Uitgebreide analyse van ISO 20816-3: meting, evaluatie en instrumentele implementatie via het Balanset-1A-systeem

Samenvatting

Het industriële landschap heeft een belangrijke paradigmaverschuiving ondergaan op het gebied van de standaardisatie van de conditiebewaking van machines. De introductie van ISO 20816-3:2022 betekent een consolidatie en modernisering van eerdere methodologieën, waarbij met name de evaluatie van behuizingsvibratie (voorheen ISO 10816-3) en rotatieasvibratie (voorheen ISO 7919-3) zijn samengevoegd tot één samenhangend kader. Dit rapport biedt een uitgebreide analyse van ISO 20816-3, waarbij de hoofdstukken, normatieve bijlagen en fysische principes worden ontleed. Bovendien bevat het een gedetailleerde technische evaluatie van de Balanset-1A draagbare trillingsanalysator en balancer, waarmee wordt aangetoond hoe dit specifieke instrument voldoet aan de strenge eisen van de norm. Door een synthese van signaalverwerkingstheorie, mechanische engineeringprincipes en praktische operationele procedures dient dit document als een definitieve gids voor betrouwbaarheidsingenieurs die hun conditiebewakingsstrategieën willen afstemmen op wereldwijde best practices met behulp van toegankelijke, uiterst nauwkeurige instrumenten.

Deel I: Het theoretische kader van ISO 20816-3

1.1 Ontwikkeling van trillingsnormen: de convergentie van ISO 10816 en ISO 7919

De geschiedenis van de standaardisatie van trillingen wordt gekenmerkt door een geleidelijke verschuiving van gefragmenteerde, componentspecifieke richtlijnen naar een holistische machine-evaluatie. Historisch gezien was de beoordeling van industriële machines tweeledig. De ISO 10816-serie richtte zich op het meten van niet-roterende onderdelen – met name lagerhuizen en voetstukken – met behulp van versnellingsmeters of snelheidstransducers. De ISO 7919-serie daarentegen richtte zich op de trillingen van roterende assen ten opzichte van hun lagers, waarbij voornamelijk gebruik werd gemaakt van contactloze wervelstroomprobes.

Deze scheiding leidde vaak tot diagnostische onduidelijkheid. Een machine kon acceptabele behuizingsvibratie vertonen (zone A volgens ISO 10816) en tegelijkertijd last hebben van gevaarlijke asuitloop of instabiliteit (zone C/D volgens ISO 7919), met name in scenario's met zware behuizingen of vloeistoffilmlagers waar de transmissieroute van trillingsenergie wordt gedempt. ISO 20816-3 lost deze tweedeling op door zowel ISO 10816-3:2009 als ISO 7919-3:2009.1 te vervangen. Door deze perspectieven te integreren, erkent de nieuwe norm dat de trillingsenergie die wordt gegenereerd door rotordynamische krachten zich verschillend manifesteert in de machineconstructie, afhankelijk van de stijfheid, massa en dempingsverhoudingen. Bijgevolg vereist een conforme evaluatie nu een dubbel perspectief: zowel de absolute trilling van de structuur als, indien van toepassing, de relatieve beweging van de as moet worden beoordeeld.

Het Balanset-1A-systeem komt in dit landschap als een hulpmiddel dat is ontworpen om deze meetdomeinen te overbruggen. De architectuur, die zowel piëzo-elektrische versnellingsmeters voor behuizingsmetingen als gelijkspanningsingangen voor lineaire verplaatsingssensoren ondersteunt, weerspiegelt de dualistische filosofie van de ISO 20816-serie.3 Deze convergentie vereenvoudigt de toolkit van de technicus, waardoor één enkel instrument de uitgebreide beoordelingen kan uitvoeren die nu door de uniforme norm worden voorgeschreven.

1.2 Toepassingsgebied en toepasselijkheid: definitie van het landschap van industriële machines

Hoofdstuk 1 van ISO 20816-3 definieert nauwkeurig de grenzen van de toepassing ervan. De norm is geen allesomvattende norm; hij is specifiek afgestemd op industriële machines met een vermogen van meer dan 15 kW en een bedrijfssnelheid tussen 120 r/min en 30.000 r/min.1 Dit brede toepassingsgebied omvat het overgrote deel van de kritieke activa in de sectoren productie, energieopwekking en petrochemie.

