Guida completa alla norma ISO 20816-3: analisi tecnica completa

Introduzione

La presente norma stabilisce le linee guida per la valutazione delle condizioni di vibrazione delle apparecchiature industriali in base alle misurazioni di:

1. Vibrazioni su cuscinetti, supporti dei cuscinetti e alloggiamenti dei cuscinetti nel luogo in cui è installata l'apparecchiatura;
2. Vibrazione radiale degli alberi di set di macchine.

Sulla base dell'esperienza operativa con apparecchiature industriali, due criteri per la valutazione delle condizioni di vibrazione sono stati stabiliti:

• Criterio I: Valore assoluto del parametro di vibrazione a banda larga monitorato
• Criterio II: Variazione di questo valore (rispetto a una linea di base)

Evoluzione degli standard sulle vibrazioni: la convergenza tra ISO 10816 e ISO 7919

La storia della standardizzazione delle vibrazioni rappresenta un passaggio graduale da linee guida frammentate e specifiche per componente a una valutazione olistica delle macchine. Storicamente, la valutazione dei macchinari era divisa in due:

• Serie ISO 10816: Concentrato sulla misurazione di parti non rotanti (alloggiamenti dei cuscinetti, piedistalli) utilizzando accelerometri o trasduttori di velocità
• Serie ISO 7919: Risoluzione delle vibrazioni degli alberi rotanti rispetto ai cuscinetti, utilizzando principalmente sonde a correnti parassite senza contatto

Questa separazione spesso portava a ambiguità diagnostica. Una macchina potrebbe presentare vibrazioni accettabili dell'alloggiamento (zona A secondo ISO 10816) e contemporaneamente soffrire di pericolosa eccentricità o instabilità dell'albero (zona C/D secondo ISO 7919), in particolare in scenari che coinvolgono involucri pesanti o cuscinetti a film fluido in cui la trasmissione dell'energia delle vibrazioni è attenuata.

Sezione 1 — Ambito di applicazione

La presente norma stabilisce i requisiti generali per la valutazione delle condizioni di vibrazione di attrezzature industriali (di seguito "macchine") con potenza nominale superiore a 15 kW e velocità di rotazione da 120 a 30.000 giri/min in base alle misurazioni delle vibrazioni su parti non rotanti e su alberi rotanti in normali condizioni di funzionamento della macchina nel luogo di installazione.

La valutazione viene eseguita in base al parametro di vibrazione monitorato e su cambiamenti in questo parametro nel funzionamento stazionario della macchina. I valori numerici dei criteri di valutazione delle condizioni riflettono l'esperienza operativa con macchine di questo tipo; tuttavia, potrebbero non essere applicabili in casi specifici legati alle particolari condizioni operative e alla progettazione di una determinata macchina.

La presente norma si applica a:

1. Turbine a vapore e generatori con potenza fino a 40 MW (vedere Note 1 e 2)
2. Turbine a vapore e generatori con potenza di uscita superiore a 40 MW e velocità di rotazione altro che 1500, 1800, 3000 e 3600 giri/min (vedere Nota 1)
3. Compressori rotativi (centrifuga, assiale)
4. Turbine a gas industriali con potenza fino a 3 MW (vedi Nota 2)
5. Motori turbo-ventola
6. Motori elettrici di tutti i tipi con giunto flessibile dell'albero. (Quando il rotore del motore è collegato rigidamente a macchinari coperti da un'altra norma della serie ISO 20816, le vibrazioni del motore possono essere valutate secondo tale norma o secondo questa norma)
7. Laminatoi e gabbie di laminazione
8. Trasportatori
9. Giunti a velocità variabile
10. Ventilatori e soffiatori (vedi Nota 3)

Questo standard NON si applica a:

11. Turbine a vapore, turbine a gas e generatori con potenza superiore a 40 MW e velocità di 1500, 1800, 3000 e 3600 giri/min → utilizzo Norma ISO 20816-2
12. Turbine a gas con potenza superiore a 3 MW → utilizzo Norma ISO 20816-4
13. Gruppi di macchine nelle centrali idroelettriche e nelle stazioni di pompaggio-accumulo → utilizzo Norma ISO 20816-5
14. Macchine alternative e macchine rigidamente collegate a macchine alternative → uso Norma ISO 10816-6
15. Pompe rotodinamiche con motori di azionamento incorporati o collegati rigidamente con girante sull'albero motore o collegata rigidamente ad esso → utilizzo Norma ISO 10816-7
16. Installazioni di compressori alternativi → utilizzo Norma ISO 20816-8
17. Compressori a spostamento positivo (ad esempio, compressori a vite)
18. Pompe sommergibili
19. Turbine eoliche → uso Norma ISO 10816-21

Dettagli dell'ambito di applicazione

I requisiti di questa norma si applicano alle misurazioni di vibrazione a banda larga su alberi, cuscinetti, alloggiamenti e supporti per cuscinetti in condizioni di funzionamento stazionario della macchina, entro l'intervallo di velocità di rotazione nominale. Questi requisiti si applicano alle misurazioni sia in sede di installazione che durante i test di accettazione. I criteri stabiliti per le condizioni di vibrazione sono applicabili sia ai sistemi di monitoraggio continuo che a quelli periodici.

La presente norma si applica alle macchine che possono includere treni di ingranaggi e cuscinetti volventi; tuttavia, è non previsto per valutare le condizioni di vibrazione di questi componenti specifici (vedere ISO 20816-9 per i riduttori).

Sezione 2 — Riferimenti normativi

La presente norma utilizza riferimenti normativi alle seguenti norme. Per i riferimenti datati, si applica solo l'edizione citata. Per i riferimenti non datati, si applica l'edizione più recente (inclusi tutti gli emendamenti):

Questi standard costituiscono la base per la terminologia, i metodi di misurazione e la filosofia di valutazione generale applicati nella norma ISO 20816-3.

Sezione 3 — Termini e definizioni

Ai fini della presente norma, si applicano i termini e le definizioni riportati in ISO 2041 fare domanda a.

Termini chiave (da ISO 2041)

• Vibrazione: Variazione nel tempo della grandezza di una quantità che descrive il movimento o la posizione di un sistema meccanico
• RMS (valore quadratico medio): Radice quadrata della media dei valori al quadrato di una quantità in un intervallo di tempo specificato
• Vibrazione a banda larga: Vibrazione contenente energia distribuita su un intervallo di frequenza specificato
• Frequenza naturale: Frequenza di vibrazione libera di un sistema
• Funzionamento a regime stazionario: Condizione operativa in cui i parametri rilevanti (velocità, carico, temperatura) rimangono sostanzialmente costanti
• Valore picco-picco: Differenza algebrica tra valori estremi (massimo e minimo)
• Trasduttore: Dispositivo che fornisce una quantità di output avente una relazione determinata con la quantità di input

Sezione 5 — Classificazione delle macchine

5.1 Generale

In conformità ai criteri stabiliti dalla presente norma, le condizioni di vibrazione della macchina vengono valutate in base a:

1. Tipo di macchina
2. Potenza nominale o altezza dell'albero (vedere anche ISO 496)
3. Grado di rigidità della fondazione

5.2 Classificazione in base al tipo di macchina, alla potenza nominale o all'altezza dell'albero

Le differenze nei tipi di macchine e nei design dei cuscinetti richiedono la suddivisione di tutte le macchine in due gruppi in base alla potenza nominale o all'altezza dell'albero.

Gli alberi delle macchine di entrambi i gruppi possono essere posizionati orizzontalmente, verticalmente o inclinati e i supporti possono avere diversi gradi di rigidità.

