ISO 20816-8 Kolbkompressorite vibratsioonipiirid

Mis on ISO 20816-8 ja miks see on kolbkompressorite puhul oluline?

ISO 20816-8 on rahvusvaheline standard, mis määratleb vibratsiooni tugevuse hindamise kriteeriumid spetsiaalselt kolbkompressoritele, sealhulgas protsessigaasi, õhu ja külmutusseadmete tüüpidele. See määrab kindlaks neli vibratsioonitsooni (A, B, C, D), mis põhinevad mõõdetud kiirusel mm/s RMS-is, aidates inseneridel kindlaks teha, kas kompressor töötab vastuvõetavate piiride piires või vajab parandavat tegevust.

Kolbkompressorid erinevad põhimõtteliselt pöörlevatest masinatest, näiteks tsentrifugaal- või aksiaalkompressoritest. Kolb-väntmehhanism ja pulseerivad gaasijõud, mis on omased kolbkonstruktsioonidele, tekitavad normaalse töö ajal oluliselt kõrgema vibratsioonitaseme. Seetõttu eksisteerib ISO 20816-8 ISO 20816 perekonna eraldi osana – pöörlevate masinate standardite (nagu ISO 20816-3) piirväärtuste rakendamine kolbkompressoritele annaks eksitavaid ja liiga konservatiivseid hinnanguid.

The Vibratsioonipiirid — kolbkompressorid Selle inseneritööriistakomplekti tasuta veebitööriist rakendab brauseripõhises kalkulaatoris ISO 20816-8 tsoonide klassifikatsiooni. Insenerid saavad sisestada mõõdetud vibratsioonikiiruse, valida kompressori tüübi ja vundamendi tüübi ning saada koheselt sobiva vibratsioonitsooni koos töösoovitustega – arvutustabeleid ega käsitsi tabelite otsimist pole vaja.

Millised on ISO 20816-8 vibratsioonitsoonide piirid jäikade vundamentide jaoks?

Jäigale betoon- või terasplokkvundamendile paigaldatud ja otse hoonekonstruktsiooniga ühendatud kolbkompressorite puhul määratleb ISO 20816-8 kolm tsoonipiiri: A/B kiirusel 7,1 mm/s RMS, B/C kiirusel 14,0 mm/s RMS ja C/D kiirusel 28,0 mm/s RMS. Tsoon A tähistab äsja kasutusele võetud või suurepärast seisukorda, tsoon D aga näitab vibratsiooni, mis on piisavalt tugev, et põhjustada kahjustusi.

Tsooni piir	Kiiruse piirang (mm/s RMS)	Operatiivne tõlgendamine
A/B	7.1	Üleminek äsja kasutusele võetud (suurepärasest) seisundist pikaajaliseks tööks vastuvõetavaks
B/C	14.0	Üleminek vastuvõetavalt käitamiselt piiratud käitamisele – uurimine on soovitatav
C/D	28.0	Üleminek piiratud olekust ohtlikule – kahjustumise oht tegevuse jätkumisel

Jäigad vundamendid on rafineerimistehastes ja keemiatehastes suurte protsessigaasikompressorite kõige levinum paigaldusmeetod. Vundamendi mass ja jäikus piiravad raami liikumist, mistõttu on tsoonide piirid madalamad võrreldes painduvate (vedruisolatsiooniga) paigaldistega. Näiteks jäiga vundamendiga protsessigaasikompressori näit 12 mm/s RMS jääb tsooni B – see on vastuvõetav piiranguteta pikaajaliseks tööks.

Millised on ISO 20816-8 vibratsioonitsoonide piirid painduvatele (vedruisolatsiooniga) vundamentidele?

Vedruga isoleeritud või painduvale alusele paigaldatud kolbkompressorite puhul lubab ISO 20816-8 kõrgemaid vibratsiooni piirväärtusi: A/B 9,0 mm/s RMS, B/C 18,0 mm/s RMS ja C/D 36,0 mm/s RMS. Suuremad lubatud hälbed kajastavad asjaolu, et vedruga isoleerimine võimaldab raami suuremat liikumist, vähendades samal ajal ümbritsevale konstruktsioonile edastatavat vibratsiooni.

