Išsami ISO 20816-3 analizė: matavimas, vertinimas ir instrumentinis įgyvendinimas naudojant „Balanset-1A“ sistemą

Santrauka

Pramonės srityje įvyko reikšmingas paradigmos pokytis mašinų būklės stebėjimo standartizavimo srityje. ISO 20816-3:2022 standarto įvedimas reiškia ankstesnių metodikų konsolidavimą ir modernizavimą, konkrečiai sujungiant korpuso vibracijos (anksčiau ISO 10816-3) ir besisukančio veleno vibracijos (anksčiau ISO 7919-3) vertinimą į vieną nuoseklią sistemą. Šiame pranešime pateikiama išsami ISO 20816-3 analizė, išskaidant jo skyrius, normatyvinius priedus ir fizinius principus. Be to, joje pateikiamas išsamus techninis nešiojamojo vibracijos analizatoriaus ir balansavimo įrenginio „Balanset-1A“ vertinimas, parodantis, kaip šis konkretus prietaisas padeda atitikti griežtus standarto reikalavimus. Apibendrinant signalų apdorojimo teoriją, mechanikos inžinerijos principus ir praktines veiklos procedūras, šis dokumentas yra galutinis vadovas patikimumo inžinieriams, siekiantiems suderinti savo būklės stebėjimo strategijas su geriausia pasauline praktika, naudodami prieinamus, labai tikslius prietaisus.

I dalis: ISO 20816-3 teorinis pagrindas

1.1 Vibracijos standartų raida: ISO 10816 ir ISO 7919 suvienodinimas

Vibracijos standartizavimo istorija pasižymi laipsnišku perėjimu nuo fragmentiškų, konkrečioms sudedamosioms dalims skirtų gairių prie holistinio mašinų vertinimo. Istoriškai pramoninių mašinų vertinimas buvo dvejopas. ISO 10816 serija buvo skirta nesukamų dalių, konkrečiai guolių korpusų ir atramų, matavimui naudojant akselerometrus arba greičio keitiklius. Tuo tarpu ISO 7919 serija buvo skirta sukamų velenų vibracijai, palyginti su jų guoliais, vertinti, pirmiausia naudojant bekontakčius sūkurinių srovių zondus.

Šis atskyrimas dažnai sukeldavo diagnostikos neaiškumą. Mašina galėjo rodyti priimtiną korpuso vibraciją (A zona pagal ISO 10816), bet tuo pačiu metu patirti pavojingą veleno nuokrypį ar nestabilumą (C/D zona pagal ISO 7919), ypač tais atvejais, kai buvo naudojami sunkūs korpusai ar skysčio plėvelės guoliai, kuriuose vibracijos energijos perdavimo kelias yra silpnesnis. ISO 20816-3 išsprendžia šią dichotomiją, pakeisdamas ISO 10816-3:2009 ir ISO 7919-3:2009.1 Integruodamas šias perspektyvas, naujasis standartas pripažįsta, kad rotoriaus dinaminių jėgų sukurta vibracijos energija pasireiškia skirtingai visoje mašinos konstrukcijoje, priklausomai nuo standumo, masės ir slopinimo santykių. Todėl atitikties vertinimui dabar reikalingas dvigubas požiūris: vertinti tiek absoliučią konstrukcijos vibraciją, tiek, jei taikoma, santykinį veleno judėjimą.

Balanset-1A sistema į šią sritį įžengia kaip įrankis, skirtas sujungti šias matavimo sritis. Jos architektūra, kuri palaiko tiek pjezoelektrinius akselerometrus korpuso matavimams, tiek tiesioginės įtampos įvestis linijiniams poslinkio jutikliams, atspindi ISO 20816 serijos dvejopo pobūdžio filosofiją.3 Ši konvergencija supaprastina techniko įrankių rinkinį, leidžiant vienu prietaisu atlikti išsamius vertinimus, kuriuos dabar reikalauja vieningas standartas.

1.2 Taikymo sritis ir taikymas: pramoninių mašinų aplinkos apibrėžimas

ISO 20816-3 standarto 1 skyriuje kruopščiai apibrėžtos jo taikymo ribos. Standartas nėra universalus – jis specialiai pritaikytas pramoninėms mašinoms, kurių galios reitingas viršija 15 kW, o darbo greitis yra nuo 120 r/min iki 30 000 r/min.1 Šis platus veikimo diapazonas apima didžiąją dalį kritinių gamybos, energijos gamybos ir naftos chemijos sektorių turto.

