Potpuni vodič za ISO 20816-3: Sveobuhvatna tehnička analiza

Uvod

Ovaj standard utvrđuje smjernice za procjenu stanja vibracija industrijske opreme na temelju mjerenja:

1. Vibracije na ležajevima, postoljima ležajeva i kućištima ležajeva na mjestu gdje je oprema instalirana;
2. Radijalne vibracije osovina strojnih setova.

Na temelju iskustva u radu s industrijskom opremom, dva kriterija za procjenu stanja vibracija uspostavljeni su:

• Kriterij I: Apsolutna vrijednost praćenog parametra širokopojasnih vibracija
• Kriterij II: Promjena ove vrijednosti (u odnosu na osnovnu vrijednost)

Evolucija vibracijskih standarda: Konvergencija normi ISO 10816 i ISO 7919

Povijest standardizacije vibracija predstavlja postupan prelazak od fragmentiranih smjernica specifičnih za komponente prema holističkoj evaluaciji strojeva. Povijesno gledano, procjena strojeva bila je podijeljena na:

• Serija ISO 10816: Fokusirano na mjerenje nerotirajućih dijelova (kućišta ležajeva, postolja) pomoću akcelerometara ili pretvornika brzine
• Serija ISO 7919: Obraćao se vibracijama rotirajućih osovina u odnosu na ležajeve, prvenstveno korištenjem beskontaktnih sondi za vrtložne struje

Ova odvojenost često je dovodila do dijagnostička dvosmislenost. Stroj može pokazivati prihvatljive vibracije kućišta (zona A prema ISO 10816), a istovremeno patiti od opasnog iskakanja osovine ili nestabilnosti (zona C/D prema ISO 7919), posebno u scenarijima koji uključuju teška kućišta ili ležajeve s fluidnim filmom gdje je prijenos energije vibracija smanjen.

Odjeljak 1. - Područje primjene

Ova norma utvrđuje opće zahtjeve za procjenu stanja vibracija industrijska oprema (u daljnjem tekstu: "strojevi") s nazivnom snagom iznad 15 kW i brzinama vrtnje od 120 do 30 000 o/min na temelju mjerenja vibracija na nerotirajući dijelovi i dalje rotirajuće osovine u normalnim radnim uvjetima stroja na mjestu njegove ugradnje.

Procjena se provodi na temelju praćenog parametra vibracija i na temelju promjene u ovom parametru u stacionarnom radu stroja. Numeričke vrijednosti kriterija za procjenu stanja odražavaju operativno iskustvo sa strojevima ovog tipa; međutim, mogu biti neprimjenjive u specifičnim slučajevima vezanim uz određene radne uvjete i dizajn određenog stroja.

Ovaj standard se primjenjuje na:

1. Parne turbine i generatori snage do 40 MW (vidi Napomene 1 i 2)
2. Parne turbine i generatori s izlaznom snagom većom od 40 MW i brzinama vrtnje osim 1500, 1800, 3000 i 3600 o/min (vidi Napomenu 1)
3. Rotacijski kompresori (centrifugalni, aksijalni)
4. Industrijske plinske turbine sa snagom do 3 MW (vidi Napomenu 2)
5. Turboventilatorski motori
6. Elektromotori svih vrsta s fleksibilnom spojnicom vratila. (Kada je rotor motora čvrsto spojen sa strojem obuhvaćenim drugim standardom iz serije ISO 20816, vibracije motora mogu se procijeniti ili prema tom standardu ili prema ovom standardu)
7. Valjaonice i valjaonice
8. Transporteri
9. Spojke s promjenjivom brzinom
10. Ventilatori i puhala (vidi Napomenu 3)

Ovaj standard se NE odnosi na:

11. Parne turbine, plinske turbine i generatori snage veće od 40 MW i brzinama od 1500, 1800, 3000 i 3600 o/min → upotreba ISO 20816-2
12. Plinske turbine snage veće od 3 MW → upotreba ISO 20816-4
13. Strojni sklopovi u hidroelektranama i crpno-akumulacijskim stanicama → upotreba ISO 20816-5
14. Klipni strojevi i strojevi čvrsto povezani s klipnim strojevima → upotreba ISO 10816-6
15. Rotodinamičke pumpe s ugrađenim ili čvrsto spojenim pogonskim motorima s impelerom na osovini motora ili čvrsto spojenim na nju → upotreba ISO 10816-7
16. Instalacije klipnih kompresora → upotreba ISO 20816-8
17. Kompresori s pozitivnim volumenom (npr. vijčani kompresori)
18. Potopne pumpe
19. Vjetroturbine → upotreba ISO 10816-21

Detalji o opsegu primjene

Zahtjevi ovog standarda primjenjuju se na mjerenja širokopojasne vibracije na osovinama, ležajevima, kućištima i postoljima ležajeva u stacionarnom radu stroja unutar raspona nominalnih brzina vrtnje. Ovi zahtjevi primjenjuju se na mjerenja i na mjestu ugradnje i tijekom primopredajnih ispitivanja. Utvrđeni kriteriji vibracijskih uvjeta primjenjivi su i u sustavima kontinuiranog i u periodičnom nadzoru.

Ovaj standard se odnosi na strojeve koji mogu uključivati zupčanici i kotrljajući ležajevi; međutim, to je nije namijenjeno za procjenu stanja vibracija ovih specifičnih komponenti (vidi ISO 20816-9 za reduktore).

Odjeljak 2 - Normativne reference

Ovaj standard koristi normativne reference na sljedeće standarde. Za datirane reference primjenjuje se samo citirano izdanje. Za nedatirane reference primjenjuje se najnovije izdanje (uključujući sve izmjene i dopune):

Ovi standardi pružaju temelj za terminologiju, metode mjerenja i opću filozofiju evaluacije primijenjenu u normi ISO 20816-3.

Odjeljak 3 - Pojmovi i definicije

Za potrebe ovog standarda, pojmovi i definicije dani u ISO 2041 primijeniti.

Ključni pojmovi (iz ISO 2041)

• Vibracija: Promjena veličine s vremenom koja opisuje gibanje ili položaj mehaničkog sustava
• RMS (srednja kvadratna vrijednost): Kvadratni korijen srednje vrijednosti kvadrata veličine tijekom određenog vremenskog intervala
• Širokopojasne vibracije: Vibracija koja sadrži energiju raspoređenu u određenom frekvencijskom rasponu
• Prirodna frekvencija: Frekvencija slobodnih vibracija sustava
• Rad u ustaljenom stanju: Radni uvjeti u kojima relevantni parametri (brzina, opterećenje, temperatura) ostaju u biti konstantni
• Vrijednost od vrha do vrha: Algebarska razlika između ekstremnih vrijednosti (maksimalnih i minimalnih)
• Pretvornik: Uređaj koji daje izlaznu veličinu koja ima određeni odnos prema ulaznoj veličini

Odjeljak 5. - Klasifikacija strojeva

5.1 Općenito

U skladu s kriterijima utvrđenim ovim standardom, stanje vibracija stroja procjenjuje se ovisno o:

1. Vrsta stroja
2. Nazivna snaga ili visina osovine (vidi također ISO 496)
3. Stupanj krutosti temelja

5.2 Klasifikacija prema vrsti stroja, nazivnoj snazi ili visini osovine

Razlike u tipovima strojeva i izvedbama ležajeva zahtijevaju podjelu svih strojeva na dvije skupine na temelju nazivne snage ili visine osovine.

Osovine strojeva u objema skupinama mogu biti postavljene vodoravno, okomito ili pod nagibom, a nosači mogu imati različite stupnjeve krutosti.

