Πρότυπο ISO 10816-1 και εφαρμογή οργάνων διάγνωσης κραδασμών με χρήση του συστήματος Balanset-1A

Περίληψη

Η παρούσα έκθεση παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη ανάλυση των διεθνών κανονιστικών απαιτήσεων για τις συνθήκες δόνησης του βιομηχανικού εξοπλισμού που ορίζονται στο πρότυπο ISO 10816-1 και στα παράγωγα πρότυπα. Το έγγραφο εξετάζει την εξέλιξη της τυποποίησης από το πρότυπο ISO 2372 έως το τρέχον πρότυπο ISO 20816, εξηγεί τη φυσική σημασία των μετρούμενων παραμέτρων και περιγράφει τη μεθοδολογία για την αξιολόγηση της σοβαρότητας των συνθηκών δόνησης. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην πρακτική εφαρμογή αυτών των κανόνων με τη χρήση του φορητού συστήματος εξισορρόπησης και διάγνωσης Balanset-1A. Η έκθεση περιέχει λεπτομερή περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών του οργάνου, των αλγορίθμων λειτουργίας του σε λειτουργίες δονησιμέτρου και εξισορρόπησης, καθώς και μεθοδολογικές οδηγίες για την εκτέλεση μετρήσεων με σκοπό τη διασφάλιση της συμμόρφωσης με τα κριτήρια αξιοπιστίας και ασφάλειας για περιστρεφόμενα μηχανήματα.

Συσκευές

Φορητή ζυγαριά και αναλυτής κραδασμών Balanset-1A

$2,385.16 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Ανταλλακτικά

Αισθητήρας δόνησης

$108.69 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Ανταλλακτικά

Οπτικός αισθητήρας (στροφόμετρο λέιζερ)

$149.75 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Συσκευές

Balanset-4

$8,215.81 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Ανταλλακτικά

Μαγνητική βάση μεγέθους 60-kgf

$55.55 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Ανταλλακτικά

Αντανακλαστική ταινία

$12.08 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Συσκευές

Δυναμικός εξισορροπιστής "Balanset-1A" OEM

$2,095.32 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Κεφάλαιο 1. Θεωρητικά θεμέλια της διάγνωσης κραδασμών και εξέλιξη της τυποποίησης

1.1. Φυσική φύση της δόνησης και επιλογή παραμέτρων μέτρησης

Η δόνηση, ως διαγνωστικός παράμετρος, είναι ο πιο ενημερωτικός δείκτης της δυναμικής κατάστασης ενός μηχανικού συστήματος. Σε αντίθεση με τη θερμοκρασία ή την πίεση, που είναι ολοκληρωμένοι δείκτες και συχνά αντιδρούν σε βλάβες με καθυστέρηση, το σήμα δόνησης μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με τις δυνάμεις που δρουν στο εσωτερικό του μηχανισμού σε πραγματικό χρόνο.

Το πρότυπο ISO 10816-1, όπως και τα προηγούμενα, βασίζεται στη μέτρηση της ταχύτητας δόνησης. Η επιλογή αυτή δεν είναι τυχαία και προκύπτει από την ενεργειακή φύση της βλάβης. Η ταχύτητα δόνησης είναι άμεσα ανάλογη με την κινητική ενέργεια της ταλαντούμενης μάζας και, συνεπώς, με τις καταπονήσεις κόπωσης που προκύπτουν στα εξαρτήματα των μηχανών.

Η διάγνωση κραδασμών χρησιμοποιεί τρεις βασικές παραμέτρους, καθεμία με το δικό της πεδίο εφαρμογής:

Μετατόπιση λόγω δόνησης (Μετατόπιση): Το πλάτος ταλάντωσης μετρούμενο σε μικρομέτρα (µm). Αυτή η παράμετρος είναι κρίσιμη για μηχανές χαμηλής ταχύτητας και για την αξιολόγηση των διακένων στα έδρανα, όπου είναι σημαντικό να αποφεύγεται η επαφή μεταξύ ρότορα και στάτορα. Στο πλαίσιο του προτύπου ISO 10816-1, η μετατόπιση έχει περιορισμένη χρήση, επειδή σε υψηλές συχνότητες ακόμη και μικρές μετατοπίσεις μπορούν να δημιουργήσουν καταστροφικές δυνάμεις.

Ταχύτητα δόνησης (Ταχύτητα): Η ταχύτητα του σημείου επιφάνειας μετρούμενη σε χιλιοστά ανά δευτερόλεπτο (mm/s). Πρόκειται για μια καθολική παράμετρο για το εύρος συχνοτήτων από 10 έως 1000 Hz, η οποία καλύπτει τα κύρια μηχανικά ελαττώματα: ανισορροπία, κακή ευθυγράμμιση και χαλαρότητα. Το πρότυπο ISO 10816 υιοθετεί την ταχύτητα δόνησης ως το κύριο κριτήριο αξιολόγησης.

Επιτάχυνση δόνησης (Επιτάχυνση): Ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας δόνησης μετρούμενος σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο (m/s²) ή σε μονάδες g. Η επιτάχυνση χαρακτηρίζει τις αδρανειακές δυνάμεις και είναι πιο ευαίσθητη σε διαδικασίες υψηλής συχνότητας (από 1000 Hz και άνω), όπως ελαττώματα ρουλεμάν σε πρώιμο στάδιο ή προβλήματα εμπλοκής γραναζιών.