De apparatuur die specifiek onder deze regeling valt, omvat:

• Stoomturbines en generatoren: Hier worden eenheden met een vermogen van maximaal 40 MW behandeld. Grotere eenheden (boven 40 MW) vallen doorgaans onder ISO 20816-2, tenzij ze op andere snelheden dan de synchrone netfrequenties (1500, 1800, 3000 of 3600 t/min) werken.6
• Rotatiecompressoren: Inclusief zowel centrifugale als axiale ontwerpen die worden gebruikt in procesindustrieën.
• Industriële gasturbines: Met name die met een vermogen van 3 MW of minder. Grotere gasturbines worden vanwege hun unieke thermische en dynamische eigenschappen in afzonderlijke delen van de norm ondergebracht.1
• Pompen: Centrifugaalpompen aangedreven door elektromotoren vormen een belangrijk onderdeel van deze groep.
• Elektrische motoren: Alle soorten motoren zijn inbegrepen, mits ze flexibel zijn gekoppeld. Stijf gekoppelde motoren worden vaak beoordeeld als onderdeel van het aangedreven machinesysteem of onder specifieke subclausules.
• Ventilatoren en blowers: Cruciaal voor HVAC en industriële procesluchtbehandeling.6

Uitsluitingen: Het is net zo belangrijk om te weten wat er niet onder valt. Machines met heen en weer bewegende massa's (zoals zuigercompressoren) maken trillingsprofielen die vooral bestaan uit schokken en wisselende koppels, waarvoor je de speciale analyse van ISO 20816-8 nodig hebt. Ook windturbines, die onder heel wisselende aerodynamische belastingen werken, vallen onder ISO 10816-21.7 De specifieke ontwerpkenmerken van de Balanset-1A, zoals het meetbereik van de rotatiesnelheid van 150 tot 60.000 tpm 8, sluiten perfect aan bij het bereik van 120-30.000 tpm van de norm, waardoor het instrument in staat is om het volledige spectrum van toepasselijke machines te monitoren.

1.3 Machineclassificatiesystemen: de fysica van ondersteuningsstijfheid

Een belangrijke innovatie die uit eerdere normen is overgenomen, is de classificatie van machines op basis van de stijfheid van de ondersteuning. ISO 20816-3 verdeelt machines niet alleen op basis van grootte, maar ook op basis van dynamisch gedrag.

1.3.1 Groepsindeling naar vermogen en omvang

De norm deelt machines in twee hoofdgroepen in om passende ernstlimieten toe te passen:

• Groep 1: Grote machines met een nominaal vermogen van meer dan 300 kW of elektrische machines met een ashoogte van meer dan 315 mm. Deze machines hebben doorgaans enorme rotoren en genereren aanzienlijke dynamische krachten.9
• Groep 2: Middelgrote machines met een nominaal vermogen tussen 15 kW en 300 kW, of elektrische machines met ashoogtes tussen 160 mm en 315 mm.10

1.3.2 Ondersteuningsflexibiliteit: rigide versus flexibel

Het onderscheid tussen “stijve” en “flexibele” steunen is een kwestie van fysica, niet alleen van constructiemateriaal. Een steun wordt als stijf beschouwd in een specifieke meetrichting als de eerste natuurlijke frequentie (resonantie) van het gecombineerde machine-steunsysteem aanzienlijk hoger is dan de belangrijkste excitatiefrequentie (meestal het toerental). Concreet moet de natuurlijke frequentie minstens 25% hoger zijn dan het bedrijfstoerental. Flexibele steunen hebben daarentegen natuurlijke frequenties die dicht bij of onder het bedrijfstoerental liggen, wat leidt tot resonantieversterking of isolatie-effecten.10

Dit onderscheid is cruciaal omdat flexibele steunen van nature hogere trillingsamplitudes toestaan voor dezelfde hoeveelheid interne opwindende kracht (onbalans). Daarom zijn de toegestane trillingslimieten voor flexibele steunen over het algemeen hoger dan voor starre steunen. De Balanset-1A vergemakkelijkt het bepalen van steunkenmerken door zijn fasemeetmogelijkheden. Door een run-up- of coast-down-test uit te voeren (met behulp van de “RunDown”-grafiekfunctie die wordt vermeld in softwarespecificatie 11), kan een analist resonantiepieken identificeren. Als er een piek optreedt binnen het werkingsbereik, is de steun dynamisch flexibel; als de respons vlak en lineair is tot aan de werksnelheid, is deze stijf. Dankzij deze diagnostische mogelijkheid kan de gebruiker de juiste evaluatietabel in ISO 20816-3 selecteren, waardoor valse alarmen of gemiste fouten worden voorkomen.