Grupa 1 — Veliki strojevi

• Nazivna snaga > 300 kW
• ILI električni strojevi s visinom osovine V > 315 mm
• Tipično opremljeno s klizne ležajeve
• Radne brzine od 120 do 30 000 o/min

Grupa 2 — Srednji strojevi

• Nazivna snaga 15 – 300 kW
• ILI električni strojevi s visinom osovine 160 mm < V ≤ 315 mm
• Tipično opremljeno s ležajevi kotrljajućih elemenata
• Radne brzine općenito > 600 o/min

5.3 Klasifikacija prema krutosti temelja

Temelji strojeva klasificiraju se prema stupnju krutosti u određenom smjeru mjerenja na:

1. Kruti temelji
2. Fleksibilni temelji

Osnova za ovu klasifikaciju je odnos između krutosti stroja i temelja. Ako je najniža prirodna frekvencija sustava "stroj-temelj" u smjeru mjerenja vibracija premašuje glavnu frekvenciju pobude (u većini slučajeva to je frekvencija rotacije rotora) za barem 25%, tada se takav temelj u tom smjeru smatra krut. Svi ostali temelji se uzimaju u obzir fleksibilan.

Tipični primjeri

Strojevi na krutim temeljima su obično veliki i srednje veliki elektromotori, obično s niskim brzinama vrtnje.

Strojevi na fleksibilnim temeljima obično uključuju turbogeneratore ili kompresore snage veće od 10 MW, kao i strojeve s vertikalnom orijentacijom osovine.

Ako se karakteristike sustava "stroj-temelj" ne mogu odrediti izračunom, to se može učiniti eksperimentalno (ispitivanje udarom, operativna modalna analiza ili analiza vibracija pri pokretanju).

Prilog A (Normativni) — Granice zone vibracijskih uvjeta za nerotirajuće dijelove u određenim načinima rada

Iskustvene emisije da se za procjenu stanja vibracija različitih tipova strojeva s različitim brzinama vrtnje, mjerenja sama brzina je dovoljna. Stoga je primarni praćeni parametar efektivna vrijednost brzine.

Međutim, korištenje kriterija konstantne brzine bez uzimanja u obzir frekvencije vibracija može dovesti do neprihvatljivo velike vrijednosti pomaka. To se događa posebno kod strojeva niske brzine s frekvencijama rotacije rotora ispod 600 o/min, kada komponenta brzine rada dominira signalom širokopojasnih vibracija (vidi Dodatak D).

Slično tome, kriterij konstantne brzine može dovesti do neprihvatljivo velikih vrijednosti ubrzanja za strojeve velikih brzina s frekvencijama rotacije rotora većim od 10 000 o/min ili kada je energija vibracija proizvedenih strojem pretežno koncentrirana u visokofrekventnom području. Stoga se kriteriji uvjeta vibracija mogu formulirati u jedinicama pomaka, brzine i ubrzanja ovisno o rasponu frekvencije rotacije rotora i tipu stroja.

Tablice A.1 i A.2 prikazuju vrijednosti granica zone za različite skupine strojeva obuhvaćene ovim standardom. Trenutno su te granice formulirane samo u jedinicama brzina i pomak.

Granice zone vibracijskih uvjeta za vibracije u frekvencijskom rasponu od 10 do 1000 Hz izražene su efektivnim vrijednostima brzine i pomaka. Za strojeve s frekvencijom rotacije rotora ispod 600 o/min, širokopojasni raspon mjerenja vibracija je 2 do 1000 Hz. U većini slučajeva, procjena stanja vibracija dovoljna je samo na temelju kriterija brzine; međutim, ako se očekuje da će spektar vibracija sadržavati značajne niskofrekventne komponente, procjena se provodi na temelju mjerenja i brzine i pomaka.

Strojevi svih razmatranih skupina mogu se postaviti na krute ili fleksibilne nosače (vidi odjeljak 5), za koje su u tablicama A.1 i A.2 utvrđene različite granice zona.

Tablica A.1 — Strojevi Grupe 1 (Veliki: >300 kW ili V > 315 mm)

Tablica A.2 — Strojevi Grupe 2 (Srednji: 15–300 kW ili V = 160–315 mm)

Prilog B (Normativni) — Granice zone vibracijskih uvjeta za rotirajuće osovine u određenim načinima rada

B.1 Općenito

Granice zone vibracijskih uvjeta konstruirane su na temelju operativnog iskustva iz različitih industrija, što pokazuje da Prihvatljiva relativna vibracija osovine smanjuje se s povećanjem frekvencije vrtnje. Osim toga, pri procjeni stanja vibracija mora se uzeti u obzir mogućnost kontakta između rotirajućeg vratila i nepokretnih dijelova stroja. Za strojeve s kliznim ležajevima, minimalni prihvatljivi zazor u ležaju također se mora uzeti u obzir (vidi Prilog C).

B.2 Vibracije pri nominalnoj frekvenciji vrtnje u ustaljenom stanju rada

B.2.1 Općenito

Kriterij I odnosi se na:

1. Ograničavanje pomaka osovine iz uvjeta prihvatljivih dinamičkih opterećenja na ležajevima
2. Prihvatljive vrijednosti radijalnog zazora u ležaju
3. Prihvatljive vibracije prenosi se na nosače i temelj

Maksimalni pomak osovine u svakom ležaju uspoređuje se s granicama četiriju zona (vidi sliku B.1 u standardu), određenih na temelju radnog iskustva sa strojevima.

B.2.2 Granice zone

Iskustvo u mjerenju vibracija osovine za široku klasu strojeva omogućuje utvrđivanje granica zone vibracijskih uvjeta izraženih kroz pomak od vrha do vrha S(pp) u mikrometrima, obrnuto proporcionalan kvadratnom korijenu frekvencije vrtnje rotora n u o/min.

Za relativne vibracije osovine mjerene sondama za mjerenje blizine, granice zone izražene su kao pomak od vrha do vrha S(pp) u mikrometrima, što varira s brzinom rada:

Gdje n je maksimalna radna brzina u o/min, a S(pp) je u μm.

Primjer izračuna

Za stroj koji radi na 3000 o/min:

• √3000 ≈ 54,77
• A/B = 4800 / 54,77 ≈ 87,6 μm
• B/C = 9000 / 54,77 ≈ 164,3 μm
• C/D = 13200 / 54,77 ≈ 241,0 μm

Important: Granice zone ne bi se trebale koristiti kao kriteriji prihvatljivosti, što bi trebalo biti predmet dogovora između dobavljača i kupca. Međutim, vođeni numeričkim graničnim vrijednostima, moguće je spriječiti korištenje stroja u očito lošem stanju i izbjeći nametanje pretjerano strogih zahtjeva na njegove vibracije.

U nekim slučajevima, konstrukcijske značajke specifičnih strojeva mogu zahtijevati primjenu različitih granica zona - viših ili nižih (npr. za samoporavnavajuće ležajeve s nagibnim pločicama), a za strojeve s eliptičnim ležajevima mogu se primijeniti različite granice zona za različite smjerove mjerenja (prema maksimalnom i minimalnom razmaku).

Prihvatljive vibracije mogu biti povezane s promjerom ležaja, budući da ležajevi većeg promjera u pravilu imaju i veće zazore. Sukladno tome, za različite ležajeve jednog osovinskog niza mogu se utvrditi različite granične vrijednosti zone. U takvim slučajevima, proizvođač obično mora objasniti razlog promjene graničnih vrijednosti i, posebno, potvrditi da povećane vibracije dopuštene u skladu s tim promjenama neće dovesti do smanjenja pouzdanosti stroja.

Ako se mjerenja ne provode u neposrednoj blizini ležaja, već i tijekom rada stroja u prijelaznim načinima rada kao što su ubrzanje i usporavanje (uključujući prolazak kroz kritične brzine), prihvatljive vibracije mogu biti veće.

Kod vertikalnih strojeva s kliznim ležajevima, pri određivanju graničnih vrijednosti vibracija treba uzeti u obzir moguće pomake osovine unutar granica zračnosti bez stabilizirajuće sile povezane s težinom rotora.

