Az ISO 20816-3 szabvány átfogó elemzése: mérés, értékelés és műszeres megvalósítás a Balanset-1A rendszer segítségével

Összefoglaló

Az ipari környezetben jelentős paradigmaváltás történt a gépek állapotfigyelésének szabványosításában. Az ISO 20816-3:2022 bevezetése a korábbi módszerek konszolidációját és modernizálását jelenti, konkrétan a ház rezgésének (korábban ISO 10816-3) és a forgó tengely rezgésének (korábban ISO 7919-3) értékelését egyetlen, koherens keretrendszerbe egyesíti. Ez a jelentés az ISO 20816-3 szabvány kimerítő elemzését tartalmazza, feltárva annak fejezeteit, normatív mellékleteit és fizikai alapelveit. Ezenkívül részletes műszaki értékelést tartalmaz a Balanset-1A hordozható rezgéselemző és kiegyensúlyozó készülékről, bemutatva, hogy ez a speciális műszer hogyan segíti a szabvány szigorú követelményeinek való megfelelést. A jelfeldolgozási elmélet, a gépészeti alapelvek és a gyakorlati működési eljárások összefoglalásával ez a dokumentum végleges útmutatóként szolgál azoknak a megbízhatósági mérnököknek, akik elérhető, nagy pontosságú műszerek segítségével szeretnék összehangolni állapotfigyelési stratégiáikat a globális legjobb gyakorlatokkal.

I. rész: Az ISO 20816-3 elméleti kerete

1.1 A rezgésszabványok fejlődése: az ISO 10816 és az ISO 7919 szabványok összehangolása

A rezgés szabványosításának története a fragmentált, alkatrészspecifikus irányelvektől a holisztikus gépértékelés felé történő fokozatos elmozdulással jellemezhető. Történelmileg az ipari gépek értékelése két részre oszlott. Az ISO 10816 sorozat a nem forgó alkatrészek – konkrétan a csapágyházak és talapzatok – mérésére összpontosított, gyorsulásmérők vagy sebességátalakítók segítségével. Ezzel szemben az ISO 7919 sorozat a forgó tengelyek csapágyaikhoz viszonyított rezgésével foglalkozott, elsősorban érintésmentes örvényáram-érzékelők segítségével.

Ez a szétválasztás gyakran diagnosztikai bizonytalansághoz vezetett. Egy gép elfogadható házrezgést mutathat (ISO 10816 szerint A zóna), miközben veszélyes tengelyfutás vagy instabilitás (ISO 7919 szerint C/D zóna) is előfordulhat, különösen olyan esetekben, amikor nehéz burkolatok vagy folyadékfilm-csapágyak vannak, amelyek csillapítják a rezgési energia átvitelét. Az ISO 20816-3 feloldja ezt a kettősséget azáltal, hogy felváltja mind az ISO 10816-3:2009, mind az ISO 7919-3:2009 szabványt.1 Ezen perspektívák integrálásával az új szabvány elismeri, hogy a rotor dinamikus erői által generált rezgési energia a gép szerkezetén belül a merevség, a tömeg és a csillapítási arányok függvényében eltérő módon nyilvánul meg. Ennek következtében a megfelelő értékeléshez mostantól kettős szemléletre van szükség: a szerkezet abszolút rezgésének és, adott esetben, a tengely relatív mozgásának értékelésére.

A Balanset-1A rendszer egy olyan eszközként lép be ebbe a környezetbe, amelynek célja ezeknek a mérési területeknek az összekapcsolása. Az architektúrája, amely mind a házmérésekhez használt piezoelektromos gyorsulásmérőket, mind a lineáris elmozdulásérzékelőkhöz használt egyenáramú bemeneteket támogatja, tükrözi az ISO 20816 sorozat kettős természetű filozófiáját.3 Ez a konvergencia egyszerűsíti a technikusok eszköztárát, lehetővé téve, hogy egyetlen műszerrel elvégezzék az egységes szabvány által előírt átfogó értékeléseket.

1.2 Hatály és alkalmazhatóság: az ipari gépek területének meghatározása

Az ISO 20816-3 szabvány 1. fejezete pontosan meghatározza alkalmazási határait. A szabvány nem általános érvényű, hanem kifejezetten 15 kW feletti teljesítményű és 120 r/min és 30 000 r/min közötti üzemi fordulatszámú ipari gépekhez lett kalibrálva.1 Ez a széles működési tartomány a gyártási, energiaipari és petrolkémiai ágazatokban található kritikus eszközök túlnyomó többségét lefedi.