Το πρότυπο ISO 10816-1 εστιάζει στις ευρυζωνικές δονήσεις στην περιοχή 10–1000 Hz. Αυτό σημαίνει ότι το όργανο πρέπει να ενσωματώνει την ενέργεια όλων των ταλαντώσεων εντός αυτής της ζώνης και να παράγει μία μόνο τιμή — την τιμή της μέσης τετραγωνικής ρίζας (RMS). Η χρήση της RMS αντί της τιμής αιχμής δικαιολογείται επειδή η RMS χαρακτηρίζει τη συνολική ισχύ της ταλαντωτικής διαδικασίας στο χρόνο, η οποία είναι πιο σχετική για την αξιολόγηση της θερμικής και της κούρασης που επηρεάζουν τον μηχανισμό.

1.2. Ιστορικό πλαίσιο: Από το ISO 2372 στο ISO 20816

Για να κατανοήσουμε τις τρέχουσες απαιτήσεις, πρέπει να αναλύσουμε την ιστορική τους εξέλιξη.

ISO 2372 (1974): Το πρώτο παγκόσμιο πρότυπο που εισήγαγε την ταξινόμηση των μηχανών ανάλογα με την ισχύ τους. Καθόρισε τις κατηγορίες μηχανών (Κατηγορία I – Κατηγορία IV) και τις ζώνες αξιολόγησης (A, B, C, D). Αν και καταργήθηκε επίσημα το 1995, η ορολογία και η λογική αυτού του προτύπου εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως στην πρακτική της μηχανικής.

ISO 10816-1 (1995): Το πρότυπο αυτό αντικατέστησε τα πρότυπα ISO 2372 και ISO 3945. Η βασική καινοτομία του ήταν η σαφέστερη διάκριση των απαιτήσεων ανάλογα με τον τύπο θεμελίωσης (άκαμπτη έναντι εύκαμπτης). Το πρότυπο έγινε ένα “ομπρέλα” έγγραφο που ορίζει τις γενικές αρχές (Μέρος 1), ενώ οι συγκεκριμένες οριακές τιμές για διαφορετικούς τύπους μηχανών μεταφέρθηκαν σε επόμενα μέρη (Μέρος 2 — ατμοστρόβιλοι, Μέρος 3 — βιομηχανικές μηχανές, Μέρος 4 — αεριοστρόβιλοι κ.λπ.).

ISO 20816-1 (2016): Η σύγχρονη εκδοχή του προτύπου. Το ISO 20816 συνδυάζει τη σειρά 10816 (δόνηση μη περιστρεφόμενων εξαρτημάτων) και τη σειρά 7919 (δόνηση περιστρεφόμενων αξόνων). Αυτό είναι ένα λογικό βήμα, επειδή η πλήρης αξιολόγηση του κρίσιμου εξοπλισμού απαιτεί την ανάλυση και των δύο παραμέτρων. Ωστόσο, για τα περισσότερα βιομηχανικά μηχανήματα γενικής χρήσης (ανεμιστήρες, αντλίες), όπου η πρόσβαση στον άξονα είναι δύσκολη, η μεθοδολογία που βασίζεται σε μετρήσεις του περιβλήματος που εισήχθη στο ISO 10816 παραμένει κυρίαρχη.

Η παρούσα έκθεση επικεντρώνεται στα πρότυπα ISO 10816-1 και ISO 10816-3, καθώς τα εν λόγω έγγραφα αποτελούν τα κύρια εργαλεία εργασίας για περίπου το 90% του βιομηχανικού εξοπλισμού που διαγιγνώσκεται με φορητά όργανα όπως το Balanset-1A.

Κεφάλαιο 2. Λεπτομερής ανάλυση της μεθοδολογίας ISO 10816-1

2.1. Πεδίο εφαρμογής και περιορισμοί

Το πρότυπο ISO 10816-1 ισχύει για μετρήσεις κραδασμών που πραγματοποιούνται σε μη περιστρεφόμενα μέρη μηχανών (περίβλημα ρουλεμάν, πόδια, πλαίσια στήριξης). Το πρότυπο δεν ισχύει για κραδασμούς που προκαλούνται από ακουστικό θόρυβο και δεν καλύπτει παλινδρομικές μηχανές (καλύπτονται από το πρότυπο ISO 10816-6) που παράγουν συγκεκριμένες αδρανειακές δυνάμεις λόγω της αρχής λειτουργίας τους.

Ένα κρίσιμο στοιχείο είναι ότι το πρότυπο ρυθμίζει τις επιτόπιες μετρήσεις — σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας, όχι μόνο σε δοκιμαστικό πάγκο. Αυτό σημαίνει ότι τα όρια λαμβάνουν υπόψη την επίδραση της πραγματικής θεμελίωσης, των συνδέσεων σωληνώσεων και των συνθηκών λειτουργίας υπό φορτίο.