Odjeljak 4 - Mjerenja vibracija

4.1 Opći zahtjevi

Metode mjerenja i instrumentacija moraju zadovoljavati opće zahtjeve prema normi ISO 20816-1, s posebnim razmatranjima za industrijske strojeve. Sljedeći čimbenici ne smiju značajno utjecati na mjernu opremu:

• Promjene temperature — Pomak osjetljivosti senzora
• Elektromagnetska polja — Uključujući učinke magnetizacije osovine
• Akustična polja — Valovi tlaka u okruženjima s visokom razinom buke
• Varijacije napajanja — Fluktuacije napona
• Duljina kabela — Neke izvedbe sondi za blizinu zahtijevaju odgovarajuću duljinu kabela
• Oštećenje kabela — Povremene veze ili prekidi štita
• Orijentacija pretvornika — Poravnanje osi osjetljivosti

4.2 Mjerne točke i smjerovi

Za potrebe praćenja stanja, mjerenja se provode na nerotirajući dijelovi ili na osovine, ili oboje zajedno. U ovom standardu, osim ako nije drugačije navedeno, vibracija vratila odnosi se na njezinu pomak u odnosu na ležaj.

Nerotirajući dijelovi — Mjerenja kućišta ležaja

Mjerenja vibracija na nerotirajućim dijelovima karakteriziraju vibracije ležaja, kućišta ležaja ili drugog strukturnog elementa koji prenosi dinamičke sile od vibracija osovine na mjestu ležaja.

Tipična konfiguracija mjerenja: Mjerenja se provode pomoću dva pretvarača u dva međusobno okomita radijalna smjera na poklopcima ili kućištima ležajeva. Za horizontalne strojeve, jedan smjer je obično okomit. Ako je osovina okomita ili nagnuta, odaberite smjerove za hvatanje maksimalnih vibracija.

Mjerenje u jednoj točki: Može se koristiti jedan pretvornik ako se zna da će rezultati biti reprezentativni za ukupne vibracije. Odabrani smjer mora osigurati očitanja gotovo maksimalna.

Mjerenja vibracija osovine

Vibracije osovine (kako je definirano u ISO 20816-1) odnose se na pomak osovine u odnosu na ležaj. Poželjna metoda koristi par beskontaktnih sondi za mjerenje blizine postavljeni okomito jedan na drugi, što omogućuje određivanje putanje (orbite) osovine u ravnini mjerenja.

4.3 Instrumentacija (Mjerna oprema)

Za praćenje stanja, mjerni sustav mora mjeriti širokopojasne RMS vibracije u frekvencijskom rasponu od najmanje 10 Hz do 1000 Hz. Za strojeve s brzinama vrtnje koje ne prelaze 600 o/min, donja granica frekvencije ne smije prelaziti 2 Hz.

Za mjerenja vibracija osovine: Gornja granica frekvencijskog raspona mora premašiti maksimalnu frekvenciju rotacije osovine za najmanje 3,5 puta. Mjerna oprema mora zadovoljavati zahtjeve ISO 10817-1.

Za mjerenja nerotirajućih dijelova: Oprema mora biti u skladu s ISO 2954. Ovisno o utvrđenom kriteriju, izmjerena veličina može biti pomak, brzina ili oboje (vidi ISO 20816-1).

Ako se mjerenja provode pomoću accelerometers (što je uobičajeno u praksi), izlazni signal mora biti integriran za dobivanje signala brzine. Dobivanje signala pomaka zahtijeva dvostruka integracija, ali treba obratiti pozornost na mogućnost povećane interferencije šuma. Za smanjenje šuma može se primijeniti visokopropusni filtar ili neka druga metoda digitalne obrade signala.

Ako je vibracijski signal namijenjen i za dijagnostičke svrhe, mjerni raspon trebao bi pokrivati frekvencije od najmanje 0,2 puta veća od donje granice brzine osovine do 2,5 puta veća od maksimalne frekvencije pobuđivanja vibracija (obično ne prelazi 10 000 Hz). Dodatne informacije dane su u normama ISO 13373-1, ISO 13373-2 i ISO 13373-3.

Zahtjevi za frekvencijski raspon

Parametri mjerenja

Mjerni parametar može biti pomak, brzina, ili oboje, ovisno o kriteriju ocjenjivanja (vidi ISO 20816-1).

• Mjerenja akcelerometra: Ako mjerenja koriste akcelerometre (najčešće), integrirajte izlazni signal kako biste dobili brzinu. Dvostruka integracija daje pomak, ali pripazite na povećani niskofrekventni šum. Primijenite visokopropusno filtriranje ili digitalnu obradu signala kako biste smanjili šum.
• Vibracije osovine: Gornja granica frekvencije mora biti najmanje 3,5 puta veća maksimalna brzina osovine. Instrumentacija mora biti u skladu s ISO 10817-1.
• Nerotirajući dijelovi: Instrumentacija mora biti u skladu s ISO 2954.

4.4 Kontinuirano i periodično praćenje

Kontinuirano praćenje: Obično se za velike ili kritično važne strojeve koriste kontinuirana mjerenja nadziranih indikatora vibracija s trajno ugrađenim pretvornicima na najvažnijim točkama, kako za potrebe praćenja stanja, tako i za zaštitu opreme. U nekim slučajevima, mjerni sustav koji se za to koristi integriran je u opći sustav upravljanja opremom postrojenja.

Periodično praćenje: Za mnoge strojeve kontinuirano praćenje nije potrebno. Odgovarajuće informacije o razvoju kvarova (neravnoteža, trošenje ležajeva, neusklađenost, labavost) mogu se dobiti periodičnim mjerenjima. Numeričke vrijednosti u ovom standardu mogu se koristiti za periodično praćenje pod uvjetom da mjerne točke i instrumentacija zadovoljavaju standardne zahtjeve.

Vibracije osovine: Instrumentacija je obično trajno instalirana, ali mjerenja se mogu provoditi u periodičnim intervalima.

Nerotirajući dijelovi: Pretvarači se obično ugrađuju samo tijekom mjerenja. Za strojeve s teškim pristupom mogu se koristiti trajno ugrađeni pretvarači s usmjeravanjem signala na dostupna mjesta.

4.5 Načini rada stroja

Mjerenja vibracija provode se nakon što rotor i ležajevi postignu ravnotežna temperatura u ustaljenom radnom načinu određenom karakteristikama kao što su:

• Nominalna brzina osovine
• Napon napajanja
• Brzina protoka
• Tlak radnog fluida
• Opterećenje

Strojevi s promjenjivom brzinom ili promjenjivim opterećenjem: Provedite mjerenja u svim načinima rada karakterističnim za dugotrajni rad. Koristite maksimalna vrijednost dobiveno u svim načinima rada za procjenu stanja vibracija.

4.6 Pozadinske vibracije

Ako vrijednost praćenog parametra dobivena tijekom mjerenja prelazi kriterij prihvatljivosti i postoji razlog za vjerovanje da bi pozadinske vibracije na stroju mogle biti visoke, potrebno je provesti mjerenja na zaustavljeni stroj za procjenu vibracija uzrokovanih vanjskim izvorima.

4.7 Odabir vrste mjerenja

Ovaj standard omogućuje provođenje mjerenja i na nerotirajućim dijelovima i na rotirajućim osovinama strojeva. Izbor poželjnijeg od ova dva tipa mjerenja ovisi o karakteristikama stroja i očekivanim vrstama kvarova.