Deel II: Meetmethodologie en fysica

Hoofdstuk 4 van ISO 20816-3 beschrijft de strenge procedurele vereisten voor gegevensverzameling. De geldigheid van elke evaluatie hangt volledig af van de nauwkeurigheid van de meting.

2.1 Instrumentatiekunde: selectie en respons van transducers

De norm schrijft het gebruik voor van instrumenten die in staat zijn om de breedbandige effectieve trillingssnelheid (r.m.s.) te meten. De frequentierespons moet vlak zijn over een bereik van ten minste 10 Hz tot 1000 Hz voor algemene machines.12 Voor machines met een lagere snelheid (die onder 600 tpm werken) moet de ondergrens van de frequentierespons worden uitgebreid tot 2 Hz om de fundamentele rotatiecomponenten te kunnen registreren.

De Balanset-1A Technische conformiteit:
De Balanset-1A trillingsanalysator is ontworpen met deze specifieke vereisten in gedachten. De specificaties vermelden een trillingsfrequentiebereik van 5 Hz tot 550 Hz voor standaardtoepassingen, met opties om de meetmogelijkheden uit te breiden.8 De ondergrens van 5 Hz is cruciaal; deze zorgt ervoor dat machines die zo langzaam als 300 tpm draaien, aan de vereisten voldoen, wat het overgrote deel van de industriële toepassingen dekt. De bovengrens van 550 Hz dekt de kritische harmonischen (1x, 2x, 3x, enz.) en bladpassfrequenties voor de meeste standaardpompen en ventilatoren. Bovendien is de nauwkeurigheid van het apparaat beoordeeld op 5% van het volledige bereik, wat voldoet aan de metrologische strengheid die wordt verwacht door ISO 2954 (Eisen voor instrumenten voor het meten van trillingsernst).8

De norm maakt onderscheid tussen twee primaire meettypes, die beide worden ondersteund door het Balanset-1A-ecosysteem:

• Seismische transducers (versnellingsmeters): Deze meten de absolute trillingen van de behuizing. Ze zijn gevoelig voor krachtoverbrenging via het lagerblok. De Balanset-1A-set bevat twee enkelassige versnellingsmeters (meestal op basis van ADXL-technologie of piëzo-elektrisch) met magnetische bevestigingen.14
• Contactloze transducers (nabijheidssensoren): Deze meten de relatieve asverplaatsing. Ze zijn essentieel voor machines met vloeistoffilmlagers, waarbij de as binnen de speling beweegt.

2.2 Diepgaande analyse: relatieve asvibratie en sensorintegratie

Terwijl ISO 20816-3 zich sterk richt op trillingen in de behuizing, behandelt bijlage B expliciet relatieve trillingen in de as. Hiervoor is het gebruik van wervelstroomsondes (nabijheidssondes) vereist. Deze sensoren werken door een radiofrequentieveld (RF) te genereren dat wervelstromen in het geleidende oppervlak van de as induceert. De impedantie van de sondespoel verandert met de afstand tussen de sondes, waardoor een spanningsuitgang wordt geproduceerd die evenredig is aan de verplaatsing.15

Integratie van wervelstroomsondes met Balanset-1A:
Een unieke eigenschap van de Balanset-1A is zijn aanpasbaarheid aan deze sensoren. Hoewel het apparaat voornamelijk wordt geleverd met versnellingsmeters, kunnen de ingangen van het apparaat worden geconfigureerd voor de “Lineaire” modus om spanningssignalen van externe nabijheidssensoren (proximitors) te accepteren.3

• Spanningsingang: De meeste industriële naderingssensoren geven een negatieve gelijkspanning af (bijv. -24 V voeding, 200 mV/mil schaal). Met de Balanset-1A kunnen gebruikers aangepaste gevoeligheidscoëfficiënten (bijv. mV/µm) invoeren in het venster “Instellingen” (F4-toets).3
• DC-offset verwijderen: Naderingssensoren hebben een grote DC-spanning (voorspanning) met daarbovenop een klein AC-trillingssignaal. De Balanset-1A-software bevat een functie “Remove DC” (DC verwijderen) om de spanning te filteren, waardoor het dynamische trillingssignaal wordt geïsoleerd voor analyse volgens de ISO 20816-3-limieten.3
• Lineariteit en kalibratie: Met de software kan de gebruiker kalibratiefactoren definiëren (bijv. Kprl1 = 0,94 mV/µm), zodat de waarde op het laptopscherm exact overeenkomt met de fysieke verplaatsing van de as.3 Deze functie is onmisbaar bij het toepassen van de criteria van bijlage B, die zijn gespecificeerd in micrometers verplaatsing in plaats van millimeters per seconde snelheid.