Gruppo 1 — Macchine di grandi dimensioni

• Potenza nominale > 300 kW
• OPPURE macchine elettriche con altezza dell'albero Altezza > 315 mm
• Tipicamente dotato di cuscinetti a manicotto
• Velocità di funzionamento da 120 a 30.000 giri/min

Gruppo 2 — Macchine medie

• Potenza nominale 15 – 300 kW
• OPPURE macchine elettriche con altezza dell'albero 160 mm < A ≤ 315 mm
• Tipicamente dotato di cuscinetti volventi
• Velocità di funzionamento generalmente > 600 giri/min

5.3 Classificazione in base alla rigidità della fondazione

Le fondazioni delle macchine vengono classificate in base al grado di rigidità nella direzione di misurazione specificata in:

1. Fondazioni rigide
2. Fondazioni flessibili

La base di questa classificazione è il rapporto tra la rigidità della macchina e la fondazione. Se la frequenza naturale più bassa del sistema "macchina-fondazione" nella direzione di misurazione delle vibrazioni supera la frequenza di eccitazione principale (nella maggior parte dei casi, questa è la frequenza di rotazione del rotore) di almeno 25%, allora si considera una fondazione in quella direzione rigido. Tutte le altre fondazioni sono considerate flessibile.

Esempi tipici

Macchine su fondamenta rigide sono in genere motori elettrici di grandi e medie dimensioni, solitamente con basse velocità di rotazione.

Macchine su fondamenta flessibili in genere includono turbogeneratori o compressori con potenza superiore a 10 MW, nonché macchine con orientamento verticale dell'albero.

Se le caratteristiche del sistema "macchina-fondazione" non possono essere determinate tramite calcolo, questo può essere fatto sperimentalmente (test di impatto, analisi modale operativa o analisi delle vibrazioni all'avvio).

Allegato A (normativo) — Limiti delle zone di condizioni di vibrazione per parti non rotanti in modalità operative specificate

L'esperienza mostra che per valutare le condizioni di vibrazione di diversi tipi di macchine con diverse velocità di rotazione, le misurazioni di la velocità da sola è sufficiente. Pertanto, il parametro monitorato primario è il valore RMS della velocità.

Tuttavia, l'uso del criterio di velocità costante senza considerare la frequenza di vibrazione può portare a valori di spostamento inaccettabilmente grandi. Ciò si verifica in particolare per le macchine a bassa velocità con frequenze di rotazione del rotore inferiori a 600 giri/min, quando la componente della velocità di funzionamento domina il segnale di vibrazione a banda larga (vedere Allegato D).

Analogamente, il criterio di velocità costante può portare a valori di accelerazione inaccettabilmente elevati per macchine ad alta velocità con frequenze di rotazione del rotore superiori a 10.000 giri/min, o quando l'energia delle vibrazioni prodotte dalla macchina è concentrata prevalentemente nell'intervallo di alta frequenza. Pertanto, i criteri di condizione di vibrazione possono essere formulati in unità di spostamento, velocità e accelerazione a seconda dell'intervallo di frequenza di rotazione del rotore e del tipo di macchina.

Le tabelle A.1 e A.2 presentano i valori limite di zona per i diversi gruppi di macchine coperti dalla presente norma. Attualmente, questi limiti sono formulati solo in unità di velocità e spostamento.

I limiti della zona di condizione di vibrazione per le vibrazioni nell'intervallo di frequenza da 10 a 1000 Hz sono espressi tramite i valori RMS di velocità e spostamento. Per le macchine con frequenza di rotazione del rotore inferiore a 600 giri/min, l'intervallo di misurazione delle vibrazioni a banda larga è da 2 a 1000 Hz. Nella maggior parte dei casi, la valutazione delle condizioni di vibrazione è sufficiente basandosi solo sul criterio della velocità; tuttavia, se si prevede che lo spettro di vibrazione contenga componenti significative a bassa frequenza, la valutazione viene eseguita sulla base di misurazioni sia della velocità che dello spostamento.

Le macchine di tutti i gruppi considerati possono essere installate su supporti rigidi o flessibili (vedere Sezione 5), per i quali sono stabiliti diversi confini di zona nelle Tabelle A.1 e A.2.

Tabella A.1 — Macchine del Gruppo 1 (Grandi: >300 kW o H > 315 mm)

Tabella A.2 — Macchine del gruppo 2 (Media: 15–300 kW o H = 160–315 mm)

Allegato B (normativo) — Limiti delle zone di condizioni di vibrazione per alberi rotanti in modalità operative specificate

B.1 Generale

I confini delle zone di condizione di vibrazione sono costruiti sulla base dell'esperienza operativa di vari settori, il che dimostra che la vibrazione relativa accettabile dell'albero diminuisce con l'aumentare della frequenza di rotazione. Inoltre, quando si valutano le condizioni di vibrazione, è necessario considerare la possibilità di contatto tra l'albero rotante e le parti fisse della macchina. Per le macchine con cuscinetti portanti, gioco minimo accettabile nel cuscinetto devono essere presi in considerazione anche (vedi allegato C).

B.2 Vibrazione alla frequenza di rotazione nominale in funzionamento stazionario

B.2.1 Generale

Il criterio I è correlato a:

1. Limitazione degli spostamenti dell'albero dalla condizione di carichi dinamici accettabili sui cuscinetti
2. Valori accettabili del gioco radiale nel cuscinetto
3. Vibrazione accettabile trasmesso ai supporti e alle fondamenta

Lo spostamento massimo dell'albero in ciascun cuscinetto viene confrontato con i limiti di quattro zone (vedere la Figura B.1 nella norma), determinati in base all'esperienza operativa con le macchine.

B.2.2 Confini di zona

L'esperienza nella misurazione delle vibrazioni dell'albero per un'ampia classe di macchine consente di stabilire i limiti della zona delle condizioni di vibrazione espressi tramite spostamento picco-picco S(pp) in micrometri, inversamente proporzionale alla radice quadrata della frequenza di rotazione del rotore n in giri/min.

Per le vibrazioni relative dell'albero misurate con sonde di prossimità, i confini della zona sono espressi come spostamento picco-picco S(pp) in micrometri, che varia con la velocità di corsa:

Dove n è la velocità massima di funzionamento in giri/min, e S(pp) è in micron.

Esempio di calcolo

Per una macchina che funziona a 3000 giri/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

Importante: I limiti di zona non dovrebbero essere utilizzati come criteri di accettazione, ma dovrebbero essere oggetto di accordo tra fornitore e cliente. Tuttavia, guidati da valori limite numerici, è possibile sia impedire l'utilizzo di una macchina in condizioni palesemente scadenti, sia evitare di imporre requisiti eccessivamente severi in termini di vibrazioni.

In alcuni casi, le caratteristiche di progettazione di macchine specifiche potrebbero richiedere l'applicazione di limiti di zona diversi, più alti o più bassi (ad esempio, per cuscinetti basculanti autoallineanti) e, per le macchine con cuscinetti ellittici, potrebbero essere applicati limiti di zona diversi per direzioni di misurazione diverse (verso il gioco massimo e minimo).

Le vibrazioni accettabili possono essere correlate al diametro del cuscinetto, poiché, di norma, i cuscinetti di diametro maggiore presentano anche giochi maggiori. Di conseguenza, è possibile stabilire valori limite di zona diversi per cuscinetti diversi di uno stesso treno di alberi. In tali casi, il produttore deve in genere spiegare il motivo della modifica dei valori limite e, in particolare, confermare che l'aumento delle vibrazioni consentito in base a tali modifiche non comporterà una riduzione dell'affidabilità della macchina.

Se le misurazioni non vengono effettuate nelle immediate vicinanze del cuscinetto e anche durante il funzionamento della macchina in modalità transitorie come accelerazione e decelerazione (incluso il passaggio attraverso velocità critiche), le vibrazioni accettabili potrebbero essere più elevate.

Per le macchine verticali con cuscinetti portanti, quando si determinano i valori limite di vibrazione, è necessario considerare i possibili spostamenti dell'albero entro i limiti di gioco senza forza stabilizzante associata al peso del rotore.