Ako je potrebno odabrati jednu od dvije moguće vrste mjerenja, treba uzeti u obzir sljedeće:

Razmatranja za odabir vrste mjerenja:

• Brzina osovine: Mjerenja nerotirajućih dijelova osjetljivija su na visokofrekventne vibracije u usporedbi s mjerenjima osovine.
• Vrsta ležaja: Kotrljajući ležajevi imaju vrlo male zazore; vibracije osovine se učinkovito prenose na kućište. Mjerenja kućišta su obično dovoljna. Klizni ležajevi imaju veće zazore i prigušenje; vibracije osovine često pružaju dodatne dijagnostičke informacije.
• Vrsta stroja: Strojevi kod kojih je zazor ležaja usporediv s amplitudom vibracija osovine zahtijevaju mjerenja osovine kako bi se spriječio kontakt. Strojevi s višim harmonicima (prolaz lopatice, zahvat zupčanika, prolaz šipke) prate se visokofrekventnim mjerenjima kućišta.
• Omjer mase rotora i mase postolja: Strojevi kod kojih je masa osovine mala u usporedbi s masom postolja prenose malo vibracija na postolje. Mjerenje osovine je učinkovitije.
• Fleksibilnost rotora: Fleksibilni rotori: relativne vibracije osovine pružaju više informacija o ponašanju rotora.
• Usklađenost s postoljem: Fleksibilni podnožja pružaju veći vibracijski odziv na nerotirajućim dijelovima.
• Iskustvo s mjerenjem: Ako postoji opsežno iskustvo s određenom vrstom mjerenja na sličnim strojevima, nastavite koristiti tu vrstu.

Detaljne preporuke o odabiru metode mjerenja dane su u normi ISO 13373-1. Konačne odluke trebaju uzeti u obzir pristupačnost, vijek trajanja pretvornika i troškove instalacije.

Mjesta i smjerovi mjerenja

• Mjerenje na kućišta ili postolja ležajeva — ne na tankostijenim poklopcima ili fleksibilnim površinama
• Use dva međusobno okomita radijalna smjera na svakom mjestu ležaja
• Kod horizontalnih strojeva, jedan smjer je obično vertikalni
• Za vertikalne ili nagnute strojeve odaberite smjerove kako biste uhvatili maksimalne vibracije
• Aksijalne vibracije uključene aksijalni ležajevi koristi iste granice kao i radijalne vibracije
• Izbjegavajte lokacije s lokalne rezonancije — potvrditi usporedbom mjerenja na obližnjim točkama

Radni uvjeti

• Mjerenje u rad u stacionarnom stanju pri nominalnoj brzini i opterećenju
• Omogućite rotoru i ležajevima pristup toplinska ravnoteža
• Za strojeve s promjenjivom brzinom/opterećenjem, mjerite u svim karakterističnim radnim točkama i koristite maksimalnu
• Dokumentirajte uvjete: brzinu, opterećenje, temperature, tlakove, protoke

Odjeljak 6 - Kriteriji za procjenu stanja vibracija

6.1 Općenito

Norma ISO 20816-1 daje opći opis dva kriterija za procjenu stanja vibracija različitih klasa strojeva. Jedan kriterij se primjenjuje na apsolutna vrijednost praćenog parametra vibracija u širokom frekvencijskom pojasu; drugi se primjenjuje na promjene u ovoj vrijednosti (bez obzira na to jesu li promjene povećanja ili smanjenja).

Uobičajeno je procjenjivati stanje vibracija stroja na temelju efektivne vrijednosti brzine vibracija na nerotirajućim dijelovima, što je uglavnom zbog jednostavnosti izvođenja odgovarajućih mjerenja. Međutim, za brojne strojeve preporučljivo je mjeriti i relativne pomake osovina od vrha do vrha, a tamo gdje su takvi podaci mjerenja dostupni, mogu se koristiti i za procjenu stanja vibracija stroja.

6.2 Kriterij I - Procjena prema apsolutnoj veličini

6.2.1 Opći zahtjevi

Za mjerenja rotirajućeg vratila: Stanje vibracija procjenjuje se maksimalnom vrijednošću širokopojasnog vibracijskog pomaka od vrha do vrha. Ovaj praćeni parametar dobiva se mjerenjima pomaka u dva specificirana ortogonalna smjera.

Za mjerenja nerotirajućih dijelova: Stanje vibracija procjenjuje se maksimalnom efektivnom vrijednošću brzine širokopojasnih vibracija na površini ležaja ili u njenoj neposrednoj blizini.

U skladu s ovim kriterijem, određuju se granične vrijednosti praćenog parametra koje se mogu smatrati prihvatljivima sa stajališta:

• Dinamička opterećenja na ležajevima
• Radijalni zazori u ležajevima
• Vibracije koje stroj prenosi na potpornu konstrukciju i temelj

Maksimalna vrijednost praćenog parametra dobivena na svakom ležaju ili postolju ležaja uspoređuje se s graničnom vrijednošću za danu skupinu strojeva i vrstu nosača. Opsežno iskustvo promatranja vibracija strojeva navedenih u Odjeljku 1 omogućuje utvrđivanje granica zone vibracijskih uvjeta, čije vođenje u većini slučajeva može osigurati pouzdan dugoročni rad stroja.

Utvrđene zone vibracijskih uvjeta namijenjene su procjeni vibracija stroja u određenom stacionarnom načinu rada s nominalnom brzinom osovine i nominalnim opterećenjem. Koncept stacionarnog načina rada omogućuje spore promjene opterećenja. Procjena je nije izvršeno ako se način rada razlikuje od specificiranog ili tijekom prijelaznih načina rada kao što su ubrzanje, usporavanje ili prolazak kroz rezonantne zone (vidi 6.4).

Opći zaključci o stanju vibracija često se donose na temelju mjerenja vibracija na nerotirajućim i rotirajućim dijelovima stroja.

Aksijalne vibracije vibracije kliznih ležajeva obično se ne mjere tijekom kontinuiranog praćenja stanja vibracija. Takva mjerenja se obično provode tijekom periodičnog praćenja ili u dijagnostičke svrhe, budući da aksijalne vibracije mogu biti osjetljivije na određene vrste kvarova. Ovaj standard daje kriterije za procjenu samo za aksijalne vibracije aksijalnih ležajeva, gdje korelira s aksijalnim pulsacijama koje mogu uzrokovati oštećenje stroja.

6.2.2 Zone vibracijskih uvjeta

6.2.2.1 Opći opis

Za kvalitativnu procjenu vibracija stroja i donošenje odluka o potrebnim mjerama utvrđene su sljedeće zone vibracijskih uvjeta:

Zona A — Novo pušteni u rad strojevi obično spadaju u ovu zonu.

Zona B — Strojevi koji spadaju u ovu zonu obično se smatraju prikladnima za kontinuirani rad bez vremenskih ograničenja.

Zona C — Strojevi koji spadaju u ovu zonu obično se smatraju neprikladnima za dugotrajni neprekidni rad. Takvi strojevi obično mogu raditi ograničeno vrijeme dok se ne ukaže prikladna prilika za izvođenje popravaka.

Zona D — Razine vibracija u ovoj zoni obično se smatraju dovoljno ozbiljnima da uzrokuju oštećenje stroja.

6.2.2.2 Numeričke vrijednosti granica zone

Utvrđene numeričke vrijednosti granica zone vibracijskih uvjeta su nije namijenjeno za korištenje kao kriterij prihvatljivosti, što bi trebalo biti predmet dogovora između dobavljača i kupca stroja. Međutim, ta ograničenja mogu se koristiti kao opće smjernice, omogućujući izbjegavanje nepotrebnih troškova za smanjenje vibracija i sprječavanje pretjerano strogih zahtjeva.

Ponekad značajke dizajna stroja ili radno iskustvo mogu zahtijevati utvrđivanje drugih graničnih vrijednosti (viših ili nižih). U takvim slučajevima proizvođač obično obrazlaže promjenu granica i, posebno, potvrđuje da povećane vibracije dopuštene u skladu s tim promjenama neće dovesti do smanjenja pouzdanosti stroja.

6.2.2.3 Kriteriji prihvaćanja

Kriteriji prihvatljivosti vibracija stroja su uvijek predmet dogovora između dobavljača i kupca, što mora biti dokumentirano prije ili u trenutku isporuke (prva opcija je poželjnija). U slučaju isporuke novog stroja ili povratka stroja s velikog remonta, granice zone vibracijskih uvjeta mogu se koristiti kao osnova za utvrđivanje takvih kriterija. Međutim, numeričke vrijednosti granica zone trebale bi ne primjenjuju se prema zadanim postavkama kao kriteriji prihvaćanja.