A kifejezetten érintett berendezések a következők:

• Gőzturbinák és generátorok: Azok az egységek, amelyek teljesítménye 40 MW vagy annál kisebb, ide tartoznak. A nagyobb egységek (40 MW felett) általában az ISO 20816-2 szabvány hatálya alá tartoznak, kivéve, ha a szinkron hálózati frekvenciáktól eltérő fordulatszámon (1500, 1800, 3000 vagy 3600 fordulat/perc) működnek.6
• Rotációs kompresszorok: Beleértve a feldolgozóiparban használt centrifugális és axiális kiviteleket is.
• Ipari gázturbinák: Különösen azok, amelyek teljesítménye 3 MW vagy annál kevesebb. A nagyobb gázturbinák egyedi hő- és dinamikai jellemzőik miatt a szabvány külön részeibe vannak besorolva.1
• Szivattyúk: Az elektromos motorral hajtott centrifugális szivattyúk e csoport központi elemei.
• Villanymotorok: Bármilyen típusú motorok ide tartoznak, feltéve, hogy rugalmasan vannak összekapcsolva. A mereven összekapcsolt motorokat gyakran a hajtott géprendszer részeként vagy külön albekezdésekben értékelik.
• Ventilátorok és fúvókák: Kritikus fontosságú a HVAC és az ipari folyamatok légkezelésében.6

Kivételek: Ugyanilyen fontos megérteni, hogy mi nem tartozik ide. A dugattyús tömegekkel rendelkező gépek (például a dugattyús kompresszorok) olyan rezgésprofilokat generálnak, amelyekben az ütések és a változó nyomatékok dominálnak, ezért az ISO 20816-8 szabványban található speciális elemzésre van szükség. Hasonlóképpen, a rendkívül változó aerodinamikai terhelések mellett működő szélturbinákra az ISO 10816-21 szabvány vonatkozik.7 A Balanset-1A specifikus tervezési jellemzői, például a 150–60 000 fordulat/perc 8 forgási sebességmérési tartománya tökéletesen illeszkedik a szabvány 120–30 000 fordulat/perc hatályához, biztosítva, hogy a műszer az alkalmazható gépek teljes spektrumát képes legyen figyelemmel kísérni.

1.3 Gépi osztályozási rendszerek: a támasztó merevség fizikája

A korábbi szabványokból átvett fontos újítás a gépek merevségük alapján történő osztályozása. Az ISO 20816-3 szabvány a gépeket nemcsak méretük, hanem dinamikus viselkedésük alapján is csoportokba sorolja.

1.3.1 Csoportosítás teljesítmény és méret szerint

A szabvány a gépeket két fő csoportba sorolja, hogy megfelelő súlyossági határértékeket lehessen alkalmazni:

• 1. csoport: 300 kW feletti névleges teljesítményű nagy gépek, vagy 315 mm-t meghaladó tengelymagasságú elektromos gépek. Ezek a gépek általában hatalmas rotorokkal rendelkeznek és jelentős dinamikus erőket generálnak.9
• 2. csoport: Közepes méretű gépek, amelyek névleges teljesítménye 15 kW és 300 kW között van, vagy elektromos gépek, amelyek tengelymagassága 160 mm és 315 mm között van.10

1.3.2 Támogatási rugalmasság: merev vs. rugalmas

A “merev” és “rugalmas” támaszok közötti különbség fizikai kérdés, nem csak az építőanyag kérdése. A támasz egy adott mérési irányban akkor tekinthető merevnek, ha a gép-támasz rendszer első sajátfrekvenciája (rezonancia) jelentősen magasabb, mint a fő gerjesztési frekvencia (jellemzően a forgási sebesség). Pontosabban, a sajátfrekvenciának legalább 25%-vel magasabbnak kell lennie, mint az üzemi sebesség. Ezzel szemben a rugalmas támaszok sajátfrekvenciája közel lehet az üzemi sebességhez vagy alatta lehet, ami rezonanciaerősítéshez vagy szigetelési hatásokhoz vezet.10

Ez a különbség azért fontos, mert a rugalmas támaszok természetesen nagyobb rezgésamplitudót tesznek lehetővé azonos belső gerjesztőerő (kiegyensúlyozatlanság) mellett. Ezért a rugalmas támaszok megengedett rezgési határértékei általában magasabbak, mint a merev támaszoké. A Balanset-1A fázismérési képességei megkönnyítik a támaszok jellemzőinek meghatározását. A felgyorsítási vagy lefékezési teszt elvégzésével (a szoftver specifikációk 11. pontjában említett “RunDown” diagramfunkció használatával) az elemző azonosíthatja a rezonancia csúcsokat. Ha a csúcs az üzemi tartományon belül jelentkezik, a tartó dinamikusan rugalmas; ha a válasz az üzemi sebességig lapos és lineáris, akkor merev. Ez a diagnosztikai képesség lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy kiválassza a megfelelő értékelési táblázatot az ISO 20816-3 szabványban, megelőzve ezzel a téves riasztásokat vagy a hibák elmulasztását.

