ISO 20816-3 visaptveroša analīze: mērīšana, novērtēšana un instrumentāla īstenošana, izmantojot Balanset-1A sistēmu

Kopsavilkums

Rūpniecības nozarē ir notikusi būtiska paradigmas maiņa mašīnu stāvokļa uzraudzības standartizācijā. ISO 20816-3:2022 ieviešana nozīmē iepriekšējo metodiku konsolidāciju un modernizāciju, konkrēti apvienojot korpusa vibrācijas (iepriekš ISO 10816-3) un rotējošā vārpsta vibrācijas (iepriekš ISO 7919-3) novērtēšanu vienotā, saskaņotā sistēmā. Šis ziņojums sniedz izsmeļošu ISO 20816-3 analīzi, izvēršot tā nodaļas, normatīvos pielikumus un fizikālos principus. Turklāt tajā ir iekļauts detalizēts tehniskais novērtējums par portatīvo vibrāciju analizatoru un balansieri Balanset-1A, parādot, kā šis konkrētais instruments atvieglo atbilstību stingrajām standarta prasībām. Apvienojot signālu apstrādes teoriju, mašīnbūves principus un praktiskas darbības procedūras, šis dokuments kalpo kā galvenais ceļvedis uzticamības inženieriem, kuri vēlas saskaņot savas stāvokļa uzraudzības stratēģijas ar globālajām labākajām praksēm, izmantojot pieejamus, augstas precizitātes instrumentus.

Ierīces

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,385.16 + PVN (ja piemērojams)

Daļas

Vibrācijas sensors

$108.69 + PVN (ja piemērojams)

Daļas

Optiskais sensors (lāzera tahometrs)

$149.75 + PVN (ja piemērojams)

Ierīces

Balanset-4

$8,215.81 + PVN (ja piemērojams)

Daļas

Magnētiskā statīva izmērs-60 kgf

$55.55 + PVN (ja piemērojams)

Daļas

Reflective tape

$12.08 + PVN (ja piemērojams)

Ierīces

Dinamiskais balansētājs "Balanset-1A" OEM

$2,095.32 + PVN (ja piemērojams)

I daļa: ISO 20816-3 teorētiskais pamats

1.1 Vibrācijas standartu attīstība: ISO 10816 un ISO 7919 konverģence

Vibrāciju standartizācijas vēsture ir raksturīga ar pakāpenisku pāreju no fragmentārām, konkrētām detaļām paredzētām vadlīnijām uz holistisku mašīnu novērtēšanu. Vēsturiski rūpniecisko mašīnu novērtēšana bija sadalīta divās daļās. ISO 10816 sērija koncentrējās uz negriežošu detaļu, konkrēti, gultņu korpusu un pamatņu, mērīšanu, izmantojot akselerometrus vai ātruma devējus. Savukārt ISO 7919 sērija pievērsās rotējošo vārpstu vibrācijām attiecībā pret to gultņiem, galvenokārt izmantojot bezkontakta virpuļstrāvas zondes.

Šī nošķiršana bieži radīja neskaidrības diagnostikā. Mašīna varēja uzrādīt pieņemamu korpusa vibrāciju (zona A saskaņā ar ISO 10816), vienlaikus ciešot no bīstamas vārpstas nobīdes vai nestabilitātes (zona C/D saskaņā ar ISO 7919), jo īpaši gadījumos, kad tika izmantoti smagi korpusi vai šķidruma plēves gultņi, kas vājināja vibrācijas enerģijas pārraides ceļu. ISO 20816-3 atrisina šo divdalību, aizstājot gan ISO 10816-3:2009, gan ISO 7919-3:2009.1 Integrējot šīs perspektīvas, jaunais standarts atzīst, ka rotora dinamisko spēku radītā vibrācijas enerģija izpaužas atšķirīgi visā mašīnas konstrukcijā atkarībā no stingrības, masas un amortizācijas koeficientiem. Tāpēc atbilstošai novērtēšanai tagad ir nepieciešama divkārša perspektīva: novērtēt gan struktūras absolūto vibrāciju, gan, ja nepieciešams, vārpstas relatīvo kustību.

Balanset-1A sistēma šajā jomā ir instruments, kas izstrādāts, lai savienotu šīs mērījumu jomas. Tās arhitektūra, kas atbalsta gan pjezoelektriskos akselerometrus korpusa mērījumiem, gan tiešās sprieguma ieejas lineārajiem pārvietojuma sensoriem, atspoguļo ISO 20816 sērijas divkāršās dabas filozofiju.3 Šī konverģence vienkāršo tehniķa instrumentu komplektu, ļaujot ar vienu instrumentu veikt visaptverošus novērtējumus, ko tagad nosaka vienotais standarts.