Tipična preporuka: Praćeni parametar vibracija novog stroja trebao bi pasti u zonu A ili B, ali ne bi trebao prelaziti granicu između tih zona za više od 1,25 puta. Ova preporuka se ne smije uzeti u obzir pri utvrđivanju kriterija prihvatljivosti ako su osnova za to značajke dizajna stroja ili akumulirano radno iskustvo sa sličnim tipovima strojeva.

Ispitivanje prihvatljivosti provodi se pod strogo određenim uvjetima rada stroja (kapacitet, brzina vrtnje, protok, temperatura, tlak itd.) tijekom određenog vremenskog intervala. Ako je stroj stigao nakon zamjene jednog od glavnih sklopova ili održavanja, pri utvrđivanju kriterija prihvatljivosti uzimaju se u obzir vrsta obavljenog posla i vrijednosti praćenih parametara prije uklanjanja stroja iz proizvodnog procesa.

6.3 Kriterij II — Procjena prema promjeni veličine

Ovaj kriterij temelji se na usporedbi trenutne vrijednosti nadziranog parametra širokopojasnih vibracija u stacionarnom radu stroja (uz dopuštanje nekih manjih varijacija u radnim karakteristikama) s prethodno utvrđenom osnovna (referentna) vrijednost.

Značajne promjene mogu zahtijevati poduzimanje odgovarajućih mjera čak i ako granica B/C zone još nije dosegnuta. Ove promjene mogu se razvijati postupno ili imati iznenadni karakter, a posljedica su početnih oštećenja ili drugih poremećaja u radu stroja.

Uspoređeni parametar vibracije mora se dobiti korištenjem isti položaj i orijentacija pretvarača za isti način rada stroja. Kada se otkriju značajne promjene, istražuju se njihovi mogući uzroci s ciljem sprječavanja opasnih situacija.

6.4 Procjena stanja vibracija u prijelaznim načinima rada

Granice zone vibracijskih uvjeta dane u Prilozima A i B primjenjuju se na vibracije u rad stroja u stacionarnom stanju. Prijelazni načini rada obično mogu biti popraćeni većim vibracijama. Primjer su vibracije stroja na fleksibilnom nosaču tijekom zaleta ili usporavanja, kada je porast vibracija povezan s prolaskom kroz kritične brzine rotora. Osim toga, porast vibracija može se uočiti zbog neusklađenosti rotirajućih dijelova koji se spajaju ili luka rotora tijekom zagrijavanja.

Prilikom analize stanja vibracija stroja potrebno je obratiti pozornost na to kako vibracije reagiraju na promjene u načinu rada i vanjskim uvjetima rada. Iako ovaj standard ne razmatra procjenu vibracija u prijelaznim načinima rada stroja, kao opće smjernice može se prihvatiti da su vibracije prihvatljive ako tijekom prijelaznih načina rada ograničenog trajanja ne prelaze gornja granica Zone C.

Kriterij II - Promjena u odnosu na početno stanje

Čak i ako vibracije ostanu u Zoni B, a značajna promjena od početne vrijednosti ukazuje na razvoj problema:

6.5 Granične razine vibracija u ustaljenom stanju rada

6.5.1 Općenito

U pravilu, za strojeve namijenjene dugotrajnom radu utvrđuju se granične razine vibracija, čije prekoračenje u ustaljenom stanju rada stroja dovodi do pojave signala obavijesti tipa UPOZORENJE ili PUTOVANJE.

UPOZORENJE — obavijest kojom se skreće pozornost na činjenicu da je vrijednost nadziranog parametra vibracija ili njegova promjena dosegla razinu nakon koje mogu biti potrebne korektivne mjere. U pravilu, kada se pojavi obavijest UPOZORENJE, stroj se može neko vrijeme koristiti dok se istražuju uzroci promjene vibracija i utvrđuju koje korektivne mjere treba poduzeti.

PUTOVANJE — obavijest koja pokazuje da je parametar vibracija dosegao razinu na kojoj daljnji rad stroja može dovesti do njegovog oštećenja. Kada se dosegne razina TRIP-a, treba odmah poduzeti mjere za smanjenje vibracija ili zaustavljanje stroja.

Zbog razlika u dinamičkim opterećenjima i krutosti nosača stroja, za različite mjerne točke i smjerove mogu se utvrditi različite granične razine vibracija.

6.5.2 Postavljanje razine UPOZORENJA

Razina UPOZORENJA može značajno varirati (povećavati se ili smanjivati) od stroja do stroja. Obično se ova razina određuje u odnosu na određeni osnovna razina dobiveno za svaki specifični primjerak stroja za određenu točku i određeni smjer mjerenja na temelju operativnog iskustva.

Preporučuje se postaviti razinu UPOZORENJA tako da premaši osnovnu vrijednost za 25% gornje granične vrijednosti zone B. Ako je osnovna razina niska, razina UPOZORENJA može biti ispod Zone C.

Ako osnovna razina nije definirana (npr. za novi stroj), razina UPOZORENJA određuje se ili na temelju radnog iskustva sa sličnim strojevima ili u odnosu na dogovorene prihvatljive vrijednosti praćenog parametra vibracija. Nakon nekog vremena, na temelju opažanja vibracija stroja, utvrđuje se osnovna razina i razina UPOZORENJA se u skladu s tim prilagođava.

Razina UPOZORENJA je obično postavljena tako da ne prelazi gornju granicu zone B za više od 1,25 puta.

Ako dođe do promjene osnovne razine (npr. nakon popravka stroja), razina UPOZORENJA također se mora prilagoditi u skladu s tim.

6.5.3 Postavljanje razine TRIP-a

Razina TRIP-a obično se povezuje s očuvanjem mehaničkog integriteta stroja, što je pak određeno njegovim konstrukcijskim značajkama i sposobnošću izdržavanja abnormalnih dinamičkih sila. Stoga je razina TRIP-a obično isto za strojeve sličnih konstrukcija i je nije povezano s osnovnom linijom.

Zbog raznolikosti dizajna strojeva, nije moguće pružiti univerzalne smjernice za postavljanje razine TRIP-a. Obično se razina TRIP-a postavlja unutar zone C ili D, ali ne više od granice između tih zona za više od 25%.

6.6 Dodatni postupci i kriteriji

Postoji nema jednostavne metode za izračunavanje vibracije nosača ležaja od vibracija vratila (ili obrnuto, vibracije vratila od vibracija nosača). Razlika između apsolutnih i relativnih vibracija vratila povezana je s vibracijama nosača ležaja, ali u pravilu je nije jednako tome.

Praktična implikacija: Ako vibracije kućišta ukazuju na Zonu B (prihvatljivo), ali vibracije osovine ukazuju na Zonu C (ograničeno), klasificirajte stroj kao Zonu C i planirajte korektivne mjere. Uvijek koristite procjenu najgoreg slučaja kada su dostupna dvostruka mjerenja.

6.7 Procjena na temelju vektorskog prikaza informacija

Promjena amplitude pojedinačne frekvencijske komponente vibracije, čak i ako je značajna, je nije nužno popraćeno značajnom promjenom signala širokopojasnih vibracija. Na primjer, razvoj pukotine u rotoru može uzrokovati pojavu značajnih harmonika frekvencije vrtnje, ali njihove amplitude mogu ostati male u usporedbi s komponentom pri brzini rada. To ne omogućuje pouzdano praćenje učinaka razvoja pukotine samo promjenama u širokopojasnim vibracijama.

Praćenje promjena amplitude pojedinačnih komponenti vibracija radi dobivanja podataka za naknadne dijagnostičke postupke zahtijeva korištenje posebna oprema za mjerenje i analizu, obično složeniji i zahtijeva posebnu kvalifikaciju za njegovu primjenu (vidi ISO 18436-2).