2.3 De fysica van montage: zorgen voor datakwaliteit

ISO 20816-3 benadrukt dat de methode voor het monteren van sensoren de nauwkeurigheid van de meting niet mag aantasten. De resonantiefrequentie van de gemonteerde sensor moet aanzienlijk hoger zijn dan het frequentiebereik dat van belang is.

• Bevestiging met bouten: De gouden standaard, met de hoogste frequentierespons (tot 10 kHz+).
• Magnetische bevestiging: Een praktisch compromis voor draagbare gegevensverzameling.

De Balanset-1A maakt gebruik van een magnetisch bevestigingssysteem met een houdkracht van 60 kgf (kilogram-kracht).17 Deze hoge klemkracht is van cruciaal belang. Een zwakke magneet veroorzaakt een “stuiterend” effect of een mechanisch laagdoorlaatfilter, waardoor hoogfrequente signalen sterk worden gedempt. Met 60 kgf is de contactstijfheid voldoende om de gemonteerde resonantie ruim boven het voor ISO 20816-3 relevante bereik van 1000 Hz te duwen, waardoor de verzamelde gegevens een getrouwe weergave zijn van het gedrag van de machine en geen artefact van de bevestigingsmethode.12

2.4 Signaalverwerking: RMS versus piek

De norm specificeert het gebruik van de RMS-snelheid (Root Mean Square) voor niet-roterende onderdelen. De RMS-waarde is een maat voor de totale energie in het trillingssignaal en houdt rechtstreeks verband met de vermoeiingsspanning die op machineonderdelen wordt uitgeoefend.

Vergelijking voor RMS:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

Voor asvibratie (bijlage B) gebruikt de norm de piek-tot-piekverplaatsing (S_pp), wat de totale fysieke uitslag van de as binnen de lagerspeling weergeeft.

S_pp = S_max − S_min

Balanset-1A Verwerking:
De Balanset-1A voert deze wiskundige transformaties intern uit. De ADC (Analog-to-Digital Converter) bemonstert het ruwe signaal en de software berekent de RMS-snelheid voor behuizingsmetingen en de piek-tot-piekverplaatsing voor asmetingen. Cruciaal is dat het de breedbandwaarde (Overall) berekent, die de energie over het gehele frequentiespectrum (bijv. 10-1000 Hz) optelt. Deze “Overall”-waarde is het primaire getal dat wordt gebruikt om de machine in te delen in zones A, B, C of D. Daarnaast biedt het apparaat FFT-mogelijkheden (Fast Fourier Transform), waardoor de analist de afzonderlijke frequentiecomponenten (1x, 2x, harmonischen) kan zien die samen de totale RMS-waarde vormen, wat helpt bij het diagnosticeren van de bron van de trilling.8

2.5 Achtergrondtrillingen: de uitdaging van de signaal-ruisverhouding

Een cruciaal, vaak over het hoofd gezien aspect van ISO 20816-3 is de omgang met achtergrondtrillingen: trillingen die vanuit externe bronnen (bijvoorbeeld aangrenzende machines, vloertrillingen) naar de machine worden overgebracht wanneer deze stilstaat.

De regel: Als de achtergrondtrilling hoger is dan 25% van de trilling die wordt gemeten wanneer de machine draait, of 25% van de grens tussen zone B en C, zijn ingrijpende correcties nodig, anders kan de meting als ongeldig worden beschouwd.18 In eerdere versies van normen werd vaak een “een derde”-regel aangehaald, maar ISO 20816-3 verscherpt deze logica.