1.2 Darbības joma un piemērojamība: rūpniecisko mašīnu nozares definīcija

ISO 20816-3 1. nodaļā ir precīzi definētas standarta piemērošanas robežas. Standarts nav universāls; tas ir īpaši pielāgots rūpnieciskām mašīnām ar jaudu virs 15 kW un darba ātrumu no 120 apgr./min līdz 30 000 apgr./min.1 Šis plašais darbības diapazons aptver lielāko daļu kritisko aktīvu ražošanas, enerģijas ražošanas un naftas ķīmijas nozarēs.

Konkrēti aptvertās iekārtas ietver:

• Tvaika turbīnas un ģeneratori: Šeit ir iekļautas vienības ar jaudu, kas ir mazāka vai vienāda ar 40 MW. Lielākas vienības (virs 40 MW) parasti atbilst ISO 20816-2 standartam, ja vien tās nedarbojas ar ātrumu, kas atšķiras no sinhronā tīkla frekvences (1500, 1800, 3000 vai 3600 apgr./min.).6
• Rotācijas kompresori: Ietverot gan centrbēdzes, gan aksiālos dizainus, ko izmanto pārstrādes rūpniecībā.
• Rūpnieciskās gāzes turbīnas: Konkrēti tie, kuru jauda ir 3 MW vai mazāka. Lielākas gāzes turbīnas ir izdalītas atsevišķās standarta daļās to unikālo termisko un dinamisko īpašību dēļ.1
• Sūkņi: Elektromotoru darbinātas centrbēdzes sūkņi ir šīs grupas galvenā sastāvdaļa.
• Elektromotori: Iekļauti ir jebkura veida motori, ja tie ir elastīgi savienoti. Cietā savienojuma motori bieži tiek novērtēti kā daļa no piedziņas sistēmas vai saskaņā ar īpašiem apakšpunktiem.
• Ventilatori un pūstāji: Kritiski svarīgi HVAC un rūpniecisko procesu gaisa apstrādei.6

Izņēmumi: Tikpat svarīgi ir saprast, kas ir izslēgts. Mašīnas ar virpuļojošām masām (piemēram, virzuļkompresori) rada vibrācijas profilus, kurus dominē triecieni un mainīgi griezes momenti, kas prasa specializētu analīzi, kas atrodama ISO 20816-8. Līdzīgi, vēja turbīnas, kas darbojas ļoti mainīgos aerodinamiskos apstākļos, ir iekļautas ISO 10816-21.7 Balanset-1A specifiskās konstrukcijas iezīmes, piemēram, rotācijas ātruma mērījumu diapazons no 150 līdz 60 000 apgr./min. 8, pilnībā atbilst standarta diapazonam no 120 līdz 30 000 apgr./min., nodrošinot, ka instruments spēj uzraudzīt visu piemērojamo mašīnu spektru.

1.3 Mašīnu klasifikācijas sistēmas: atbalsta stingrības fizika

Būtiska inovācija, kas saglabāta no iepriekšējiem standartiem, ir mašīnu klasifikācija, pamatojoties uz atbalsta stingrību. ISO 20816-3 mašīnas iedala grupās ne tikai pēc izmēra, bet arī pēc dinamiskās uzvedības.

1.3.1 Grupas klasifikācija pēc jaudas un lieluma

Standarts iedala mašīnas divās galvenajās grupās, lai piemērotu atbilstošus smaguma ierobežojumus:

• 1. grupa: Lielas mašīnas ar nominālo jaudu virs 300 kW vai elektriskās mašīnas ar vārpstas augstumu virs 315 mm. Šīs mašīnas parasti ir aprīkotas ar masīviem rotoriem un rada ievērojamu dinamisko spēku.9
• 2. grupa: Vidēja lieluma mašīnas ar nominālo jaudu no 15 kW līdz 300 kW vai elektriskās mašīnas ar vārpstas augstumu no 160 mm līdz 315 mm.10

1.3.2 Atbalsta elastība: stingrs vai elastīgs

Atšķirība starp “stingriem” un “elastīgiem” balstiem ir fizikas jautājums, nevis tikai būvmateriāla jautājums. Atbalsts tiek uzskatīts par stingru konkrētā mērījumu virzienā, ja kombinētās mašīnas un atbalsta sistēmas pirmā dabiskā frekvence (rezonanse) ir ievērojami augstāka nekā galvenā eksitācijas frekvence (parasti rotācijas ātrums). Konkrēti, dabiskajai frekvencei jābūt vismaz par 25% augstākai nekā darba ātrums. Savukārt elastīgiem atbalstiem dabiskās frekvences var būt tuvu darba ātrumam vai zemākas par to, kas izraisa rezonanses pastiprināšanos vai izolācijas efektus.10