Metode utvrđene ovim standardom su ograničeno na mjerenje širokopojasnih vibracija bez procjene amplituda i faza pojedinačnih frekvencijskih komponenti. U većini slučajeva to je dovoljno za primopredajna ispitivanja stroja i praćenje stanja na mjestu ugradnje.

Međutim, upotreba u programima dugoročnog praćenja stanja i dijagnostike vektorske informacije o frekvencijskim komponentama (posebno pri brzini rada i njenom drugom harmoniku) omogućuje procjenu promjena u dinamičkom ponašanju stroja koje se ne mogu razlikovati pri praćenju samo širokopojasnih vibracija. Analiza odnosa između pojedinačnih frekvencijskih komponenti i njihovih faza pronalazi sve veću primjenu u sustavima za praćenje stanja i dijagnostiku.

Bilješka: Ova norma ne daje kriterije za procjenu vibracijskih uvjeta na temelju promjena vektorskih komponenti. Detaljnije informacije o ovom pitanju dane su u normama ISO 13373-1, ISO 13373-2, ISO 13373-3 (vidi također ISO 20816-1).

8. Prijelazni rad

Tijekom ubrzavanja, usporavanja ili rada iznad nazivne brzine, očekuju se veće vibracije, posebno pri prolasku kroz kritične brzine.

9. Pozadinske vibracije

Ako izmjerene vibracije prelaze granice prihvatljivosti i sumnja se na pozadinske vibracije, mjerite dok je stroj zaustavljen. Korekcije su potrebne ako pozadina prelazi bilo koje od sljedećih:

• 25% izmjerene vrijednosti tijekom rada, ILI
• 25% B/C granice za tu klasu stroja

Prilog C (Informativni) — Granice zone i sigurnosne udaljenosti

Za strojeve s klizne (fluidni) ležajeve, temeljni uvjet za siguran rad je zahtjev da pomaci osovine na uljnom klinu ne smiju dopustiti kontakt s ljuskom ležaja. Stoga granice zona za relativne pomake osovine dane u Prilogu B moraju biti usklađene s tim zahtjevom.

Posebno, za ležajeve s malim zazorom, može biti potrebno smanjiti granične vrijednosti zone. Stupanj smanjenja ovisi o vrsti ležaja i kutu između smjera mjerenja i smjera minimalnog zazora.

Primjer: Velika parna turbina (3000 okretaja u minuti, ležaj klizača)

• Izračunato B/C (Dodatak B): S(pp) = 9000/√3000 ≈ 164 μm
• Stvarni promjerni zazor ležaja: 150 μm
• Budući da je 164 > 150, koristite ograničenja temeljena na razmaku:
• A/B = 0,4 × 150 = 60 μm
• B/C = 0,6 × 150 = 90 μm
• C/D = 0,7 × 150 = 105 μm

Napomena o primjeni: Ove prilagođene vrijednosti primjenjuju se pri mjerenju vibracija osovine u ili blizu ležaja. Na drugim mjestima osovina s većim radijalnim zazorima mogu se primijeniti standardne formule iz Priloga B.

Prilog D (Informativni) — Primjenjivost kriterija konstantne brzine za strojeve niske brzine

Ovaj prilog pruža opravdanje za nepoželjnost primjene kriterija temeljenih na mjerenju brzine za strojeve s niskofrekventnim vibracijama (ispod 120 o/min). Za strojeve niske brzine, kriteriji temeljeni na mjerenje pomaka korištenje odgovarajuće mjerne opreme može biti prikladnije. Međutim, takvi kriteriji nisu uzeti u obzir u ovom standardu.

Povijesna osnova kriterija brzine

Prijedlog za korištenje vibracija brzina Izmjerene vrijednosti na nerotirajućim dijelovima strojeva kao osnova za opis stanja vibracija formulirane su na temelju generalizacije brojnih rezultata ispitivanja (vidi, na primjer, pionirski rad Rathbonea TC, 1939.) uzimajući u obzir određena fizikalna razmatranja.

U vezi s tim, dugi niz godina se smatralo da su strojevi ekvivalentni s gledišta stanja i utjecaja vibracija na njih ako se rezultati mjerenja efektivne vrijednosti brzine u frekvencijskom rasponu od 10 do 1000 Hz podudaraju. Prednost ovog pristupa bila je mogućnost korištenja istih kriterija stanja vibracija bez obzira na frekvencijski sastav vibracija ili frekvenciju rotacije stroja.

Suprotno tome, korištenje pomaka ili ubrzanja kao osnove za procjenu stanja vibracija dovelo bi do potrebe za konstruiranjem kriterija ovisnih o frekvenciji, budući da je omjer pomaka i brzine obrnuto proporcionalan frekvenciji vibracija, a omjer ubrzanja i brzine izravno proporcionalan njoj.

Paradigma konstante brzine

Upotreba vibracija brzina budući da se primarni parametar temelji na opsežnom testiranju i opažanju da su strojevi "ekvivalentni" u smislu stanja ako pokazuju istu RMS brzinu u rasponu od 10–1000 Hz, bez obzira na frekvencijski sadržaj.

Prednost: Jednostavnost. Jedan skup ograničenja brzine primjenjuje se u širokom rasponu brzina bez korekcija ovisnih o frekvenciji.

Problem na niskim frekvencijama: Omjer pomaka i brzine obrnuto je proporcionalan frekvenciji:

Na vrlo niskim frekvencijama (< 10 Hz), prihvaćanje konstantne brzine (npr. 4,5 mm/s) može dopustiti pretjerano velike pomak, što može opteretiti povezane komponente (cjevovode, spojnice) ili ukazivati na velike strukturne probleme.

Grafički prikaz (iz Priloga D)

Razmotrimo konstantnu brzinu od 4,5 mm/s pri različitim brzinama trčanja:

Opažanje: Kako se brzina smanjuje, istisnina dramatično raste. Istisnina od 358 μm pri 120 okretaja u minuti mogla bi preopteretiti spojke ili uzrokovati pucanje uljnog filma u kliznim ležajevima, iako je brzina "prihvatljiva"."

Slika D.1 prikazuje jednostavan matematički odnos između konstantne brzine i promjenjivog pomaka pri različitim frekvencijama rotacije. Ali istovremeno pokazuje kako korištenje kriterija konstantne brzine može dovesti do rasta pomaka postolja ležaja sa smanjenjem frekvencije rotacije. Iako dinamičke sile koje djeluju na ležaj ostaju unutar prihvatljivih granica, značajni pomaci kućišta ležaja mogu imati negativan utjecaj na spojene elemente stroja, poput uljnih cijevi.

Konfiguracija Balanset-1A za strojeve niske brzine

Kod mjernih strojeva ≤600 o/min:

• Postavite donju granicu frekvencijskog raspona na 2 Hz (ne 10 Hz)
• Prikaži oboje Brzina (mm/s) and Pomak (μm) metrika
• Usporedite oba parametra s pragovima iz vašeg standarda/postupka (unesite ih u kalkulator)
• Ako se mjeri i prolazi samo brzina, ali pomak nije poznat, procjena je nepotpun
• Osigurajte linearni odziv pretvarača do 2 Hz (provjerite certifikat o kalibraciji)

12. Prijelazni rad: ubrzanje, usporavanje i prekoračenje brzine

Granice zona u Prilozima A i B primjenjuju se na rad u stacionarnom stanju pri nominalnoj brzini i opterećenju. Tijekom prijelaznih uvjeta (pokretanje, gašenje, promjene brzine) očekuju se veće vibracije, posebno pri prolasku kroz kritične brzine (rezonancije).

Tablica 1 - Preporučena ograničenja tijekom prijelaznih stanja

Napomena za brzinu <20%: Pri vrlo malim brzinama, kriteriji brzine možda neće vrijediti (vidi Dodatak D). Pomak postaje kritičan.