Procedurele implementatie met Balanset-1A:

1. De technicus plaatst de Balanset-1A-sensoren op de machine terwijl deze stilstaat.
2. Met behulp van de modus “Vibrometer” (F5-toets) wordt het RMS-niveau van de achtergrond geregistreerd.13
3. De machine wordt gestart en op belasting gebracht. De operationele RMS wordt geregistreerd.
4. Er wordt een vergelijking gemaakt. Als het operationele niveau 4,0 mm/s is en de achtergrond 1,5 mm/s (37,5%), dan is de achtergrond te hoog. Het vermogen van de Balanset-1A om spectrale aftrekking uit te voeren (het spectrum van de achtergrond versus de draaiende machine bekijken) helpt bij het vaststellen of de achtergrond zich op een specifieke frequentie bevindt (bijvoorbeeld 50 Hz van een nabijgelegen compressor) die door de analist mentaal kan worden genegeerd of weggefilterd.

Deel III: Beoordelingscriteria – De kern van de norm

Hoofdstuk 6 vormt de kern van ISO 20816-3 en biedt de beslissingslogica voor de aanvaardbaarheid van machines.

3.1 Criterium I: Trillingssterkte en zonering

De norm beoordeelt de ernst van trillingen op basis van de maximale magnitude die bij de lagerhuizen wordt waargenomen. Om de besluitvorming te vergemakkelijken, worden vier beoordelingszones gedefinieerd:

• Zone A: Trillingen van nieuw in gebruik genomen machines. Dit is de “gouden standaard”. Een machine in deze zone verkeert in perfecte mechanische staat.
• Zone B: Machines die geschikt worden geacht voor onbeperkt langdurig gebruik. Dit is het typische “groene” werkingsbereik.
• Zone C: Machines die ongeschikt worden geacht voor langdurig continu gebruik. Over het algemeen kan de machine gedurende een beperkte periode worden gebruikt totdat zich een geschikte gelegenheid voordoet om corrigerende maatregelen (onderhoud) te nemen. Dit is de status “Geel” of “Alarm”.
• Zone D: Trillingswaarden in deze zone worden normaal gesproken als ernstig genoeg beschouwd om schade aan de machine te veroorzaken. Dit is de “rode” of “trip”-status.5

Tabel 1: Vereenvoudigde ISO 20816-3-zonegrenzen (RMS-snelheid, mm/s) voor groep 1 en 2

Machinegroep	Funderingstype	Grens tussen zone A en B	Grens zone B/C	Grens zone C/D
Groep 1 (>300 kW)	Onbuigzaam	2.3	4.5	7.1
	Flexibele	3.5	7.1	11.0
Groep 2 (15-300 kW)	Onbuigzaam	1.4	2.8	4.5
	Flexibele	2.3	4.5	7.1

Opmerking: Deze waarden zijn afgeleid uit bijlage A van de norm en vormen algemene richtlijnen. Voor specifieke machinetypes kunnen andere limieten gelden.

Balanset-1A Implementatie:
De Balanset-1A-software geeft niet alleen een getal weer, maar helpt de gebruiker ook contextueel. Hoewel de gebruiker de klasse moet selecteren, maakt de functie “Rapporten” van de software het mogelijk om deze waarden ten opzichte van de norm te documenteren. Wanneer een technicus een trilling van 5,0 mm/s meet op een pomp van 50 kW (groep 2) op een stijve fundering, overschrijdt de Balanset-1A-meting duidelijk de grens van zone C/D (4,5 mm/s), wat aangeeft dat onmiddellijke uitschakeling en reparatie noodzakelijk zijn.

3.2 Criterium II: Verandering in trillingssterkte

Misschien wel de belangrijkste verbetering in de 20816-serie is de formele nadruk op de verandering in trilling, onafhankelijk van absolute limieten.

De 25%-regel: ISO 20816-3 stelt dat een verandering in trillingssterkte van meer dan 25% van de grens tussen zone B en C (of 25% van de vorige stabiele waarde) als significant moet worden beschouwd, zelfs als de absolute waarde binnen zone A of B blijft.20

Implicaties:
Stel dat een ventilator constant werkt met 2,0 mm/s (zone B). Als de trilling plotseling stijgt naar 2,8 mm/s, bevindt deze zich technisch gezien nog steeds in zone B (voor sommige klassen) of komt deze net in zone C terecht. Dit is echter een stijging van 40%. Een dergelijke plotselinge verschuiving duidt vaak op een specifieke storingsmodus: een gebarsten rotoronderdeel, een verschoven balansgewicht of thermische wrijving. Dit negeren omdat “het nog steeds binnen de norm valt”, is een recept voor een catastrofale storing.

