ISO 20816-3 põhjalik analüüs: mõõtmine, hindamine ja instrumentaalne rakendamine Balanset-1A süsteemi abil

Kokkuvõte

Tööstusmaastikul on toimunud oluline paradigma muutus masinate tervise seire standardimises. ISO 20816-3:2022 kasutuselevõtt tähendab varasemate metoodikate konsolideerimist ja moderniseerimist, ühendades korpuse vibratsiooni (varem ISO 10816-3) ja pöörleva võlli vibratsiooni (varem ISO 7919-3) hindamise ühtsesse raamistikku. Käesolev aruanne sisaldab ISO 20816-3 põhjalikku analüüsi, milles on lahti mõtestatud selle peatükid, normatiivsed lisad ja füüsikalised põhimõtted. Lisaks sisaldab see Balanset-1A kaasaskantava vibratsioonianalüsaatori ja balansseerija üksikasjalikku tehnilist hindamist, näidates, kuidas see konkreetne seade hõlbustab standardi rangete nõuete täitmist. Signaalitöötluse teooria, masinaehituse põhimõtete ja praktiliste tööprotseduuride sünteesi kaudu on see dokument kindel juhend usaldusväärsuse inseneridele, kes soovivad oma seisukorra seire strateegiaid viia kooskõlla ülemaailmsete parimate tavadega, kasutades kättesaadavaid ja ülitäpseid mõõteriistu.

I osa: ISO 20816-3 teoreetiline raamistik

1.1 Vibratsioonistandardite areng: ISO 10816 ja ISO 7919 ühtlustamine

Vibratsiooni standardimise ajalugu iseloomustab järkjärguline üleminek killustatud, komponentidele suunatud juhistelt terviklikule masinate hindamisele. Ajalooliselt oli tööstusmasinate hindamine kaheks jagatud. ISO 10816 seeria keskendus mittepöörlevate osade, täpsemalt laagrikorpuste ja aluste mõõtmisele, kasutades kiirendusmõõtureid või kiiruseandureid. Seevastu ISO 7919 seeria käsitles pöörlevate võllide vibratsiooni suhtes nende laagritega, kasutades peamiselt kontaktivabasid pöörisvooluandureid.

See eraldamine põhjustas sageli diagnoosimise ebaselgust. Masin võib näidata vastuvõetavat korpuse vibratsiooni (tsoon A vastavalt ISO 10816), kuid samal ajal kannatada ohtliku võlli kõikumise või ebastabiilsuse all (tsoon C/D vastavalt ISO 7919), eriti olukordades, kus on raske korpus või vedelikukile laagrid, kus vibratsiooni energia ülekandetee on nõrgenenud. ISO 20816-3 lahendab selle dikotomia, asendades nii ISO 10816-3:2009 kui ka ISO 7919-3:2009.1 Nende perspektiivide integreerimisega tunnistab uus standard, et rootori dünaamiliste jõudude poolt tekitatud vibratsioonienergia avaldub masina konstruktsioonis erinevalt, sõltuvalt jäikusest, massist ja sumbumissuhetest. Sellest tulenevalt nõuab vastavushindamine nüüd kaht perspektiivi: struktuuri absoluutse vibratsiooni hindamist ja vajaduse korral võlli suhtelise liikumise hindamist.

Balanset-1A süsteem on loodud selleks, et ühendada need mõõtmisvaldkonnad. Süsteemi arhitektuur, mis toetab nii piezoelektrilisi kiirendusmõõtureid korpuse mõõtmiseks kui ka lineaarsete nihkesensorite pinge sisendit, peegeldab ISO 20816 seeria kahepoolset filosoofiat.3 See ühtlustamine lihtsustab tehniku tööriistakomplekti, võimaldades üheainsa instrumendiga teha ühtse standardiga nüüd nõutavaid põhjalikke hindamisi.

1.2 Reguleerimisala ja kohaldatavus: tööstusmasinate valdkonna määratlemine

ISO 20816-3 standardi 1. peatükis on täpselt määratletud selle kohaldamisala piirid. Standard ei ole universaalne, vaid on spetsiaalselt kalibreeritud tööstusmasinate jaoks, mille võimsus on üle 15 kW ja töökäik 120–30 000 pööret minutis.1 See lai töökäik hõlmab enamiku kriitilise tähtsusega varadest tootmis-, elektritootmis- ja naftakeemiatööstuses.