Praktično tumačenje

• Stroj može nakratko prekoračiti granice ustaljenog stanja tijekom ubrzanja/usporavanja
• Dopušteno je da vibracije osovine dosegnu 1,5× granice C/D (do brzine 90%) kako bi se omogućio prolaz kroz kritične brzine
• Ako vibracije ostanu visoke nakon postizanja radne brzine, to ukazuje na trajna greška, ne prolazna rezonancija

Analiza run-downa Balanset-1A

Balanset-1A uključuje značajku grafikona "RunDown" (eksperimentalno) koja bilježi amplitudu vibracija u odnosu na broj okretaja tijekom zaustavljanja u praznom hodu:

• Identificira kritične brzine: Oštri vrhovi amplitude ukazuju na rezonancije
• Potvrđuje brzi prolaz: Uski vrhovi potvrđuju da stroj brzo prolazi (dobro)
• Detektira kvarove ovisne o brzini: Kontinuirano povećanje amplitude s brzinom ukazuje na aerodinamičke ili procesne probleme

Ovi podaci su neprocjenjivi za razlikovanje prolaznih skokova (prihvatljivih prema Tablici 1) od prekomjernih vibracija u ustaljenom stanju (neprihvatljivih).

13. Praktični tijek rada za usklađenost s normom ISO 20816-3

14. Napredna tema: Teorija uravnoteženja koeficijenata utjecaja

Kada se dijagnosticira neravnoteža stroja (visoka 1× vibracija, stabilna faza), Balanset-1A koristi Metoda koeficijenta utjecaja za izračun preciznih korekcijskih težina.

Matematička zaklada

Vibracijski odziv rotora modeliran je kao linearni sustav gdje dodavanje mase mijenja vektor vibracije:

Postupak uravnoteženja u tri prolaza (jedna ravnina)

1. Početno pokretanje (Pokretanje 0):
   • Mjerenje vibracija: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
   • Vektor: V₀ = 6,2∠45°
2. Probna vožnja s utezima (Vožnja 1):
   • Dodajte probnu masu: M_suđenje = 20 g pod kutom θ_suđenje = 0°
   • Mjerenje vibracija: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
   • Vektor: V₁ = 4,1∠110°
3. Izračunajte koeficijent utjecaja:
   • ΔV = V₁ − V₀ = (oduzimanje vektora)
   • α = ΔV / (20 g ∠ 0°)
   • α nam govori "koliko se vibracija mijenja po gramu dodane mase""
4. Izračunaj korekciju:
   • M_kor = −V₀ / α
   • Rezultat: M_kor = 28,5 g pod kutom θ_kor = 215°
5. Primijeni ispravku i provjeri:
   • Uklonite probni uteg
   • Dodajte 28,5 g na 215° (mjereno od referentne oznake na rotoru)
   • Izmjerite konačnu vibraciju: A_konačni = 1,1 mm/s (cilj: <1,4 mm/s za Zonu A)

Zašto ovo funkcionira

Neravnoteža stvara centrifugalnu silu F = m × e × ω², gdje je m neuravnotežena masa, e je njezina ekscentričnost, a ω je kutna brzina. Ova sila generira vibracije. Dodavanjem precizno izračunate mase pod određenim kutom stvaramo jednake i suprotne centrifugalna sila, poništavajući izvornu neravnotežu. Softver Balanset-1A automatski izvodi složenu vektorsku matematiku, vodeći tehničara kroz proces.

11. Priručnik za fiziku i formule

Osnove obrade signala

Odnos između pomaka, brzine i ubrzanja

Za sinusoidne vibracije Na frekvenciji f (Hz), odnosi između pomaka (d), brzine (v) i ubrzanja (a) određeni su računom:

Ključni uvid: Brzina je proporcionalna frekvenciji × pomak. Ubrzanje je proporcionalno frekvenciji² × pomak. Zato:

• Na niske frekvencije (< 10 Hz), pomak je kritični parametar
• Na srednje frekvencije (10–1000 Hz), brzina dobro korelira s energijom i neovisna je o frekvenciji
• Na visoke frekvencije (> 1000 Hz), ubrzanje postaje dominantno

RMS u odnosu na vršne vrijednosti

The Srednja kvadratna vrijednost (RMS) vrijednost predstavlja efektivnu energiju signala. Za čisti sinusni val:

Zašto RMS? RMS je u izravnoj korelaciji s vlast and stres umora nametnut na komponente stroja. Vibracijski signal s V_RMS = 4,5 mm/s isporučuje istu mehaničku energiju bez obzira na složenost valnog oblika.

Izračun RMS-a širokopojasnog signala

Za složeni signal koji sadrži više frekvencijskih komponenti (kao u stvarnim strojevima):

Gdje svaki V_RMS,i predstavlja efektivnu vrijednost (RMS) amplitude na određenoj frekvenciji (1×, 2×, 3×, itd.). To je "ukupna" vrijednost koju prikazuju analizatori vibracija i koristi se za procjenu zone prema ISO 20816-3.

Arhitektura obrade signala Balanset-1A

Praktični primjer: Dijagnostički vodič

Scenarij: Centrifugalna pumpa od 75 kW koja radi pri 1480 o/min (24,67 Hz) na krutom betonskom temelju.

Korak 1: Klasifikacija

• Snaga: 75 kW → Grupa 2 (15–300 kW)
• Temelj: Čvrst (potvrđeno testom udara)
• Odredite A/B, B/C, C/D pragove iz vaše standardne kopije/specifikacije i unesite ih u kalkulator

Korak 2: Mjerenje s Balanset-1A

• Montirajte akcelerometre na kućišta ležajeva pumpe (vanjske i unutarnje)
• Uđite u način rada "Vibrometar" (F5)
• Postavljeni frekvencijski raspon: 10–1000 Hz
• Zabilježite ukupnu RMS brzinu: 6,2 mm/s

Korak 3: Procjena zone

Usporedite izmjerenu vrijednost (npr. 6,2 mm/s RMS) s unesenim pragovima: iznad C/D → ZONA D; između B/C i C/D → ZONA C, itd.

Korak 4: Spektralna dijagnoza

Prebacite se u FFT način rada. Spektar prikazuje:

• 1× komponenta (24,67 Hz): 5,8 mm/s — Dominantno
• 2× komponenta (49,34 Hz): 1,2 mm/s — Manji
• Druge frekvencije: Zanemarivo

Dijagnoza: Visoka 1× vibracija sa stabilnom fazom → Neravnoteža

Korak 5: Balansiranje s Balanset-1A

Uđite u način rada "Balansiranje u jednoj ravnini":

• Početno trčanje: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
• Probna težina: Dodajte 20 grama pod 0° (proizvoljni kut)
• Probni rad: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
• Softver izračunava: Korekcijska masa = 28,5 grama pod kutom = 215°
• Primijenjena korekcija: Uklonite probni uteg, dodajte 28,5 g na 215°
• Provjera se izvodi: A_konačni = 1,1 mm/s

Korak 6: Provjera usklađenosti

1,1 mm/s < 1,4 mm/s (granica A/B) → ZONA A — Izvrsno stanje!

Pumpa je sada u skladu s normom ISO 20816-3 za neograničen dugotrajan rad. Generirajte izvješće koje dokumentira prije (6,2 mm/s, Zona D) i poslije (1,1 mm/s, Zona A) sa spektralnim dijagramima.