Konkrečiai apimama įranga:

• Garo turbinos ir generatoriai: Čia aptariami įrenginiai, kurių galia yra mažesnė arba lygi 40 MW. Didesni įrenginiai (virš 40 MW) paprastai patenka į ISO 20816-2 taikymo sritį, išskyrus atvejus, kai jie veikia ne sinchroniniu tinklo dažniu (1500, 1800, 3000 arba 3600 aps/min).6
• Rotaciniai kompresoriai: Įskaitant tiek centrinės, tiek ašinės konstrukcijos, naudojamos perdirbimo pramonėje.
• Pramoninės dujų turbinos: Konkrečiai tie, kurių galia yra 3 MW ar mažesnė. Didesnės dujų turbinos yra išskirtos į atskiras standarto dalis dėl jų unikalių terminių ir dinaminių charakteristikų.1
• Siurbliai: Elektros varikliais varomi centriniai siurbliai yra pagrindinė šios grupės sudėtinė dalis.
• Elektros varikliai: Įtraukiami bet kokio tipo varikliai, jeigu jie yra lanksčiai sujungti. Tvirtai sujungti varikliai dažnai vertinami kaip varomosios mašinos sistemos dalis arba pagal konkrečias papildomas sąlygas.
• Ventiliatoriai ir pūstuvai: Svarbu šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemoms bei pramoniniams oro apdorojimo procesams.6

Išimtys: Taip pat svarbu suprasti, kas yra neįtraukta. Mašinos su slankiojančiomis masėmis (pavyzdžiui, stūmokliniai kompresoriai) generuoja vibracijos profilius, kuriuose dominuoja smūgiai ir kintantys sukimo momentai, todėl reikalinga specializuota analizė, numatyta ISO 20816-8 standarte. Panašiai, vėjo jėgainės, kurios veikia esant labai kintančioms aerodinaminėms apkrovoms, yra apimtos ISO 10816-21 standarte.7 Balanset-1A specifines konstrukcijos savybės, pavyzdžiui, sukimosi greičio matavimo diapazonas nuo 150 iki 60 000 aps/min 8, puikiai atitinka standarto 120–30 000 aps/min diapazoną, užtikrinant, kad prietaisas gali stebėti visą taikytinų mašinų spektrą.

1.3 Mašinų klasifikavimo sistemos: atramos standumo fizika

Svarbi naujovė, perimta iš ankstesnių standartų, yra mašinų klasifikavimas pagal atramos standumą. ISO 20816-3 standartas mašinas skirsto į grupes ne tik pagal dydį, bet ir pagal dinaminį elgesį.

1.3.1 Grupės klasifikacija pagal galią ir dydį

Standartas mašinas skirsto į dvi pagrindines grupes, kad būtų taikomi atitinkami griežtumo ribos:

• 1 grupė: Didelės mašinos, kurių vardinė galia viršija 300 kW, arba elektros mašinos, kurių veleno aukštis viršija 315 mm. Šios mašinos paprastai turi masyvius rotorius ir sukuria dideles dinamines jėgas.9
• 2 grupė: Vidutinio dydžio mašinos, kurių vardinė galia yra nuo 15 kW iki 300 kW, arba elektros mašinos, kurių veleno aukštis yra nuo 160 mm iki 315 mm.10

1.3.2 Lankstumas: griežtas ir lankstus

Skirtumas tarp “standžių” ir “lanksčių” atramų yra fizikos, o ne tik statybinių medžiagų klausimas. Atrama laikoma standžia tam tikra matavimo kryptimi, jei pirmasis natūralus dažnis (rezonansas) kombinuotos mašinos ir atramos sistemos yra žymiai didesnis už pagrindinį sužadinimo dažnį (paprastai sukimosi greitį). Konkrečiai, natūralus dažnis turėtų būti bent 25% didesnis už darbo greitį. Tuo tarpu lanksčių atramų natūralūs dažniai gali būti artimi darbo greičiui arba mažesni už jį, o tai sukelia rezonanso stiprinimo arba izoliacijos efektus.10

Šis skirtumas yra labai svarbus, nes lanksčios atramos natūraliai leidžia didesnį vibracijos amplitudės dydį esant tam pačiam vidinės sužadinimo jėgos (disbalanso) dydžiui. Todėl lanksčių atramų leistinos vibracijos ribos paprastai yra didesnės nei standžių atramų. Balanset-1A palengvina atramų charakteristikų nustatymą naudodamas fazės matavimo funkcijas. Atlikdamas paleidimo arba išsijungimo bandymą (naudodamas programinės įrangos specifikacijose 11 minimą “RunDown” diagramos funkciją), analitikas gali nustatyti rezonansinius pikus. Jei pikas pasiekiamas veikimo diapazone, atrama yra dinamiškai lanksti; jei atsakas yra lygus ir linijinis iki veikimo greičio, ji yra standi. Ši diagnostinė funkcija leidžia vartotojui pasirinkti teisingą vertinimo lentelę ISO 20816-3, taip išvengiant klaidingų pavojaus signalų ar praleistų gedimų.