2.2. Ταξινόμηση εξοπλισμού

Ένα βασικό στοιχείο της μεθοδολογίας είναι η κατάταξη όλων των μηχανημάτων σε κατηγορίες. Η εφαρμογή των ορίων της κατηγορίας IV σε ένα μηχάνημα της κατηγορίας I μπορεί να οδηγήσει έναν μηχανικό να παραβλέψει μια επικίνδυνη κατάσταση, ενώ το αντίθετο μπορεί να οδηγήσει σε αδικαιολόγητες διακοπές λειτουργίας υγιούς εξοπλισμού.

Σύμφωνα με το Παράρτημα Β του προτύπου ISO 10816-1, οι μηχανές χωρίζονται στις ακόλουθες κατηγορίες:

Πίνακας 2.1. Ταξινόμηση μηχανών σύμφωνα με το πρότυπο ISO 10816-1

Τάξη	Περιγραφή	Τυπικές μηχανές	Τύπος θεμελίωσης
Τάξη Ι	Μεμονωμένα μέρη κινητήρων και μηχανών, δομικά συνδεδεμένα με το συγκρότημα. Μικρές μηχανές.	Ηλεκτρικοί κινητήρες έως 15 kW. Μικρές αντλίες, βοηθητικοί κινητήρες.	Οποιοδήποτε
Κατηγορία II	Μεσαίου μεγέθους μηχανήματα χωρίς ειδικά θεμέλια.	Ηλεκτρικοί κινητήρες 15–75 kW. Κινητήρες έως 300 kW σε άκαμπτη βάση. Αντλίες, ανεμιστήρες.	Συνήθως άκαμπτο
Τάξη III	Μεγάλα κινητήρια μηχανήματα και άλλα μεγάλα μηχανήματα με περιστρεφόμενες μάζες.	Τουρμπίνες, γεννήτριες, αντλίες υψηλής ισχύος (>75 kW).	Ακαμπτος
Κατηγορία IV	Μεγάλα κινητήρια μηχανήματα και άλλα μεγάλα μηχανήματα με περιστρεφόμενες μάζες.	Τουρμπογεννήτριες, αεριοστρόβιλοι (>10 MW).	Εύκαμπτος

Πρόβλημα προσδιορισμού του τύπου θεμελίωσης (άκαμπτη έναντι εύκαμπτης):

Το πρότυπο ορίζει ένα θεμέλιο ως άκαμπτο εάν η πρώτη φυσική συχνότητα του συστήματος “μηχανή-θεμέλιο” είναι πάνω από την κύρια συχνότητα διέγερσης (συχνότητα περιστροφής). Ένα θεμέλιο είναι εύκαμπτο εάν η φυσική του συχνότητα είναι κάτω από τη συχνότητα περιστροφής.

Στην πράξη αυτό σημαίνει:

• Μια μηχανή που είναι βιδωμένη σε ένα τεράστιο τσιμεντένιο δάπεδο εργαστηρίου ανήκει συνήθως σε μια κατηγορία με άκαμπτη βάση.
• Μια μηχανή που είναι τοποθετημένη σε απομονωτές κραδασμών (ελατήρια, ελαστικά μαξιλάρια) ή σε ένα ελαφρύ ατσάλινο πλαίσιο (για παράδειγμα, μια δομή ανώτερου επιπέδου) ανήκει σε μια κατηγορία με εύκαμπτη βάση.

Αυτή η διάκριση είναι κρίσιμη, διότι μια μηχανή που βρίσκεται σε εύκαμπτη βάση μπορεί να δονείται με μεγαλύτερο πλάτος χωρίς να δημιουργεί επικίνδυνες εσωτερικές τάσεις. Επομένως, τα όρια για την κλάση IV είναι υψηλότερα από αυτά της κλάσης III.

2.3. Ζώνες αξιολόγησης κραδασμών

Αντί για μια δυαδική αξιολόγηση “καλό/κακό”, το πρότυπο προσφέρει μια κλίμακα τεσσάρων ζωνών που υποστηρίζει τη συντήρηση βάσει κατάστασης.

Ζώνη Α (Καλή): Επίπεδο δόνησης για μηχανήματα που έχουν τεθεί σε λειτουργία πρόσφατα. Αυτή είναι η κατάσταση αναφοράς που πρέπει να επιτευχθεί μετά την εγκατάσταση ή τη γενική επισκευή.

Ζώνη Β (Ικανοποιητική): Μηχανές κατάλληλες για απεριόριστη μακροχρόνια λειτουργία. Το επίπεδο δόνησης είναι υψηλότερο από το ιδανικό, αλλά δεν απειλεί την αξιοπιστία.

Ζώνη Γ (Μη Ικανοποιητική): Μηχανές ακατάλληλες για μακροχρόνια συνεχή λειτουργία. Οι κραδασμοί φτάνουν σε επίπεδο που προκαλεί επιταχυνόμενη φθορά των εξαρτημάτων (ρουλεμάν, στεγανοποιητικά). Η λειτουργία είναι δυνατή για περιορισμένο χρονικό διάστημα υπό ενισχυμένη παρακολούθηση μέχρι την επόμενη προγραμματισμένη συντήρηση.