Balanset-1A Trendanalyse:
De Balanset-1A ondersteunt dit criterium door middel van zijn functies voor “sessieherstel” en archivering.21 Door meetsessies op te slaan, kan een betrouwbaarheidsingenieur actuele gegevens vergelijken met historische basislijnen. Als de grafiek “Algemene trilling” een stapverandering laat zien, past de ingenieur criterium II toe. De functie “Restore Last Session” (Laatste sessie herstellen) is hier bijzonder nuttig; hiermee kan de gebruiker de exacte machinestatus van de vorige maand oproepen om te controleren of de drempelwaarde van 25% is overschreden.

3.3 Operationele limieten: instellen van ALARMEN en UITSCHAKELINGEN

De norm biedt richtlijnen voor het instellen van geautomatiseerde beveiligingssystemen:

• ALARM: Om te waarschuwen dat een bepaalde trillingswaarde is bereikt of dat er een significante verandering heeft plaatsgevonden. De aanbevolen instelling is meestal de basiswaarde + 25% van de grens tussen zone B en C.
• REIS: Om onmiddellijke actie te ondernemen (uitschakelen). Dit wordt doorgaans ingesteld op de grens van zone C/D of iets daarboven, afhankelijk van de mechanische integriteit van de machine.19

Hoewel de Balanset-1A een draagbaar apparaat is en geen permanent beveiligingssysteem (zoals een Bently Nevada-rek), wordt het gebruikt om deze uitschakelniveaus te controleren en te kalibreren. Technici gebruiken de Balanset-1A om trillingen te meten tijdens een gecontroleerde opstart- of geïnduceerde onbalansproef om ervoor te zorgen dat het permanente bewakingssysteem wordt geactiveerd bij de juiste fysieke trillingsniveaus die worden voorgeschreven door ISO 20816-3.

Deel IV: Het Balanset-1A-systeem – Technische verdieping

Om te begrijpen hoe de Balanset-1A als nalevingsinstrument fungeert, moet men de technische architectuur ervan analyseren.

4.1 Hardwarearchitectuur

De Balanset-1A bestaat uit een gecentraliseerde USB-interfacemodule die analoge signalen van sensoren verwerkt voordat de gedigitaliseerde gegevens naar een host-laptop worden verzonden.

• ADC-module: Het hart van het systeem is een analoog-naar-digitaal-omzetter met hoge resolutie. Deze module bepaalt de nauwkeurigheid van de meting. De Balanset-1A verwerkt signalen met een nauwkeurigheid van ±5%, wat voldoende is voor velddiagnostiek.8
• Fase-referentie (tachometer): Om te voldoen aan ISO 20816-3 is vaak faseanalyse nodig om onderscheid te maken tussen onbalans en uitlijningsfouten. De Balanset-1A maakt gebruik van een lasertachometer met een bereik tot 1,5 meter en een capaciteit van 60.000 RPM.17 Deze optische sensor activeert de berekening van de fasehoek, met een nauwkeurigheid van ±1 graad.
• Vermogen en draagbaarheid: Het apparaat wordt gevoed via USB (5 V) en is intrinsiek veilig tegen aardlussen, waar analysers op netvoeding vaak last van hebben. De hele set weegt ongeveer 4 kg, waardoor het een echt “veldinstrument” is dat geschikt is om op steigers te klimmen om ventilatoren te bereiken.8

4.2 Softwaremogelijkheden: meer dan alleen eenvoudige metingen

De software die bij Balanset-1A wordt geleverd, zet de ruwe gegevens om in bruikbare informatie die voldoet aan de ISO-normen.

• FFT-spectrumanalyse: De norm vermeldt “specifieke frequentiecomponenten”. De Balanset-1A geeft de Fast Fourier Transform weer, waarbij de complexe golfvorm wordt opgesplitst in de samenstellende sinusgolven. Hierdoor kan de gebruiker zien of de hoge RMS-waarde te wijten is aan 1x (onbalans), 100x (tandwieloverbrenging) of niet-synchrone pieken (lagerdefecten).21
• Poolgrafieken: Voor balancering en vectoranalyse plot de software trillingsvectoren op een polaire plot. Deze visualisatie is van cruciaal belang bij het toepassen van invloedscoëfficiëntmethoden voor balancering.
• ISO 1940 Tolerantiecalculator: Terwijl ISO 20816-3 betrekking heeft op trillingslimieten, heeft ISO 1940 betrekking op balans kwaliteit (G-graden). De Balanset-1A-software bevat een calculator waarin de gebruiker de rotormassa en -snelheid invoert, waarna het systeem de toegestane restonbalans in gram-millimeters berekent. Dit overbrugt de kloof tussen “de trilling is te hoog” (ISO 20816) en “hier is hoeveel gewicht moet worden verwijderd” (ISO 1940).11