Konkreetselt hõlmatud seadmed on järgmised:

• Auruturbiinid ja generaatorid: Siin käsitletakse seadmeid, mille võimsus on kuni 40 MW. Suuremad seadmed (üle 40 MW) kuuluvad tavaliselt standardi ISO 20816-2 reguleerimisalasse, välja arvatud juhul, kui need töötavad muul kiirusel kui sünkroonvõrgu sagedus (1500, 1800, 3000 või 3600 p/min).6
• Rotatsioonkompressorid: Hõlmab nii tsentrifugaal- kui ka aksiaalset konstruktsiooni, mida kasutatakse töötlevas tööstuses.
• Tööstuslikud gaasiturbiinid: Eelkõige need, mille võimsus on 3 MW või vähem. Suuremad gaasiturbiinid on oma unikaalsete termiliste ja dünaamiliste omaduste tõttu standardis eraldi osadeks jagatud.1
• Pumbad: Elektrimootoriga töötavad tsentrifugaalpumbad on selle rühma põhikomponent.
• Elektrimootorid: Hõlmatud on kõik tüüpi mootorid, tingimusel et need on paindlikult ühendatud. Jäigalt ühendatud mootorid hinnatakse sageli osana ajamiga masinasüsteemist või konkreetsete alajaotuste alusel.
• Ventilaatorid ja puhurid: Oluline HVAC- ja tööstuslike protsesside õhukäsitluseks.6

Välistused: Samavõrd oluline on mõista, mis on välja jäetud. Edasi-tagasi liikuvate massidega masinad (nagu kolbkompressorid) tekitavad vibratsiooniprofiile, milles domineerivad löögid ja muutuvad pöördemomendid, mis nõuavad ISO 20816-8 standardis sätestatud spetsiaalset analüüsi. Samamoodi hõlmab ISO 10816-21 standard tuuleturbiine, mis töötavad väga muutuvate aerodünaamiliste koormuste tingimustes.7 Balanset-1A spetsiifilised konstruktsioonilised omadused, nagu pöörlemiskiiruse mõõtevahemik 150 kuni 60 000 p/min 8, sobivad ideaalselt standardi 120–30 000 p/min ulatusega, tagades, et seade suudab jälgida kogu kohaldatavate masinate spektrit.

1.3 Masinate klassifitseerimissüsteemid: toetuse jäikuse füüsika

Eelmistest standarditest säilitatud oluline uuendus on masinate klassifitseerimine tugikõvaduse alusel. ISO 20816-3 jagab masinad rühmadesse mitte ainult suuruse, vaid ka dünaamilise käitumise alusel.

1.3.1 Rühmade klassifitseerimine võimsuse ja suuruse järgi

Standard jagab masinad kahte peamisse rühma, et kohaldada asjakohaseid tõsiduse piire:

• 1. rühm: Suured masinad, mille nimivõimsus ületab 300 kW, või elektrilised masinad, mille võlli kõrgus ületab 315 mm. Need masinad on tavaliselt varustatud massiivsete rootoritega ja tekitavad märkimisväärseid dünaamilisi jõude.9
• 2. rühm: Keskmise suurusega masinad nimivõimsusega 15 kW kuni 300 kW või elektrimasinad võlli kõrgusega 160 mm kuni 315 mm.10

1.3.2 Toetuse paindlikkus: jäik vs paindlik

Erinevus “jäikade” ja “paindlike” tugede vahel on füüsika, mitte ainult ehitusmaterjali küsimus. Tugevust peetakse jäigaks kindlas mõõtmise suunas, kui masina ja tugeva süsteemi esimene omavõnkesagedus (resonants) on oluliselt kõrgem peamisest ergutussagedusest (tavaliselt pöörlemiskiirus). Täpsemalt peaks omavõnkesagedus olema vähemalt 25% kõrgem kui töökäik. Seevastu paindlike tugede omavõnkesagedused võivad olla töökäigu lähedal või sellest madalamad, mis põhjustab resonantsi võimendamist või isolatsiooni.10

See erinevus on oluline, kuna paindlikud toed võimaldavad loomulikult suuremat vibratsiooni amplituudi sama sisemise ergutusjõu (ebatasakaalu) korral. Seetõttu on paindlike toetuste lubatud vibratsioonipiirid üldiselt kõrgemad kui jäikade toetuste puhul. Balanset-1A hõlbustab toetuse omaduste kindlaksmääramist oma faasi mõõtmise võimete abil. Teostades kiirenduse või aeglustuse testi (kasutades tarkvara spetsifikatsioonides 11 mainitud “RunDown” diagrammi funktsiooni), saab analüütik kindlaks teha resonantsipiigid. Kui tipp esineb tööpiirkonnas, on tugi dünaamiliselt paindlik; kui reaktsioon on kuni töökäiguni tasane ja lineaarne, on tugi jäik. See diagnostiline võime võimaldab kasutajal valida ISO 20816-3 standardis õige hindamistabeli, vältides valehäireid või vigade märkamata jäämist.

