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 την κατάσταση κραδασμών του βιομηχανικού εξοπλισμού που ορίζονται στο ISO 10816-1 και στα παράγωγα πρότυπά του. Το έγγραφο εξετάζει την εξέλιξη της τυποποίησης από το ISO 2372 έως το τρέχον ISO 20816, εξηγεί τη φυσική σημασία των μετρούμενων παραμέτρων και περιγράφει τη μεθοδολογία αξιολόγησης της σοβαρότητας των κραδασμών. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην πρακτική εφαρμογή αυτών των κανόνων με τη χρήση του φορητού συστήματος ζυγοστάθμισης και διάγνωσης Balanset-1A. Η έκθεση περιέχει λεπτομερή περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών του οργάνου, των αλγορίθμων λειτουργίας του σε λειτουργίες δονησιμέτρου και ζυγοστάθμισης, καθώς και μεθοδολογικές οδηγίες για την εκτέλεση μετρήσεων ώστε να διασφαλίζεται η συμμόρφωση με τα κριτήρια αξιοπιστίας και ασφάλειας για περιστρεφόμενα μηχανήματα.

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 που μετράται σε μικρόμετρα (μm). Αυτή η παράμετρος είναι κρίσιμη για μηχανές χαμηλών στροφών (κάτω από 600 στροφές ανά λεπτό) και για την αξιολόγηση των αποστάσεων στα έδρανα κοχλία, όπου είναι σημαντικό να αποφευχθεί η επαφή του ρότορα με τον στάτη. Στο πλαίσιο του ISO 10816-1, η μετατόπιση έχει περιορισμένη χρήση, διότι σε υψηλές συχνότητες ακόμη και μικρές μετατοπίσεις μπορούν να δημιουργήσουν καταστροφικές δυνάμεις.

Ταχύτητα δόνησης (Ταχύτητα): Η ταχύτητα του σημείου της επιφάνειας μετρούμενη σε χιλιοστά ανά δευτερόλεπτο (mm/s). Αυτή είναι η καθολική παράμετρος για το εύρος συχνοτήτων από 10 έως 1000 Hz, η οποία καλύπτει τις κύριες μηχανικές ατέλειες: ανισορροπία, κακή ευθυγράμμιση και χαλαρότητα. Το ISO 10816 υιοθετεί την ταχύτητα δόνησης ως το πρωταρχικό κριτήριο αξιολόγησης. Το πρότυπο καθορίζει την τιμή RMS (μέση τετραγωνική ρίζα), η οποία χαρακτηρίζει τη μέση ενέργεια της δόνησης.

Επιτάχυνση δόνησης (Επιτάχυνση): Ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας δόνησης που μετράται σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο (m/s²) ή σε μονάδες g (1 g = 9,81 m/s²). Η επιτάχυνση χαρακτηρίζει τις αδρανειακές δυνάμεις και είναι πιο ευαίσθητη σε διεργασίες υψηλής συχνότητας (από 1000 Hz και πάνω), όπως ελαττώματα ρουλεμάν κύλισης σε πρώιμο στάδιο, προβλήματα πλέγματος γραναζιών και ηλεκτρικές βλάβες σε κινητήρες.

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

Η κατανόηση των σημερινών απαιτήσεων απαιτεί την ανάλυση της ιστορικής τους εξέλιξης. Η εξέλιξη των προτύπων κραδασμών καλύπτει περισσότερες από πέντε δεκαετίες:

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 (περιβλήματα 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.

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

Πρόβλημα προσδιορισμού τύπου θεμελίωσης (άκαμπτο έναντι εύκαμπτου)

Το πρότυπο ορίζει ένα θεμέλιο ως άκαμπτο εάν η πρώτη ιδιοσυχνότητα του συστήματος "μηχανή-θεμέλιο" είναι πάνω από την κύρια συχνότητα διέγερσης (συχνότητα περιστροφής). Ένα θεμέλιο είναι εύκαμπτο εάν η ιδιοσυχνότητά του 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.
• Το ίδιο φυσικό μηχάνημα μπορεί να αλλάξει κατηγορία αν μετακινηθεί από ένα θεμέλιο σε άλλο — αυτό είναι σημαντικό να το θυμάστε όταν μεταφέρετε εξοπλισμό.