Šī atšķirība ir ļoti svarīga, jo elastīgi atbalsti dabiski pieļauj lielākas vibrācijas amplitūdas pie tāda paša iekšējā iedarbības spēka (nelīdzsvarotības). Tāpēc elastīgu balstu pieļaujamās vibrācijas robežas parasti ir augstākas nekā stingriem balstiem. Balanset-1A atvieglo balsta raksturlielumu noteikšanu, izmantojot fāzes mērīšanas iespējas. Veicot palaišanas vai izslēgšanas testu (izmantojot programmatūras specifikācijās 11 minēto diagrammas funkciju “RunDown”), analītiķis var identificēt rezonanses maksimumus. Ja maksimums rodas darbības diapazonā, atbalsts ir dinamiski elastīgs; ja reakcija ir vienmērīga un lineāra līdz darbības ātrumam, tas ir stingrs. Šī diagnostikas funkcija ļauj lietotājam izvēlēties pareizo novērtējuma tabulu ISO 20816-3, novēršot viltus trauksmes vai nepamanītus defektus.

II daļa: Mērīšanas metodika un fizika

ISO 20816-3 4. nodaļā izklāstītas stingras procedūras prasības datu ieguvei. Jebkuras novērtēšanas derīgums pilnībā atkarīgs no mērījumu precizitātes.

2.1 Instrumentu fizika: devēju izvēle un reakcija

Standarts nosaka, ka jāizmanto instrumenti, kas spēj mērīt platjoslas vidējo kvadrātisko (r.m.s.) vibrācijas ātrumu. Frekvences reakcija vispārējām mašīnām jābūt vienmērīgai diapazonā no vismaz 10 Hz līdz 1000 Hz.12 Mašīnām ar zemāku ātrumu (kas darbojas zem 600 apgr./min.), frekvences reakcijas apakšējai robežai jābūt līdz 2 Hz, lai uztvertu galvenās rotācijas sastāvdaļas.

Balanset-1A tehniskā atbilstība:
Balanset-1A vibrāciju analizators ir izstrādāts, ņemot vērā šīs specifiskās prasības. Tā specifikācijās norādīts vibrāciju frekvences diapazons no 5 Hz līdz 550 Hz standarta darbībai, ar iespēju paplašināt mērīšanas iespējas.8 5 Hz apakšējā robeža ir ļoti svarīga; tā nodrošina atbilstību iekārtām, kas darbojas ar ātrumu līdz 300 apgr./min, aptverot lielāko daļu rūpniecisko lietojumu. Augšējā robeža 550 Hz aptver kritiskās harmonikas (1x, 2x, 3x utt.) un lāpstiņu pagriezienu frekvences lielākajai daļai standarta sūkņu un ventilatoru. Turklāt ierīces precizitāte ir novērtēta 5% no pilnas skalas, atbilstot ISO 2954 (Prasības vibrācijas intensitātes mērīšanas instrumentiem) metrologiskajām prasībām.8

Standarts izšķir divus galvenos mērījumu veidus, kurus abus atbalsta Balanset-1A ekosistēma:

• Seismiskie devēji (akcelerometri): Tie mēra absolūto korpusa vibrāciju. Tie ir jutīgi pret spēka pārnesi caur gultņu pamatni. Balanset-1A komplektā ir divi viena ass akselerometri (parasti ADXL sērijas tehnoloģija vai pjezoelektriski) ar magnētiskajiem stiprinājumiem.14
• Bezkontakta devēji (tuvuma zondes): Tie mēra relatīvo vārpstas nobīdi. Tie ir būtiski šķidruma plēves gultņu mašīnām, kur vārpsta pārvietojas brīvajā telpā.

2.2 Padziļināta analīze: relatīvā vārpstas vibrācija un sensoru integrācija

Kamēr ISO 20816-3 galvenokārt pievēršas korpusa vibrācijām, B pielikumā ir skaidri aplūkotas vārpstas relatīvās vibrācijas. Tas prasa virpuļstrāvas zondes (tuvuma zondes) izmantošanu. Šie sensori darbojas, ģenerējot radiofrekvences (RF) lauku, kas izraisa virpuļstrāvas vadītspējīgā vārpstas virsmā. Zondes spoles impedance mainās atkarībā no atstarpes attāluma, radot sprieguma izvadi, kas ir proporcionāls nobīdei.15

Eddy Current zondes integrēšana ar Balanset-1A:
Balanset-1A unikāla iezīme ir tā pielāgojamība šiem sensoriem. Lai gan ierīce galvenokārt tiek piegādāta ar akselerometriem, tās ieejas var konfigurēt “Lineārā” režīmā, lai pieņemtu sprieguma signālus no trešo personu tuvuma zondes draiveriem (proximitors).3