Zašto je brzina primarni kriterij

Brzina vibracija dobro korelira s intenzitetom vibracija u širokom frekvencijskom rasponu jer:

• Brzina se odnosi na energija prenosi se na temelj i okolinu
• Brzina je relativna neovisno o frekvenciji za tipičnu industrijsku opremu
• Pri vrlo niskim frekvencijama (<10 Hz), pomak postaje ograničavajući faktor
• Pri vrlo visokim frekvencijama (>1000 Hz), ubrzanje postaje važno (posebno za dijagnostiku ležajeva)

Statički otklon i prirodna frekvencija

Za procjenu je li temelj krut ili fleksibilan:

Procjena kritične brzine

Prva kritična brzina jednostavnog rotora:

15. Uobičajene pogreške i zamke u primjeni ISO 20816-3

16. Integracija sa širom strategijom praćenja stanja

Granice vibracija prema ISO 20816-3 su potrebno, ali ne i dovoljno za potpuno upravljanje stanjem strojeva. Integrirajte podatke o vibracijama sa:

• Analiza ulja: Čestice trošenja, smanjenje viskoznosti, kontaminacija
• Termografija: Temperature ležajeva, vruće točke namota motora, zagrijavanje uzrokovano neusklađenošću
• Ultrazvuk: Rano otkrivanje kvarova podmazivanja ležajeva, električnog luka
• Analiza strujnih karakteristika motora (MCSA): Defekti rotorske šipke, ekscentričnost, varijacije opterećenja
• Parametri procesa: Protok, tlak, potrošnja energije - korelirajte skokove vibracija s poremećajima u procesu

Balanset-1A pruža vibracijski stup ove strategije. Koristite značajke arhiviranja i praćenja trendova za izgradnju povijesne baze podataka. Usporedite događaje vibracija sa zapisima o održavanju, datumima uzoraka ulja i operativnim zapisnicima.

17. Regulatorna i ugovorna razmatranja

Ispitivanje prihvatljivosti (novi strojevi)

Important: granice zone obično su smjernice za procjenu stanja, dok kriteriji prihvaćanja za novi stroj definirani su ugovorom/specifikacijom i dogovoreni između dobavljača i kupca.

Uloga Balanset-1A: Tijekom tvorničkih primopredajnih ispitivanja (FAT) ili primopredajnih ispitivanja na gradilištu (SAT), Balanset-1A provjerava razine vibracija koje je deklarirao dobavljač. Generirajte dokumentirana izvješća koja pokazuju usklađenost s ugovornim ograničenjima.

Osiguranje i odgovornost

U nekim jurisdikcijama, upravljanje strojevima u Zona D može poništiti osiguranje ako dođe do katastrofalnog kvara. Dokumentirane procjene prema ISO 20816-3 pokazuju dužnu pažnju u održavanju strojeva.

18. Budući razvoj: Proširenje serije ISO 20816

Serija ISO 20816 se nastavlja razvijati. Nadolazeći dijelovi i revizije uključuju:

• ISO 20816-6: Klipni strojevi (zamjenjuju ISO 10816-6)
• ISO 20816-7: Rotodinamičke pumpe (zamjenjuju ISO 10816-7)
• ISO 20816-8: Sustavi klipnih kompresora (novi)
• ISO 20816-21: Vjetroturbine (zamjenjuju ISO 10816-21)

Ovi standardi će usvojiti slične filozofije granica zona, ali s prilagodbama specifičnim za strojeve. Balanset-1A, sa svojom fleksibilnom konfiguracijom i širokim rasponom frekvencija/amplitude, ostat će kompatibilan nakon objave ovih standarda.

19. Studije slučaja

Studija slučaja 1: Pogrešna dijagnoza izbjegnuta dvostrukim mjerenjem

Stroj: Parna turbina od 5 MW, 3000 okretaja u minuti, klizni ležajevi

Situacija: Vibracije kućišta ležaja = 3,0 mm/s (Zona B, prihvatljivo). Međutim, operateri su prijavili neuobičajenu buku.

Istraga: Balanset-1A spojen na postojeće sonde za blizinu. Vibracije osovine = 180 μm pp. Izračunato ograničenje B/C (Dodatak B) = 164 μm. Osovina u Zona C!

Osnovni uzrok: Nestabilnost uljnog filma (vrtlog ulja). Vibracije kućišta bile su niske zbog snažnog prigušenja kretanja osovine od strane mase postolja. Oslanjanje samo na mjerenje kućišta ne bi uočilo ovo opasno stanje.

Akcijski: Prilagođen tlak dovoda ulja u ležaju, smanjen zazor ponovnim podmetanjem. Vibracije osovine smanjene na 90 μm (Zona A).

Studija slučaja 2: Balansiranje spašava kritičnog ventilatora

Stroj: Ventilator s indukcijom od 200 kW, 980 okretaja u minuti, fleksibilna spojka

Početni uvjet: Vibracija = 7,8 mm/s (Zona D). Postrojenje razmatra hitno gašenje i zamjenu ležajeva ($50.000, 3-dnevni prekid).

Dijagnoza Balanset-1A: FFT pokazuje 1× = 7,5 mm/s, 2× = 0,8 mm/s. Fazno stabilno. Neravnoteža, ne noseći oštećenja.

Balansiranje polja: Dvoravninsko balansiranje izvršeno na licu mjesta za 4 sata. Konačna vibracija = 1,6 mm/s (Zona A).

Outcome: Izbjegnut prekid rada, ušteđeno $50,000. Uzrok: erozija napadne ivice lopatica od abrazivne prašine. Ispravljeno balansiranjem; planirana obnova lopatica pri sljedećem planiranom prekidu rada.

20. Zaključak i najbolje prakse

Prijelaz na ISO 20816-3:2022 predstavlja sazrijevanje u analizi vibracija, zahtijevajući pristup zdravlju strojeva temeljen na fizici, iz dvostruke perspektive. Ključne zaključke:

The Balanset-1A sustav pokazuje snažnu usklađenost sa zahtjevima norme ISO 20816-3. Njegove tehničke specifikacije - frekvencijski raspon, točnost, fleksibilnost senzora i softverski tijek rada - omogućuju timovima za održavanje ne samo da dijagnosticiraju neusklađenosti već i da ih aktivno isprave preciznim balansiranjem. Kombiniranjem dijagnostičke spektralne analize s mogućnošću korektivnog balansiranja, Balanset-1A omogućuje inženjerima pouzdanosti održavanje industrijske imovine unutar zone A/B, osiguravajući dugovječnost, sigurnost i neprekidnu proizvodnju.

Referentni standardi i bibliografija

Normativne reference (Odjeljak 2 norme ISO 20816-3)

Povezani standardi u seriji ISO 20816

Dopunski standardi

Povijesni kontekst (zastarjeli standardi)

Norma ISO 20816-3:2022 zamjenjuje sljedeće norme:

• ISO 10816-3:2009 — Procjena vibracija stroja mjerenjima na nerotirajućim dijelovima — Dio 3: Industrijski strojevi nazivne snage iznad 15 kW i nazivnih brzina između 120 o/min i 15 000 o/min
• ISO 7919-3:2009 — Mehaničke vibracije — Procjena vibracija stroja mjerenjima na rotirajućim osovinama — Dio 3: Spojeni industrijski strojevi

Integracija vibracija kućišta (10816) i vibracija osovine (7919) u jedinstveni standard uklanja prethodne nejasnoće i pruža kohezivan okvir za evaluaciju.

Prilog DA (Informativni) — Podudarnost referenciranih međunarodnih standarda s nacionalnim i međudržavnim standardima

Pri primjeni ove norme preporučuje se korištenje odgovarajućih nacionalnih i međudržavnih normi umjesto referenciranih međunarodnih normi. Sljedeća tablica prikazuje odnos između ISO normi na koje se upućuje u Odjeljku 2 i njihovih nacionalnih ekvivalenata.

Bilješka: U ovoj tablici koristi se sljedeća konvencionalna oznaka stupnja korespondencije:

• Međunarodna godišnja doba — Identični standardi

Nacionalni standardi mogu imati različite datume objave, ali zadržavaju tehničku ekvivalenciju s navedenim ISO standardima. Uvijek konzultirajte najnovija izdanja nacionalnih standarda za najnovije zahtjeve.

Bibliografija

Sljedeći dokumenti su navedeni u normi ISO 20816-3 u informativne svrhe:

Povijesna bilješka: Referenca [16] (Rathbone, 1939.) predstavlja pionirski rad koji je postavio temelje za korištenje brzine kao primarnog kriterija vibracije.