2.3. Ζώνες αξιολόγησης κραδασμών

Αντί για μια δυαδική αξιολόγηση "καλό/κακό", το πρότυπο προσφέρει μια κλίμακα τεσσάρων ζωνών που υποστηρίζει τη συντήρηση με βάση την κατάσταση:

2.4. Οριακές τιμές δόνησης

Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις οριακές τιμές της RMS ταχύτητας δόνησης (mm/s) σύμφωνα με το παράρτημα Β του ISO 10816-1. Οι τιμές αυτές είναι εμπειρικές και χρησιμεύουν ως κατευθυντήριες γραμμές εάν δεν υπάρχουν οι προδιαγραφές του κατασκευαστή.

Πίνακας 2.2. Τιμές ορίων ζώνης (ISO 10816-1 Παράρτημα Β)

Οπτική σύγκριση: Όρια ζωνών ανά κατηγορία μηχανής

Αναλυτική ερμηνεία. Θεωρήστε την τιμή 4,5 mm/s. Για τις μικρές μηχανές (κλάση Ι) αυτό είναι το όριο της κατάστασης έκτακτης ανάγκης (C/D), η οποία απαιτεί διακοπή λειτουργίας. Για τις μεσαίου μεγέθους μηχανές (κλάση II) αυτό είναι το μέσο της ζώνης "απαιτεί προσοχή". Για μεγάλες μηχανές σε άκαμπτη βάση (κλάση III) αυτό είναι μόνο το όριο μεταξύ των ζωνών "ικανοποιητική" και "μη ικανοποιητική". Για μηχανές σε εύκαμπτο θεμέλιο (κλάση IV) αυτό είναι ένα κανονικό επίπεδο δονήσεων λειτουργίας (ζώνη Β). Αυτή η εξέλιξη καταδεικνύει τον κίνδυνο της χρήσης καθολικών ορίων χωρίς κατάλληλη ταξινόμηση.

2.5. Δύο κριτήρια αξιολόγησης: Απόλυτη τιμή έναντι σχετικής μεταβολής

Το ISO 10816-1 ορίζει δύο ανεξάρτητα κριτήρια αξιολόγησης που πρέπει να εφαρμόζονται ταυτόχρονα:

Κριτήριο I — Μέγεθος κραδασμών: Η απόλυτη ευρυζωνική RMS ταχύτητα δόνησης σε σύγκριση με τα όρια ζώνης. Αυτό είναι το πρωταρχικό κριτήριο που περιγράφεται στους παραπάνω πίνακες.

Κριτήριο II — Μεταβολή των κραδασμών: Σημαντική μεταβολή (αύξηση ή μείωση) του επιπέδου κραδασμών σε σχέση με την καθορισμένη γραμμή βάσης, ανεξάρτητα από το αν το απόλυτο επίπεδο υπερβαίνει ένα όριο ζώνης. Μια ξαφνική μεταβολή άνω των 25% στο επίπεδο κραδασμών μπορεί να υποδηλώνει μια αναπτυσσόμενη βλάβη, ακόμη και αν το μηχάνημα παραμένει στη ζώνη Β. Αντίθετα, μια ξαφνική μείωση μπορεί να υποδηλώνει ότι μια ζεύξη έχει αποτύχει ή ένα εξάρτημα έχει αποσπαστεί.

Κεφάλαιο 3. Πλήρης επισκόπηση της σειράς ISO 10816 / 20816

Το πρότυπο ISO 10816 δημοσιεύθηκε ως σειρά πολλαπλών μερών, όπου το μέρος 1 παρέχει το γενικό πλαίσιο και τα επόμενα μέρη καθορίζουν ειδικές απαιτήσεις για διάφορους τύπους μηχανών. Η κατανόηση του μέρους που ισχύει για τον συγκεκριμένο εξοπλισμό σας είναι απαραίτητη για τη σωστή αξιολόγηση.

