzbereich, Genauigkeit, Sensorflexibilität und Software-Workflow – ermöglichen es Instandhaltungsteams, Abweichungen nicht nur zu diagnostizieren, sondern diese durch präzises Auswuchten aktiv zu beheben. Durch die Kombination von diagnostischer Spektrumanalyse und korrigierender Auswuchtfunktion versetzt das Balanset-1A Zuverlässigkeitsingenieure in die Lage, Industrieanlagen innerhalb der Zone A/B zu halten und so Langlebigkeit, Sicherheit und unterbrechungsfreie Produktion zu gewährleisten.

Referenzstandards und Bibliographie

Normative Verweise (Abschnitt 2 der ISO 20816-3)

Verwandte Normen der ISO 20816-Reihe

Ergänzende Standards

Historischer Kontext (Ersetzte Standards)

ISO 20816-3:2022 ersetzt die folgenden Normen:

• ISO 10816-3:2009 — Bewertung von Maschinenschwingungen durch Messungen an nicht rotierenden Teilen — Teil 3: Industriemaschinen mit einer Nennleistung über 15 kW und Nenndrehzahlen zwischen 120 U/min und 15.000 U/min
• ISO 7919-3:2009 — Mechanische Schwingungen — Bewertung von Maschinenschwingungen durch Messungen an rotierenden Wellen — Teil 3: Gekoppelte Industriemaschinen

Die Integration der Gehäuseschwingungen (10816) und Wellenschwingungen (7919) in einen einheitlichen Standard beseitigt frühere Unklarheiten und bietet einen kohärenten Bewertungsrahmen.

Anhang DA (informativ) – Entsprechung der referenzierten internationalen Normen zu nationalen und zwischenstaatlichen Normen

Bei der Anwendung dieser Norm wird empfohlen, entsprechende nationale und zwischenstaatliche Normen anstelle der referenzierten internationalen Normen zu verwenden. Die folgende Tabelle zeigt das Verhältnis zwischen den in Abschnitt 2 genannten ISO-Normen und ihren nationalen Entsprechungen.

Anmerkung: In dieser Tabelle wird folgende übliche Bezeichnung für den Grad der Übereinstimmung verwendet:

• IDT — Identische Standards

Nationale Normen können unterschiedliche Veröffentlichungsdaten haben, sind aber technisch mit den referenzierten ISO-Normen gleichwertig. Konsultieren Sie stets die aktuellsten Ausgaben der nationalen Normen, um die neuesten Anforderungen zu erfahren.

Bibliographie

Die folgenden Dokumente werden in ISO 20816-3 zu Informationszwecken referenziert:

Historischer Hinweis: Referenz [16] (Rathbone, 1939) stellt die Pionierarbeit dar, die die Grundlage für die Verwendung der Geschwindigkeit als primäres Schwingungskriterium schuf.