II osa: Mõõtmismeetodid ja füüsika

ISO 20816-3 standardi 4. peatükis on sätestatud ranged protseduurilised nõuded andmete kogumiseks. Iga hindamise kehtivus sõltub täielikult mõõtmise täpsusest.

2.1 Instrumentaalfizika: anduri valik ja reaktsioon

Standard nõuab selliste mõõteriistade kasutamist, mis suudavad mõõta laiaribalist ruutkeskmist (r.m.s.) vibratsiooni kiirust. Sagedusvastus peab olema üldiste masinate puhul vähemalt vahemikus 10 Hz kuni 1000 Hz.12 Madalama pöörlemiskiirusega masinate puhul (mis töötavad alla 600 p/min) peab sagedusvastuse alumine piir ulatuma kuni 2 Hz-ni, et hõlmata põhilisi pöörlemiskomponente.

Balanset-1A tehniline vastavus:
Balanset-1A vibratsioonianalüsaator on konstrueeritud just neid spetsiifilisi nõudeid silmas pidades. Selle spetsifikatsioonides on standardse töö puhul vibratsioonisageduse vahemikuks märgitud 5 Hz kuni 550 Hz, võimalusega mõõtmise võimsust laiendada.8 5 Hz alumine piir on kriitiline; see tagab vastavuse masinatele, mis töötavad nii aeglaselt kui 300 pööret minutis, hõlmates enamiku tööstuslikest rakendustest. Ülemine piir 550 Hz hõlmab kriitilisi harmoonilisi (1x, 2x, 3x jne) ja labade läbimisagedusi enamiku standardpumppade ja ventilaatorite puhul. Lisaks on seadme täpsus hinnatud 5% täisskaalal, mis vastab ISO 2954 (Vibratsiooni raskusastme mõõtmise seadmete nõuded) nõuetele.8

Standard eristab kahte peamist mõõtmistüüpi, mida mõlemat toetab Balanset-1A ökosüsteem:

• Seismilised andurid (kiirendusmõõturid): Need mõõdavad absoluutset elamu vibratsiooni. Need on tundlikud jõu ülekande suhtes laagri aluse kaudu. Balanset-1A komplekt sisaldab kahte ühe teljega kiirendusmõõturit (tavaliselt ADXL seeria tehnoloogial põhinevad või piesoelektrilised) magnetkinnitustega.14
• Kontaktivabad andurid (lähedusandurid): Need mõõdavad võlli suhtelist nihutust. Need on hädavajalikud vedelikukilega laagritega masinates, kus võll liigub vabaruumis.

2.2 Süvauuring: suhteline võlli vibratsioon ja andurite integreerimine

Kui ISO 20816-3 keskendub peamiselt korpuse vibratsioonile, siis lisa B käsitleb selgesõnaliselt võlli suhtelist vibratsiooni. Selleks on vaja kasutada pöörisvooluandureid (lähedusandureid). Need andurid töötavad raadiosagedusliku (RF) välja tekitamise teel, mis indutseerib pöörisvoolu juhtivas võlli pinnas. Anduri mähise impedants muutub vahekauguse muutudes, tekitades nihkega proportsionaalse pingeväljundi.15

Eddy Current Probes integreerimine Balanset-1A-ga:
Balanset-1A ainulaadne omadus on selle kohandatavus nimetatud anduritega. Kuigi seadmega on kaasas peamiselt kiirendusmõõturid, saab seadme sisendid konfigureerida “Lineaarseks” režiimiks, et vastu võtta pingesignaale kolmandate osapoolte lähedusandurite draiveritelt (proximitorid).3