Ζώνη Δ (Μη Αποδεκτή): Επίπεδα δόνησης που μπορεί να προκαλέσουν καταστροφική βλάβη. Απαιτείται άμεση διακοπή λειτουργίας.

2.4. Οριακές τιμές δόνησης

Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις οριακές τιμές της ταχύτητας RMS των κραδασμών (mm/s) σύμφωνα με το Παράρτημα Β του προτύπου ISO 10816-1. Οι τιμές αυτές είναι εμπειρικές και χρησιμεύουν ως κατευθυντήριες γραμμές σε περίπτωση που δεν είναι διαθέσιμες οι προδιαγραφές του κατασκευαστή.

Πίνακας 2.2. Όρια ζώνης δόνησης (ISO 10816-1 Παράρτημα Β)

Όρια ζώνης	Κατηγορία I (mm/s)	Κατηγορία II (mm/s)	Κατηγορία III (mm/s)	Κατηγορία IV (mm/s)
Α / Β	0.71	1.12	1.80	2.80
Β / Γ	1.80	2.80	4.50	7.10
C / D	4.50	7.10	11.20	18.00

Αναλυτική ερμηνεία. Εξετάστε την τιμή 4,5 mm/s. Για μικρά μηχανήματα (Κατηγορία I) αυτή είναι η οριακή τιμή της κατάστασης έκτακτης ανάγκης (C/D), η οποία απαιτεί διακοπή λειτουργίας. Για μεσαίου μεγέθους μηχανήματα (Κατηγορία II), αυτό είναι το μέσο της ζώνης “απαιτεί προσοχή”. Για μεγάλα μηχανήματα σε άκαμπτη βάση (Κατηγορία III), αυτό είναι μόνο το όριο μεταξύ των ζωνών “ικανοποιητικό” και “μη ικανοποιητικό”. Για μηχανήματα σε εύκαμπτη βάση (Κατηγορία IV), αυτό είναι ένα κανονικό επίπεδο δόνησης λειτουργίας (Ζώνη B).

Αυτή η εξέλιξη δείχνει τον κίνδυνο της χρήσης καθολικών ορίων. Ένας μηχανικός που χρησιμοποιεί τον κανόνα “4,5 mm/s είναι κακό” για όλες τις μηχανές μπορεί είτε να παραβλέψει τη βλάβη μιας μικρής αντλίας είτε να απορρίψει αδικαιολόγητα έναν μεγάλο στροβιλοσυμπιεστή.

Κεφάλαιο 3. Ειδικά χαρακτηριστικά βιομηχανικών μηχανών: ISO 10816-3

Ενώ το πρότυπο ISO 10816-1 ορίζει το γενικό πλαίσιο, στην πράξη οι περισσότερες βιομηχανικές μονάδες (αντλίες, ανεμιστήρες, συμπιεστές άνω των 15 kW) διέπονται από το πιο συγκεκριμένο Μέρος 3 του προτύπου (ISO 10816-3). Είναι σημαντικό να κατανοήσετε τη διαφορά, επειδή το Balanset-1A χρησιμοποιείται συχνά για την εξισορρόπηση ανεμιστήρων και αντλιών που καλύπτονται από αυτό το μέρος.

3.1. Ομάδες μηχανών στο πρότυπο ISO 10816-3

Σε αντίθεση με τις τέσσερις κατηγορίες του Μέρους 1, το Μέρος 3 χωρίζει τις μηχανές σε δύο κύριες ομάδες:

Ομάδα 1: Μεγάλες μηχανές με ονομαστική ισχύ άνω των 300 kW. Σε αυτήν την ομάδα περιλαμβάνονται επίσης ηλεκτρικές μηχανές με ύψος άξονα μεγαλύτερο από 315 mm.

Ομάδα 2: Μηχανές μεσαίου μεγέθους με ονομαστική ισχύ από 15 kW έως 300 kW. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει ηλεκτρικές μηχανές με ύψος άξονα από 160 mm έως 315 mm.

3.2. Όρια δόνησης στο πρότυπο ISO 10816-3

Τα όρια εδώ εξαρτώνται επίσης από τον τύπο θεμελίωσης (άκαμπτη/εύκαμπτη).

Πίνακας 3.1. Όρια δόνησης σύμφωνα με το πρότυπο ISO 10816-3 (RMS, mm/s)

Κατάσταση (Ζώνη)	Ομάδα 1 (>300 kW) Άκαμπτο	Ομάδα 1 (>300 kW) Ευέλικτη	Ομάδα 2 (15–300 kW) Άκαμπτο	Ομάδα 2 (15–300 kW) Ευέλικτη
Α (Νέο)	< 2,3	< 3,5	< 1,4	< 2,3
B (Μακροχρόνια λειτουργία)	2,3 – 4,5	3,5 – 7,1	1,4 – 2,8	2,3 – 4,5
C (Περιορισμένη λειτουργία)	4,5 – 7,1	7,1 – 11,0	2,8 – 4,5	4,5 – 7,1
D (Ζημιά)	> 7.1	> 11,0	> 4.5	> 7.1