• Sprieguma ieeja: Lielākā daļa rūpniecisko tuvuma zondes izvada negatīvu līdzstrāvas spriegumu (piemēram, -24 V barošana, 200 mV/mil skala). Balanset-1A ļauj lietotājiem ievadīt pielāgotus jutības koeficientus (piemēram, mV/µm) logā “Settings” (F4 taustiņš).3
• DC nobīdes noņemšana: Tuvuma zondes pārraida lielu līdzstrāvas starpspiediena spriegumu (novirzi) ar nelielu maiņstrāvas vibrācijas signālu virsū. Balanset-1A programmatūra ietver funkciju “Remove DC” (Noņemt līdzstrāvu), kas filtrē starpspiediena spriegumu, izolējot dinamisko vibrācijas signālu analīzei atbilstoši ISO 20816-3 robežvērtībām.3
• Linearitāte un kalibrēšana: Programmatūra ļauj lietotājam definēt kalibrēšanas koeficientus (piemēram, Kprl1 = 0,94 mV/µm), nodrošinot, ka rādījums uz klēpjdatora ekrāna precīzi atbilst vārpstas fiziskajam pārvietojumam.3 Šī funkcija ir neaizstājama, piemērojot B pielikuma kritērijus, kas ir noteikti mikrometros, nevis milimetros sekundē.

2.3 Montāžas fizika: datu precizitātes nodrošināšana

ISO 20816-3 uzsver, ka sensora uzstādīšanas metode nedrīkst pasliktināt mērījumu precizitāti. Uzstādītā sensora rezonanses frekvencei jābūt ievērojami augstākai nekā interesējošajam frekvenču diapazonam.

• Stieņa montāža: Zelta standarts, kas nodrošina visaugstāko frekvences diapazonu (līdz 10 kHz+).
• Magnētiskais stiprinājums: Praktisks kompromiss pārnēsājamai datu vākšanai.

Balanset-1A izmanto magnētisku stiprinājuma sistēmu ar 60 kgf (kilogramu spēku) stiprinājuma spēku.17 Šī lielā stiprinājuma spēka ir ļoti svarīga. Vājš magnēts rada “lēkāšanas” efektu vai mehānisku zemfrekvences filtru, kas ievērojami vājinot augstfrekvences signālus. Ar 60 kgf kontakta stingrība ir pietiekama, lai fiksēto rezonansi paceltu ievērojami virs ISO 20816-3 interesējošā 1000 Hz diapazona, nodrošinot, ka savāktie dati patiesi atspoguļo mašīnas darbību, nevis ir fiksēšanas metodes artefakts.12

2.4 Signāla apstrāde: RMS pret maksimālo vērtību

Standarts nosaka vidējā kvadrātiskā ātruma (RMS) izmantošanu nerotējošām detaļām. RMS vērtība ir vibrācijas signālā ietvertās kopējās enerģijas mērvienība, kas ir tieši saistīta ar mašīnas detaļām piemēroto noguruma spriedzi.

RMS vienādojums:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

Vārpstas vibrācijai (B pielikums) standartā izmanto maksimālo nobīdi (S_lpp.), kas atspoguļo kopējo vārpstas fizisko novirzi gultņa atstarpē.

S_lpp. = S_max − S_min

Balanset-1A apstrāde:
Balanset-1A veic šīs matemātiskās transformācijas iekšēji. ADC (analogais-ciparu pārveidotājs) paraugu ņem no neapstrādāta signāla, un programmatūra aprēķina RMS ātrumu korpusa mērījumiem un maksimālo nobīdi vārpstas mērījumiem. Būtiski, ka tas aprēķina platjoslas vērtību (kopējo), kas summē enerģiju visā frekvenču spektrā (piemēram, 10–1000 Hz). Šī “kopējā” vērtība ir galvenais skaitlis, ko izmanto, lai klasificētu mašīnu zonās A, B, C vai D. Turklāt ierīce nodrošina FFT (ātrā Fouriera transformācija) funkcijas, ļaujot analītiķim redzēt atsevišķas frekvences komponentes (1x, 2x, harmonikas), kas veido kopējo RMS vērtību, palīdzot diagnosticēt vibrācijas avotu.8

2.5 Fona vibrācijas: signāla un trokšņa attiecības problēma

Kritisks, bieži nepamanīts ISO 20816-3 aspekts ir fona vibrāciju apstrāde — vibrācijas, kas tiek pārnestas uz mašīnu no ārējiem avotiem (piemēram, blakus esošām mašīnām, grīdas vibrācijām), kad mašīna ir apstājusies.

Noteikums: Ja fona vibrācija pārsniedz 25% no vibrācijas, kas izmērīta, kad mašīna darbojas, vai 25% no robežas starp zonu B un C, ir nepieciešamas nopietnas korekcijas, vai arī mērījums var tikt uzskatīts par nederīgu.18 Iepriekšējās standartu versijas bieži citēja “vienas trešdaļas” noteikumu, bet ISO 20816-3 padara šo loģiku stingrāku.