• Pinge sisend: Enamik tööstuslikke lähedusandureid annab negatiivse alalisvoolu (nt -24 V toide, 200 mV/mil skaala). Balanset-1A võimaldab kasutajatel sisestada kohandatud tundlikkuse koefitsiente (nt mV/µm) aknas “Settings” (F4 klahv).3
• DC-nihe eemaldamine: Lähedusandurid kannavad suurt alalisvoolu pinget (bias) koos väikese vahelduvvoolu vibratsioonisignaaliga. Balanset-1A tarkvara sisaldab funktsiooni “Remove DC” (alalisvoolu eemaldamine), mis filtreerib välja pinget, eraldades dünaamilise vibratsioonisignaali analüüsimiseks vastavalt ISO 20816-3 piirangutele.3
• Lineaarne ja kalibreerimine: Tarkvara võimaldab kasutajal määratleda kalibreerimistegurid (nt Kprl1 = 0,94 mV/µm), tagades, et sülearvuti ekraanil kuvatav näit vastab täpselt võlli füüsilisele nihkele.3 See võimalus on hädavajalik, kui rakendatakse lisa B kriteeriume, mis on määratletud nihke mikromeetrites, mitte kiiruse millimeetrites sekundis.

2.3 Paigaldamise füüsika: andmete täpsuse tagamine

ISO 20816-3 rõhutab, et anduri paigaldamise meetod ei tohi mõõtmise täpsust halvendada. Paigaldatud anduri resonantssagedus peab olema oluliselt kõrgem kui huvipakkuv sagedusvahemik.

• Kinnitusklamber: Kuldstandard, mis pakub kõrgeimat sagedusvastust (kuni 10 kHz+).
• Magnetkinnitus: Praktiline kompromiss kaasaskantavate andmete kogumiseks.

Balanset-1A kasutab magnetilist kinnitussüsteemi, mille kinnitusjõud on 60 kgf (kilogrammi jõud).17 See suur kinnitusjõud on väga oluline. Nõrk magnet tekitab “põrkamise” efekti või mehaanilise madalpääsfiltri, mis nõrgendab oluliselt kõrgsagedussignaale. 60 kgf juures on kontaktjäikus piisav, et tõsta kinnitatud resonants ISO 20816-3 jaoks olulise 1000 Hz vahemiku üle, tagades, et kogutud andmed on masina käitumise tõeline esitus ja mitte kinnitusmeetodi artefakt.12

2.4 Signaalitöötlus: RMS vs. tippväärtus

Standard määrab kindlaks keskmise ruutkeskmise (RMS) kiiruse kasutamise mittepöörlevate osade puhul. RMS-väärtus on vibratsioonisignaalis sisalduva koguenergia mõõtühik ja on otseselt seotud masina komponentidele mõjuvate väsimuspingetega.

RMS-i võrrand:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

Võlli vibratsiooni puhul (lisa B) kasutatakse standardis tipp-tipp nihket (S_lk), mis esindab võlli füüsilist liikumist laagri lõtkudes.

S_lk = S_max − S_min

Balanset-1A töötlemine:
Balanset-1A teostab need matemaatilised teisendused sisemiselt. ADC (analoog-digitaalmuundur) võtab proovi toorsignaalist ja tarkvara arvutab RMS-kiiruse korpuse mõõtmiste jaoks ning tipp-tipp-nihe telje mõõtmiste jaoks. Oluline on, et see arvutab lairiba väärtuse (üldine), mis summeerib energia kogu sagedusspektri ulatuses (nt 10–1000 Hz). See “Overall” väärtus on peamine number, mida kasutatakse masina liigitamiseks tsoonidesse A, B, C või D. Lisaks pakub seade FFT (Fast Fourier Transform) võimalusi, mis võimaldavad analüütikul näha üksikuid sageduskomponente (1x, 2x, harmoonilised), mis moodustavad üldise RMS väärtuse, aidates diagnoosida vibratsiooni allikat.8

2.5 Taustvibratsioon: signaali-müra suhe

ISO 20816-3 standardi oluline, kuid sageli tähelepanuta jäetud aspekt on taustavibratsiooni käsitlemine – vibratsioon, mis kandub masinale välistest allikatest (nt naabruses asuvatest masinatest, põrandavibratsioonist), kui masin on seiskunud.

Reegel: Kui taustavibratsioon ületab 25% masina töötamise ajal mõõdetud vibratsiooni või 25% tsooni B ja C vahelise piiri, on vaja teha olulisi parandusi, vastasel juhul võib mõõtmist pidada kehtetuks.18 Varasemates standardites viidati sageli “ühe kolmandiku” reeglile, kuid ISO 20816-3 karmistab seda loogikat.