II dalis: Matavimo metodika ir fizika

ISO 20816-3 standarto 4 skyriuje išdėstyti griežti duomenų rinkimo procedūriniai reikalavimai. Bet kokio vertinimo pagrįstumas visiškai priklauso nuo matavimo tikslumo.

2.1 Prietaisų fizika: keitiklio pasirinkimas ir reakcija

Standartas reikalauja naudoti prietaisus, galinčius matuoti plačiajuosčio vidutinio kvadratinio vidurkio (r.m.s.) vibracijos greitį. Dažnio atsakas turi būti lygus bent 10 Hz iki 1000 Hz diapazone bendrosios paskirties mašinoms.12 Mažesnio greičio mašinoms (veikiančioms mažiau nei 600 aps/min) dažnio atsako apatinė riba turi būti sumažinta iki 2 Hz, kad būtų užfiksuoti pagrindiniai sukimosi komponentai.

„Balanset-1A“ techninis atitikimas:
Balanset-1A vibracijos analizatorius suprojektuotas atsižvelgiant į šiuos specifinius reikalavimus. Jo specifikacijose nurodyta vibracijos dažnio diapazonas nuo 5 Hz iki 550 Hz standartinėms operacijoms, su galimybėmis išplėsti matavimo galimybes.8 5 Hz apatinė riba yra labai svarbi; ji užtikrina atitiktį mašinoms, veikiančioms vos 300 aps/min greičiu, apimant didžiąją dalį pramoninių taikymų. Viršutinė riba 550 Hz apima kritinius harmonikus (1x, 2x, 3x ir t. t.) ir mentės praėjimo dažnius daugumai standartinių siurblių ir ventiliatorių. Be to, prietaiso tikslumas yra 5% visos skalės, atitinkantis ISO 2954 (Reikalavimai vibracijos stiprumo matavimo prietaisams) metrologinius reikalavimus.8

Standartas išskiria du pagrindinius matavimo tipus, kuriuos abu palaiko „Balanset-1A“ ekosistema:

• Seisminiai keitikliai (akselerometrai): Jie matuoja absoliučius korpuso vibracijos parametrus. Jie jautriai reaguoja į jėgos perdavimą per guolio atramą. Balanset-1A komplekte yra du vienos ašies akselerometrai (paprastai ADXL serijos technologija arba pjezoelektriniai) su magnetiniais tvirtinimais.14
• Nekontaktiniai keitikliai (artumo jutikliai): Jie matuoja santykinį veleno poslinkį. Jie yra būtini skysčio plėvelės guolių mašinose, kuriose velenas juda tarpais.

2.2 Išsamus tyrimas: santykinis veleno vibravimas ir jutiklių integravimas

Nors ISO 20816-3 standartas daugiausia dėmesio skiria korpuso vibracijai, B priede aiškiai aptariama veleno santykinė vibracija. Tam reikia naudoti sūkurinių srovių jutiklius (artumo jutiklius). Šie jutikliai veikia generuodami radijo dažnio (RF) lauką, kuris sukelia sūkurines sroves laidžios veleno paviršiaus dalyje. Jutiklio ritės impedansas kinta priklausomai nuo tarpo atstumo, sukuriant įtampos išėjimą, proporcingą poslinkiui.15

Eddy Current zondų integravimas su Balanset-1A:
Unikali “Balanset-1A” savybė yra jo pritaikomumas prie šių jutiklių. Nors įrenginys pirmiausia tiekiamas su akselerometrais, jo įėjimai gali būti sukonfigūruoti „linijiniam“ režimui, kad priimtų įtampos signalus iš trečiųjų šalių artumo jutiklių tvarkyklių (proximitors).3