Πίνακας 3.0. Πλήρης κατάλογος των μερών ISO 10816 και των αντικαταστατών τους ISO 20816

3.1. Σειρά ISO 7919 (Δονήσεις άξονα) - Τώρα μέρος του ISO 20816

Ενώ το ISO 10816 επικεντρώθηκε αποκλειστικά στους κραδασμούς του περιβλήματος, η παράλληλη σειρά ISO 7919 αφορούσε τους κραδασμούς του άξονα που μετρήθηκαν με τη χρήση ανιχνευτών προσέγγισης χωρίς επαφή (αισθητήρες δινορευμάτων). Για κρίσιμες περιστρεφόμενες μηχανές, όπως μεγάλους ατμοστρόβιλους, αεριοστρόβιλους και γεννήτριες, η σχετική δόνηση του άξονα είναι συχνά η πιο κατατοπιστική παράμετρος, επειδή μετρά άμεσα την κίνηση του ρότορα εντός των διακένων των εδράνων του.

Η ενοποίηση αυτών των δύο σειρών στο ISO 20816 αντικατοπτρίζει τη σύγχρονη αντίληψη ότι η ολοκληρωμένη παρακολούθηση της κατάστασης των κρίσιμων μηχανών απαιτεί τόσο τις δονήσεις του περιβλήματος (για τη δομική αξιολόγηση) όσο και τις δονήσεις του άξονα (για τη δυναμική αξιολόγηση του ρότορα).

3.2. Σχετικά διεθνή πρότυπα

Το ISO 10816 δεν υπάρχει μεμονωμένα. Διάφορα συνοδευτικά πρότυπα καθορίζουν τις προδιαγραφές των αισθητήρων, την ποιότητα εξισορρόπησης και τη μεθοδολογία μέτρησης:

3.3. Σχέση μεταξύ της Ποιότητας Εξισορρόπησης ISO 1940 και των Ζωνών Δόνησης ISO 10816

Ένα από τα πιο συνηθισμένα ερωτήματα στην πράξη είναι πώς ο βαθμός ποιότητας ζυγοστάθμισης (τιμή G κατά ISO 1940) σχετίζεται με τις ζώνες δόνησης του ISO 10816. Αν και δεν υπάρχει ακριβής μαθηματικός τύπος που να τις συνδέει (η σχέση εξαρτάται από τη δυσκαμψία των εδράνων, τη μάζα της μηχανής και τη δυναμική της στήριξης), υπάρχει μια γενική συσχέτιση:

• Ο βαθμός ποιότητας ζυγοστάθμισης G2.5 (τυπικός για ανεμιστήρες, αντλίες, κινητήρες) γενικά επιτυγχάνει τη Ζώνη A ή B σε σωστά εγκατεστημένα μηχανήματα.
• Ο βαθμός ζυγοστάθμισης G6.3 (γενικά μηχανήματα) συνήθως επιτυγχάνει τη Ζώνη Β, αλλά μπορεί να είναι στη Ζώνη C για άκαμπτες, ελαφρές κατασκευές.
• Ο βαθμός ποιότητας ζυγοστάθμισης G16 (γεωργικός εξοπλισμός, θραυστήρες) αντιστοιχεί συνήθως σε Ζώνη C ή χειρότερη σύμφωνα με το ISO 10816.

Το σύστημα Balanset-1A μπορεί να επιτύχει ποιότητα ζυγοστάθμισης G2.5 και καλύτερη, η οποία συμβάλλει άμεσα στην ικανοποίηση των απαιτήσεων της ζώνης Α του ISO 10816.

Κεφάλαιο 4. Ιδιαιτερότητες 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.

4.1. Ομάδες μηχανών στο 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, ή ηλεκτρικές μηχανές με ύψος άξονα μεγαλύτερο από 315 mm, που λειτουργούν σε ταχύτητες περιστροφής μεταξύ 120 RPM και 15,000 RPM.

Ομάδα 2: Μεσαίου μεγέθους μηχανές με ονομαστική ισχύ από 15 kW έως 300 kW, ή ηλεκτρικές μηχανές με ύψος άξονα από 160 mm έως 315 mm, σε ταχύτητες λειτουργίας μεταξύ 120 RPM και 15,000 RPM.

4.2. Όρια κραδασμών στο ISO 10816-3

Τα όρια εξαρτώνται από τον τύπο θεμελίωσης (άκαμπτο / εύκαμπτο), ο οποίος παραμένει ο ίδιος ορισμός όπως στο Μέρος 1.