Tsooni piir	Jäik vundament (mm/s RMS)	Paindlik alus (mm/s RMS)	Suurenda tegurit
A/B	7.1	9.0	×1,27
B/C	14.0	18.0	×1,29
C/D	28.0	36.0	×1,29

Vedruga isoleeritud paigaldised on levinud õhukompressorite ja külmutuskompressorite puhul hoonetes, kus tuleb minimeerida konstruktsioonile edastatavat vibratsiooni. Paindlik vundament võimaldab kompressori raamil madalatel sagedustel vabamalt liikuda, neelates inertsjõude, mitte neid edasi kandes. Enne vundamendi kasutamist peavad insenerid õigesti kindlaks määrama oma vundamendi tüübi. Vibratsioonipiirid — kolbkompressorid tööriist; vale vundamenditüübi valimine võib tsoonide klassifikatsiooni ühe tsooni võrra nihutada ja viia valede hooldusotsusteni.

Kuidas on kolbkompressori vibratsioonipiirid võrreldavad pöörleva masina vibratsioonipiiridega?

Kolbkompressoritel on oluliselt kõrgemad vastuvõetavad vibratsioonitasemed kui pöörlevatel masinatel. Jäigale alusele paigaldatud kolbkompressorite A-tsooni ülempiir on 7,1 mm/s RMS – umbes 2,5 korda suurem kui standardi ISO 20816-3 kohane tüüpiline A-tsooni piirväärtus pöörlevatel masinatel 2,8 mm/s RMS. See erinevus tuleneb asjaolust, et kolbmehhanism tekitab loomupäraselt kõrgemat vibratsiooni, mida peetakse normaalseks tööks.

Parameeter	Kolbkompressorid (ISO 20816-8, jäigad)	Pöörlevad masinad (ISO 20816-3, 2. grupp)	Suhe
Tsooni A/B piir	7,1 mm/s RMS	2,8 mm/s RMS	2,5×
Tsooni B/C piir	14,0 mm/s RMS	7,1 mm/s RMS	2,0×
Tsooni C/D piir	28,0 mm/s RMS	18,0 mm/s RMS	1,6×
Peamine vibratsiooniallikas	Kolvi-väntvõlli inertsjõud, gaasi pulsatsioon	Rootori tasakaalustamatus, joondusviga	—
Domineeriva sageduse sisu	1×, 2× ja kõrgemad jooksukiiruse astmed	Peamiselt 1× jooksukiirus	—

See võrdlus toob esile olulise inseneriprintsiibi: vibratsioonipiirangud on masinatüübispetsiifilised. Pöörleva masina piirangute rakendamine kolbkompressorile põhjustaks peaaegu iga seadme liigse vibratsiooni märgistamise, mis tooks kaasa tarbetuid seiskamisi ja hooldusressursside raiskamist. Seevastu kolbkompressorile piirangute rakendamine võib jätta tõeliselt ohtliku vibratsiooni avastamata. Vibratsioonipiirid — kolbkompressorid tööriist tagab, et õige standard rakendatakse automaatselt vastavalt kasutaja masinavalikule.

Mida tähendavad neli vibratsioonitsooni (A, B, C, D) standardis ISO 20816-8?

Standardis ISO 20816-8 on neli tsooni, mis liigitavad vibratsiooni tugevuse tegutsemist vajavateks kategooriateks: tsoon A tähistab suurepärast seisukorda, mis on tüüpiline äsja kasutusele võetud masinatele, tsoon B näitab vastuvõetavat pikaajalist töötamist, tsoon C tähendab, et vibratsioon on saavutanud taseme, mis nõuab uurimist ja töötamise piiramist, ning tsoon D tähistab peatset kahjustumise ohtu, mis nõuab viivitamatut tegutsemist.