Sezione 4 — Misurazioni delle vibrazioni

4.1 Requisiti generali

I metodi di misurazione e la strumentazione devono soddisfare i requisiti generali della norma ISO 20816-1, con considerazioni specifiche per i macchinari industriali. I seguenti fattori non devono influenzare in modo significativo le apparecchiature di misurazione:

• cambiamenti di temperatura — Deriva della sensibilità del sensore
• Campi elettromagnetici — Inclusi gli effetti della magnetizzazione dell'albero
• Campi acustici — Onde di pressione in ambienti ad alto rumore
• Variazioni dell'alimentazione elettrica — Fluttuazioni di tensione
• Lunghezza del cavo — Alcuni modelli di sonde di prossimità richiedono una lunghezza del cavo corrispondente
• danni al cavo — Connessioni intermittenti o rotture dello schermo
• Orientamento del trasduttore — Allineamento dell'asse di sensibilità

4.2 Punti e direzioni di misurazione

Per scopi di monitoraggio delle condizioni, le misurazioni vengono eseguite su parti non rotanti o su alberi, o entrambi insieme. In questa norma, salvo diversa indicazione specifica, la vibrazione dell'albero si riferisce alla sua spostamento rispetto al cuscinetto.

Parti non rotanti — Misurazioni dell'alloggiamento del cuscinetto

Le misurazioni delle vibrazioni su parti non rotanti caratterizzano le vibrazioni del cuscinetto, dell'alloggiamento del cuscinetto o di altri elementi strutturali che trasmettono forze dinamiche derivanti dalle vibrazioni dell'albero nella posizione del cuscinetto.

Configurazione di misura tipica: Le misurazioni vengono effettuate utilizzando due trasduttori in due direzioni radiali reciprocamente perpendicolari su cappelli o alloggiamenti dei cuscinetti. Per le macchine orizzontali, una direzione è in genere verticale. Se l'albero è verticale o inclinato, scegliere direzioni che catturino la massima vibrazione.

Misurazione a punto singolo: È possibile utilizzare un singolo trasduttore se si sa che i risultati saranno rappresentativi della vibrazione complessiva. La direzione scelta deve garantire letture prossime al massimo.

Misurazioni delle vibrazioni dell'albero

La vibrazione dell'albero (come definita nella norma ISO 20816-1) si riferisce allo spostamento dell'albero rispetto al cuscinetto. Il metodo preferito utilizza un coppia di sonde di prossimità senza contatto installati perpendicolarmente l'uno all'altro, consentendo la determinazione della traiettoria dell'albero (orbita) sul piano di misurazione.

4.3 Strumentazione (apparecchiature di misura)

Per il monitoraggio delle condizioni, il sistema di misurazione deve misurare vibrazione RMS a banda larga su una gamma di frequenza di almeno da 10 Hz a 1000 Hz. Per le macchine con velocità di rotazione non superiori a 600 giri/min, il limite di frequenza inferiore non deve superare 2 Hz.

Per le misurazioni delle vibrazioni dell'albero: Il limite superiore della gamma di frequenza deve superare la frequenza di rotazione massima dell'albero di almeno 3,5 volte. Le apparecchiature di misura devono soddisfare i requisiti di Norma ISO 10817-1.

Per misurazioni di parti non rotanti: Le attrezzature devono essere conformi a ISO 2954. A seconda del criterio stabilito, la grandezza misurata può essere lo spostamento, la velocità o entrambe (vedere ISO 20816-1).

Se le misurazioni vengono eseguite utilizzando accelerometri (che è usuale nella pratica), il segnale di uscita deve essere integrato per ottenere il segnale di velocità. Per ottenere il segnale di spostamento è necessario doppia integrazione, ma è necessario prestare attenzione alla possibilità di un aumento dell'interferenza del rumore. Per ridurre il rumore, è possibile applicare un filtro passa-alto o un altro metodo di elaborazione del segnale digitale.

Se il segnale di vibrazione è destinato anche a scopi diagnostici, il campo di misura dovrebbe coprire frequenze da almeno 0,2 volte il limite inferiore di velocità dell'albero A 2,5 volte la frequenza massima di eccitazione delle vibrazioni (in genere non superiore a 10.000 Hz). Ulteriori informazioni sono fornite nelle norme ISO 13373-1, ISO 13373-2 e ISO 13373-3.

Requisiti di gamma di frequenza

Parametri di misura

Il parametro di misura può essere spostamento, velocità, o entrambi, a seconda del criterio di valutazione (vedere ISO 20816-1).

• Misure dell'accelerometro: Se le misurazioni utilizzano accelerometri (il metodo più comune), integrare il segnale di uscita per ottenere la velocità. La doppia integrazione produce uno spostamento, ma attenzione all'aumento del rumore a bassa frequenza. Applicare un filtro passa-alto o un'elaborazione digitale del segnale per ridurre il rumore.
• Vibrazione dell'albero: Il limite di frequenza superiore deve essere almeno 3,5 volte la velocità massima dell'albero. La strumentazione deve essere conforme a Norma ISO 10817-1.
• Parti non rotanti: La strumentazione deve essere conforme a ISO 2954.

4.4 Monitoraggio continuo e periodico

Monitoraggio continuo: In genere, per macchine di grandi dimensioni o di importanza critica, si utilizzano misurazioni continue di indicatori di vibrazione monitorati con trasduttori installati in modo permanente nei punti più critici, sia per il monitoraggio delle condizioni che per la protezione delle apparecchiature. In alcuni casi, il sistema di misurazione utilizzato a questo scopo è integrato nel sistema generale di gestione delle apparecchiature dell'impianto.

Monitoraggio periodico: Per molte macchine, il monitoraggio continuo non è necessario. Informazioni adeguate sullo sviluppo di guasti (squilibrio, usura dei cuscinetti, disallineamento, allentamento) possono essere ottenute tramite misurazioni periodiche. I valori numerici indicati nella presente norma possono essere utilizzati per il monitoraggio periodico, a condizione che i punti di misurazione e la strumentazione siano conformi ai requisiti della norma.

Vibrazione dell'albero: La strumentazione è solitamente installata in modo permanente, ma le misurazioni possono essere effettuate a intervalli periodici.

Parti non rotanti: I trasduttori vengono solitamente installati solo durante la misurazione. Per le macchine di difficile accesso, è possibile utilizzare trasduttori montati in modo permanente, con instradamento del segnale verso posizioni accessibili.

4.5 Modalità operative della macchina

Le misurazioni delle vibrazioni vengono eseguite dopo che il rotore e i cuscinetti hanno raggiunto temperatura di equilibrio in una modalità operativa specificata in stato stazionario determinata da caratteristiche quali:

• Velocità nominale dell'albero
• Tensione di alimentazione
• portata
• Pressione del fluido di lavoro
• Carico

Macchine a velocità o carico variabile: Eseguire misurazioni in tutte le modalità operative caratteristiche del funzionamento a lungo termine. Utilizzare il valore massimo ottenuti su tutte le modalità per la valutazione delle condizioni di vibrazione.

4.6 Vibrazione di fondo

Se il valore del parametro monitorato ottenuto durante le misurazioni supera il criterio di accettazione e vi è motivo di ritenere che la vibrazione di fondo sulla macchina possa essere elevata, è necessario effettuare misurazioni sulla macchina ferma per valutare le vibrazioni indotte da fonti esterne.

4.7 Selezione del tipo di misurazione

Questa norma prevede la possibilità di effettuare misurazioni sia su parti non rotanti che su alberi rotanti delle macchine. La scelta di quale di queste due tipologie di misurazione sia preferibile dipende dalle caratteristiche della macchina e dai tipi di guasto previsti.