Πίνακας 4.1. Όρια κραδασμών σύμφωνα με το ISO 10816-3 (RMS, mm/s)

Σύνθεση δεδομένων. Η σύγκριση των πινάκων ISO 10816-1 και ISO 10816-3 δείχνει ότι το ISO 10816-3 επιβάλλει αυστηρότερες απαιτήσεις για τις μηχανές μεσαίας ισχύος (ομάδα 2) σε άκαμπτα θεμέλια. 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 δάπεδο από σκυρόδεμα, θα πρέπει να επικεντρωθείτε στη στήλη "Ομάδα 2 / άκαμπτο" αυτού του πίνακα, όπου η μετάβαση στη ζώνη έκτακτης ανάγκης γίνεται στα 4,5 mm/s.

4.3. Πρόσθετες απαιτήσεις του ISO 10816-3

Το ISO 10816-3 προσθέτει σημαντικές διατάξεις πέραν των βασικών ορίων ζώνης:

• Δοκιμές αποδοχής: Για τα πρόσφατα εγκατεστημένα ή επισκευασμένα μηχανήματα, οι δονήσεις πρέπει να ανήκουν στη ζώνη Α. Εάν ανήκουν στη ζώνη Β, συνιστάται έρευνα για τον προσδιορισμό της αιτίας.
• Λειτουργικοί συναγερμοί: Το πρότυπο συνιστά τον καθορισμό δύο επιπέδων συναγερμού - ALERT (συνήθως στο όριο B/C) και DANGER (στο όριο C/D). Αυτά μπορούν να εφαρμοστούν σε συστήματα συνεχούς παρακολούθησης.
• Μεταβατικές συνθήκες: Το πρότυπο αναγνωρίζει ότι κατά τη διάρκεια της εκκίνησης και του τερματισμού λειτουργίας, οι δονήσεις μπορεί να υπερβούν προσωρινά τα όρια σταθερής κατάστασης, ιδίως κατά τη διέλευση από κρίσιμες ταχύτητες (συντονισμοί).
• Συζευγμένες μηχανές: Για συζευγμένο εξοπλισμό (π.χ. σύνολα κινητήρα-αντλίας), κάθε μηχανή θα πρέπει να αξιολογείται ξεχωριστά με τη χρήση των ορίων που αντιστοιχούν στην ταξινόμηση της ομάδας της.

Κεφάλαιο 5. Αρχιτεκτονική υλικού του συστήματος Balanset-1A

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

5.1. 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.

Ολοκλήρωση σήματος. Επειδή το πρότυπο ISO 10816 απαιτεί την αξιολόγηση της ταχύτητας κραδασμού (mm/s), το σήμα από τα επιταχυνσιόμετρα ολοκληρώνεται 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) στο εύρος από 0,05 έως 100 mm/s. Αυτό το εύρος καλύπτει πλήρως όλες τις ζώνες αξιολόγησης ISO 10816 (από τη ζώνη A 45 mm/s για τις μεγαλύτερες μηχανές).

5.2. 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 5 Hz - 550 Hz. Το κατώτερο όριο των 5 Hz (300 στροφές ανά λεπτό) υπερβαίνει ακόμη και την πρότυπη απαίτηση του ISO 10816 για 10 Hz και υποστηρίζει τη διάγνωση μηχανών χαμηλής ταχύτητας. Το ανώτερο όριο των 550 Hz καλύπτει έως και την 11η αρμονική για μηχανές με συχνότητα περιστροφής 3000 στροφών ανά λεπτό (50 Hz), η οποία είναι επαρκής για την ανίχνευση ανισορροπίας (1×), κακής ευθυγράμμισης (2×, 3×) και χαλάρωσης. Προαιρετικά, το εύρος συχνοτήτων μπορεί να επεκταθεί στα 1000 Hz, καλύπτοντας πλήρως όλες τις τυπικές απαιτήσεις.

Ακρίβεια πλάτους. Το σφάλμα μέτρησης πλάτους είναι ±5% της πλήρους κλίμακας. Για εργασίες επιχειρησιακής 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 μοίρας. Αν και η φάση δεν ρυθμίζεται από το ISO 10816, είναι εξαιρετικά σημαντική για τη διαδικασία εξισορρόπησης.