Protseduuriline rakendamine Balanset-1A abil:

1. Tehnik paigaldab Balanset-1A andurid masinale, kui see on seiskunud.
2. Vibromeetri režiimi (F5 klahv) abil salvestatakse taustal olev RMS-tase.13
3. Masin käivitatakse ja viiakse koormuseni. Registreeritakse töörežiimi RMS.
4. Tehakse võrdlus. Kui töötasand on 4,0 mm/s ja taust oli 1,5 mm/s (37,5%), on taust liiga kõrge. Balanset-1A võime teha spektraalset lahutamist (vaadata taustaspektrit võrreldes töötava masinaga) aitab kindlaks teha, kas taust on teatud sagedusel (nt 50 Hz lähedalasuvast kompressorist), mida analüütik võib ignoreerida või mõtteliselt välja filtreerida.

III osa: Hindamiskriteeriumid – standardi tuum

6. peatükk moodustab ISO 20816-3 standardi tuuma, pakkudes otsustusloogikat masinate vastuvõetavuse kohta.

3.1 Kriteerium I: Vibratsiooni suurus ja tsoonide jaotus

Standard hindab vibratsiooni tõsidust laagrikorpuste juures täheldatud maksimaalse tugevuse alusel. Otsuste tegemise hõlbustamiseks on standardis määratletud neli hindamispiirkonda:

• Tsoon A: Uute kasutusele võetud masinate vibratsioon. See on “kuldstandard”. Selles tsoonis olev masin on ideaalses mehaanilises seisukorras.
• Tsoon B: Masinad, mida peetakse sobivaks piiramatuks pikaajaliseks kasutamiseks. See on tüüpiline “roheline” töötamisvahemik.
• Tsoon C: Masinad, mida peetakse pikaajaliseks pidevaks tööks sobimatuks. Üldjuhul võib masinat kasutada piiratud aja jooksul, kuni tekib sobiv võimalus parandusmeetmete (hoolduse) võtmiseks. See on “kollane” või “häire” seisund.
• Tsoon D: Selles tsoonis olevaid vibratsiooniväärtusi peetakse tavaliselt piisavalt tõsisteks, et põhjustada masinale kahju. See on “punane” või “lülitus” olek.5

Tabel 1: Lihtsustatud ISO 20816-3 tsoonipiirid (kiirus RMS, mm/s) rühmade 1 ja 2 jaoks

Masinagrupp	Vundamendi tüüp	Tsoon A/B piir	Tsoon B/C piir	Tsoon C/D piir
Rühm 1 (>300 kW)	Jäik	2.3	4.5	7.1
	Paindlik	3.5	7.1	11.0
2. rühm (15–300 kW)	Jäik	1.4	2.8	4.5
	Paindlik	2.3	4.5	7.1

Märkus: Need väärtused on saadud standardi lisast A ja kujutavad endast üldisi suuniseid. Konkreetsetel masinatüüpidel võivad olla teistsugused piirangud.

Balanset-1A rakendamine:
Balanset-1A tarkvara ei kuva ainult numbrit, vaid aitab kasutajat kontekstuaalselt. Kuigi kasutaja peab klassi valima, võimaldab tarkvara funktsioon “Aruanded” dokumenteerida need väärtused standardi suhtes. Kui tehnik mõõdab 50 kW pumba (grupp 2) jäigal alusel 5,0 mm/s vibratsiooni, ületab Balanset-1A näidud selgelt tsooni C/D piiri (4,5 mm/s), mis näitab, et pump tuleb viivitamatult seiskada ja remontida.

3.2 Kriteerium II: Vibratsiooni tugevuse muutus

Võib-olla kõige olulisem edasiminek 20816 seerias on vormistatud rõhuasetus vibratsiooni muutusele, sõltumata absoluutsetest piiridest.

25% reegel: ISO 20816-3 sätestab, et vibratsiooni suurusjärgu muutust, mis ületab 25% tsooni B/C piiri (või 25% eelmise püsiseisundi väärtuse), tuleks pidada oluliseks, isegi kui absoluutväärtus jääb tsooni A või B piiresse.20

Mõju:
Võtame näiteks ventilaatori, mis töötab stabiilselt kiirusel 2,0 mm/s (tsoon B). Kui vibratsioon hüppab äkki 2,8 mm/s-ni, on see tehniliselt ikka veel tsoonis B (mõnede klasside puhul) või lihtsalt sisenemas tsooni C. Siiski on tegemist 40% suuruse tõusuga. Selline äkiline muutus viitab sageli konkreetsele rikkeviisile: pragunenud rootori komponent, nihkunud tasakaalustav raskus või termiline hõõrdumine. Selle ignoreerimine põhjendusega, et “see on ikka veel rohelises tsoonis”, on katastroofilise rikke retsept.