Se è necessario scegliere uno dei due possibili tipi di misurazione, è necessario tenere conto di quanto segue:

Considerazioni per la selezione del tipo di misurazione:

• Velocità dell'albero: Le misurazioni di parti non rotanti sono più sensibili alle vibrazioni ad alta frequenza rispetto alle misurazioni di alberi.
• Tipo di cuscinetto: I cuscinetti volventi hanno giochi molto ridotti; le vibrazioni dell'albero si trasmettono efficacemente all'alloggiamento. Le misure dell'alloggiamento sono solitamente sufficienti. I cuscinetti portanti hanno giochi e smorzamento maggiori; le vibrazioni dell'albero forniscono spesso informazioni diagnostiche aggiuntive.
• Tipo di macchina: Le macchine in cui il gioco dei cuscinetti è paragonabile all'ampiezza delle vibrazioni dell'albero richiedono misurazioni dell'albero per evitare contatti. Le macchine con armoniche di ordine elevato (passaggio delle pale, ingranamento degli ingranaggi, passaggio delle barre) vengono monitorate tramite misurazioni ad alta frequenza dell'alloggiamento.
• Rapporto massa del rotore/massa del piedistallo: Le macchine in cui la massa dell'albero è ridotta rispetto alla massa del piedistallo trasmettono poche vibrazioni al piedistallo. La misurazione dell'albero è più efficace.
• Flessibilità del rotore: Rotori flessibili: la vibrazione relativa dell'albero fornisce maggiori informazioni sul comportamento del rotore.
• Conformità del piedistallo: I piedistalli flessibili garantiscono una maggiore risposta alle vibrazioni sulle parti non rotanti.
• Esperienza di misurazione: Se si ha una vasta esperienza con un particolare tipo di misurazione su macchine simili, continuare a utilizzare quel tipo.

Raccomandazioni dettagliate sulla scelta del metodo di misurazione sono fornite nella norma ISO 13373-1. Le decisioni finali dovrebbero considerare l'accessibilità, la durata utile del trasduttore e i costi di installazione.

Posizioni e direzioni di misurazione

• Misura su alloggiamenti o piedistalli dei cuscinetti — non su coperture a pareti sottili o superfici flessibili
• Utilizzo due direzioni radiali reciprocamente perpendicolari in ogni posizione del cuscinetto
• Per le macchine orizzontali, una direzione è in genere verticale
• Per macchine verticali o inclinate, scegliere direzioni per catturare la massima vibrazione
• Vibrazione assiale su cuscinetti reggispinta utilizza gli stessi limiti della vibrazione radiale
• Evitare luoghi con risonanze locali — confermare confrontando le misurazioni nei punti vicini

Condizioni operative

• Misura in funzionamento a regime stazionario a velocità e carico nominali
• Consentire al rotore e ai cuscinetti di raggiungere equilibrio termico
• Per le macchine a velocità/carico variabile, misurare in tutti i punti operativi caratteristici e utilizzare il massimo
• Condizioni del documento: velocità, carico, temperature, pressioni, portate

Sezione 6 — Criteri di valutazione delle condizioni di vibrazione

6.1 Generale

La norma ISO 20816-1 fornisce una descrizione generale di due criteri per la valutazione delle condizioni di vibrazione di diverse classi di macchine. Un criterio è applicato a valore assoluto del parametro di vibrazione monitorato in un'ampia banda di frequenza; l'altro è applicato a cambiamenti in questo valore (indipendentemente dal fatto che le modifiche siano aumenti o diminuzioni).

È consuetudine valutare le condizioni di vibrazione della macchina in base al valore efficace della velocità di vibrazione su parti non rotanti, in gran parte grazie alla semplicità di esecuzione delle misurazioni corrispondenti. Tuttavia, per diverse macchine, è consigliabile misurare anche gli spostamenti relativi picco-picco dell'albero e, laddove tali dati di misurazione siano disponibili, possono essere utilizzati anche per valutare le condizioni di vibrazione della macchina.

6.2 Criterio I — Valutazione per magnitudine assoluta

6.2.1 Requisiti generali

Per le misurazioni dell'albero rotante: Le condizioni di vibrazione vengono valutate in base al valore massimo dello spostamento picco-picco dovuto alla vibrazione a banda larga. Questo parametro monitorato è ottenuto dalle misurazioni degli spostamenti in due direzioni ortogonali specificate.

Per misurazioni di parti non rotanti: Le condizioni di vibrazione vengono valutate tramite il valore RMS massimo della velocità di vibrazione a banda larga sulla superficie del cuscinetto o nelle immediate vicinanze di essa.

In base a questo criterio vengono determinati i valori limite del parametro monitorato che possono essere considerati accettabili dal punto di vista:

• Carichi dinamici sui cuscinetti
• Giochi radiali nei cuscinetti
• Vibrazione trasmessa dalla macchina alla struttura di supporto e alle fondamenta

Il valore massimo del parametro monitorato ottenuto per ciascun cuscinetto o supporto cuscinetto viene confrontato con il valore limite per il gruppo di macchine e il tipo di supporto specificati. L'ampia esperienza nell'osservazione delle vibrazioni delle macchine specificate nella Sezione 1 consente di stabilire i limiti delle zone di vibrazione, le cui linee guida possono nella maggior parte dei casi garantire un funzionamento affidabile della macchina a lungo termine.

Le zone di condizioni di vibrazione stabilite sono destinate alla valutazione delle vibrazioni della macchina in una specifica modalità operativa a regime stazionario con velocità nominale dell'albero e carico nominale. Il concetto di regime stazionario consente variazioni di carico lente. La valutazione è non eseguito se la modalità operativa differisce da quella specificata, o durante modalità transitorie come accelerazione, decelerazione o passaggio attraverso zone di risonanza (vedere 6.4).

Le conclusioni generali sulle condizioni di vibrazione vengono spesso tratte sulla base di misurazioni delle vibrazioni su parti di macchine sia rotanti che non rotanti.

Vibrazione assiale dei cuscinetti portanti non viene in genere misurata durante il monitoraggio continuo delle condizioni di vibrazione. Tali misurazioni vengono solitamente eseguite durante il monitoraggio periodico o a scopo diagnostico, poiché le vibrazioni assiali possono essere più sensibili a determinati tipi di guasto. La presente norma fornisce criteri di valutazione solo per vibrazione assiale dei cuscinetti reggispinta, dove è correlato alle pulsazioni assiali in grado di causare danni alla macchina.

6.2.2 Zone di condizioni di vibrazione

6.2.2.1 Descrizione generale

Sono state stabilite le seguenti zone di condizioni di vibrazione per la valutazione qualitativa delle vibrazioni della macchina e per decidere le misure necessarie:

Zona A — Le macchine appena messe in servizio rientrano solitamente in questa zona.

Zona B — Le macchine che rientrano in questa zona sono solitamente considerate idonee al funzionamento continuo senza limitazioni di tempo.

Zona C — Le macchine che rientrano in questa zona sono generalmente considerate inadatte al funzionamento continuo a lungo termine. In genere, tali macchine possono funzionare per un periodo di tempo limitato, fino a quando non si presenta un'opportunità adeguata per eseguire lavori di riparazione.

Zona D — I livelli di vibrazione in questa zona sono solitamente considerati sufficientemente gravi da causare danni alla macchina.

6.2.2.2 Valori numerici dei confini di zona

I valori numerici stabiliti dei confini della zona di condizione di vibrazione sono non destinato all'uso come criterio di accettazione, che dovrebbero essere oggetto di accordo tra il fornitore e il cliente della macchina. Tuttavia, questi limiti possono essere utilizzati come linee guida generali, consentendo di evitare costi inutili per la riduzione delle vibrazioni e di prevenire requisiti eccessivamente severi.

Talvolta, le caratteristiche progettuali della macchina o l'esperienza operativa possono richiedere la definizione di altri valori limite (superiori o inferiori). In tali casi, il produttore fornisce in genere una giustificazione per la modifica dei limiti e, in particolare, conferma che l'aumento delle vibrazioni consentito in base a tali modifiche non comporterà una riduzione dell'affidabilità della macchina.

6.2.2.3 Criteri di accettazione

I criteri di accettazione delle vibrazioni della macchina sono sempre oggetto di accordo tra fornitore e cliente, che devono essere documentati prima o al momento della consegna (la prima opzione è preferibile). In caso di consegna di una macchina nuova o di restituzione di una macchina da una revisione importante, i limiti delle zone di vibrazione possono essere utilizzati come base per stabilire tali criteri. Tuttavia, i valori numerici dei limiti delle zone dovrebbero non essere applicati di default come criteri di accettazione.