II. rész: Mérési módszertan és fizika

Az ISO 20816-3 szabvány 4. fejezete határozza meg az adatgyűjtés szigorú eljárási követelményeit. Bármely értékelés érvényessége teljes mértékben a mérés pontosságától függ.

2.1 Műszerezés fizika: Átalakító kiválasztása és válasz

A szabvány előírja olyan műszerek használatát, amelyek képesek szélessávú négyzetes középértékű (r.m.s.) rezgéssebességet mérni. A frekvenciaválasz általános gépek esetében legalább 10 Hz és 1000 Hz közötti tartományban laposnak kell lennie.12 Alacsonyabb fordulatszámú gépek (600 fordulat/perc alatt működő) esetében a frekvenciaválasz alsó határa 2 Hz-ig kell, hogy terjedjen, hogy az alapvető forgási komponenseket is lefedje.

A Balanset-1A műszaki megfelelősége:
A Balanset-1A rezgéselemző készülék ezeket a speciális követelményeket figyelembe véve lett kifejlesztve. Műszaki adatai szerint a standard működéshez 5 Hz és 550 Hz közötti rezgésfrekvencia-tartományt biztosít, de a mérési képességek kiterjesztésére is van lehetőség.8 Az 5 Hz-es alsó határ kritikus fontosságú, mivel biztosítja a 300 fordulat/perc sebességgel működő gépek megfelelőségét, ami az ipari alkalmazások túlnyomó többségét lefedi. Az 550 Hz felső határ a kritikus harmonikusok (1x, 2x, 3x stb.) és a legtöbb standard szivattyú és ventilátor lapátátmeneti frekvenciáit fedi le. Ezenkívül a készülék pontossága a teljes skála 5%-je, ami megfelel az ISO 2954 (A rezgés súlyosságának mérésére szolgáló műszerekre vonatkozó követelmények) szabványban előírt metrológiai szigorúságnak.8

A szabvány két fő mérési típust különböztet meg, melyeket mindkettőt támogat a Balanset-1A ökoszisztéma:

• Szeizmikus átalakítók (gyorsulásmérők): Ezek az eszközök a ház abszolút rezgését mérik. Érzékenyek a csapágytalapzat által továbbított erőre. A Balanset-1A készlet két egytengelyes gyorsulásmérőt (jellemzően ADXL sorozatú technológiával vagy piezoelektromos) tartalmaz mágneses rögzítéssel.14
• Érintésmentes jeladók (közelségérzékelők): Ezek a tengely relatív elmozdulását mérik. Elengedhetetlenek a folyadékfilm-csapágyas gépeknél, ahol a tengely a hézagban mozog.

2.2 Mélyreható elemzés: relatív tengelyrezgés és érzékelőintegráció

Míg az ISO 20816-3 szabvány elsősorban a ház rezgésére összpontosít, a B melléklet kifejezetten a tengely relatív rezgésével foglalkozik. Ehhez örvényáramú érzékelők (közelségérzékelők) használata szükséges. Ezek az érzékelők úgy működnek, hogy rádiófrekvenciás (RF) mezőt generálnak, amely örvényáramokat indukál a vezető tengely felületén. A szonda tekercsének impedanciája a rés távolságával változik, így a kimeneti feszültség arányos az elmozdulással.15

Eddy Current szondák integrálása a Balanset-1A-val:
A Balanset-1A egyedülálló tulajdonsága, hogy ezekhez az érzékelőkhöz is alkalmazkodik. Bár elsősorban gyorsulásmérőkkel szállítják, a készülék bemenetei “Lineáris” módra konfigurálhatók, hogy harmadik féltől származó közelségérzékelő-meghajtók (proximitorok) feszültségjelzéseit is fogadják.3

• Feszültség bemenet: A legtöbb ipari közelségérzékelő negatív egyenáramú feszültséget ad ki (pl. -24 V-os tápfeszültség, 200 mV/mil skála). A Balanset-1A lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy egyéni érzékenységi együtthatókat (pl. mV/µm) adjanak meg a “Beállítások” ablakban (F4 gomb).3
• DC-eltolás eltávolítása: A közelségérzékelők nagy egyenáramú résfeszültséget (előfeszítést) hordoznak, amelyre egy kis váltakozó áramú rezgésjel ráül. A Balanset-1A szoftver tartalmaz egy “Remove DC” (Egyenáram eltávolítása) funkciót, amely kiszűri a résfeszültséget, és elkülöníti a dinamikus rezgésjelet az ISO 20816-3 határértékekhez viszonyított elemzéshez.3
• Linearitás és kalibrálás: A szoftver lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy kalibrációs tényezőket határozzon meg (pl. Kprl1 = 0,94 mV/µm), biztosítva, hogy a laptop képernyőjén megjelenő érték pontosan megfeleljen a tengely fizikai elmozdulásának.3 Ez a képesség elengedhetetlen a B. mellékletben meghatározott kritériumok alkalmazásakor, amelyek az elmozdulást mikrométerben, és nem másodpercenkénti sebességben milliméterben határozzák meg.