Σύνθεση δεδομένων. Η σύγκριση των πινάκων ISO 10816-1 και ISO 10816-3 δείχνει ότι το ISO 10816-3 επιβάλλει αυστηρότερες απαιτήσεις σε μηχανήματα μέσης ισχύος (Ομάδα 2) σε άκαμπτες βάσεις. Το όριο της Ζώνης D ορίζεται στα 4,5 mm/s, το οποίο συμπίπτει με το όριο για την Κατηγορία I στο Μέρος 1. Αυτό επιβεβαιώνει την τάση προς αυστηρότερα όρια για σύγχρονο, ταχύτερο και ελαφρύτερο εξοπλισμό. Όταν χρησιμοποιείτε το Balanset-1A για τη διάγνωση ενός ανεμιστήρα 45 kW σε τσιμεντένιο δάπεδο, θα πρέπει να εστιάσετε στη στήλη “Ομάδα 2 / Άκαμπτο” αυτού του πίνακα, όπου η μετάβαση στη ζώνη έκτακτης ανάγκης πραγματοποιείται στα 4,5 mm/s.

Κεφάλαιο 4. Αρχιτεκτονική υλικού του συστήματος Balanset-1A

Για να εφαρμόσετε τις απαιτήσεις του προτύπου ISO 10816/20816, χρειάζεστε ένα όργανο που παρέχει ακριβείς και επαναλαμβανόμενες μετρήσεις και ανταποκρίνεται στα απαιτούμενα εύρη συχνοτήτων. Το σύστημα Balanset-1A που αναπτύχθηκε από την Vibromera είναι μια ολοκληρωμένη λύση που συνδυάζει τις λειτουργίες ενός αναλυτή δονήσεων δύο καναλιών και ενός οργάνου εξισορρόπησης πεδίου.

4.1. Κανάλια μέτρησης και αισθητήρες

Το σύστημα Balanset-1A διαθέτει δύο ανεξάρτητα κανάλια μέτρησης κραδασμών (X1 και X2), τα οποία επιτρέπουν ταυτόχρονες μετρήσεις σε δύο σημεία ή σε δύο επίπεδα.

Τύπος αισθητήρα. Το σύστημα χρησιμοποιεί επιταχυνσιόμετρα (μετατροπείς δόνησης που μετρούν την επιτάχυνση). Αυτή είναι η σύγχρονη βιομηχανική πρότυπη μέθοδος, καθώς τα επιταχυνσιόμετρα παρέχουν υψηλή αξιοπιστία, ευρύ φάσμα συχνοτήτων και καλή γραμμικότητα.

Ενσωμάτωση σημάτων. Επειδή το πρότυπο ISO 10816 απαιτεί την αξιολόγηση της ταχύτητας δόνησης (mm/s), το σήμα από τα επιταχυνσιόμετρα ενσωματώνεται σε υλικό ή λογισμικό. Αυτό είναι ένα κρίσιμο βήμα επεξεργασίας σήματος και η ποιότητα του αναλογικού-ψηφιακού μετατροπέα παίζει καθοριστικό ρόλο.

Εύρος μέτρησης. Το όργανο μετρά την ταχύτητα δόνησης (RMS) στην περιοχή από 0,05 έως 100 mm/s. Αυτή η περιοχή καλύπτει πλήρως όλες τις ζώνες αξιολόγησης ISO 10816 (από τη Ζώνη Α 45 mm/s).

4.2. Χαρακτηριστικά συχνότητας και ακρίβεια

Τα μετρολογικά χαρακτηριστικά του Balanset-1A συμμορφώνονται πλήρως με τις απαιτήσεις του προτύπου.

Εύρος συχνοτήτων. Η βασική έκδοση του οργάνου λειτουργεί στη ζώνη συχνοτήτων 5 Hz – 550 Hz.

Το κατώτατο όριο των 5 Hz (300 rpm) υπερβαίνει ακόμη και την απαίτηση του προτύπου ISO 10816 των 10 Hz και υποστηρίζει τη διάγνωση μηχανών χαμηλής ταχύτητας. Το ανώτατο όριο των 550 Hz καλύπτει έως και την 11η αρμονική για μηχανές με συχνότητα περιστροφής 3000 rpm (50 Hz), η οποία είναι επαρκής για την ανίχνευση ανισορροπίας (1×), κακής ευθυγράμμισης (2×, 3×) και χαλαρότητας. Προαιρετικά, το εύρος συχνοτήτων μπορεί να επεκταθεί στα 1000 Hz, το οποίο καλύπτει πλήρως τις τυπικές απαιτήσεις.

Ακρίβεια πλάτους. Το σφάλμα μέτρησης πλάτους είναι ±5% της πλήρους κλίμακας. Για εργασίες λειτουργικής παρακολούθησης, όπου τα όρια των ζωνών διαφέρουν κατά εκατοντάδες τοις εκατό, αυτή η ακρίβεια είναι περισσότερο από επαρκής.

Ακρίβεια φάσης. Το όργανο μετρά τη γωνία φάσης με ακρίβεια ±1 μοίρα. Αν και η φάση δεν ρυθμίζεται από το πρότυπο ISO 10816, είναι εξαιρετικά σημαντική για το επόμενο βήμα — την εξισορρόπηση.