Balanset-1A trendianalüüs:
Balanset-1A toetab seda kriteeriumi oma “sessiooni taastamise” ja arhiveerimisfunktsioonidega.21 Mõõtmissessioonide salvestamise abil saab usaldusväärsuse insener praegused andmed ajalooliste baasväärtustega võrrelda. Kui “üldise vibratsiooni” graafik näitab järsku muutust, rakendab insener kriteeriumi II. Siin on eriti kasulik funktsioon “Restore Last Session” (taasta viimane seanss), mis võimaldab kasutajal taastada eelmise kuu täpse masina seisundi, et kontrollida, kas 25% künnis on ületatud.

3.3 Tööpiiirangud: ALARMIDE ja KATKESTUSTE seadistamine

Standard annab juhised automatiseeritud kaitsesüsteemide seadistamiseks:

• HÄIRE: Hoiatuse andmine, et määratud vibratsiooni väärtus on saavutatud või on toimunud oluline muutus. Soovitatav seade on tavaliselt baasväärtus + 25% tsooni B/C piiril.
• REIS: Kohese tegevuse algatamiseks (seiskamine). See on tavaliselt seatud tsooni C/D piirile või veidi kõrgemale, sõltuvalt masina mehaanilisest terviklikkusest.19

Kuigi Balanset-1A on kaasaskantav seade ja mitte püsiv kaitsesüsteem (nagu Bently Nevada rack), kasutatakse seda nende käivituspiiride kontrollimiseks ja kalibreerimiseks. Tehnikud kasutavad Balanset-1A-d vibratsiooni mõõtmiseks kontrollitud kiirenduse või indutseeritud tasakaalustamatuskatse ajal, et tagada püsiva seiresüsteemi käivitumine ISO 20816-3 poolt nõutud õigete füüsiliste vibratsioonitasemete juures.

IV osa: Balanset-1A süsteem – tehniline süvaanalüüs

Et mõista, kuidas Balanset-1A toimib vastavuse tagamise vahendina, tuleb analüüsida selle tehnilist arhitektuuri.

4.1 Riistvara arhitektuur

Balanset-1A koosneb tsentraliseeritud USB-liidesemoodulist, mis töötleb anduritelt saadud analoogsignaale enne digiteeritud andmete saatmist host-sülearvutisse.

• ADC moodul: Süsteemi südameks on kõrge resolutsiooniga analoog-digitaalmuundur. See moodul määrab mõõtmise täpsuse. Balanset-1A töötleb signaale, tagades täpsuse ±5%, mis on piisav välitingimustes diagnostika tegemiseks.8
• Faasi viide (tahhomeeter): ISO 20816-3 standardi nõuete täitmiseks on sageli vaja faasianalüüsi, et eristada tasakaalustamatust ja paigaldusviga. Balanset-1A kasutab laser-tahhomeetrit, mille ulatus on kuni 1,5 meetrit ja võimsus 60 000 pööret minutis.17 See optiline andur käivitab faasi nurga arvutamise, mille täpsus on ±1 kraad.
• Võimsus ja kaasaskantavus: Seade töötab USB-toiteallika (5 V) abil ja on sisemiselt kaitstud maandusringide eest, mis sageli häirivad võrgutoitega analüsaatoreid. Kogu komplekt kaalub umbes 4 kg, mis teeb sellest tõelise “välitööriista”, mis sobib ronimisplatvormidele, et jõuda ventilaatoriteni.8

4.2 Tarkvara võimekus: rohkem kui lihtne mõõtmine

Balanset-1A-ga kaasasolev tarkvara muudab toored andmed ISO standarditele vastavaks kasutatavaks teabeks.

• FFT spektri analüüs: Standardis mainitakse “konkreetseid sageduskomponente”. Balanset-1A kuvab kiire Fourier' teisenduse, jagades keeruka lainekuju selle koostisosadeks olevateks siinuslaineteks. See võimaldab kasutajal näha, kas kõrge RMS-väärtus on tingitud 1x (tasakaalustamatus), 100x (hammasrataste kokkupuutest) või mittesünkroonsetest piikidest (laagrite defektid).21
• Polaarsed graafikud: Tasakaalustamiseks ja vektori analüüsiks joonistab tarkvara vibratsioonivektorid polaarjoonisele. See visualiseerimine on tasakaalustamisel mõjufaktori meetodite rakendamisel väga oluline.
• ISO 1940 tolerantsi kalkulaator: ISO 20816-3 käsitleb vibratsiooni piirnorme, ISO 1940 aga tasakaalu kvaliteeti (G-klassid). Balanset-1A tarkvara sisaldab kalkulaatorit, kuhu kasutaja sisestab rootori massi ja kiiruse ning süsteem arvutab lubatud jääkbalansi grammides ja millimeetrites. See täidab lünga “vibratsioon on liiga suur” (ISO 20816) ja “siin on, kui palju kaalu tuleb eemaldada” (ISO 1940) vahel.11

4.3 Anduri ühilduvus ja sisendi konfiguratsioon

Nagu uurimuses märgitud, on võime ühendada erinevaid anduritüüpe võtmetähtsusega.