• Įtampos įėjimas: Dauguma pramoninių artumo jutiklių generuoja neigiamą nuolatinę įtampą (pvz., -24 V maitinimas, 200 mV/mil skalė). Balanset-1A leidžia vartotojams įvesti pasirinktinius jautrumo koeficientus (pvz., mV/µm) lange “Nustatymai” (F4 klavišas).3
• DC nuokrypio pašalinimas: Artumo jutikliai perduoda didelę nuolatinės srovės tarpą (poliarizaciją) su nedideliu kintamosios srovės vibracijos signalu. Balanset-1A programinė įranga turi funkciją “Remove DC” (pašalinti nuolatinę srovę), kuri filtruoja tarpą ir izoliuoja dinaminį vibracijos signalą, kad jį būtų galima analizuoti pagal ISO 20816-3 ribas.3
• Linijiškumas ir kalibravimas: Programinė įranga leidžia vartotojui nustatyti kalibravimo koeficientus (pvz., Kprl1 = 0,94 mV/µm), užtikrinančius, kad nešiojamojo kompiuterio ekrane rodomas rodmuo tiksliai atitiktų fizinį veleno poslinkį.3 Ši funkcija yra būtina taikant B priedo kriterijus, kurie nurodomi mikrometrais poslinkio, o ne milimetrais per sekundę greičio.

2.3 Montavimo fizika: duomenų tikslumo užtikrinimas

ISO 20816-3 pabrėžia, kad jutiklio montavimo būdas neturi pabloginti matavimo tikslumo. Montuoto jutiklio rezonansinis dažnis turi būti žymiai didesnis už tiriamą dažnių diapazoną.

• Tvirtinimas prie stovo: Aukščiausias standartas, užtikrinantis aukščiausią dažnio atsaką (iki 10 kHz+).
• Magnetinis tvirtinimas: Praktiškas kompromisas nešiojamų duomenų rinkimui.

Balanset-1A naudoja magnetinę tvirtinimo sistemą, kurios laikymo jėga yra 60 kgf (kilogramų jėga).17 Ši didelė tvirtinimo jėga yra labai svarbi. Silpnas magnetas sukelia “šoktelėjimo” efektą arba mechaninį žemo dažnio filtrą, kuris smarkiai silpnina aukšto dažnio signalus. Esant 60 kgf, kontaktinis standumas yra pakankamas, kad pritvirtintas rezonansas būtų gerokai virš 1000 Hz diapazono, kuris yra svarbus pagal ISO 20816-3, užtikrinant, kad surinkti duomenys tikrai atspindi mašinos elgseną, o ne yra pritvirtinimo metodo artefaktas.12

2.4 Signalo apdorojimas: RMS ir piko vertė

Standarte nurodyta, kad nesukamoms dalims turi būti naudojamas vidutinis kvadratinis greitis (RMS). RMS vertė yra vibracijos signale esančios bendros energijos matas ir yra tiesiogiai susijusi su mašinos komponentams tenkančiu nuovargio įtempiu.

RMS lygtis:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

Veleno vibracijai (B priedas) standarte naudojamas didžiausias nuokrypis nuo viršaus iki viršaus (S_p.), kuris atspindi bendrą fizinį veleno poslinkį guolio tarpo ribose.

S_p. = S_max − S_min

Balanset-1A apdorojimas:
Balanset-1A atlieka šiuos matematinius transformavimus viduje. ADC (analoginis-skaitmeninis keitiklis) imituoja neapdorotą signalą, o programinė įranga apskaičiuoja RMS greitį korpuso matavimams ir viršutinio-apatinio poslinkio vertę veleno matavimams. Svarbiausia, ji apskaičiuoja plačiajuosčio ryšio vertę (bendrą), kuri sudaro energijos sumą visame dažnių spektre (pvz., 10–1000 Hz). Ši “bendroji” vertė yra pagrindinis skaičius, naudojamas mašinai priskirti zonoms A, B, C arba D. Be to, prietaisas turi FFT (greitojo Furjė transformavimo) funkciją, leidžiančią analitikui matyti atskiras dažnio sudedamąsias dalis (1x, 2x, harmonikas), sudarančias bendrą RMS vertę, ir padedančią diagnozuoti vibracijos šaltinį.8

2.5 Fono vibracija: signalo ir triukšmo santykio problema

Svarbus, dažnai nepastebimas ISO 20816-3 aspektas yra foninio vibravimo, t. y. vibravimo, perduodamo į mašiną iš išorinių šaltinių (pvz., gretimų mašinų, grindų vibravimo), kai mašina yra sustabdyta, tvarkymas.

Taisyklė: Jei foninis vibracijos lygis viršija 25% vibracijos, matuojamos, kai mašina veikia, arba 25% ribą tarp zonų B ir C, reikia atlikti rimtus koregavimus, kitaip matavimas gali būti laikomas negaliojančiu.18 Ankstesnėse standartų versijose dažnai buvo nurodyta “trečdalio” taisyklė, tačiau ISO 20816-3 sugriežtina šią logiką.