5.3. Κανάλι στροφόμετρου

Το κιτ περιλαμβάνει ένα στροφόμετρο λέιζερ (οπτικός αισθητήρας) που εκτελεί δύο λειτουργίες: μετρά την ταχύτητα του ρότορα (RPM) από 150 έως 60.000 στροφές ανά λεπτό (σε ορισμένες εκδόσεις έως 100.000 στροφές ανά λεπτό), καθιστώντας δυνατό να προσδιοριστεί εάν η δόνηση είναι σύγχρονη με τη συχνότητα περιστροφής (1×) ή ασύγχρονη- και παράγει ένα σήμα φάσης αναφοράς (σήμα φάσης) για σύγχρονο μέσο όρο και υπολογισμό των γωνιών μάζας διόρθωσης κατά την εξισορρόπηση.

5.4. 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.

Πίνακας 5.1. Βασικές προδιαγραφές του Balanset-1A σε σχέση με τις απαιτήσεις του ISO 10816

Κεφάλαιο 6. Μεθοδολογία μέτρησης και αξιολόγηση ISO 10816 με χρήση Balanset-1A

6.1. Προετοιμασία για τις μετρήσεις

Προσδιορίστε το μηχάνημα. Καθορίστε την κατηγορία ή την ομάδα μηχανημάτων (σύμφωνα με τα κεφάλαια 2 και 4 της παρούσας έκθεσης). Για παράδειγμα, ένας "ανεμιστήρας 45 kW σε μονωτήρες κραδασμών" ανήκει στην ομάδα 2 (ISO 10816-3) με εύκαμπτο θεμέλιο.

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

Τοποθετήστε τους αισθητήρες. Εγκαταστήστε τους αισθητήρες σε περιβλήματα ρουλεμάν - όχι σε λεπτά καλύμματα, προστατευτικά ή περιβλήματα από λαμαρίνα. Χρησιμοποιήστε μαγνητικές βάσεις και βεβαιωθείτε ότι ο μαγνήτης κάθεται σταθερά σε καθαρή, επίπεδη επιφάνεια. Η βαφή ή η σκουριά κάτω από τον μαγνήτη λειτουργεί ως αποσβεστήρας και μειώνει τις ενδείξεις υψηλής συχνότητας. Διατηρήστε την ορθογωνιότητα: εκτελέστε μετρήσεις σε κάθετη (V), οριζόντια (H) και αξονική (A) κατεύθυνση σε κάθε έδρανο. Το Balanset-1A διαθέτει δύο κανάλια, ώστε να μπορείτε να μετράτε ταυτόχρονα V και H σε ένα έδρανο.

6.2. Λειτουργία δονησιμέτρου (F5)

Το λογισμικό Balanset-1A διαθέτει ειδική λειτουργία για την αξιολόγηση ISO 10816. Εκτελέστε το πρόγραμμα, πατήστε F5 (ή κάντε κλικ στο κουμπί "F5 - Δονησιόμετρο" στο περιβάλλον εργασίας) και, στη συνέχεια, πατήστε F9 (Εκτέλεση) για να ξεκινήσετε την απόκτηση δεδομένων.

Ανάλυση δεικτών:

• RMS (Σύνολο): Το όργανο εμφανίζει τη συνολική RMS ταχύτητα δόνησης (V1s, V2s). Αυτή είναι η τιμή που συγκρίνετε με τα όρια του προτύπου που είναι γραμμένα σε πίνακα.
• 1 × δόνηση: Το όργανο εξάγει το πλάτος της δόνησης στην περιστροφική συχνότητα (σύγχρονη συνιστώσα).

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

6.3. Φασματική ανάλυση (FFT)

Εάν οι συνολικές δονήσεις υπερβαίνουν το όριο (ζώνη C ή D), πρέπει να προσδιορίσετε την αιτία. Η λειτουργία F5 περιλαμβάνει μια καρτέλα διαγραμμάτων με απεικόνιση φάσματος FFT.

• Μια κυρίαρχη κορυφή στο 1× (συχνότητα περιστροφής) υποδεικνύει ανισορροπία.
• Οι κορυφές στις 2×, 3× υποδεικνύουν κακή ευθυγράμμιση ή χαλαρότητα.
• Ο "θόρυβος" υψηλής συχνότητας ή ένα δάσος αρμονικών υποδεικνύει ελαττώματα στα έδρανα κύλισης.
• Η συχνότητα διέλευσης πτερυγίων (αριθμός πτερυγίων × στροφές ανά λεπτό) υποδεικνύει αεροδυναμικά προβλήματα σε έναν ανεμιστήρα ή υδραυλικά προβλήματα σε μια αντλία.
• 2× συχνότητα γραμμής (100 Hz ή 120 Hz) υποδεικνύει ηλεκτρικές βλάβες στους κινητήρες (εκκεντρότητα στάτη, σπασμένες ράβδοι δρομέα).