• Kiirendusmõõturid: Vaikimisi andurid. Süsteem integreerib kiirendussignaali (g) kiiruseks (mm/s) või integreerib kahekordselt nihkeks (µm) sõltuvalt valitud vaateviisist. See integreerimine toimub digitaalselt, et minimeerida müra triivi.
• Pöörisvooluandurid: Süsteem aktsepteerib 0–10 V või sarnaseid analoogsisendeid. Kasutaja peab seadistustes konfigureerima teisendusteguri. Näiteks võib standardse Bently Nevada anduri skaalafaktor olla 200 mV/mil (7,87 V/mm). Kasutaja sisestab selle tundlikkuse ja Balanset-1A tarkvara skaalab sissetuleva pinge, et kuvada nihke mikromeetreid, võimaldades otsest võrdlust ISO 20816-3.3 lisa B-ga.

V osa: Operatiivne rakendamine: diagnostikast dünaamilise tasakaalustamiseni

Käesolevas jaotises kirjeldatakse Balanset-1A kasutava tehniku standardne töökord (SOP), et tagada vastavus standardile ISO 20816-3.

5.1 1. samm: algmõõtmine ja klassifitseerimine

Tehnik läheneb 45 kW tsentrifugaalventilaatorile.

• Klassifikatsioon: Võimsus > 15 kW, < 300 kW. See kuulub 2. rühma. Vundament on betooni külge kinnitatud (jäik).
• Piirangute kindlaksmääramine: ISO 20816-3 lisa A (rühm 2, jäik) kohaselt on tsoonide B/C piir 2,8 mm/s.
• Mõõtmine: Andurid on paigaldatud magnetaluste abil. Balanset-1A “vibromeetri” režiim on sisse lülitatud.
• Tulemus: Lugem on 6,5 mm/s. See on tsoon C/D territoorium. Tuleb võtta meetmeid.

5.2 2. samm: diagnostiline analüüs

Balanset-1A FFT funktsiooni kasutamine:

• Spektris on näha domineeriv tipp jooksukiiruse juures (1x RPM).
• Faasi analüüs näitab stabiilset faasi nurka.
• Diagnoos: Staatiline tasakaalustamatus. (Kui faas oli ebastabiilne või esines kõrgeid harmoonilisi, võib kahtlustada paigalduse ebaõiget joondamist või lahtisust).

5.3 3. samm: tasakaalustamisprotseduur (kohapeal)

Kuna diagnoos on tasakaalustamatuse olemasolu, kasutab tehnik Balanset-1A tasakaalustamisrežiimi. Standard nõuab vibratsiooni vähendamist tsoonide A või B tasemeni.

5.3.1 Kolme jooksu meetod (mõjukoefitsiendid)

Balanset-1A automatiseerib tasakaalustamiseks vajaliku vektori matemaatika.

• Käivita 0 (algne): Mõõda amplituudi A₀ ja faas φ₀ algse vibratsiooni.
• Katsetus 1 (katsetuskaal): Teadaolev mass M_{kohtuprotsess} lisatakse suvalise nurga all. Süsteem mõõdab uut vibratsioonivektorit (A₁, φ₁).

Arvutus: Tarkvara arvutab mõjukoefitsiendi α, mis väljendab rootori tundlikkust massi muutuste suhtes.

α = (V₁ − V₀) / M_{kohtuprotsess}

Parandus: Süsteem arvutab vajaliku korrigeerimismassi M_korr esialgse vibratsiooni nullimiseks.

M_korr = − V₀ / α

Käivita 2 (kontrollimine): Katsekaal eemaldatakse ja lisatakse arvutatud korrigeerimiskaal. Mõõdetakse jääkvibratsiooni.

.11

5.4 4. etapp: kontrollimine ja aruandlus

Pärast tasakaalustamist langeb vibratsioon 1,2 mm/s-ni.
Kontrollige: 1,2 mm/s on < 1,4 mm/s. Seade on nüüd tsoonis A.