2.3 A szerelés fizikája: az adatok hűségének biztosítása

Az ISO 20816-3 hangsúlyozza, hogy az érzékelő felszerelésének módja nem ronthatja a mérés pontosságát. A felszerelt érzékelő rezonanciafrekvenciájának jelentősen magasabbnak kell lennie, mint a vizsgált frekvenciatartomány.

• Csapszeg rögzítés: Az arany standard, amely a legmagasabb frekvenciaválasztást (akár 10 kHz+ig) kínálja.
• Mágneses rögzítés: Gyakorlatias kompromisszum a hordozható adatgyűjtéshez.

A Balanset-1A mágneses rögzítési rendszert használ, amelynek tartóereje 60 kgf (kilogramm-erő).17 Ez a nagy szorítóerő kritikus fontosságú. A gyenge mágnes “pattogó” hatást vagy mechanikus aluláteresztő szűrőt eredményez, ami jelentősen csökkenti a magas frekvenciájú jeleket. A 60 kgf-os tapadási erő elegendő ahhoz, hogy a rögzített rezonanciát jóval az ISO 20816-3 szabványban meghatározott 1000 Hz-es tartomány fölé emelje, így biztosítva, hogy az összegyűjtött adatok a gép viselkedését tükrözik, és nem a rögzítési módszer eredményei.12

2.4 Jelfeldolgozás: RMS vs. csúcsérték

A szabvány előírja a négyzetes középérték (RMS) sebesség használatát nem forgó alkatrészek esetében. Az RMS érték a rezgésjelben található teljes energia mértékét jelenti, és közvetlenül összefügg a gép alkatrészeire ható fáradási igénybevétellel.

RMS egyenlet:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

A tengely rezgése (B. melléklet) esetében a szabvány a csúcs-csúcs elmozdulást (S_oldal), amely a tengely teljes fizikai elmozdulását jelenti a csapágy hézagán belül.

S_oldal = S_max − S_min

Balanset-1A feldolgozás:
A Balanset-1A ezeket a matematikai átalakításokat belsőleg végzi el. Az ADC (analóg-digitális átalakító) mintavételezi a nyers jelet, a szoftver pedig kiszámítja a RMS sebességet a házmérésekhez és a csúcs-csúcs elmozdulást a tengelymérésekhez. Lényeges, hogy kiszámítja a szélessávú értéket (Overall), amely összeadja az energia teljes frekvenciaspektrumát (pl. 10-1000 Hz). Ez az “Overall” érték az elsődleges szám, amelyet a gép A, B, C vagy D zónákba sorolásához használnak. Ezenkívül a készülék FFT (gyors Fourier-transzformáció) funkcióval is rendelkezik, amely lehetővé teszi az elemző számára, hogy megtekintse az RMS-érték összességét alkotó egyes frekvenciakomponenseket (1x, 2x, harmonikusok), ami segít a rezgés forrásának diagnosztizálásában.8

2.5 Háttérrezgés: a jel-zaj arány kihívása

Az ISO 20816-3 szabvány egyik kritikus, gyakran figyelmen kívül hagyott szempontja a háttérrezgés kezelése, azaz a gépre külső forrásokból (pl. szomszédos gépek, padlórezgés) átterjedő rezgés kezelése, amikor a gép leáll.

A szabály: Ha a háttérrezgés meghaladja a gép működése közben mért rezgés 25% értékét, vagy a B és C zóna közötti határ 25% értékét, akkor komoly korrekciókra van szükség, vagy a mérést érvénytelennek lehet tekinteni.18 A korábbi szabványok gyakran hivatkoztak a “harmadik” szabályra, de az ISO 20816-3 szigorítja ezt a logikát.