4.3. Κανάλι ταχομέτρου

Το κιτ περιλαμβάνει ένα ταχυμετρητή λέιζερ (οπτικός αισθητήρας) που εκτελεί δύο λειτουργίες:

• Μετρά την ταχύτητα του ρότορα (RPM) από 150 έως 60.000 rpm (σε ορισμένες εκδόσεις έως 100.000 rpm). Αυτό καθιστά δυνατή την αναγνώριση του εάν ο κραδασμός είναι συγχρονισμένος με τη συχνότητα περιστροφής (1×) ή ασύγχρονος.
• Δημιουργεί ένα σήμα φάσης αναφοράς (σήμα φάσης) για συγχρονισμένο μέσο όρο και υπολογισμό γωνιών διόρθωσης μάζας κατά τη διάρκεια της εξισορρόπησης.

4.4. Συνδέσεις και διάταξη

Το βασικό κιτ περιλαμβάνει καλώδια αισθητήρων μήκους 4 μέτρων (προαιρετικά 10 μέτρων). Αυτό αυξάνει την ασφάλεια κατά τη διάρκεια των επιτόπιων μετρήσεων. Τα μακριά καλώδια επιτρέπουν στον χειριστή να παραμένει σε ασφαλή απόσταση από τα περιστρεφόμενα μέρη του μηχανήματος, γεγονός που πληροί τις απαιτήσεις βιομηχανικής ασφάλειας για την εργασία με περιστρεφόμενο εξοπλισμό.

Κεφάλαιο 5. Μεθοδολογία μέτρησης και αξιολόγηση ISO 10816 με χρήση Balanset-1A

Αυτό το κεφάλαιο περιγράφει έναν αλγόριθμο βήμα προς βήμα για τη χρήση του οργάνου Balanset-1A για την εκτέλεση αξιολογήσεων κραδασμών.

5.1. Προετοιμασία για τις μετρήσεις

Προσδιορίστε το μηχάνημα. Προσδιορίστε την κατηγορία του μηχανήματος (σύμφωνα με τα κεφάλαια 2 και 3 της παρούσας έκθεσης). Για παράδειγμα, ένας “ανεμιστήρας 45 kW με αντιδονητικούς απομονωτές” ανήκει στην ομάδα 2 (ISO 10816-3) με εύκαμπτη βάση.

Εγκατάσταση λογισμικού. Εγκαταστήστε τα προγράμματα οδήγησης και το λογισμικό Balanset-1A από τη μονάδα USB που παρέχεται. Συνδέστε τη μονάδα διασύνδεσης στη θύρα USB του φορητού υπολογιστή.

Τοποθετήστε τους αισθητήρες.

• Εγκαταστήστε αισθητήρες στα περιβλήματα των ρουλεμάν. Μην τα τοποθετείτε σε λεπτά καλύμματα.
• Χρησιμοποιήστε μαγνητικές βάσεις. Βεβαιωθείτε ότι ο μαγνήτης είναι σταθερά τοποθετημένος στην επιφάνεια. Το χρώμα ή η σκουριά κάτω από τον μαγνήτη λειτουργούν ως αποσβεστήρες και μειώνουν τις μετρήσεις υψηλής συχνότητας.
• Διατηρήστε την ορθογώνια θέση: πραγματοποιήστε μετρήσεις σε κάθετη (V), οριζόντια (H) και αξονική (A) κατεύθυνση. Το Balanset-1A διαθέτει δύο κανάλια, ώστε να μπορείτε να μετρήσετε, για παράδειγμα, ταυτόχρονα τις κατευθύνσεις V και H σε ένα στήριγμα.

5.2. Λειτουργία δονησιμέτρου (F5)

Το λογισμικό Balanset-1A διαθέτει ειδική λειτουργία για αξιολόγηση σύμφωνα με το πρότυπο ISO 10816.

• Εκτελέστε το πρόγραμμα.
• Πατήστε F5 (ή κάντε κλικ στο κουμπί “F5 – Vibrometer” στη διεπαφή). Ανοίγει ένα παράθυρο πολυκαναλικού δονησιόμετρου.
• Πατήστε F9 (Εκτέλεση) για να ξεκινήσει η συλλογή δεδομένων.

Ανάλυση δεικτών.

• RMS (Σύνολο): Το όργανο εμφανίζει τη συνολική RMS ταχύτητα δόνησης (V1s, V2s). Αυτή είναι η τιμή που συγκρίνετε με τα όρια που αναφέρονται στον πίνακα του προτύπου.
• 1× Δόνηση: Το όργανο εξάγει το πλάτος της δόνησης στη συχνότητα περιστροφής.

Εάν η τιμή RMS είναι υψηλή (Ζώνη C/D) αλλά η συνιστώσα 1× είναι χαμηλή, το πρόβλημα δεν είναι η ανισορροπία. Μπορεί να είναι βλάβη στο ρουλεμάν, σπηλαίωση (για μια αντλία) ή ηλεκτρομαγνητικά προβλήματα. Εάν η RMS είναι κοντά στην τιμή 1× (για παράδειγμα, RMS = 10 mm/s, 1× = 9,8 mm/s), η ανισορροπία κυριαρχεί και η εξισορρόπηση θα μειώσει τους κραδασμούς κατά περίπου 95%.