Procedūras īstenošana ar Balanset-1A:

1. Tehniķis uzstāda Balanset-1A sensorus uz mašīnas, kamēr tā ir apstājusies.
2. Izmantojot režīmu “Vibrometer” (F5 taustiņš), tiek reģistrēts fona RMS līmenis.13
3. Mašīna tiek iedarbināta un novesta līdz slodzei. Tiek reģistrēts darbības RMS.
4. Tiek veikts salīdzinājums. Ja darbības līmenis ir 4,0 mm/s un fons bija 1,5 mm/s (37,5%), fons ir pārāk augsts. Balanset-1A spēja veikt spektrālo atņemšanu (skatot fona spektru salīdzinājumā ar darbojošos mašīnu) palīdz identificēt, vai fons ir noteiktā frekvencē (piemēram, 50 Hz no tuvējā kompresora), ko analītiķis var ignorēt vai filtrēt.

III daļa: Novērtēšanas kritēriji – standarta pamatā

6. nodaļa ir ISO 20816-3 pamatā, sniedzot lēmumu loģiku par mašīnas pieņemamību.

3.1 Kritērijs I: Vibrācijas intensitāte un zonējums

Standarts novērtē vibrācijas intensitāti, pamatojoties uz maksimālo amplitūdu, kas novērota gultņu korpusos. Lai atvieglotu lēmumu pieņemšanu, tajā ir definētas četras novērtēšanas zonas:

• A zona: Jaunizlaisto mašīnu vibrācija. Tas ir “zelta standarts”. Mašīna šajā zonā ir nevainojamā mehāniskā stāvoklī.
• B zona: Mašīnas, kas uzskatāmas par piemērotām neierobežotai ilgtermiņa ekspluatācijai. Tas ir tipisks “zaļais” darbības diapazons.
• C zona: Mašīnas, kas uzskatāmas par nepiemērotām ilgstošai nepārtrauktai darbībai. Parasti mašīnu var ekspluatēt ierobežotu laiku, līdz rodas piemērota iespēja veikt korektīvus pasākumus (apkopi). Tas ir “dzeltens” vai “trauksmes” stāvoklis.
• D zona: Vibrācijas vērtības šajā zonā parasti uzskata par pietiekami smagām, lai radītu bojājumus mašīnai. Tas ir “sarkanais” vai “izslēgšanās” stāvoklis.5

1. tabula: Vienkāršoti ISO 20816-3 zonas ierobežojumi (ātruma RMS, mm/s) 1. un 2. grupai

Mašīnu grupa	Pamatu tips	A/B zonas robeža	B/C zonas robeža	C/D zonas robeža
1. grupa (>300 kW)	Stingrs	2.3	4.5	7.1
	Elastīgs	3.5	7.1	11.0
2. grupa (15–300 kW)	Stingrs	1.4	2.8	4.5
	Elastīgs	2.3	4.5	7.1

Piezīme: Šīs vērtības ir iegūtas no standarta A pielikuma un ir vispārīgas vadlīnijas. Konkrētiem mašīnu tipiem var būt atšķirīgi ierobežojumi.

Balanset-1A ieviešana:
Balanset-1A programmatūra ne tikai parāda skaitli, bet arī kontekstuāli palīdz lietotājam. Lietotājam ir jāizvēlas klase, bet programmatūras funkcija “Reports” (Ziņojumi) ļauj dokumentēt šos vērtības salīdzinājumā ar standartu. Kad tehniķis mēra 5,0 mm/s vibrāciju uz 50 kW sūkņa (2. grupa) uz stingra pamata, Balanset-1A rādījums skaidri pārsniedz C/D zonas robežu (4,5 mm/s), norādot uz tūlītēju nepieciešamību izslēgt un remontēt.

3.2 Kritērijs II: Vibrācijas amplitūdas izmaiņas

Varbūt nozīmīgākais sasniegums 20816 sērijā ir formalizētais uzsvars uz vibrācijas izmaiņām, neatkarīgi no absolūtajiem ierobežojumiem.

25% noteikums: ISO 20816-3 nosaka, ka vibrācijas amplitūdas izmaiņas, kas pārsniedz 25% no zonas B/C robežas (vai 25% no iepriekšējās stabilās vērtības), ir uzskatāmas par nozīmīgām, pat ja absolūtā vērtība paliek zonas A vai B robežās.20

Ietekme:
Apsveriet ventilatoru, kas darbojas stabili ar ātrumu 2,0 mm/s (B zona). Ja vibrācija pēkšņi palielinās līdz 2,8 mm/s, tehniski tā joprojām atrodas zonā B (dažām klasēm) vai tikko ieiet zonā C. Tomēr tas ir 40% palielinājums. Šāda pēkšņa izmaiņa bieži norāda uz konkrētu kļūmes veidu: plaisājusī rotora detaļa, nobīdīts balansējošais svars vai termiska berze. Ignorēt to, jo “tas joprojām ir zaļajā zonā”, nozīmē riskēt ar katastrofālu kļūmi.