Eljárás végrehajtása a Balanset-1A segítségével:

1. A technikus a Balanset-1A érzékelőket a leállított gépre helyezi.
2. A “Vibrometer” mód (F5 gomb) használatával rögzítik a háttér RMS szintjét.13
3. A gépet elindítják és terhelés alá helyezik. A működési RMS-értéket rögzítik.
4. Összehasonlítás történik. Ha az üzemi szint 4,0 mm/s, a háttér pedig 1,5 mm/s (37,5%), akkor a háttér túl magas. A Balanset-1A spektrális kivonási képessége (a háttér spektrumának és a működő gép spektrumának összehasonlítása) segít azonosítani, hogy a háttér egy adott frekvencián van-e (pl. 50 Hz egy közeli kompresszorból), amelyet az elemző figyelmen kívül hagyhat vagy szűrhet.

III. rész: Értékelési kritériumok – A szabvány lényege

A 6. fejezet az ISO 20816-3 szabvány magját képezi, és a gépek elfogadhatóságára vonatkozó döntési logikát tartalmazza.

3.1 I. kritérium: Rezgésmagnitúdó és zónák

A szabvány a csapágyházaknál megfigyelt maximális nagyság alapján értékeli a rezgés súlyosságát. A döntéshozatal megkönnyítése érdekében négy értékelési zónát határoz meg:

• A zóna: Újonnan üzembe helyezett gépek rezgése. Ez az “arany standard”. Az ebben a zónában lévő gépek mechanikai állapota kifogástalan.
• B. zóna: A gépek korlátlan hosszú távú üzemeltetésre alkalmasnak minősülnek. Ez a tipikus “zöld” üzemeltetési tartomány.
• C. zóna: A gépek hosszú távú folyamatos működésre nem alkalmasak. Általában a gép korlátozott ideig üzemeltethető, amíg megfelelő lehetőség nyílik a javításra (karbantartásra). Ez a “sárga” vagy “riasztás” állapot.
• D. zóna: Az ebben a zónában mért rezgésértékek általában olyan súlyosnak tekinthetők, hogy károsíthatják a gépet. Ez a “piros” vagy “kioldás” állapot.5

1. táblázat: Egyszerűsített ISO 20816-3 zónahatárok (RMS sebesség, mm/s) az 1. és 2. csoport számára

Gépcsoport	Alapítvány típusa	A/B zóna határa	B/C zóna határa	C/D zóna határa
1. csoport (>300 kW)	Merev	2.3	4.5	7.1
	Rugalmas	3.5	7.1	11.0
2. csoport (15–300 kW)	Merev	1.4	2.8	4.5
	Rugalmas	2.3	4.5	7.1

Megjegyzés: Ezek az értékek a szabvány A. mellékletéből származnak, és általános irányelveket jelentenek. Az egyes géptípusok esetében eltérő határértékek lehetnek érvényesek.

Balanset-1A megvalósítása:
A Balanset-1A szoftver nem csak számokat jelenít meg, hanem kontextusban is segíti a felhasználót. Míg a felhasználónak ki kell választania az osztályt, a szoftver “Jelentések” funkciója lehetővé teszi ezeknek az értékeknek a szabványhoz viszonyított dokumentálását. Amikor egy technikus 5,0 mm/s rezgést mér egy 50 kW-os szivattyún (2. csoport) merev alapon, a Balanset-1A mérési eredménye egyértelműen meghaladja a C/D zóna határértékét (4,5 mm/s), jelezve, hogy azonnali leállítást és javítást kell végrehajtani.

3.2 II. kritérium: A rezgés nagyságának változása

A 20816 sorozat talán legjelentősebb előrelépése az abszolút határértékektől függetlenül a rezgés változásának formális hangsúlyozása.

A 25% szabály: Az ISO 20816-3 szabvány szerint a B/C zóna határán (vagy a korábbi állandósult értéknél) 25%-nél nagyobb rezgésmagnitúdó-változás jelentősnek tekintendő, még akkor is, ha az abszolút érték az A vagy B zónán belül marad.20

Következmények:
Vegyünk egy ventilátort, amely 2,0 mm/s sebességgel működik (B zóna). Ha a rezgés hirtelen 2,8 mm/s-ra ugrik, akkor technikailag még mindig a B zónában van (egyes osztályok esetében), vagy éppen belép a C zónába. Ez azonban 40%-es növekedést jelent. Egy ilyen hirtelen eltolódás gyakran egy adott meghibásodási módot jelez: repedt rotoralkatrész, eltolódott kiegyensúlyozó súly vagy hőhatás miatti dörzsölődés. Ha ezt figyelmen kívül hagyjuk, mert “még mindig a zöld zónában van”, az katasztrofális meghibásodáshoz vezethet.