1. Tsoon A — Uutele kasutusele võetud või hiljuti kapitaalremonditud kolbkompressoritele iseloomulikud vibratsioonitasemed. Meetmeid pole vaja. See on vastuvõtukatsete lähtetase.
2. Tsoon B — Vibratsioonitasemed on vastuvõetavad piiranguteta pikaajaliseks tööks. Enamik tavapärases hoolduses olevaid kompressoreid töötab selles tsoonis. Jälgimist tuleks jätkata tavapäraste intervallidega.
3. Tsoon C — Vibratsioonitasemed, mis ei ole pidevaks tööks vastuvõetavad. Kompressor võib töötada piiratud aja jooksul, kuni parandusmeetmed on kavandatud, kuid algpõhjuse uurimine tuleks alustada kohe. Levinud põhjuste hulka kuuluvad kulunud ristpea juhikud, lõdvad vundamendipoldid või gaasipulsatsiooni resonants.
4. Tsoon D — Vibratsioonitase on piisavalt tugev, et põhjustada kompressori, torustiku või vundamendi kiiret kahjustamist. Soovitatav on kohene seiskamine või koormuse vähendamine. Jätkuv töötamine tsoonis D võib põhjustada laagrite, väntvõlli või rõhu all olevate komponentide katastroofilise rikke.

Tsoonisüsteem pakub universaalset suhtlusraamistikku käitamise, hoolduse ja töökindluse insenerimeeskondade vahel. Selle asemel, et arutada, kas konkreetne vibratsiooninumber on “kõrge” või “madal”, saavad meeskonnad viidata ISO 20816-8 tsoonide klassifikatsioonile, et teha erinevate kompressoritüüpide ja -paigaldiste puhul ühtseid otsuseid.

Milliseid kompressoritüüpe hõlmab standard ISO 20816-8?

ISO 20816-8 hõlmab kõiki kolbkompressorite peamisi kategooriaid: rafineerimistehastes ja keemiatehastes kasutatavad protsessigaasi kompressorid, tehaste kommunaalteenuste jaoks mõeldud tööstuslikud õhukompressorid ning HVAC- ja tööstuslikes jahutussüsteemides kasutatavad külmutuskompressorid. Kõigi kolme tüübi puhul kehtib sama tsoonipiiride struktuur, mida eristab ainult vundamendi tüüp (jäik või painduv).

• Protsessigaasi kompressorid — Tavaliselt suured, mitmeastmelised, aeglase kiirusega (300–600 p/min) masinad, mis käitlevad vesinikku, maagaasi, etüleeni ja muid protsessigaase. Tavaliselt paigaldatud jäigale raudbetoonvundamendile. Need masinad esindavad kõige ohtlikumaid rakendusi tuleohtlike või mürgiste ainete tõttu.
• Õhukompressorid — Keskmise suurusega kuni suured kolbkompressorid (tavaliselt 500–1800 p/min), mida kasutatakse tehase õhuvarustuseks. Sageli paigaldatakse need kas jäigale või painduvale vundamendile, olenevalt paigaldusnõuetest. Õhukompressori vibratsiooniprobleemid tulenevad sageli klapi lagunemisest või survelaadija rikkest.
• Külmutuskompressorid — Avatud ajamiga või poolhermeetilised kolbkompressorid, mida kasutatakse ammoniaagi jahutussüsteemides, tööstuslikes jahutites ja külmhoonetes. Need võivad töötada suurematel kiirustel (900–1750 p/min) ja on sageli vedruisolatsiooniga, et minimeerida müra ja vibratsiooni ülekandumist asustatud ruumidesse.

The Vibratsioonipiirid — kolbkompressorid Tööriist toetab kõiki kolme kompressoritüüpi koos sobivate kiirseadistusväärtustega. Näiteks sisaldab tööriist eelseadistusi 12 mm/s jäigal alusel asuva protsessikompressori jaoks (tsoon B), 20 mm/s õhukompressori jaoks (tsoon C jäigal, tsoon C painduval alusel) ja 8 mm/s külmutuskompressori jaoks (tsoon B jäigal, tsoon A painduval alusel).

Miks ei ole pulsatsioonist tingitud torustiku vibratsioon standardiga ISO 20816-8 hõlmatud?

ISO 20816-8 käsitleb ainult kompressori enda raami ja laagrikorpuse vibratsiooni. Pulsatsioonist tingitud torustiku vibratsiooni – mis on kolbkompressorite puhul sageli kõige kriitilisem vibratsiooniprobleem – tuleb eraldi hinnata, kasutades standardeid, näiteks Energy Institute'i suuniseid vibratsioonist tingitud väsimusvigade vältimiseks protsessitorustikus või API 618 pulsatsiooniuuringu nõudeid.