Dokumentatsioon: Tehnik salvestab seansi Balanset-1A-sse. Koostatakse aruanne, milles on näidatud “enne” spektrum (6,5 mm/s) ja “pärast” spektrum (1,2 mm/s), viidates selgesõnaliselt ISO 20816-3 piirnormidele. See aruanne on vastavustunnistus.

VI osa: Eriaspektid

6.1 Madala kiirusega masinad

ISO 20816-3 sisaldab erimärkusi masinate kohta, mis töötavad alla 600 pööretega minutis. Madalatel kiirustel muutuvad kiirussignaalid nõrgaks ja nihke muutub pingete domineerivaks näitajaks. Balanset-1A lahendab selle probleemi, võimaldades kasutajal vahetada ekraani mõõtühikut nihkeks (µm) või tagades, et madalama sageduse piirmäär on seatud 5 Hz-le või madalamale (ideaaljuhul 2 Hz-le), et registreerida primaarne energia. Standardi lisa D “Hoiatused” hoiatavad madalatel kiirustel ainult kiirusele tuginemise eest 23, mis on nüanss, mida Balanset-1A kasutaja peab teadma, kontrollides “Lineaarseid” seadeid või madala sagedusega filtreid.

6.2 Ajutised tingimused: kiirendus ja aeglustamine

Käivitamisel (üleminekuperioodil) võib vibratsioon ületada püsiseisundi piirväärtusi, kuna mootor läbib kriitilised kiirused (resonants). ISO 20816-3 lubab üleminekuperioodil kõrgemaid piirväärtusi.23

Balanset-1A sisaldab eksperimentaalset “RunDown” graafiku funktsiooni.11 See võimaldab tehnikul salvestada vibratsiooni amplituudi ja pöörlemiskiiruse suhet vabajooksu ajal. Need andmed on olulised järgmistel põhjustel:

• Kriitiliste kiiruste (resonantsi) kindlaksmääramine.
• Kontrollida, et masin läbib resonantsi piisavalt kiiresti, et vältida kahjustusi.
• Veendumaks, et “kõrge” vibratsioon on tõepoolest ajutine ja mitte püsiv seisund.

6.3 Lisa A vs. Lisa B: kahekordne hindamine

Põhjalik vastavuskontroll nõuab sageli mõlemat.

• Lisa A (elamumajandus): Mõõdab jõu ülekandumist konstruktsioonile. Sobib tasakaalustamatuse ja lõtvuse korral.
• Lisa B (võll): Mõõdab rootori dünaamikat. Sobib hästi ebastabiilsuse, õlivoolu ja pühkimise tuvastamiseks.

Balanset-1A kasutav tehnik võib kasutada kiirendusmõõtureid, et täita lisa A nõuded, ja seejärel lülitada sisendid üle olemasolevatele Bently Nevada anduritele, et kontrollida lisa B nõuete täitmist suurel turbiinil. Balanset-1A võime toimida “teise arvamuse” või “välitöö kontrollijana” püsivate raamipõhiste monitoride jaoks on oluline rakendus mõlema lisa nõuete täitmisel.

Kokkuvõte

Üleminek standardile ISO 20816-3 tähistab vibratsioonianalüüsi valdkonna küpsust, mis nõuab masinate hindamisel nüansseeritumat, füüsikalisel alusel põhinevat lähenemist. See läheb kaugemale lihtsatest “vastab/ei vasta” numbritest ja liigub toetuse jäikuse, muutuvektorite ja kahe valdkonna (korpus/võll) mõõtmiste analüüsi valdkonda.

Balanset-1A süsteem vastab suurel määral nendele kaasaegsetele nõuetele. Selle tehnilised näitajad – sagedusvahemik, täpsus ja andurite paindlikkus – muudavad selle võimekaks riistvaraplatvormiks. Süsteemi tõeline väärtus peitub aga selle tarkvaras, mis juhendab kasutajat standardi keerulise loogika läbi: alates taustvibratsiooni korrigeerimisest ja tsoonide klassifitseerimisest kuni mõjufaktori tasakaalustamise matemaatilise ranguseni. Kombineerides efektiivselt spektrianalüsaatori diagnostilised võimed dünaamilise balansseerija korrigeerimisvõimega, võimaldab Balanset-1A hooldusmeeskondadel mitte ainult tuvastada ISO 20816-3 standardi rikkumisi, vaid ka neid aktiivselt parandada, tagades tööstusvarade pikaealisuse ja usaldusväärsuse.