Balanset-1A tendenču analīze:
Balanset-1A atbalsta šo kritēriju, izmantojot savas “sesijas atjaunošanas” un arhivēšanas funkcijas.21 Saglabājot mērījumu sesijas, uzticamības inženieris var pārklāt pašreizējos datus ar vēsturiskajiem pamatdatiem. Ja “kopējās vibrācijas” grafiks rāda pakāpenisku izmaiņu, inženieris piemēro II kritēriju. Šajā gadījumā īpaši noderīga ir funkcija “Atjaunot pēdējo sesiju”, kas ļauj lietotājam atgādināt precīzu mašīnas stāvokli no iepriekšējā mēneša, lai pārbaudītu, vai ir pārkāpta 25% robežvērtība.

3.3 Darbības ierobežojumi: ALARMS un TRIPS iestatīšana

Standarts sniedz norādījumus automatizētu aizsardzības sistēmu uzstādīšanai:

• BRĪDINĀJUMS: Lai brīdinātu, ka ir sasniegta noteiktā vibrācijas vērtība vai ir notikušas būtiskas izmaiņas. Ieteicamais iestatījums parasti ir bāzes vērtība + 25% no zonas B/C robežas.
• CEĻOJUMS: Lai uzsāktu tūlītēju rīcību (izslēgšanu). Tas parasti tiek iestatīts zonu C/D robežā vai nedaudz virs tās, atkarībā no mašīnas mehāniskās integritātes.19

Lai gan Balanset-1A ir pārnēsājama ierīce, nevis pastāvīga aizsardzības sistēma (piemēram, Bently Nevada plaukts), to izmanto, lai pārbaudītu un kalibrētu šos izslēgšanās līmeņus. Tehniķi izmanto Balanset-1A, lai izmērītu vibrācijas kontrolētas palielināšanas vai inducētas nelīdzsvarotības testa laikā, lai nodrošinātu, ka pastāvīgā uzraudzības sistēma iedarbojas pie pareizajiem fiziskajiem vibrācijas līmeņiem, kas noteikti ISO 20816-3.

IV daļa: Balanset-1A sistēma – tehniskā padziļinātā analīze

Lai saprastu, kā Balanset-1A darbojas kā atbilstības nodrošināšanas instruments, ir jāanalizē tā tehniskā arhitektūra.

4.1 Aparatūras arhitektūra

Balanset-1A sastāv no centralizēta USB interfeisa moduļa, kas apstrādā analogos signālus no sensoriem, pirms nosūta digitalizētus datus uz galveno klēpjdatoru.

• ADC modulis: Sistēmas sirds ir augstas izšķirtspējas analogā-ciparu pārveidotājs. Šis modulis nosaka mērījumu precizitāti. Balanset-1A apstrādā signālus, nodrošinot ±5% precizitāti, kas ir pietiekama lauka diagnostikai.8
• Fāzes atsauce (tahometrs): Lai nodrošinātu atbilstību ISO 20816-3 standartam, bieži vien ir nepieciešama fāžu analīze, lai atšķirtu nelīdzsvarotību no nesakritības. Balanset-1A izmanto lāzera tahometru ar diapazonu līdz 1,5 metriem un 60 000 apgriezieniem minūtē.17 Šis optiskais sensors iedarbina fāzes leņķa aprēķinu ar precizitāti ±1 grāds.
• Jauda un pārnēsāmība: Ierīce tiek barota no USB (5 V) un ir būtiski aizsargāta pret zemes cilpām, kas bieži apgrūtina ar elektrotīklu barotu analizatoru darbību. Viss komplekts sver aptuveni 4 kg, tādējādi tas ir īsts “lauka” instruments, kas piemērots kāpšanai pa sastatnēm, lai sasniegtu ventilatorus.8

4.2 Programmatūras iespējas: vairāk nekā vienkārši mērījumi

Balanset-1A piegādātā programmatūra pārveido neapstrādātos datus par izmantojamu informāciju, kas atbilst ISO standartiem.