Raccomandazione tipica: Il parametro di vibrazione monitorato di una nuova macchina dovrebbe rientrare nella Zona A o B, ma non dovrebbe superare il confine tra queste zone di più di 1,25 volte. Questa raccomandazione potrebbe non essere presa in considerazione quando si stabiliscono i criteri di accettazione se la base per questo è costituita dalle caratteristiche di progettazione della macchina o dall'esperienza operativa accumulata con tipi di macchine simili.

I test di accettazione vengono eseguiti in condizioni operative della macchina rigorosamente specificate (capacità, velocità di rotazione, portata, temperatura, pressione, ecc.) per un intervallo di tempo specificato. Se la macchina è arrivata dopo la sostituzione di uno dei gruppi principali o dopo una manutenzione, il tipo di lavoro svolto e i valori dei parametri monitorati prima della rimozione della macchina dal processo produttivo vengono presi in considerazione nella definizione dei criteri di accettazione.

6.3 Criterio II — Valutazione tramite variazione di entità

Questo criterio si basa sul confronto del valore attuale del parametro di vibrazione a banda larga monitorato nel funzionamento della macchina in stato stazionario (che consente alcune piccole variazioni nelle caratteristiche operative) con un valore precedentemente stabilito valore di base (di riferimento).

Cambiamenti significativi potrebbero richiedere l'adozione di misure appropriate anche se il confine della zona B/C non è ancora stato raggiunto. Questi cambiamenti possono svilupparsi gradualmente o avere un carattere improvviso, essendo conseguenze di danni incipienti o di altri disturbi nel funzionamento della macchina.

Il parametro di vibrazione confrontato deve essere ottenuto utilizzando la stessa posizione e orientamento del trasduttore per la stessa modalità operativa della macchina. Quando vengono rilevate variazioni significative, vengono indagate le possibili cause con l'obiettivo di prevenire situazioni pericolose.

6.4 Valutazione delle condizioni di vibrazione nelle modalità transitorie

I limiti delle zone di condizione di vibrazione indicati negli allegati A e B si applicano alle vibrazioni in funzionamento della macchina in stato stazionario. Le modalità operative transitorie possono in genere essere accompagnate da vibrazioni più elevate. Un esempio è la vibrazione della macchina su un supporto flessibile durante l'accelerazione o la decelerazione, quando l'aumento delle vibrazioni è associato al passaggio attraverso le velocità critiche del rotore. Inoltre, un aumento delle vibrazioni può essere osservato a causa del disallineamento delle parti rotanti accoppiate o dell'arco del rotore durante il riscaldamento.

Nell'analizzare le condizioni di vibrazione di una macchina, è necessario prestare attenzione a come le vibrazioni reagiscono alle variazioni della modalità operativa e delle condizioni operative esterne. Sebbene questa norma non prenda in considerazione la valutazione delle vibrazioni nelle modalità operative transitorie della macchina, come indicazione generale si può accettare che le vibrazioni siano accettabili se, durante le modalità transitorie di durata limitata, non superano i limite superiore della Zona C.

Criterio II — Variazione rispetto al valore di base

Anche se la vibrazione rimane nella Zona B, a cambiamento significativo rispetto alla linea di base indica problemi in via di sviluppo:

6.5 Livelli limite di vibrazione nel funzionamento a regime stazionario

6.5.1 Generale

Di norma, per le macchine destinate al funzionamento a lungo termine, vengono stabiliti livelli limite di vibrazione, il cui superamento nel funzionamento a regime della macchina comporta la comparsa di segnali di notifica di tipo AVVERTIMENTO o VIAGGIO.

AVVERTIMENTO — avviso per richiamare l'attenzione sul fatto che il valore del parametro di vibrazione monitorato o la sua variazione ha raggiunto un livello oltre il quale potrebbero essere necessarie misure correttive. Di norma, quando viene visualizzato un avviso di AVVERTENZA, la macchina può essere utilizzata per un certo periodo di tempo, mentre si indagano le cause della variazione di vibrazione e si determinano le misure correttive da adottare.

VIAGGIO — notifica che indica che il parametro di vibrazione ha raggiunto un livello tale per cui l'ulteriore utilizzo della macchina potrebbe danneggiarla. Al raggiungimento del livello TRIP, è necessario adottare misure immediate per ridurre le vibrazioni o arrestare la macchina.

A causa delle differenze nei carichi dinamici e nelle rigidità di supporto della macchina, è possibile stabilire diversi livelli limite di vibrazione per diversi punti e direzioni di misurazione.

6.5.2 Impostazione del livello di AVVERTENZA

Il livello di ATTENZIONE può variare significativamente (in aumento o in diminuzione) da macchina a macchina. In genere, questo livello viene determinato in relazione a un determinato livello di base ottenuti per ogni specifica istanza di macchina per un punto specificato e una direzione di misurazione specificata in base all'esperienza operativa.

Si consiglia di impostare il livello di ATTENZIONE in modo che superi la linea di base di 25% del valore limite superiore della Zona B. Se il livello di base è basso, il livello di ALLERTA potrebbe essere inferiore alla Zona C.

Se il livello di base non è definito (ad esempio, per una macchina nuova), il livello di ALLERTA viene determinato in base all'esperienza operativa con macchine simili o in relazione a valori accettabili concordati del parametro di vibrazione monitorato. Dopo un certo periodo di tempo, sulla base delle osservazioni delle vibrazioni della macchina, viene stabilito un livello di base e il livello di ALLERTA viene adeguato di conseguenza.

In genere, il livello di AVVERTENZA è impostato in modo tale che non supera il limite superiore della Zona B di più di 1,25 volte.

Se si verifica una modifica nel livello di base (ad esempio dopo una riparazione della macchina), anche il livello di AVVERTENZA deve essere regolato di conseguenza.

6.5.3 Impostazione del livello TRIP

Il livello TRIP è solitamente associato alla preservazione dell'integrità meccanica della macchina, che a sua volta è determinata dalle sue caratteristiche progettuali e dalla capacità di resistere a forze dinamiche anomale. Pertanto, il livello TRIP è tipicamente lo stesso per macchine di design simili ed è non correlato alla linea di base.

A causa della diversità delle tipologie di macchine, non è possibile fornire una guida universale per l'impostazione del livello TRIP. In genere, il livello TRIP viene impostato all'interno della zona C o D, ma non superiore al confine tra queste zone di oltre 25%.

6.6 Procedure e criteri aggiuntivi

C'è nessun metodo semplice per calcolare vibrazione del piedistallo del cuscinetto dalla vibrazione dell'albero (o viceversa, vibrazione dell'albero dalla vibrazione del piedistallo). La differenza tra vibrazione assoluta e relativa dell'albero è correlata alla vibrazione del piedistallo del cuscinetto, ma di norma è non è uguale ad esso.

Implicazione pratica: Se le vibrazioni dell'alloggiamento indicano la Zona B (accettabile) ma quelle dell'albero indicano la Zona C (limitata), classificare la macchina come Zona C e pianificare un intervento correttivo. Utilizzare sempre la valutazione del caso peggiore quando sono disponibili misurazioni doppie.

6.7 Valutazione basata sulla rappresentazione vettoriale delle informazioni

Una variazione di ampiezza di una componente di frequenza individuale della vibrazione, anche se significativa, è non necessariamente accompagnato da una variazione sostanziale del segnale di vibrazione a banda larga. Ad esempio, lo sviluppo di una cricca nel rotore può causare la comparsa di armoniche significative della frequenza di rotazione, ma la loro ampiezza può rimanere ridotta rispetto al componente a velocità di funzionamento. Ciò non consente di tracciare in modo affidabile gli effetti dello sviluppo di cricche mediante le sole variazioni della vibrazione a banda larga.