Procedūrinis įgyvendinimas naudojant „Balanset-1A“:

1. Technikas pritvirtina „Balanset-1A“ jutiklius prie sustabdyto mechanizmo.
2. Naudojant “Vibrometer” režimą (F5 klavišas), įrašomas foninis RMS lygis.13
3. Mašina paleidžiama ir įkraunama. Užregistruojamas darbinis RMS.
4. Atliekamas palyginimas. Jei veikimo lygis yra 4,0 mm/s, o fonas buvo 1,5 mm/s (37,5%), fonas yra per didelis. Balanset-1A gebėjimas atlikti spektrinį atėmimą (fono spektro palyginimas su veikiančios mašinos spektru) padeda nustatyti, ar fonas yra tam tikru dažniu (pvz., 50 Hz iš netoliese esančio kompresoriaus), kurį analitikas gali ignoruoti arba filtruoti protu.

III dalis: Vertinimo kriterijai – standarto esmė

6 skyrius sudaro ISO 20816-3 pagrindą, kuriame pateikiama sprendimų logika dėl mašinų priimtinumo.

3.1 I kriterijus: vibracijos stiprumas ir zonavimas

Standartas vertina vibracijos stiprumą pagal didžiausią stiprumą, stebėtą guolių korpusuose. Siekiant palengvinti sprendimų priėmimą, jame apibrėžtos keturios vertinimo zonos:

• A zona: Naujai paleistų mašinų vibracija. Tai yra “aukso standartas”. Mašina šioje zonoje yra nepriekaištingos mechaninės būklės.
• B zona: Mašinos, kurios laikomos tinkamomis neribotam ilgalaikiam darbui. Tai tipinis “žaliasis” darbo diapazonas.
• C zona: Mašinos, kurios laikomos netinkamomis ilgalaikiam nepertraukiamam darbui. Paprastai mašina gali būti eksploatuojama ribotą laiką, kol atsiras tinkama proga imtis taisomųjų veiksmų (techninės priežiūros). Tai yra “geltona” arba “pavojaus” būsena.
• D zona: Vibracijos vertės šioje zonoje paprastai laikomos pakankamai didelėmis, kad galėtų sugadinti mašiną. Tai yra “raudona” arba “išjungimo” būsena.5

1 lentelė: Supaprastinti ISO 20816-3 zonų ribos (greitis RMS, mm/s) 1 ir 2 grupėms

Mašinų grupė	Pamatų tipas	A/B zonos riba	B/C zonos riba	C/D zonos riba
1 grupė (>300 kW)	Standus	2.3	4.5	7.1
	Lankstus	3.5	7.1	11.0
2 grupė (15–300 kW)	Standus	1.4	2.8	4.5
	Lankstus	2.3	4.5	7.1

Pastaba: Šios vertės yra paimtos iš standarto A priedo ir yra bendrosios gairės. Konkrečių tipų mašinoms gali būti taikomi kitokie apribojimai.

Balanset-1A įgyvendinimas:
“Balanset-1A” programinė įranga ne tik rodo skaičių, bet ir kontekstualiai padeda vartotojui. Nors vartotojas turi pasirinkti klasę, programinės įrangos funkcija „Ataskaitos“ leidžia dokumentuoti šias vertes pagal standartą. Kai technikas matuoja 5,0 mm/s vibraciją 50 kW siurblyje (2 grupė) ant tvirto pagrindo, „Balanset-1A“ rodmenys aiškiai viršija C/D zonos ribą (4,5 mm/s), o tai rodo, kad reikia nedelsiant išjungti ir remontuoti.

3.2 II kriterijus: vibracijos stiprumo pokytis

Galbūt svarbiausias 20816 serijos patobulinimas yra formalizuotas dėmesys vibracijos pokyčiams, nepriklausomai nuo absoliučių ribų.

25% taisyklė: ISO 20816-3 standarte nurodyta, kad vibracijos stiprumo pokytis, didesnis nei 25% zonos B/C ribos (arba 25% ankstesnės pastoviosios būsenos vertės), turėtų būti laikomas reikšmingu, net jei absoliučioji vertė lieka zonos A arba B ribose.20

Pasekmės:
Įsivaizduokite ventiliatorių, kuris nuolat veikia 2,0 mm/s greičiu (B zona). Jei vibracija staiga padidėja iki 2,8 mm/s, techniškai ji vis dar yra zonoje B (kai kurioms klasėms) arba tik įžengia į zoną C. Tačiau tai yra 40% padidėjimas. Toks staigus pokytis dažnai rodo konkretų gedimo tipą: įtrūkusį rotoriaus komponentą, pasislinkusį balanso svorį arba terminį trintį. Ignoruoti tai, nes “vis dar yra žalia zona”, reiškia katastrofiško gedimo receptą.