Το Balanset-1A παρέχει αυτές τις απεικονίσεις, οι οποίες το μετατρέπουν από απλό "μετρητή συμμόρφωσης" σε πλήρες διαγνωστικό εργαλείο.

6.4. Σημεία μέτρησης και κατευθύνσεις

Το πρότυπο ISO 10816-1 συνιστά τη μέτρηση των δονήσεων σε τρεις αμοιβαία κάθετες κατευθύνσεις σε κάθε θέση έδρασης. Για μια τυπική μηχανή με δύο έδρανα, αυτό σημαίνει έως και έξι σημεία μέτρησης (3 κατευθύνσεις × 2 έδρανα). Στην πράξη, οι σημαντικότερες μετρήσεις είναι οι εξής:

• Κάθετη (V): Πιο ευαίσθητο σε ανισορροπία. Συνήθως δίνει τις υψηλότερες ενδείξεις επειδή τα έδρανα έχουν μικρότερη δυσκαμψία στην κατακόρυφη κατεύθυνση.
• Οριζόντια (H): Ευαίσθητο στην κακή ευθυγράμμιση και τη χαλαρότητα. Οι οριζόντιες δονήσεις που υπερβαίνουν σημαντικά τις κατακόρυφες δονήσεις συχνά υποδεικνύουν μαλακό πόδι ή χαλαρές βίδες.
• Αξονική (Α): Οι αυξημένοι αξονικοί κραδασμοί (άνω του 50% των ακτινικών κραδασμών) υποδηλώνουν κακή ευθυγράμμιση, λυγισμένο άξονα ή ανισορρόπητο ρότορα σε πρόβολο.

Η υψηλότερη ένδειξη μεταξύ όλων των σημείων και κατευθύνσεων μέτρησης χρησιμοποιείται συνήθως για την αξιολόγηση κατά ISO 10816. Καταγράφετε πάντα όλες τις μετρήσεις για ανάλυση τάσεων.

Κεφάλαιο 7. 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 των ορίων του ISO 10816, το επόμενο βήμα είναι η εξισορρόπηση. Το Balanset-1A εφαρμόζει τη μέθοδο του συντελεστή επιρροής (μέθοδος τριών διαδρομών).

7.1. Θεωρία εξισορρόπησης

Η ανισορροπία εμφανίζεται όταν το κέντρο μάζας του δρομέα δεν συμπίπτει με τον άξονα περιστροφής του. Αυτό προκαλεί φυγόκεντρη 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.

7.2. Διαδικασία εξισορρόπησης ενός επιπέδου

Χρησιμοποιήστε αυτή τη διαδικασία για στενούς ρότορες (ανεμιστήρες, τροχαλίες, δίσκους). Επιλέξτε τη λειτουργία F2 στο πρόγραμμα.

Εκτέλεση 0 — Αρχικό: Εκκινήστε το ρότορα, πατήστε F9. Το όργανο μετρά την αρχική δόνηση (πλάτος και φάση). Παράδειγμα: 8,5 mm/s στις 120°.

Εκτέλεση 1 — Δοκιμαστικό βάρος: Σταματήστε τον ρότορα, τοποθετήστε ένα δοκιμαστικό βάρος γνωστής μάζας (π.χ. 10 g) σε μια αυθαίρετη θέση. Εκκινήστε τον ρότορα, πατήστε F9. Παράδειγμα: 5,2 mm/s στις 160°.

Υπολογισμός και διόρθωση: Το πρόγραμμα υπολογίζει αυτόματα τη μάζα και τη γωνία του διορθωτικού βάρους. Για παράδειγμα, το όργανο μπορεί να δώσει οδηγίες: "Προσθέστε 15 g σε γωνία 45° από τη θέση του δοκιμαστικού βάρους". Οι λειτουργίες του Balanset υποστηρίζουν διαιρεμένα βάρη: εάν δεν μπορείτε να τοποθετήσετε το βάρος στην υπολογισμένη θέση, το πρόγραμμα το διαιρεί σε δύο βάρη για τοποθέτηση, για παράδειγμα, σε πτερύγια ανεμιστήρων.