Il monitoraggio delle variazioni di ampiezza dei singoli componenti delle vibrazioni per ottenere dati per le successive procedure diagnostiche richiede l'uso di apparecchiature speciali di misurazione e analisi, solitamente più complesso e che richiede una qualificazione speciale per la sua applicazione (vedere ISO 18436-2).

I metodi stabiliti da questa norma sono limitato alla misurazione delle vibrazioni a banda larga senza la valutazione delle ampiezze e delle fasi delle singole componenti di frequenza. Nella maggior parte dei casi, questo è sufficiente per i test di accettazione della macchina e il monitoraggio delle condizioni presso il luogo di installazione.

Tuttavia, l'uso in programmi di monitoraggio e diagnostica delle condizioni a lungo termine di informazioni vettoriali L'analisi delle componenti di frequenza (in particolare alla velocità di marcia e alla sua seconda armonica) consente di valutare le variazioni nel comportamento dinamico della macchina, indistinguibili quando si monitorano solo le vibrazioni a banda larga. L'analisi delle relazioni tra le singole componenti di frequenza e le loro fasi sta trovando crescente applicazione nei sistemi di monitoraggio delle condizioni e di diagnostica.

Nota: La presente norma non fornisce criteri di valutazione delle condizioni di vibrazione basati sulle variazioni delle componenti vettoriali. Informazioni più dettagliate su questo argomento sono fornite nelle norme ISO 13373-1, ISO 13373-2, ISO 13373-3 (vedere anche ISO 20816-1).

8. Funzionamento transitorio

Durante l'accelerazione, la decelerazione o il funzionamento a velocità superiore a quella nominale, sono previste vibrazioni più elevate, soprattutto quando si attraversano velocità critiche.

9. Vibrazione di fondo

Se le vibrazioni misurate superano i limiti di accettabilità e si sospetta una vibrazione di fondo, effettuare la misurazione a macchina ferma. Sono necessarie correzioni se la vibrazione di fondo supera:

• 25% del valore misurato durante il funzionamento, OPPURE
• 25% del confine B/C per quella classe di macchine

Allegato C (Informativo) — Confini di zona e distanze di appoggio

Per macchine con cuscinetti a strisciamento (a film fluido), la condizione fondamentale per un funzionamento sicuro è il requisito che gli spostamenti dell'albero sul cuneo d'olio non consentano il contatto con il guscio del cuscinetto. Pertanto, i limiti di zona per gli spostamenti relativi dell'albero indicati nell'Allegato B devono essere coordinati con questo requisito.

In particolare, per i cuscinetti con gioco ridotto, potrebbe essere necessario ridurre i valori limite della zona. Il grado di riduzione dipende dal tipo di cuscinetto e dall'angolo tra la direzione di misurazione e la direzione del gioco minimo.

Esempio: grande turbina a vapore (3000 giri/min, cuscinetto portante)

• Calcolato B/C (Allegato B): S(pp) = 9000/√3000 ≈ 164 μm
• Gioco diametrale effettivo del cuscinetto: 150 μm
• Poiché 164 > 150, utilizzare limiti basati sulla clearance:
• A/B = 0,4 × 150 = 60 micron
• B/C = 0,6 × 150 = 90 micron
• C/D = 0,7 × 150 = 105 micron

Nota applicativa: Questi valori modificati si applicano quando si misura la vibrazione dell'albero nel o vicino al cuscinetto. In altre posizioni dell'albero con giochi radiali maggiori, potrebbero essere applicate le formule standard dell'Allegato B.

Allegato D (Informativa) — Applicabilità del criterio di velocità costante per macchine a bassa velocità

Il presente allegato giustifica l'inopportunità di applicare criteri basati sulla misurazione della velocità per macchine con vibrazioni a bassa frequenza (inferiori a 120 giri/min). Per le macchine a bassa velocità, i criteri basati su misurazione dello spostamento potrebbe essere più opportuno utilizzare strumenti di misurazione appropriati. Tuttavia, tali criteri non sono considerati nella presente norma.

Basi storiche del criterio di velocità

La proposta di utilizzare le vibrazioni velocità misurata su parti di macchine non rotanti come base per descrivere le condizioni di vibrazione è stata formulata sulla base della generalizzazione di numerosi risultati di test (vedere, ad esempio, il lavoro pionieristico di Rathbone TC, 1939) tenendo conto di alcune considerazioni fisiche.

In relazione a ciò, per molti anni si è ritenuto che le macchine fossero equivalenti dal punto di vista delle condizioni e degli effetti delle vibrazioni su di esse se i risultati delle misurazioni della velocità RMS nell'intervallo di frequenza da 10 a 1000 Hz coincidevano. Il vantaggio di questo approccio era la possibilità di utilizzare gli stessi criteri di condizione delle vibrazioni indipendentemente dalla composizione in frequenza delle vibrazioni o dalla frequenza di rotazione della macchina.

Al contrario, l'utilizzo dello spostamento o dell'accelerazione come base per la valutazione delle condizioni di vibrazione porterebbe alla necessità di elaborare criteri dipendenti dalla frequenza, poiché il rapporto spostamento/velocità è inversamente proporzionale alla frequenza di vibrazione e il rapporto accelerazione/velocità è direttamente proporzionale ad esso.

Il paradigma della costante di velocità

L'uso della vibrazione velocità poiché il parametro primario si basa su test approfonditi e sull'osservazione che le macchine sono "equivalenti" in termini di condizioni se presentano la stessa velocità RMS nell'intervallo 10-1000 Hz, indipendentemente dal contenuto di frequenza.

Vantaggio: Semplicità. Un unico set di limiti di velocità si applica a un ampio intervallo di velocità senza correzioni dipendenti dalla frequenza.

Problema alle basse frequenze: Il rapporto tra spostamento e velocità è inversamente proporzionale alla frequenza:

A frequenze molto basse (< 10 Hz), accettando una velocità costante (ad esempio, 4,5 mm/s) può consentire valori eccessivamente grandi spostamento, che può sollecitare i componenti collegati (tubazioni, giunti) o indicare gravi problemi strutturali.

Illustrazione grafica (dall'allegato D)

Consideriamo una velocità costante di 4,5 mm/s a varie velocità di corsa:

Osservazione: Al diminuire della velocità, lo spostamento aumenta drasticamente. Uno spostamento di 358 μm a 120 giri/min potrebbe sovraccaricare i giunti o causare la rottura del film d'olio nei cuscinetti portanti, anche se la velocità è "accettabile"."

La Figura D.1 riflette una semplice relazione matematica tra velocità costante e spostamento variabile a diverse frequenze di rotazione. Allo stesso tempo, mostra come l'utilizzo del criterio di velocità costante possa portare a un aumento dello spostamento del supporto del cuscinetto al diminuire della frequenza di rotazione. Sebbene le forze dinamiche che agiscono sul cuscinetto rimangano entro limiti accettabili, spostamenti significativi dell'alloggiamento del cuscinetto possono avere un effetto negativo sugli elementi della macchina collegati, come le tubazioni dell'olio.

Configurazione Balanset-1A per macchine a bassa velocità

Quando si misurano macchine ≤600 giri/min:

• Imposta il limite inferiore dell'intervallo di frequenza su 2 Hz (non 10 Hz)
• Visualizza entrambi Velocità (mm/s) e Spostamento (μm) metrica
• Confronta entrambi i parametri con le soglie del tuo standard/procedura (inseriscile nella calcolatrice)
• Se viene misurata solo la velocità e passa, ma lo spostamento è sconosciuto, la valutazione è incompleto
• Assicurarsi che il trasduttore abbia una risposta lineare fino a 2 Hz (controllare il certificato di calibrazione)

12. Funzionamento transitorio: accelerazione, decelerazione e velocità eccessiva

I confini delle zone negli allegati A e B si applicano a funzionamento a regime stazionario a velocità e carico nominali. Durante le condizioni transitorie (avvio, arresto, variazioni di velocità), sono previste vibrazioni più elevate, soprattutto durante il passaggio attraverso velocità critiche (risonanze).