5.3. Φασματική ανάλυση (FFT)

Εάν η συνολική δόνηση υπερβαίνει το όριο (Ζώνη C ή D), πρέπει να προσδιορίσετε την αιτία. Η λειτουργία F5 περιλαμβάνει μια καρτέλα Διαγράμματα.

Φάσμα. Το φάσμα δείχνει την αναλογία πλάτους προς συχνότητα.

• Μια κυρίαρχη κορυφή στο 1× (συχνότητα περιστροφής) υποδηλώνει ανισορροπία.
• Οι κορυφές στα 2×, 3× υποδηλώνουν κακή ευθυγράμμιση ή χαλαρότητα.
• Ο “θόρυβος” υψηλής συχνότητας ή μια σειρά αρμονικών υποδηλώνει ελαττώματα στα ρουλεμάν.
• Η συχνότητα διέλευσης των πτερυγίων (αριθμός πτερυγίων × στροφές ανά λεπτό) υποδεικνύει αεροδυναμικά προβλήματα σε έναν ανεμιστήρα ή υδραυλικά προβλήματα σε μια αντλία.

Το Balanset-1A παρέχει αυτές τις οπτικοποιήσεις, οι οποίες το μετατρέπουν από ένα απλό “μετρητή συμμόρφωσης” σε ένα πλήρες διαγνωστικό εργαλείο.

Κεφάλαιο 6. Η εξισορρόπηση ως μέθοδος διόρθωσης: Πρακτική χρήση του Balanset-1A

Όταν η διάγνωση (με βάση την κυριαρχία 1× στο φάσμα) υποδεικνύει την ανισορροπία ως την κύρια αιτία υπέρβασης του ορίου ISO 10816, το επόμενο βήμα είναι η εξισορρόπηση. Το Balanset-1A εφαρμόζει τη μέθοδο του συντελεστή επιρροής (μέθοδος τριών κύκλων).

6.1. Θεωρία εξισορρόπησης

Η ανισορροπία συμβαίνει όταν το κέντρο μάζας του ρότορα δεν συμπίπτει με τον άξονα περιστροφής του. Αυτό προκαλεί μια φυγόκεντρο δύναμη. F = m · r · ω² που παράγει δόνηση με συχνότητα περιστροφής. Ο στόχος της εξισορρόπησης είναι να προστεθεί μια μάζα διόρθωσης (βάρος) που παράγει μια δύναμη ίση σε μέγεθος και αντίθετη σε κατεύθυνση με τη δύναμη της ανισορροπίας.

6.2. Διαδικασία εξισορρόπησης σε ένα επίπεδο

Χρησιμοποιήστε αυτή τη διαδικασία για στενούς ρότορες (ανεμιστήρες, τροχαλίες, δίσκους).

Ρύθμιση.

• Τοποθετήστε τον αισθητήρα δόνησης (Κανάλι 1) κάθετα προς τον άξονα περιστροφής.
• Ρυθμίστε το λέιζερ ταχόμετρο και τοποθετήστε ένα αντανακλαστικό σημάδι ταινίας στον ρότορα.
• Στο πρόγραμμα, επιλέξτε F2 – Single Plane (Ενιαίο επίπεδο).

Εκτέλεση 0 – Αρχική.

• Εκκινήστε τον ρότορα. Πατήστε F9. Το όργανο μετρά την αρχική δόνηση (ένταση και φάση).
• Παράδειγμα: 8,5 mm/s στους 120°.

Τρέξιμο 1 – Δοκιμαστικό βάρος.

• Σταματήστε τον ρότορα.
• Τοποθετήστε ένα δοκιμαστικό βάρος γνωστής μάζας (για παράδειγμα, 10 g) σε μια τυχαία θέση.
• Εκκινήστε τον ρότορα. Πατήστε F9. Το όργανο καταγράφει την αλλαγή στον διάνυσμα δόνησης.
• Παράδειγμα: 5,2 mm/s στους 160°.

Υπολογισμός και διόρθωση.

• Το πρόγραμμα υπολογίζει αυτόματα τη μάζα και τη γωνία του βάρους διόρθωσης.
• Για παράδειγμα, το όργανο μπορεί να δώσει την εντολή: “Προσθέστε 15 g σε γωνία 45° από τη θέση του δοκιμαστικού βάρους”.”
• Οι λειτουργίες του Balanset υποστηρίζουν τη διαίρεση βαρών: εάν δεν μπορείτε να τοποθετήσετε το βάρος στη θέση που έχει υπολογιστεί, το πρόγραμμα το χωρίζει σε δύο βάρη για τοποθέτηση, για παράδειγμα, στις λεπίδες του ανεμιστήρα.

Εκτέλεση 2 – Επαλήθευση.

• Εγκαταστήστε το υπολογισμένο βάρος διόρθωσης (αφαιρώντας το δοκιμαστικό βάρος, εάν το απαιτεί το πρόγραμμα).
• Εκκινήστε τον ρότορα και βεβαιωθείτε ότι οι υπολειπόμενες δονήσεις έχουν μειωθεί στη Ζώνη Α ή Β σύμφωνα με το πρότυπο ISO 10816 (για παράδειγμα, κάτω από 2,8 mm/s).