Balanset-1A trendelemzés:
A Balanset-1A “Session Recovery” (Munkamenet-visszaállítás) és archiválási funkcióival támogatja ezt a kritériumot.21 A mérési munkamenetek mentésével a megbízhatósági mérnök a jelenlegi adatokat a korábbi alapértékekkel tudja összehasonlítani. Ha az “Overall Vibration” (Általános rezgés) grafikon lépcsőzetes változást mutat, a mérnök a II. kritériumot alkalmazza. A “Restore Last Session” (Utolsó munkamenet visszaállítása) funkció itt különösen hasznos, mivel lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy visszahívja a gép előző hónapban fennálló pontos állapotát, és ellenőrizze, hogy a 25% küszöbértéket túllépték-e.

3.3 Üzemeltetési határértékek: Riasztások és kikapcsolások beállítása

A szabvány útmutatást nyújt az automatizált védelmi rendszerek beállításához:

• RIASZTÁS: Figyelmeztetés arra, hogy egy meghatározott rezgésérték elérése vagy jelentős változás történt. Az ajánlott beállítás általában az alapérték + 25% a B/C zóna határán.
• UTAZÁS: Azonnali intézkedés (leállítás) kezdeményezése. Ez általában a C/D zóna határán vagy kissé felette van beállítva, a gép mechanikai integritásától függően.19

Bár a Balanset-1A hordozható eszköz és nem állandó védelmi rendszer (mint például a Bently Nevada rack), ezeknek a kioldási szinteknek az ellenőrzésére és kalibrálására használják. A technikusok a Balanset-1A-t használják a rezgés mérésére egy ellenőrzött felgyorsítás vagy indukált kiegyensúlyozatlansági teszt során, hogy biztosítsák, hogy az állandó felügyeleti rendszer az ISO 20816-3 szabványban előírt megfelelő fizikai rezgésszinteknél lépjen működésbe.

IV. rész: A Balanset-1A rendszer – Technikai részletek

Ahhoz, hogy megértsük, hogyan működik a Balanset-1A megfelelési eszközként, elemeznünk kell annak műszaki felépítését.

4.1 Hardverarchitektúra

A Balanset-1A egy központi USB interfész modulból áll, amely feldolgozza az érzékelők analóg jeleit, mielőtt a digitalizált adatokat egy gazda laptopra továbbítja.

• ADC modul: A rendszer középpontjában egy nagy felbontású analóg-digitális átalakító áll. Ez a modul határozza meg a mérés pontosságát. A Balanset-1A a jeleket úgy kezeli, hogy ±5% pontosságot biztosítson, ami elegendő a terepi diagnosztikához.8
• Fázisreferencia (fordulatszámmérő): Az ISO 20816-3 szabványnak való megfeleléshez gyakran fáziselemzésre van szükség az egyensúlytalanság és az eltérés megkülönböztetéséhez. A Balanset-1A egy lézeres fordulatszámmérőt használ, amelynek hatótávolsága legfeljebb 1,5 méter, és 60 000 fordulat/perc sebességgel képes működni.17 Ez az optikai érzékelő indítja el a fázisszög számítását, amelynek pontossága ±1 fok.
• Teljesítmény és hordozhatóság: Az USB-ről (5 V) táplált készülék alapvetően védett a földhurok ellen, amely gyakran okoz problémát a hálózati árammal működő analizátoroknál. A teljes készlet súlya körülbelül 4 kg, így valódi “terepi” műszernek számít, amely alkalmas a ventilátorok eléréséhez szükséges állványok megmászására.8

4.2 Szoftveres képességek: több, mint egyszerű mérés

A Balanset-1A szoftver a nyers adatokat ISO szabványoknak megfelelő, felhasználható információkká alakítja át.

• FFT spektrumelemzés: A szabvány “specifikus frekvenciakomponensekről” beszél. A Balanset-1A a gyors Fourier-transzformációt jeleníti meg, amely a komplex hullámformát alkotó szinuszhullámokra bontja. Ez lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy megnézze, a magas RMS-érték 1x (kiegyensúlyozatlanság), 100x (fogaskerekek illeszkedése) vagy nem szinkron csúcsok (csapágyhibák) miatt alakult-e ki.21
• Polaris grafikonok: A kiegyensúlyozás és a vektorelemzéshez a szoftver a rezgésvektorokat poláris ábrán ábrázolja. Ez a vizualizáció kritikus fontosságú, amikor a kiegyensúlyozáshoz befolyásosztályozási módszereket alkalmaznak.
• ISO 1940 tűrésszámító: Míg az ISO 20816-3 szabvány a rezgéshatárokat, az ISO 1940 szabvány pedig a kiegyensúlyozottság minőségét (G-osztályok) szabályozza. A Balanset-1A szoftver tartalmaz egy kalkulátort, amelybe a felhasználó beírja a rotor tömegét és sebességét, és a rendszer gramm-milliméterben kiszámítja a megengedett maradék kiegyensúlyozatlanságot. Ez áthidalja a “a rezgés túl nagy” (ISO 20816) és a “ennyi súlyt kell eltávolítani” (ISO 1940) közötti szakadékot.11

4.3 Érzékelő kompatibilitás és bemeneti konfiguráció

Ahogy a rövid kutatásban is megjegyeztük, a különböző érzékelő típusokkal való összekapcsolhatóság kulcsfontosságú.