Tabella 1 — Limiti consigliati durante i transitori

Nota per velocità <20%: A velocità molto basse, i criteri di velocità potrebbero non essere applicabili (vedere Allegato D). Lo spostamento diventa critico.

Interpretazione pratica

• Una macchina può superare brevemente i limiti dello stato stazionario durante l'accelerazione/decelerazione
• È consentito che la vibrazione dell'albero raggiunga 1,5 volte il limite C/D (fino alla velocità 90%) per consentire il passaggio attraverso velocità critiche
• Se la vibrazione rimane elevata dopo aver raggiunto la velocità operativa, indica un guasto persistente, non una risonanza transitoria

Analisi di run-down di Balanset-1A

Balanset-1A include una funzione di grafico "RunDown" (sperimentale) che registra l'ampiezza delle vibrazioni rispetto ai giri al minuto durante il coast-down:

• Identifica le velocità critiche: I picchi acuti nell'ampiezza indicano risonanze
• Verifica il passaggio veloce: I picchi stretti confermano che la macchina passa velocemente (buono)
• Rileva guasti dipendenti dalla velocità: L'ampiezza che aumenta continuamente con la velocità suggerisce problemi aerodinamici o di processo

Questi dati sono preziosi per distinguere i picchi transitori (accettabili secondo la Tabella 1) dalle vibrazioni eccessive in stato stazionario (inaccettabili).

13. Flusso di lavoro pratico per la conformità alla norma ISO 20816-3

14. Argomento avanzato: teoria del bilanciamento del coefficiente di influenza

Quando una macchina viene diagnosticata con squilibrio (vibrazione elevata 1×, fase stabile), il Balanset-1A utilizza il Metodo del coefficiente di influenza per calcolare pesi di correzione precisi.

Fondamenti matematici

La risposta alle vibrazioni del rotore è modellata come sistema lineare dove l'aggiunta di massa modifica il vettore di vibrazione:

Procedura di bilanciamento a tre passaggi (piano singolo)

1. Esecuzione iniziale (Esecuzione 0):
   • Misurare le vibrazioni: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
   • Vettore: V₀ = 6,2∠45°
2. Prova di corsa con i pesi (corsa 1):
   • Aggiungere massa di prova: M_processo = 20 g all'angolo θ_processo = 0°
   • Misurare le vibrazioni: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
   • Vettore: V₁ = 4,1∠110°
3. Calcola il coefficiente di influenza:
   • ΔV = V₁ − V₀ = (sottrazione vettoriale)
   • α = ΔV / (20 g ∠ 0°)
   • α ci dice "quanto cambia la vibrazione per grammo di massa aggiunta""
4. Calcola la correzione:
   • M_corr = −V₀ / α
   • Risultato: M_corr = 28,5 g all'angolo θ_corr = 215°
5. Applica la correzione e verifica:
   • Rimuovere il peso di prova
   • Aggiungere 28,5 g a 215° (misurati da un segno di riferimento sul rotore)
   • Misurare la vibrazione finale: A_finale = 1,1 mm/s (obiettivo: <1,4 mm/s per la zona A)

Perché funziona

Lo squilibrio crea una forza centrifuga F = m × e × ω², dove m è la massa sbilanciata, e è la sua eccentricità e ω è la velocità angolare. Questa forza genera vibrazioni. Aggiungendo una massa calcolata con precisione a un angolo specifico, creiamo una uguale e opposto forza centrifuga, annullando lo squilibrio originale. Il software Balanset-1A esegue automaticamente la complessa matematica vettoriale, guidando il tecnico attraverso il processo.

11. Riferimento di fisica e formule

Fondamenti di elaborazione del segnale

Relazione tra spostamento, velocità e accelerazione

Per vibrazione sinusoidale alla frequenza f (Hz), le relazioni tra spostamento (d), velocità (v) e accelerazione (a) sono governate dal calcolo:

Intuizione chiave: La velocità è proporzionale alla frequenza × spostamento. L'accelerazione è proporzionale alla frequenza² × spostamento. Ecco perché:

• A basse frequenze (< 10 Hz), lo spostamento è il parametro critico
• A frequenze medie (10–1000 Hz), la velocità è ben correlata all'energia ed è indipendente dalla frequenza
• A alte frequenze (> 1000 Hz), l'accelerazione diventa dominante

Valori RMS vs valori di picco

Il Valore quadratico medio (RMS) Il valore rappresenta l'energia effettiva di un segnale. Per un'onda sinusoidale pura:

Perché RMS? RMS è direttamente correlato con il energia e fatica stress imposto sui componenti della macchina. Un segnale di vibrazione con V_RMS = 4,5 mm/s fornisce la stessa energia meccanica indipendentemente dalla complessità della forma d'onda.

Calcolo RMS a banda larga

Per un segnale complesso contenente più componenti di frequenza (come nei macchinari reali):

Dove ogni V_RMS,i rappresenta l'ampiezza RMS a una frequenza specifica (1×, 2×, 3×, ecc.). Questo è il valore "complessivo" visualizzato dagli analizzatori di vibrazioni e utilizzato per la valutazione della zona ISO 20816-3.

Architettura di elaborazione del segnale Balanset-1A

Esempio pratico: guida diagnostica

Scenario: Una pompa centrifuga da 75 kW che funziona a 1480 giri/min (24,67 Hz) su una base rigida in calcestruzzo.

Fase 1: Classificazione

• Potenza: 75 kW → Gruppo 2 (15–300 kW)
• Fondazione: Rigida (verificata tramite test di impatto)
• Determina le soglie A/B, B/C, C/D dalla tua copia/specifica standard e inseriscile nella calcolatrice

Fase 2: Misurazione con Balanset-1A

• Montare gli accelerometri sugli alloggiamenti dei cuscinetti della pompa (fuoribordo ed entrobordo)
• Entrare in modalità "Vibrometro" (F5)
• Imposta gamma di frequenza: 10–1000 Hz
• Registra la velocità RMS complessiva: 6,2 mm/s

Fase 3: Valutazione della zona

Confronta il valore misurato (ad esempio, 6,2 mm/s RMS) con le soglie immesse: sopra C/D → ZONA D; tra B/C e C/D → ZONA C, ecc.

Fase 4: Diagnosi spettrale

Passare alla modalità FFT. Lo spettro mostra:

• 1× componente (24,67 Hz): 5,8 mm/s — Dominante
• 2× componente (49,34 Hz): 1,2 mm/s — Minore
• Altre frequenze: Trascurabile

Diagnosi: Vibrazione elevata 1× con fase stabile → Sbilanciare

Fase 5: Bilanciamento con Balanset-1A

Entra nella modalità "Bilanciamento a piano singolo":

• Esecuzione iniziale: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
• Peso di prova: Aggiungere 20 grammi a 0° (angolo arbitrario)
• Prova di prova: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
• Il software calcola: Massa di correzione = 28,5 grammi ad angolo = 215°
• Correzione applicata: Rimuovere il peso di prova, aggiungere 28,5 g a 215°
• Esecuzione della verifica: A_finale = 1,1 mm/s

Fase 6: Verifica della conformità

1,1 mm/s < 1,4 mm/s (confine A/B) → ZONA A — Ottime condizioni!

La pompa è ora conforme alla norma ISO 20816-3 per un funzionamento a lungo termine senza restrizioni. Genera report che documentano i valori prima (6,2 mm/s, Zona D) e dopo (1,1 mm/s, Zona A) con grafici spettrali.