• FFT spektra analīze: Standarts minēts “konkrētas frekvences komponentes”. Balanset-1A parāda ātro Fouriera transformāciju, sadalot sarežģīto viļņu formu tās sastāvdaļās – sinusa viļņos. Tas ļauj lietotājam redzēt, vai augstā RMS vērtība ir saistīta ar 1x (nelīdzsvarotību), 100x (zobratu saskari) vai nesinhroniem maksimumiem (gultņu defektiem).21
• Polārie grafiki: Līdzsvarošanai un vektoru analīzei programmatūra attēlo vibrācijas vektorus uz polārā diagrammā. Šī vizualizācija ir ļoti svarīga, piemērojot ietekmes koeficienta metodes līdzsvarošanai.
• ISO 1940 pielaides kalkulators: Kamēr ISO 20816-3 attiecas uz vibrācijas robežvērtībām, ISO 1940 attiecas uz līdzsvara kvalitāti (G-pakāpes). Balanset-1A programmatūra ietver kalkulatoru, kurā lietotājs ievada rotora masu un ātrumu, un sistēma aprēķina pieļaujamo atlikušo nelīdzsvarotību gramos-milimetros. Tas aizpilda plaisu starp “vibrācija ir pārāk augsta” (ISO 20816) un “šeit ir norādīts, cik daudz svara jānoņem” (ISO 1940).11

4.3 Sensoru savietojamība un ieejas konfigurācija

Kā norādīts fragmentā pētījumā, galvenā nozīme ir spējai saskarties ar dažādiem sensoru tipiem.

• Akselerometri: Standarta sensori. Sistēma integrē paātrinājuma signālu (g) ātrumā (mm/s) vai divkārši integrē pārvietojumā (µm) atkarībā no izvēlētā skata. Šī integrācija tiek veikta digitāli, lai samazinātu trokšņu novirzes.
• Virpuļstrāvas zondes: Sistēma pieņem 0–10 V vai līdzīgas analogās ieejas. Lietotājam iestatījumos jākonfigurē transformācijas koeficients. Piemēram, standarta Bently Nevada zondei var būt mērogs 200 mV/mil (7,87 V/mm). Lietotājs ievada šo jutību, un Balanset-1A programmatūra mēro ienākošo spriegumu, lai parādītu mikronu nobīdi, ļaujot veikt tiešu salīdzinājumu ar ISO 20816-3.3 B pielikumu.

V daļa: Operatīvā īstenošana: no diagnostikas līdz dinamiskai balansēšanai

Šajā sadaļā ir aprakstīta standarta darbības procedūra (SOP) tehniķiem, kuri izmanto Balanset-1A, lai nodrošinātu atbilstību ISO 20816-3 standartam.

5.1 1. solis: bāzes līnijas mērījumi un klasifikācija

Tehniķis pieiet pie 45 kW centrbēdzes ventilatora.

• Klasifikācija: Jauda > 15 kW, < 300 kW. Tā ir 2. grupa. Pamats ir piestiprināts ar skrūvēm pie betona (ciets).
• Limita noteikšana: Saskaņā ar ISO 20816-3 A pielikumu (2. grupa, cieta) zonas B/C robeža ir 2,8 mm/s.
• Mērījums: Sensori tiek uzstādīti, izmantojot magnētiskas pamatnes. Tiek ieslēgts Balanset-1A “Vibrometrs” režīms.
• Rezultāts: Rādījums ir 6,5 mm/s. Tas ir C/D zonas teritorija. Jāveic pasākumi.

5.2 2. solis: Diagnostiskā analīze

Izmantojot Balanset-1A FFT funkciju:

• Spektrs parāda dominējošu maksimumu pie darba ātruma (1x RPM).
• Fāžu analīze parāda stabilu fāžu leņķi.
• Diagnoze: Statiskais nelīdzsvarotība. (Ja fāze bija nestabila vai bija augstas harmonikas, varētu būt aizdomas par nesakritību vai vaļīgumu).

5.3 3. solis: Līdzsvarošanas procedūra (in situ)

Tā kā diagnoze ir nelīdzsvarotība, tehniķis izmanto Balanset-1A balansēšanas režīmu. Standarts prasa samazināt vibrāciju līdz A vai B zonas līmenim.

5.3.1 Trīs izpildes metode (ietekmes koeficienti)

Balanset-1A automatizē balansēšanai nepieciešamo vektoru matemātiku.

• Palaist 0 (sākotnējais): Izmērīt amplitūdu A₀ un fāze φ₀ no sākotnējās vibrācijas.
• 1. skrējiens (izmēģinājuma svars): Zināma masa M_{tiesas prāva} tiek pievienots patvaļīgā leņķī. Sistēma izmēra jauno vibrācijas vektoru (A₁, φ₁).

Aprēķins: Programmatūra aprēķina ietekmes koeficientu α, kas atspoguļo rotora jutību pret masas izmaiņām.

α = (V₁ − V₀) / M_{tiesas prāva}

Labojums: Sistēma aprēķina nepieciešamo korekcijas masu M_korr lai neitralizētu sākotnējo vibrāciju.

M_korr = − V₀ / α

2. posms (pārbaude): Tiek noņemts izmēģinājuma svars un pievienots aprēķinātais korekcijas svars. Tiek izmērīta atlikusī vibrācija.