• Gyorsulásmérők: Az alapértelmezett érzékelők. A rendszer a gyorsulási jelet (g) integrálja a sebességbe (mm/s), vagy kettős integrálással az elmozdulásba (µm), a kiválasztott nézettől függően. Ez az integrálás digitálisan történik, hogy minimalizálja a zajeltérést.
• Örvényáramú szondák: A rendszer 0–10 V vagy hasonló analóg bemeneteket fogad el. A felhasználónak be kell állítania az átalakítási együtthatót a beállításokban. Például egy szabványos Bently Nevada szonda skála tényezője 200 mV/mil (7,87 V/mm) lehet. A felhasználó beírja ezt az érzékenységet, és a Balanset-1A szoftver skálázza a bejövő feszültséget, hogy mikronban jelenítsen meg az elmozdulást, lehetővé téve a közvetlen összehasonlítást az ISO 20816-3.3 mellékletével.

V. rész: Operatív megvalósítás: a diagnosztikától a dinamikus kiegyensúlyozásig

Ez a szakasz egy szabványos működési eljárást (SOP) ismertet a Balanset-1A-t használó technikusok számára az ISO 20816-3 szabványnak való megfelelés biztosítása érdekében.

5.1 1. lépés: Alapmérés és osztályozás

A technikus egy 45 kW-os centrifugális ventilátorhoz lép.

• Osztályozás: Teljesítmény > 15 kW, < 300 kW. Ez a 2. csoport. Az alapzat betonhoz van csavarozva (merev).
• Határérték meghatározása: Az ISO 20816-3 melléklet A (2. csoport, merev) szerint a B/C zóna határa 2,8 mm/s.
• Mérés: Az érzékelőket mágneses alapokkal rögzítik. A Balanset-1A “Vibrometer” mód be van kapcsolva.
• Eredmény: Az érték 6,5 mm/s. Ez a C/D zóna tartományába esik. Intézkedni kell.

5.2 2. lépés: Diagnosztikai elemzés

A Balanset-1A FFT funkció használata:

• A spektrum a futási sebességnél (1x RPM) domináns csúcsot mutat.
• A fáziselemzés stabil fázisszöget mutat.
• Diagnózis: Statikus kiegyensúlyozatlanság. (Ha a fázis instabil volt vagy magas harmonikusok voltak jelen, akkor eltérítés vagy lazaság gyanúja merül fel).

5.3 3. lépés: Az egyensúlyozási eljárás (helyszínen)

Mivel a diagnózis egyensúlyhiány, a technikus a Balanset-1A kiegyensúlyozó módját használja. A szabvány előírja a rezgés csökkentését A vagy B zóna szintjére.

5.3.1 A háromfutásos módszer (befolyásolási együtthatók)

A Balanset-1A automatizálja az egyensúlyozáshoz szükséges vektormatematikát.

• 0. futtatás (kezdeti): Mérje meg az A amplitúdót₀ és fázis φ₀ az eredeti rezgésnek.
• 1. futás (próbaméret): Ismert tömeg M_{próbaperiódus} tetszőleges szögben kerül hozzáadásra. A rendszer megméri az új rezgésvektort (A₁, φ₁).

Számítás: A szoftver kiszámítja az α befolyási együtthatót, amely a rotor tömegváltozásra való érzékenységét jelenti.

α = (V₁ − V₀) / M_{próbaperiódus}

Javítás: A rendszer kiszámítja a szükséges korrekciós tömeget M_corr hogy semlegesítse a kezdeti rezgést.

M_corr = − V₀ / α

2. futtatás (ellenőrzés): A próbasúlyt eltávolítják, és hozzáadják a kiszámított korrekciós súlyt. Megmérik a maradék rezgést.

.11

5.4 4. lépés: Ellenőrzés és jelentés

A kiegyensúlyozás után a rezgés 1,2 mm/s-ra csökken.
Ellenőrizze: 1,2 mm/s < 1,4 mm/s. A gép most az A zónában van.

Dokumentáció: A technikus elmenti a munkamenetet a Balanset-1A programba. A rendszer létrehoz egy jelentést, amely tartalmazza a “előtti” spektrumot (6,5 mm/s) és az “utáni” spektrumot (1,2 mm/s), kifejezetten hivatkozva az ISO 20816-3 szabványban meghatározott határértékekre. Ez a jelentés szolgál megfelelőségi tanúsítványként.