Balanset-1A tendencijų analizė:
Balanset-1A atitinka šį kriterijų dėl savo “sesijos atkūrimo” ir archyvavimo funkcijų.21 Išsaugodamas matavimo sesijas, patikimumo inžinierius gali palyginti dabartinius duomenis su istoriniais baziniais duomenimis. Jei “bendro vibracijos” grafike matomas staigus pokytis, inžinierius taiko II kriterijų. Čia ypač naudinga funkcija “Atkurti paskutinę sesiją”; ji leidžia vartotojui atkurti tikslią praėjusio mėnesio mašinos būklę, kad būtų galima patikrinti, ar nebuvo viršyta 25% riba.

3.3 Eksploatavimo ribos: ALARMŲ ir TRIPS nustatymas

Standartas pateikia automatinių apsaugos sistemų nustatymo gaires:

• ALARMAS: Įspėti, kad pasiekta nustatyta vibracijos vertė arba įvyko reikšmingas pokytis. Rekomenduojamas nustatymas paprastai yra bazinė vertė + 25% zonos B/C ribos.
• KELIONĖ: Inicijuoti neatidėliotinus veiksmus (išjungimą). Paprastai tai nustatoma C/D zonos riboje arba šiek tiek aukščiau, priklausomai nuo mašinos mechaninio vientisumo.19

Nors „Balanset-1A“ yra nešiojamas prietaisas, o ne nuolatinė apsaugos sistema (kaip „Bently Nevada“ stovas), jis naudojamas šių išjungimo lygių patikrai ir kalibravimui. Technikai naudoja „Balanset-1A“ vibracijai matuoti kontroliuojamo pagreičio arba indukuoto disbalanso bandymo metu, kad užtikrintų, jog nuolatinė stebėjimo sistema įsijungia esant teisingiems fiziniams vibracijos lygiams, nustatytiems ISO 20816-3 standarte.

IV dalis: Balanset-1A sistema – išsamus techninis aprašymas

Norint suprasti, kaip „Balanset-1A“ veikia kaip atitikties užtikrinimo priemonė, reikia išanalizuoti jo techninę architektūrą.

4.1 Aparatūros architektūra

Balanset-1A susideda iš centralizuoto USB sąsajos modulio, kuris apdoroja analoginius signalus iš jutiklių prieš siunčiant skaitmeninius duomenis į pagrindinį nešiojamąjį kompiuterį.

• ADC modulis: Sistemos širdis yra aukštos skiriamosios gebos analoginis-skaitmeninis keitiklis. Šis modulis lemia matavimo tikslumą. Balanset-1A apdoroja signalus, kad užtikrintų ±5% tikslumą, kuris yra pakankamas lauko diagnostikai.8
• Fazės atskaita (tachometras): Norint atitikti ISO 20816-3 standartą, dažnai reikia atlikti fazės analizę, kad būtų galima atskirti disbalansą nuo nesutapimo. Balanset-1A naudoja lazerinį tachometrą, kurio veikimo nuotolis siekia iki 1,5 metro, o greitis – 60 000 apsisukimų per minutę.17 Šis optinis jutiklis suaktyvina fazės kampo skaičiavimą, kurio tikslumas yra ±1 laipsnis.
• Galia ir nešiojamumas: Įrenginys maitinamas per USB (5 V), todėl yra iš esmės apsaugotas nuo žemės kilpų, kurios dažnai kenkia iš elektros tinklo maitinamiems analizatoriams. Visas rinkinys sveria apie 4 kg, todėl tai yra tikras “lauko” prietaisas, tinkamas lipti ant pastolių, kad pasiektumėte ventiliatorius.8

4.2 Programinės įrangos galimybės: daugiau nei paprastas matavimas

Su „Balanset-1A“ pateikiama programinė įranga neapdorotus duomenis paverčia praktiškai pritaikomais duomenimis, atitinkančiais ISO standartus.

• FFT spektro analizė: Standarte minimos “specifinės dažnio sudedamosios dalys”. Balanset-1A rodo greitą Furjė transformaciją, suskaidydamas sudėtingą bangos formą į ją sudarančias sinusines bangas. Tai leidžia vartotojui pamatyti, ar didelė RMS vertė yra dėl 1x (nesubalansuotumo), 100x (krumplių sąveikos) ar nesinchroninių smailių (guolių defektų).21
• Poliariniai grafikai: Balansavimo ir vektorių analizės tikslais programinė įranga atvaizduoja vibracijos vektorius poliariniame grafike. Šis vizualizavimas yra labai svarbus taikant balansavimo įtakos koeficiento metodus.
• ISO 1940 tolerancijos skaičiuoklė: ISO 20816-3 standartas reglamentuoja vibracijos ribas, o ISO 1940 standartas – balansavimo kokybę (G klasės). Balanset-1A programinė įranga turi integruotą skaičiuoklę, į kurią vartotojas įveda rotoriaus masę ir greitį, o sistema apskaičiuoja leistiną likutinį disbalansą gramais ir milimetrais. Tai užpildo spragą tarp “vibracija yra per didelė” (ISO 20816) ir “štai kiek svorio reikia pašalinti” (ISO 1940).11