Kolbkompressorid tekitavad gaasirõhu pulsatsioone, mis on mitu korda suuremad kui töökiirus ja silindrite arv. Need pulsatsioonid levivad läbi ühendatud torustikusüsteemi ja võivad ergastada torustike vahede, väikese läbimõõduga ühenduste ja instrumentide torude mehaanilisi loomulikke sagedusi. Energiainstituudi 2019. aasta uuringu kohaselt moodustab torustiku vibratsiooniväsimus ligikaudu 201 TP3T kõigist süsivesinike leketest nafta- ja gaasitööstuse ülesvoolus, muutes selle üheks peamiseks ohjeldamise kadumise põhjuseks.

See erinevus on oluline: kompressoril võib olla täiesti vastuvõetav raamivibratsioon (tsoon A või B vastavalt standardile ISO 20816-8), samal ajal kui torustiku vibratsioon on piisavalt tugev, et põhjustada väsimuspurunemist nädalate jooksul. Kolbkompressorite vibratsioonihindamisi tegevad insenerid peaksid alati hindama nii kompressori raami vibratsiooni vastavalt standardile ISO 20816-8 kui ka sellega seotud torustiku vibratsiooni vastavalt kehtivatele torustiku vibratsioonistandarditele.

Kuidas kasutada tasuta veebipõhist ISO 20816-8 vibratsiooni hindamise tööriista?

The Vibratsioonipiirid — kolbkompressorid Tasuta veebitööriist vajab kolme sisendit: kompressori tüüpi (protsessigaas, õhk või jahutus), vundamendi tüüpi (jäik või painduv) ja mõõdetud vibratsioonikiirust mm/s RMS-is. Tööriist tagastab koheselt kohaldatava vibratsioonitsooni, tsooni piiride väärtused ja ISO 20816-8 kriteeriumidele vastava töösoovituse.

1. Valige kompressori tüüp — Valige protsessigaasi kompressori, õhukompressori või külmutuskompressori vahel. Kuigi tsoonide piirid on praegu kõigi kolme tüübi puhul samad, võimaldab see valik soovitusteksti jaoks sobiva konteksti ja toetab tulevasi standardimuudatusi, mis võivad kompressori tüübi järgi erineda.
2. Valige vundamendi tüüp — Valige Jäik Vundament või Paindlik (vedruisolatsiooniga). See valik määrab, milline tsoonipiiride komplekt kehtib. Kahtluse korral kontrollige kompressori kinnitust: jäikadel vundamentidel on raam poltidega otse betooni või terase külge kinnitatud; painduvatel vundamentidel on raami ja tugikonstruktsiooni vahel nähtavad vedru- või kummist isolatsioonielemendid.
3. Sisestage mõõdetud kiirus — Sisestage kompressori raamil või laagrikorpusel mõõdetud üldine vibratsioonikiirus millimeetrites sekundis. Mõõtmised tuleks teha maksimaalse vibratsiooni suunas, tavaliselt horisontaalselt väntvõlli teljega risti.
4. Vaadake tulemused üle — Tööriist kuvab värvikoodiga tsooniindikaatori (A = roheline, B = kollane, C = oranž, D = punane), tsooni piiride suhtes mõõdetud väärtuse ja konkreetse operatiivse soovituse.

Levinud stsenaariumide jaoks on saadaval kiireelseaditused: jäigal alusel olev protsessikompressor kiirusel 12 mm/s, õhukompressor kiirusel 20 mm/s ja külmutuskompressor kiirusel 8 mm/s. Need eelseadistused võimaldavad inseneridel enne oma mõõtmisandmete sisestamist kiiresti tööriista funktsionaalsust uurida ja mõista, kuidas tsoonide klassifikatsioonid toimivad.

Milliseid mõõtmispraktikaid soovitatakse ISO 20816-8 hindamiseks?

Standardi ISO 20816-8 kohaselt tuleb vibratsioonikiirust mõõta kompressori raamil või peamiste laagrite korpustel ühikuga mm/s RMS. Mõõtmised tuleks teha statsionaarsel töörežiimil kõigil kolmel teljel (horisontaalne, vertikaalne, aksiaalne), kusjuures tsoonide klassifitseerimiseks kasutatakse suurimat väärtust. Soovitatav on lairibamõõtmised, mis hõlmavad vähemalt 10–1000 Hz.