VI. rész: Speciális szempontok

6.1 Alacsony fordulatszámú gépek

Az ISO 20816-3 szabvány külön megjegyzéseket tartalmaz a 600 fordulat/perc alatt működő gépekről. Alacsony fordulatszámon a sebességjelek gyengék lesznek, és az elmozdulás válik a feszültség domináns mutatójává. A Balanset-1A ezt úgy kezeli, hogy lehetővé teszi a felhasználó számára a kijelző mérőegységének elmozdulásra (µm) való átállítását, vagy biztosítja, hogy az alacsonyabb frekvencia-vágási pont 5 Hz-re vagy annál alacsonyabbra (ideális esetben 2 Hz-re) legyen beállítva az elsődleges energia rögzítése érdekében. A szabvány D mellékletében található “Figyelmeztető megjegyzések” arra figyelmeztetnek, hogy alacsony fordulatszámok esetén ne támaszkodjunk kizárólag a sebességre 23, ami egy olyan finom különbség, amelyet a Balanset-1A felhasználójának figyelembe kell vennie a “Lineáris” beállítások vagy az alacsony frekvenciájú szűrők ellenőrzésével.

6.2 Átmeneti állapotok: felgyorsulás és lefékezés

Az indítás során (átmeneti üzemmódban) a rezgés meghaladhatja az állandósult állapot határértékeit, mivel a gép átlép egy kritikus fordulatszámot (rezonancia). Az ISO 20816-3 szabvány magasabb határértékeket engedélyez ezekben az átmeneti fázisokban.23

A Balanset-1A tartalmaz egy kísérleti “RunDown” diagram funkciót.11 Ez lehetővé teszi a technikus számára, hogy rögzítse a rezgés amplitúdóját a fordulatszámmal szemben a leállás során. Ezek az adatok elengedhetetlenek a következőkre:

• Kritikus fordulatszámok (rezonancia) azonosítása.
• Ellenőrizni, hogy a gép elég gyorsan halad át a rezonancián, hogy elkerülje a károsodást.
• Annak biztosítása, hogy a “magas” rezgés valóban átmeneti és nem állandó állapot.

6.3 A. melléklet kontra B. melléklet: a kettős értékelés

A alapos megfelelőségi ellenőrzés gyakran mindkettőt megköveteli.

• A. melléklet (Lakhatás): Erőátvitelt biztosít a szerkezethez. Jó egyensúlyhiány, lazaság esetén.
• B. melléklet (tengely): Méri a rotor dinamikáját. Hasznos instabilitások, olajörvények és törlés észlelés esetén.

A Balanset-1A-t használó technikus gyorsulásmérőket alkalmazhat az A. melléklet követelményeinek teljesítéséhez, majd a bemeneteket átkapcsolhatja a meglévő Bently Nevada szondákra, hogy ellenőrizze a B. mellékletnek való megfelelést egy nagy turbinán. A Balanset-1A képessége, hogy “második véleményként” vagy “helyszíni ellenőrzőként” szolgáljon az állandó rack-alapú monitorokhoz, kulcsfontosságú alkalmazás mindkét melléklet követelményeinek teljesítésében.

Következtetés

Az ISO 20816-3 szabványra való áttérés a rezgéselemzés területén bekövetkezett érettséget jelenti, amely a gépek értékeléséhez egy kifinomultabb, fizikai alapú megközelítést igényel. Ez túllép az egyszerű “megfelelt/nem megfelelt” értékelésen, és a támasz merevségének, a változási vektoroknak és a kettős tartományú (ház/tengely) méréseknek az elemzésére terjed ki.

A Balanset-1A rendszer nagymértékben megfelel ezeknek a modern követelményeknek. Műszaki jellemzői – frekvenciatartomány, pontosság és érzékelő rugalmasság – alkalmassá teszik hardverplatformként való használatra. Valódi értéke azonban a szoftveres munkafolyamatában rejlik, amely végigvezeti a felhasználót a szabvány komplex logikáján: a háttérrezgés-korrekciótól és a zónaosztályozástól a befolyásoló együtthatók kiegyensúlyozásának matematikai pontosságáig. A spektrumelemző diagnosztikai képességeinek és a dinamikus kiegyensúlyozó korrekciós erejének hatékony kombinálásával a Balanset-1A lehetővé teszi a karbantartó csapatok számára, hogy ne csak azonosítsák az ISO 20816-3 szabványnak való meg nem felelést, hanem aktívan orvosolják azt is, biztosítva ezzel az ipari eszközök hosszú élettartamát és megbízhatóságát.