Εκτέλεση 2 — Επαλήθευση: Εγκαταστήστε το υπολογισμένο βάρος διόρθωσης (αφαιρώντας το δοκιμαστικό βάρος εάν απαιτείται). Εκκινήστε τον ρότορα και επιβεβαιώστε ότι οι υπολειμματικοί κραδασμοί έχουν μειωθεί στη Ζώνη A ή B σύμφωνα με το ISO 10816 (για παράδειγμα, κάτω από 2,8 mm/s για την Ομάδα 2 / άκαμπτη βάση).

7.3. Εξισορρόπηση δύο επιπέδων

Οι μακριοί 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 8. Πρακτικά σενάρια και ερμηνεία (Μελέτες περίπτωσης)

Κεφάλαιο 9. Σχέση μεταξύ παραμέτρων δόνησης: Μετατόπιση, Ταχύτητα, Επιτάχυνση

Η κατανόηση της μαθηματικής σχέσης μεταξύ των τριών παραμέτρων δόνησης είναι σημαντική για τη μετατροπή μεταξύ τους και για την κατανόηση του λόγου για τον οποίο το ISO 10816 επέλεξε την ταχύτητα ως πρωταρχικό μέτρο.

Για μια απλή αρμονική κίνηση στη συχνότητα f (Hz):

• Εκτόπισμα: D = D₀ - sin(2πft), μετρούμενο σε μm (κορυφή ή κορυφή-προς-κορυφή)
• Ταχύτητα: V = 2πf - D₀ - cos(2πft), μετρούμενο σε mm/s
• Επιτάχυνση: A = (2πf)² - D₀ - sin(2πft), μετρούμενο σε m/s²

Οι βασικές σχέσεις (για τις μέγιστες τιμές στη συχνότητα f):

• V_κορυφή (mm/s) = π - f - D_σελ. (μm) / 1000
• A_κορυφή (m/s²) = 2πf - V_κορυφή (mm/s) / 1000

Αυτό εξηγεί γιατί η μετατόπιση είναι κυρίαρχη στις χαμηλές συχνότητες και η επιτάχυνση είναι κυρίαρχη στις υψηλές συχνότητες, ενώ η ταχύτητα παρέχει μια σχετικά επίπεδη (ανεξάρτητη από τη συχνότητα) αναπαράσταση της εντατικότητας κραδασμού σε όλο το τυπικό εύρος ταχυτήτων της μηχανής. Μια σταθερή τιμή ταχύτητας αντιπροσωπεύει σταθερή τάση στη δομή ανεξάρτητα από τη συχνότητα - αυτός είναι ο βασικός λόγος για τον οποίο το ISO 10816 χρησιμοποιεί την ταχύτητα.

Πίνακας 9.1. Πρακτικά παραδείγματα μετατροπής σε 50 Hz (3000 στροφές ανά λεπτό)

Κεφάλαιο 10. Συνήθη σφάλματα μέτρησης και πώς να τα αποφύγετε

Ακόμη και με ένα σωστά βαθμονομημένο όργανο όπως το Balanset-1A, τα σφάλματα μέτρησης μπορεί να οδηγήσουν σε εσφαλμένα συμπεράσματα. Ακολουθούν οι πιο συνηθισμένες παγίδες:

10.1. Σφάλματα τοποθέτησης αισθητήρων

Πρόβλημα: Αισθητήρας τοποθετημένος σε προστατευτικό, λεπτό κάλυμμα ή χαλαρή κατασκευή αντί για το περίβλημα του ρουλεμάν. Αυτό προκαλεί ψευδώς υψηλές ενδείξεις λόγω των δομικών αντηχήσεων του καλύμματος, οδηγώντας σε περιττές διακοπές λειτουργίας.

Λύση: Τοποθετείτε πάντα απευθείας στο περίβλημα του ρουλεμάν. Χρησιμοποιήστε μαγνητική τοποθέτηση σε καθαρή, επίπεδη, μεταλλική επιφάνεια. Για επιφάνειες με χρώμα πάχους άνω των 0,1 mm, ξύστε μια μικρή περιοχή μέχρι το γυμνό μέταλλο.