• Mõõteparameeter: Kiirus, mm/s RMS (ruutkeskmine). Ärge kasutage tipp- ega tippudevahelisi väärtusi – need ülehindavad raskusastet 40–100% võrra, olenevalt lainekuju omadustest.
• Mõõtmiskohad: Peamised laagrikorpused, ristpea juhtkorpused ja raami pinnad väntvõlli keskjoone lähedal. Vältige mõõtmist õhukeste katete, klapikaante või torustiku peal – need kohad näitavad lokaalset resonantsi võimendamist, mis ei kajasta raami vibratsiooni.
• Sagedusvahemik: Lairiba mõõtmine, mis hõlmab vähemalt 2 Hz kuni 1000 Hz. Kolbkompressorid tekitavad madalatel sagedustel (1× ja 2× töökiirus) märkimisväärset energiat, seega on hädavajalikud piisava madalsagedusliku karakteristikuga instrumendid. Standardsed kiirendusmõõturid, mille kõrgpääsfiltrid on seatud üle 10 Hz, võivad kriitilise madalsagedusliku sisu märkamata jätta.
• Töötingimused: Mõõtmised tuleks teha normaalse, püsiva töökoormuse korral. Vibratsioon käivitamise, seiskamise või koormuseta töötamise ajal ei ole representatiivne ja seda ei tohiks tsooni klassifitseerimiseks kasutada.
• Näitude arv: Korduvuse kontrollimiseks tehke igas punktis vähemalt kolm järjestikust mõõtmist. Kolbkompressori vibratsioon võib varieeruda sõltuvalt gaasikoormusest, klapi seisukorrast ja termilisest olekust.

Kuidas sobib ISO 20816-8 ISO 20816 standardiperekonda?

ISO 20816-8 on üks mitmest masinaspetsiifilisest osast ISO 20816 vibratsiooni hindamise standardite perekonnas. Iga osa käsitleb erinevat masinakategooriat, mille tsoonipiirid on kalibreeritud selle konkreetse seadmetüübi vibratsiooniomaduste järgi. See standardperekond asendas ja koondas vanemad ISO 10816 ja ISO 7919 seeriad.

Standardosa	Masina tüüp	Peamine erinevus standardist ISO 20816-8
ISO 20816-1	Üldised suunised	Raamstandard; ei anna konkreetseid tsoonide piire
ISO 20816-3	Tööstusmasinad (pumbad, mootorid, ventilaatorid, kompressorid > 15 kW)	Ainult pöörlevatele masinatele; oluliselt madalamad vibratsioonipiirid
ISO 20816-5	Hüdraulilised turbiinid ja pumpturbiinid	Hõlmab nii võlli kui ka konstruktsiooni vibratsiooni hüdrogeneraatoritel
ISO 20816-8	Kolbkompressorid	Kõrgeimad tsoonipiirid, mis peegeldavad edasi-tagasi liikuvate mehhanismide jõude
ISO 20816-9	Reduktorid	Arvestab hammasrataste hambumissagedusi ja hammaste haardumisjõude
ISO 20816-21	Tuuleturbiinid	Vähendab gondli ja torni vibratsiooni muutuva tuulekoormuse korral

Mõistes, kuhu ISO 20816-8 selles perekonnas sobitub, aitab inseneridel vältida levinud viga: standardi vale osa kasutamist oma konkreetse masina jaoks. Näiteks rafineerimistehases töötav töökindluse insener võib vajada standardit ISO 20816-3 tsentrifugaalpumpade ja mootorite jaoks, ISO 20816-8 kolbkompressorite jaoks ja ISO 20816-9 käigukastide jaoks – kõik samas tehases.

Korduma kippuvad küsimused

Milline vibratsioonitase on kolbkompressori puhul vastuvõetav?

Jäigale alusele paigaldatud kolbkompressorite puhul peetakse vibratsioonikiirust kuni 7,1 mm/s RMS suurepäraseks (tsoon A) ja kuni 14,0 mm/s RMS on vastuvõetav piiranguteta pikaajaliseks tööks (tsoon B) vastavalt standardile ISO 20816-8. Paindlike (vedruisolatsiooniga) vundamentide puhul suurenevad need piirid vastavalt 9,0 ja 18,0 mm/s RMS-ini.