.11

5.4 4. solis: Pārbaude un ziņošana

Pēc balansēšanas vibrācija samazinās līdz 1,2 mm/s.
Pārbaudiet: 1,2 mm/s ir < 1,4 mm/s. Mašīna tagad atrodas zonā A.

Dokumentācija: tehniķis saglabā sesiju Balanset-1A. Tiek izveidots ziņojums, kurā parādīts spektrs “Pirms” (6,5 mm/s) un spektrs “Pēc” (1,2 mm/s), skaidri norādot ISO 20816-3 robežvērtības. Šis ziņojums kalpo kā atbilstības sertifikāts.

VI daļa: Īpaši apsvērumi

6.1 Zema ātruma mašīnas

ISO 20816-3 standartā ir īpašas piezīmes par mašīnām, kas darbojas ar ātrumu zem 600 apgr./min. Zemu ātrumu režīmā ātruma signāli kļūst vāji, un galvenais sprieguma rādītājs kļūst nobīde. Balanset-1A risina šo problēmu, ļaujot lietotājam pārslēgt displeja mērvienību uz nobīdi (µm) vai nodrošinot, ka zemākā frekvences robežvērtība ir iestatīta uz 5 Hz vai zemāku (ideāli 2 Hz), lai uztvertu primāro enerģiju. Standarta D pielikumā iekļautās “brīdinājuma piezīmes” brīdina par to, ka zemā ātrumā nedrīkst paļauties vienīgi uz ātrumu 23, un Balanset-1A lietotājam ir jāņem vērā šī niansa, pārbaudot “Linear” iestatījumus vai zemas frekvences filtrus.

6.2 Pārejas apstākļi: palaišana un izslēgšana

Vibrācija palaišanas laikā (pārejas režīms) var pārsniegt stabilā režīma robežvērtības, jo tiek sasniegti kritiskie ātrumi (rezonanse). Standarts ISO 20816-3 pieļauj augstākas robežvērtības šajās pārejas fāzēs.23

Balanset-1A ietver eksperimentālu “RunDown” diagrammas funkciju.11 Tas ļauj tehniķim reģistrēt vibrācijas amplitūdu pret apgriezieniem minūtē (RPM) brīdī, kad motors darbojas brīvgaitā. Šie dati ir ļoti svarīgi, lai:

• Kritisko ātrumu (rezonanses) noteikšana.
• Pārbaudīt, vai mašīna pietiekami ātri iziet rezonansi, lai izvairītos no bojājumiem.
• Nodrošināt, ka “augsta” vibrācija patiešām ir pārejoša un nav pastāvīga.

6.3 A pielikums pret B pielikumu: dubultā novērtēšana

Rūpīga atbilstības pārbaude bieži vien prasa abas.

• A pielikums (Mājokļi): Nodrošina spēka pārnesi uz konstrukciju. Piemērots nelīdzsvarotībai, vaļīgumam.
• B pielikums (vārpsta): Mēra rotora dinamiku. Piemērots nestabilitātes, eļļas virpuļošanas un noslaukšanas noteikšanai.

Tehniķis, kas izmanto Balanset-1A, var izmantot akselerometrus, lai izpildītu A pielikuma prasības, pēc tam pārslēgties uz esošajām Bently Nevada zondēm, lai pārbaudītu atbilstību B pielikumam lielā turbīnā. Balanset-1A spēja kalpot kā “otrā atzinuma” vai “lauka verificētājs” pastāvīgiem statņu monitoriem ir galvenā lietojumprogramma, lai izpildītu abu pielikumu prasības.

Secinājums

Pāreja uz ISO 20816-3 nozīmē nobriedumu vibrāciju analīzes jomā, kas prasa niansētāku, uz fiziku balstītu pieeju mašīnu novērtēšanai. Tā pāriet no vienkāršiem “izturējis/neizturējis” skaitļiem uz atbalsta stingrības, izmaiņu vektoru un divu jomu (korpuss/vārpsta) mērījumu analīzes jomu.

Balanset-1A sistēma atbilst šīm mūsdienu prasībām. Tās tehniskās specifikācijas — frekvenču diapazons, precizitāte un sensoru elastība — padara to par spēcīgu aparatūras platformu. Tomēr tās patiesā vērtība slēpjas programmatūras darbplūsmā, kas palīdz lietotājam orientēties standarta sarežģītajā loģikā: no fona vibrāciju korekcijas un zonu klasifikācijas līdz matemātiski precīzai ietekmes koeficientu līdzsvarošanai. Efektīvi apvienojot spektra analizatora diagnostikas iespējas ar dinamiskā balansiera korektīvo spēku, Balanset-1A ļauj apkopes komandām ne tikai identificēt neatbilstību ISO 20816-3 standartam, bet arī aktīvi to novērst, nodrošinot rūpniecisko aktīvu bāzes ilgmūžību un uzticamību.