10.2. Λάθος ταξινόμηση μηχανής

Πρόβλημα: Η εφαρμογή των ορίων της κατηγορίας Ι σε έναν συμπιεστή 200 kW (ο οποίος θα έπρεπε να ανήκει στην ομάδα 2 σύμφωνα με το ISO 10816-3) οδηγεί σε πρόωρους συναγερμούς.

Λύση: Προσδιορίζετε πάντοτε την ονομαστική ισχύ, την ταχύτητα και τον τύπο θεμελίωσης του μηχανήματος πριν επιλέξετε το εφαρμοστέο πρότυπο και την ομάδα.

10.3. Αγνόηση των συνθηκών λειτουργίας

Πρόβλημα: Μέτρηση κραδασμών κατά την εκκίνηση ή σε μερικό φορτίο. Τα όρια του ISO 10816 ισχύουν για τη σταθερή λειτουργία σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας.

Λύση: Αφήστε το μηχάνημα να φτάσει σε θερμική ισορροπία και κανονική ταχύτητα/φορτίο λειτουργίας πριν από την καταγραφή των μετρήσεων. Για τους ηλεκτροκινητήρες, αυτό συνήθως σημαίνει τουλάχιστον 15 λεπτά λειτουργίας.

10.4. Καλώδιο και ηλεκτρικός θόρυβος

Πρόβλημα: Η διέλευση καλωδίων αισθητήρων παράλληλα με καλώδια τροφοδοσίας εισάγει ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, προκαλώντας τεχνητά αυξημένες ενδείξεις, ιδίως στα 50/60 Hz και στις αρμονικές.

Λύση: Δρομολογήστε τα καλώδια αισθητήρων μακριά από τα καλώδια τροφοδοσίας. Χρησιμοποιήστε θωρακισμένα καλώδια όπου είναι δυνατόν. Τα καλώδια του Balanset-1A είναι θωρακισμένα εκ κατασκευής, αλλά η σωστή δρομολόγηση παραμένει σημαντική.

10.5. Μετρήσεις ενός σημείου

Πρόβλημα: Μέτρηση μόνο μιας κατεύθυνσης σε ένα ρουλεμάν και συμπέρασμα ότι "το μηχάνημα είναι εντάξει".

Λύση: Μετρήστε σε τουλάχιστον δύο κατευθύνσεις (V και H) σε κάθε έδρανο. Χρησιμοποιήστε την υψηλότερη ένδειξη για την αξιολόγηση κατά ISO 10816. Σημαντικές διαφορές μεταξύ των κατευθύνσεων μπορεί να υποδεικνύουν συγκεκριμένα σφάλματα (π.χ. οριζόντια > κατακόρυφη συχνά υποδεικνύει δομική χαλάρωση).

Συχνές ερωτήσεις (FAQ)

Συμπέρασμα

Το ISO 10816-1 και το εξειδικευμένο μέρος 3 παρέχουν μια θεμελιώδη βάση για τη διασφάλιση της αξιοπιστίας του βιομηχανικού εξοπλισμού. Η μετάβαση από την υποκειμενική αντίληψη στην ποσοτική εκτίμηση της ταχύτητας δόνησης (RMS, mm/s) επιτρέπει στους μηχανικούς να ταξινομούν αντικειμενικά την κατάσταση της μηχανής και να σχεδιάζουν τη συντήρηση με βάση τα πραγματικά δεδομένα και όχι με βάση αυθαίρετα χρονοδιαγράμματα.

Το σύστημα αξιολόγησης τεσσάρων ζωνών (A έως D) παρέχει μια καθολικά κατανοητή γλώσσα για την επικοινωνία της κατάστασης του μηχανήματος μεταξύ των ομάδων συντήρησης, της διοίκησης και των προμηθευτών εξοπλισμού. Σε συνδυασμό με τη φασματική ανάλυση, η μεθοδολογία αυτή επιτρέπει όχι μόνο την ανίχνευση προβλημάτων αλλά και τον εντοπισμό των βαθύτερων αιτιών - ανισορροπία, κακή ευθυγράμμιση, φθορά ρουλεμάν, χαλαρότητα και ηλεκτρικές βλάβες.

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 αγνόηση κρίσιμων επιπέδων δόνησης.

Τέλος της έκθεσης