Perché la velocità è il criterio primario

La velocità di vibrazione è ben correlata alla gravità della vibrazione in un'ampia gamma di frequenze perché:

• La velocità si riferisce a energia trasmesso alla fondazione e all'ambiente circostante
• La velocità è relativamente indipendente dalla frequenza per le tipiche apparecchiature industriali
• A frequenze molto basse (<10 Hz), lo spostamento diventa il fattore limitante
• A frequenze molto elevate (>1000 Hz), l'accelerazione diventa importante (soprattutto per la diagnosi dei cuscinetti)

Deflessione statica e frequenza naturale

Per valutare se una fondazione è rigida o flessibile:

Stima della velocità critica

Prima velocità critica di un rotore semplice:

15. Errori e insidie comuni nell'applicazione della norma ISO 20816-3

16. Integrazione con una strategia più ampia di monitoraggio delle condizioni

I limiti di vibrazione ISO 20816-3 sono necessario ma non sufficiente per una gestione completa dello stato di salute dei macchinari. Integra i dati sulle vibrazioni con:

• Analisi dell'olio: Particelle di usura, rottura della viscosità, contaminazione
• Termografia: Temperature dei cuscinetti, punti caldi degli avvolgimenti del motore, riscaldamento indotto da disallineamento
• Ultrasuoni: Rilevamento precoce di guasti alla lubrificazione dei cuscinetti, archi elettrici
• Analisi della firma della corrente del motore (MCSA): Difetti della barra del rotore, eccentricità, variazioni di carico
• Parametri di processo: Portata, pressione, consumo energetico: correlare i picchi di vibrazione con le anomalie del processo

Il Balanset-1A fornisce il pilastro vibrante di questa strategia. Utilizza le sue funzionalità di archiviazione e analisi delle tendenze per creare un database storico. Incrocia gli eventi di vibrazione con i registri di manutenzione, le date dei campioni di olio e i registri operativi.

17. Considerazioni normative e contrattuali

Test di accettazione (nuove macchine)

Importante: i confini delle zone sono in genere una guida per la valutazione delle condizioni, mentre criteri di accettazione per una nuova macchina sono definiti dal contratto/specifiche e concordati tra fornitore e cliente.

Ruolo di Balanset-1A: Durante i test di accettazione in fabbrica (FAT) o in sito (SAT), Balanset-1A verifica i livelli di vibrazione dichiarati dal fornitore. Genera report documentati che dimostrano la conformità ai limiti contrattuali.

Assicurazione e responsabilità civile

In alcune giurisdizioni, l'uso di macchinari in Zona D può invalidare la copertura assicurativa in caso di guasto catastrofico. Le valutazioni documentate ISO 20816-3 dimostrano la dovuta diligenza nella cura dei macchinari.

18. Sviluppi futuri: espansione della serie ISO 20816

La serie ISO 20816 continua a evolversi. Le prossime parti e revisioni includono:

• ISO 20816-6: Macchine alternative (in sostituzione della norma ISO 10816-6)
• ISO 20816-7: Pompe rotodinamiche (in sostituzione della norma ISO 10816-7)
• ISO 20816-8: Sistemi di compressione alternativi (nuovi)
• Norma ISO 20816-21: Turbine eoliche (in sostituzione della norma ISO 10816-21)

Questi standard adotteranno filosofie di delimitazione delle zone simili, ma con adattamenti specifici per ogni macchinario. Il Balanset-1A, con la sua configurazione flessibile e l'ampio intervallo di frequenza/ampiezza, rimarrà compatibile con la pubblicazione di questi standard.

19. Casi di studio

Caso di studio 1: diagnosi errata evitata tramite doppia misurazione

Macchina: Turbina a vapore da 5 MW, 3000 giri/min, cuscinetti a strisciamento

Situazione: Vibrazione dell'alloggiamento del cuscinetto = 3,0 mm/s (Zona B, accettabile). Tuttavia, gli operatori hanno segnalato rumori insoliti.

Indagine: Balanset-1A collegato alle sonde di prossimità esistenti. Vibrazione dell'albero = 180 μm pp. Limite B/C calcolato (Allegato B) = 164 μm. Albero in Zona C!

Causa ultima: Instabilità del film d'olio (vortice d'olio). Le vibrazioni dell'alloggiamento erano ridotte a causa della pesante massa del piedistallo che smorzava il movimento dell'albero. Affidarsi solo alle misurazioni dell'alloggiamento avrebbe trascurato questa condizione pericolosa.

Azione: Pressione di alimentazione dell'olio dei cuscinetti regolata, gioco ridotto mediante spessoramento. Vibrazioni dell'albero ridotte a 90 μm (Zona A).

Caso di studio 2: il bilanciamento salva una ventola critica

Macchina: Ventilatore a tiraggio indotto da 200 kW, 980 giri/min, giunto flessibile

Condizione iniziale: Vibrazione = 7,8 mm/s (Zona D). L'impianto sta valutando l'arresto di emergenza e la sostituzione dei cuscinetti ($50.000, interruzione di 3 giorni).

Diagnosi di Balanset-1A: FFT mostra 1× = 7,5 mm/s, 2× = 0,8 mm/s. Fase stabile. Sbilanciare, non recante danni.

Bilanciamento del campo: Equilibratura su due piani eseguita in loco in 4 ore. Vibrazione finale = 1,6 mm/s (Zona A).

Risultato: Arresto evitato, risparmio di $50.000. Causa principale: erosione dei bordi d'attacco delle pale causata da polvere abrasiva. Corretto tramite bilanciamento; revisione programmata delle pale alla prossima interruzione programmata.

20. Conclusione e buone pratiche

La transizione verso ISO 20816-3:2022 Rappresenta una maturazione nell'analisi delle vibrazioni, che richiede un approccio basato sulla fisica e a doppia prospettiva per valutare lo stato di salute dei macchinari. Punti chiave:

Il Sistema Balanset-1A dimostra una solida conformità ai requisiti della norma ISO 20816-3. Le sue specifiche tecniche (intervallo di frequenza, precisione, flessibilità dei sensori e flusso di lavoro del software) consentono ai team di manutenzione non solo di diagnosticare le non conformità, ma anche di correggerle attivamente attraverso il bilanciamento di precisione. Combinando l'analisi dello spettro diagnostico con la capacità di bilanciamento correttivo, Balanset-1A consente agli ingegneri dell'affidabilità di mantenere gli asset industriali all'interno della Zona A/B, garantendo longevità, sicurezza e produzione ininterrotta.

Standard di riferimento e bibliografia

Riferimenti normativi (Sezione 2 della ISO 20816-3)

Norme correlate nella serie ISO 20816

Standard complementari

Contesto storico (standard sostituiti)

La norma ISO 20816-3:2022 sostituisce le seguenti norme:

• Norma ISO 10816-3:2009 — Valutazione delle vibrazioni delle macchine mediante misurazioni su parti non rotanti — Parte 3: Macchine industriali con potenza nominale superiore a 15 kW e velocità nominali comprese tra 120 giri/min e 15.000 giri/min
• ISO 7919-3:2009 — Vibrazioni meccaniche — Valutazione delle vibrazioni delle macchine mediante misurazioni su alberi rotanti — Parte 3: Macchine industriali accoppiate

L'integrazione delle vibrazioni dell'alloggiamento (10816) e dell'albero (7919) in uno standard unificato elimina le ambiguità precedenti e fornisce un quadro di valutazione coeso.

Allegato DA (Informativo) — Corrispondenza degli standard internazionali di riferimento con gli standard nazionali e interstatali

Nell'applicazione di questo standard, si raccomanda di utilizzare gli standard nazionali e interstatali corrispondenti anziché gli standard internazionali di riferimento. La tabella seguente mostra la relazione tra gli standard ISO citati nella Sezione 2 e i loro equivalenti nazionali.

Nota: In questa tabella viene utilizzata la seguente designazione convenzionale del grado di corrispondenza:

• IDT — Standard identici

Le norme nazionali possono avere date di pubblicazione diverse, ma mantengono l'equivalenza tecnica con le norme ISO di riferimento. Consultare sempre le edizioni più recenti delle norme nazionali per i requisiti più recenti.

Bibliografia

I seguenti documenti sono citati nella norma ISO 20816-3 a scopo informativo:

Nota storica: il riferimento [16] (Rathbone, 1939) rappresenta il lavoro pionieristico che ha gettato le basi per l'utilizzo della velocità come criterio primario di vibrazione.