Kas ma saan kolbkompressori puhul kasutada ISO 20816-3 piirnorme?

Ei. ISO 20816-3 kehtib ainult pöörlevatele masinatele. Kolbkompressorid tekitavad kolb-väntmehhanismi tõttu loomupäraselt suuremat vibratsiooni ja nende vastuvõetavad tasemed on umbes 2–2,5 korda kõrgemad kui pöörlevate masinate piirväärtused. Kasutage kolbkompressorite puhul alati standardit ISO 20816-8, et vältida valehäireid ja tarbetuid seiskamisi.

Mis vahe on jäikade ja painduvate vundamentide piirangutel standardis ISO 20816-8?

Paindliku (vedruisolatsiooniga) vundamendi piirid on kõigis tsoonipiirides ligikaudu 27–29% kõrgemad kui jäiga vundamendi piirid. Näiteks A/B piir on jäiga vundamendi puhul 7,1 mm/s ja painduva vundamendi puhul 9,0 mm/s. See arvestab isolatsioonisüsteemi poolt võimaldatavat täiendavat raami liikumist, mis vähendab ülekantavat vibratsiooni suurema masinatasandi nihke arvelt.

Kas ISO 20816-8 hõlmab kolbkompressorite torustiku vibratsiooni?

Ei. ISO 20816-8 hõlmab ainult kompressori raami ja laagrikorpuse vibratsiooni. Pulsatsioonist tingitud torustiku vibratsiooni – mis on sageli kõige kriitilisem probleem – tuleb eraldi hinnata, kasutades standardeid, näiteks Energy Institute'i suuniseid, või tehes API 618 pulsatsiooni ja mehaanilise reaktsiooni uuringu projekteerimisetapis.

Kas peaksin standardi ISO 20816-8 kohaselt mõõtma vibratsiooni nihke, kiiruse või kiirendusena?

ISO 20816-8 tsoonipiirid on määratletud kiirusena, täpsemalt mm/s RMS. Kasutage lairiba kiiruse mõõtmisi, mis hõlmavad vähemalt 2–1000 Hz. Kui teie instrument mõõdab kiirendust, veenduge, et sellel on tarkvarapõhine integratsioon, mis teisendab mõõtmised kiiruseks piisava madalsagedusliku vastusega, kuna kolbkompressorid toodavad märkimisväärset energiat 1× ja 2× töökiirusel (sageli alla 20 Hz).

Kui tihti tuleks kolbkompressorite vibratsiooni mõõta?

Kuigi standard ISO 20816-8 ei näe ette kindlat seireintervalli, soovitab tööstusharu parim tava mittekriitiliste kompressorite puhul igakuiseid marsruudipõhiseid mõõtmisi ja kriitiliste protsessigaasi kompressorite puhul pidevat online-seiret. Tsoonis C töötavaid masinaid tuleks jälgida sagedamini (iganädalaselt või pidevalt), kuni parandusmeetmed on lõpule viidud.

Mis on kolbkompressorite kõrge vibratsiooni levinumad põhjused?

Levinud põhjuste hulka kuuluvad kulunud ristpea või kolvivarda tihend, lõdvad vundamendipoldid, tasakaalustamata vastassilindrid, lagunenud või lekkivad kompressoriventiilid, gaasipulsatsiooni resonants torustikus, kompressori ja ajami vaheline joondusviga ning väntvõlli või laagri kulumine. Spetsiifilise vibratsioonisageduse sisaldus (spektraalanalüüs) aitab neid algpõhjuseid eristada.

Kas vibratsioonipiiride – kolbkompressorite tööriista kasutamine on tasuta?

Jah. Vibratsioonipiiride – kolbkompressorite tööriist on tasuta brauseripõhine insenerikalkulaator (tasuta inseneritööriist #024), mis rakendab ISO 20816-8 tsoonide klassifikatsiooni. See ei vaja registreerimist, tarkvara installimist ega maksmist. Insenerid saavad sisestada oma mõõdetud vibratsiooniväärtused ja saada kohe tsoonide klassifikatsiooni koos töösoovitustega.