6.3. Εξισορρόπηση δύο επιπέδων

Οι μακριές ρότορες (άξονες, τύμπανα θραυστήρων) απαιτούν δυναμική εξισορρόπηση σε δύο επίπεδα διόρθωσης. Η διαδικασία είναι παρόμοια, αλλά απαιτεί δύο αισθητήρες δόνησης (X1, X2) και τρεις δοκιμές (αρχική, δοκιμαστικό βάρος στο επίπεδο 1, δοκιμαστικό βάρος στο επίπεδο 2). Χρησιμοποιήστε τη λειτουργία F3 για αυτή τη διαδικασία.

Κεφάλαιο 7. Πρακτικά σενάρια και ερμηνεία (μελέτες περιπτώσεων)

Σενάριο 1: Βιομηχανικός ανεμιστήρας εξαγωγής (45 kW)

Πλαίσιο. Ο ανεμιστήρας είναι εγκατεστημένος σε στέγη πάνω σε απομονωτές κραδασμών τύπου ελατηρίου.

Ταξινόμηση. ISO 10816-3, Ομάδα 2, εύκαμπτη βάση.

Μέτρηση. Το Balanset-1A σε λειτουργία F5 εμφανίζει RMS = 6,8 mm/s.

Ανάλυση.

• Σύμφωνα με τον Πίνακα 3.1, το όριο B/C για το “Ευέλικτο” είναι 4,5 mm/s και το όριο C/D είναι 7,1 mm/s.

Συμπέρασμα. Ο ανεμιστήρας λειτουργεί στη Ζώνη C (περιορισμένη λειτουργία), πλησιάζοντας τη Ζώνη D έκτακτης ανάγκης.

Διαγνωστικά. Το φάσμα παρουσιάζει μια ισχυρή κορυφή 1×.

Δράση. Απαιτείται εξισορρόπηση. Μετά την εξισορρόπηση με το Balanset-1A, το επίπεδο δόνησης μειώθηκε σε 1,2 mm/s (Ζώνη Α). Η βλάβη αποτράπηκε.

Σενάριο 2: Αντλία τροφοδοσίας λέβητα (200 kW)

Πλαίσιο. Η αντλία είναι σταθερά τοποθετημένη σε μια μαζική βάση από σκυρόδεμα.

Ταξινόμηση. ISO 10816-3, Ομάδα 2, άκαμπτη βάση.

Μέτρηση. Το Balanset-1A εμφανίζει RMS = 5,0 mm/s.

Ανάλυση.

• Σύμφωνα με τον Πίνακα 3.1, το όριο C/D για το “Άκαμπτο” είναι 4,5 mm/s.

Συμπέρασμα. Η αντλία λειτουργεί στη Ζώνη D (κατάσταση έκτακτης ανάγκης). Μια τιμή 5,0 mm/s είναι ήδη απαράδεκτη για άκαμπτη τοποθέτηση.

Διαγνωστικά. Το φάσμα παρουσιάζει μια σειρά αρμονικών και υψηλό επίπεδο θορύβου. Η κορυφή 1× είναι χαμηλή.

Δράση. Η εξισορρόπηση δεν θα βοηθήσει. Το πρόβλημα πιθανόν να βρίσκεται στα ρουλεμάν ή στην σπηλαίωση. Η αντλία πρέπει να σταματήσει για μηχανική επιθεώρηση.

Κεφάλαιο 8. Συμπέρασμα

Το πρότυπο ISO 10816-1 και το εξειδικευμένο Μέρος 3 του παρέχουν μια θεμελιώδη βάση για τη διασφάλιση της αξιοπιστίας του βιομηχανικού εξοπλισμού. Η μετάβαση από την υποκειμενική αντίληψη στην ποσοτική αξιολόγηση της ταχύτητας δόνησης (RMS, mm/s) επιτρέπει στους μηχανικούς να ταξινομούν αντικειμενικά την κατάσταση των μηχανημάτων και να προγραμματίζουν τη συντήρηση με βάση την πραγματική κατάσταση.

Η εφαρμογή αυτών των προτύπων με τη χρήση του συστήματος Balanset-1A έχει αποδειχθεί αποτελεσματική. Το όργανο παρέχει μετρήσεις μετρολογικής ακρίβειας στην περιοχή 5–550 Hz (καλύπτοντας πλήρως τις τυπικές απαιτήσεις για τα περισσότερα μηχανήματα) και προσφέρει τη λειτουργικότητα που απαιτείται για τον εντοπισμό των αιτίων των αυξημένων κραδασμών (φασματική ανάλυση) και την εξάλειψή τους (εξισορρόπηση).

Για τις εταιρείες εκμετάλλευσης, η εφαρμογή τακτικής παρακολούθησης με βάση τη μεθοδολογία ISO 10816 και όργανα όπως το Balanset-1A αποτελεί άμεση επένδυση στη μείωση του λειτουργικού κόστους. Η δυνατότητα διάκρισης της Ζώνης Β από τη Ζώνη Γ βοηθά στην αποφυγή τόσο πρόωρων επισκευών υγιών μηχανημάτων όσο και καταστροφικών βλαβών που προκαλούνται από την παραβίαση κρίσιμων επιπέδων δόνησης.

Τέλος της έκθεσης