4.3 Jutiklių suderinamumas ir įvesties konfigūracija

Kaip nurodyta ištraukos tyrime, gebėjimas sąveikauti su įvairių tipų jutikliais yra labai svarbus.

• Akselerometrai: Numatytieji jutikliai. Sistema integruoja pagreičio signalą (g) į greitį (mm/s) arba dvigubai integruoja į poslinkį (µm), priklausomai nuo pasirinktos peržiūros. Ši integracija atliekama skaitmeniniu būdu, siekiant sumažinti triukšmo dreifą.
• Sūkurinių srovių zondai: Sistema priima 0–10 V arba panašius analoginius įėjimus. Vartotojas turi nustatyti transformavimo koeficientą nustatymuose. Pavyzdžiui, standartinis „Bently Nevada“ zondas gali turėti 200 mV/mil (7,87 V/mm) mastelio koeficientą. Vartotojas įveda šį jautrumą, o „Balanset-1A“ programinė įranga masteliuoja įeinančią įtampą, kad būtų rodomas poslinkis mikronais, leidžiant tiesiogiai palyginti su ISO 20816-3.3 priedu B.

V dalis: Operacinis įgyvendinimas: nuo diagnostikos iki dinaminio balansavimo

Šiame skyriuje aprašoma standartinė darbo tvarka (SOP), kurią turi laikytis technikas, naudojantis „Balanset-1A“, kad būtų užtikrintas atitikimas ISO 20816-3 standartui.

5.1 1 etapas: bazinis matavimas ir klasifikavimas

Technikas priartėja prie 45 kW centrinio ventiliatoriaus.

• Klasifikacija: Galia > 15 kW, < 300 kW. Tai 2 grupė. Pamatas pritvirtintas varžtais prie betono (standus).
• Ribos nustatymas: Pagal ISO 20816-3 priedą A (2 grupė, standus), zonos B/C riba yra 2,8 mm/s.
• Matavimas: Jutikliai montuojami naudojant magnetines bazes. Įjungtas “Balanset-1A” „Vibrometer“ režimas.
• Rezultatas: Rodmuo yra 6,5 mm/s. Tai yra C/D zonos teritorija. Reikia imtis veiksmų.

5.2 2 etapas: diagnostinė analizė

Naudojant Balanset-1A FFT funkciją:

• Spektras rodo dominuojantį piką esant veikimo greičiui (1x RPM).
• Fazės analizė rodo stabilų fazės kampą.
• Diagnozė: Statinis disbalansas. (Jei fazė buvo nestabili arba buvo aukštos harmonikos, būtų įtariamas nesuderinimas arba laisvumas).

5.3 3 etapas: Balansavimo procedūra (in situ)

Kadangi diagnozė yra disbalansas, technikas naudoja Balanset-1A balansavimo režimą. Standartas reikalauja sumažinti vibraciją iki A arba B zonos lygio.

5.3.1 Trijų bandymų metodas (įtakos koeficientai)

Balanset-1A automatizuoja balansavimui reikalingą vektorių matematiką.

• Vykdyti 0 (pradinis): Išmatuokite amplitudę A₀ ir fazė φ₀ nuo pradinio virpesio.
• 1 bandymas (bandomasis svoris): Žinoma masė M_bandymas pridedamas bet kokiu kampu. Sistema matuoja naują vibracijos vektorių (A₁, φ₁).

Skaičiavimas: Programinė įranga apskaičiuoja įtakos koeficientą α, kuris atspindi rotoriaus jautrumą masės pokyčiams.

α = (V₁ − V₀) / M_bandymas

Pataisa: Sistema apskaičiuoja reikiamą korekcijos masę M_korr panaikinti pradinį virpėjimą.

M_korr = − V₀ / α

2 bandymas (patikrinimas): Bandomasis svoris pašalinamas ir pridedamas apskaičiuotas korekcinis svoris. Išmatuojamas likęs vibracijos lygis.

.11

5.4 4 etapas: Patikrinimas ir ataskaitos

Po balansavimo vibracija sumažėja iki 1,2 mm/s.
Patikrinkite: 1,2 mm/s yra < 1,4 mm/s. Mašina dabar yra A zonoje.

Dokumentacija: Technikas išsaugo sesiją Balanset-1A. Sukuriama ataskaita, kurioje pateikiamas “prieš” spektras (6,5 mm/s) ir “po” spektras (1,2 mm/s), aiškiai nurodant ISO 20816-3 ribas. Ši ataskaita yra atitikties sertifikatas.

VI dalis: Specialūs svarstymai

6.1 Mažos greitės mašinos

ISO 20816-3 standarte yra specialios pastabos dėl mašinų, veikiančių mažesniu nei 600 aps/min greičiu. Mažais greičiais greičio signalai tampa silpni, o deformacija tampa pagrindiniu įtempių rodikliu. Balanset-1A šią problemą sprendžia leidžiant vartotojui perjungti ekrano matavimo vienetus į deformaciją (µm) arba užtikrinant, kad žemesnio dažnio riba būtų nustatyta 5 Hz ar mažiau (idealiu atveju 2 Hz), kad būtų užfiksuota pirminė energija. Standarto D priede pateiktos “Atsargumo pastabos” įspėja, kad nereikėtų pasikliauti vien greičiu esant mažam greičiui 23, tai yra niuansas, kurį “Balanset-1A” naudotojas turi žinoti, patikrindamas „Linijinius“ nustatymus arba žemo dažnio filtrus.

6.2 Laikinės sąlygos: įsibėgėjimas ir išsibėgėjimas

Paleidimo metu (trumpalaikio veikimo metu) vibracija gali viršyti pastoviosios būsenos ribas dėl kritinių greičių (rezonanso) pasiekimo. ISO 20816-3 leidžia didesnes ribas šių trumpalaikių fazių metu.23

Balanset-1A turi eksperimentinę “RunDown” diagramos funkciją.11 Tai leidžia technikui įrašyti vibracijos amplitudę ir apsisukimų skaičių per išsijungimo laikotarpį. Šie duomenys yra labai svarbūs:

• Kritinių greičių (rezonanso) nustatymas.
• Patikrinti, ar mašina pakankamai greitai praeina rezonansą, kad išvengtų pažeidimų.
• Užtikrinti, kad “aukštas” vibracijos lygis yra tik laikinas, o ne nuolatinis.

6.3 A priedas ir B priedas: dvigubas vertinimas

Išsamus atitikties patikrinimas dažnai reikalauja abiejų dalykų.

• A priedas (Būstas): Perkelią jėgą į konstrukciją. Tinka disbalansui, laisvumui.
• B priedas (vamzdis): Matuoja rotoriaus dinamiką. Tinka nestabilumui, alyvos sūkuriams, nuvalymo aptikimui.

Technikas, naudojantis “Balanset-1A”, gali naudoti akselerometrus, kad įvykdytų A priedo reikalavimus, tada perjungti įvestis į esamus “Bently Nevada” zondus, kad patikrintų B priedo atitiktį didelėje turbinoje. „Balanset-1A“ gebėjimas veikti kaip „antroji nuomonė“ arba „lauko tikrintojas“ nuolatinėms stovo pagrindu veikiančioms stebėjimo sistemoms yra pagrindinė taikymo sritis, leidžianti įvykdyti abiejų priedų reikalavimus.

Išvada

Perėjimas prie ISO 20816-3 reiškia brandą vibracijos analizės srityje, reikalaujančią labiau niuansuoto, fizika pagrįsto požiūrio į mašinų vertinimą. Jis peržengia paprastų “laimėjo/pralaimėjo” skaičių ribas ir pereina į atramos standumo, pokyčių vektorių ir dviejų sričių (korpuso/veleno) matavimų analizės sritį.

Balanset-1A sistema puikiai atitinka šiuos šiuolaikinius reikalavimus. Jos techninės specifikacijos – dažnių diapazonas, tikslumas ir jutiklių lankstumas – daro ją galinga aparatine platforma. Tačiau tikroji jos vertė slypi programinės įrangos darbo eigoje, kuri veda vartotoją per sudėtingą standarto logiką: nuo foninio vibracijos koregavimo ir zonų klasifikavimo iki matematinio įtakos koeficiento balansavimo. Efektyviai derindama spektro analizatoriaus diagnostines galimybes su dinaminio balansavimo įrenginio korekcinėmis galimybėmis, „Balanset-1A“ leidžia techninės priežiūros komandoms ne tik nustatyti neatitikimus ISO 20816-3 standartui, bet ir aktyviai juos ištaisyti, užtikrinant pramoninių išteklių ilgaamžiškumą ir patikimumą.