4.3 Compatibiliteit van sensoren en configuratie van invoer

Zoals opgemerkt in het fragmentonderzoek, is de mogelijkheid om te communiceren met verschillende soorten sensoren van cruciaal belang.

• Versnellingsmeters: De standaardsensoren. Het systeem integreert het versnellingssignaal (g) tot snelheid (mm/s) of dubbelgeïntegreerd tot verplaatsing (µm), afhankelijk van de geselecteerde weergave. Deze integratie wordt digitaal uitgevoerd om ruisafwijkingen te minimaliseren.
• Wervelstroomprobes: Het systeem accepteert 0-10 V of vergelijkbare analoge ingangen. De gebruiker moet de transformatiecoëfficiënt in de instellingen configureren. Een standaard Bently Nevada-sonde kan bijvoorbeeld een schaalfactor van 200 mV/mil (7,87 V/mm) hebben. De gebruiker voert deze gevoeligheid in en de Balanset-1A-software schaalt de binnenkomende spanning om microns verplaatsing weer te geven, waardoor een directe vergelijking met bijlage B van ISO 20816-3.3 mogelijk is.

Deel V: Operationele implementatie: van diagnose tot dynamisch balanceren

In dit hoofdstuk wordt een standaardwerkwijze (SOP) beschreven voor een technicus die Balanset-1A gebruikt om te voldoen aan ISO 20816-3.

5.1 Stap 1: Basismeting en classificatie

De technicus loopt naar een centrifugaalventilator van 45 kW.

• Classificatie: Vermogen > 15 kW, < 300 kW. Het is groep 2. De fundering is met bouten aan beton bevestigd (stijf).
• Beperkingsbepaling: Volgens ISO 20816-3 Bijlage A (Groep 2, Stijf) is de grens tussen zone B en C 2,8 mm/s.
• Meting: Sensoren worden gemonteerd met behulp van magnetische bases. De Balanset-1A “Vibrometer”-modus is ingeschakeld.
• Resultaat: De waarde is 6,5 mm/s. Dit is zone C/D-gebied. Er moet actie worden ondernomen.

5.2 Stap 2: Diagnostische analyse

De Balanset-1A FFT-functie gebruiken:

• Het spectrum vertoont een dominante piek bij de loopsnelheid (1x RPM).
• Faseanalyse toont een stabiele fasehoek.
• Diagnose: Statische onbalans. (Als de fase onstabiel was of er hoge harmonischen aanwezig waren, zou een verkeerde uitlijning of loszitten worden vermoed).

5.3 Stap 3: De balanceringsprocedure (in situ)

Aangezien de diagnose een onbalans is, gebruikt de technicus de balanceringsmodus van de Balanset-1A. De norm vereist dat de trillingen worden teruggebracht tot zone A- of B-niveaus.

5.3.1 De drie-run-methode (invloedcoëfficiënten)

De Balanset-1A automatiseert de vectorwiskunde die nodig is voor het balanceren.

• Run 0 (Initieel): Meet amplitude A₀ en fase φ₀ van de oorspronkelijke trilling.
• Run 1 (proefgewicht): Een bekende massa M_proces wordt onder een willekeurige hoek toegevoegd. Het systeem meet de nieuwe trillingsvector (A₁, φ₁).

Berekening: De software berekent de invloedscoëfficiënt α, die de gevoeligheid van de rotor voor massaveranderingen weergeeft.

α = (V₁ − V₀) / M_proces

Correctie: Het systeem berekent de vereiste correctiemassa M._corr om de oorspronkelijke trilling teniet te doen.

M_corr = − V₀ / α

Run 2 (Verificatie): Het proefgewicht wordt verwijderd en het berekende correctiegewicht wordt toegevoegd. De resterende trilling wordt gemeten.

.11

5.4 Stap 4: Verificatie en rapportage

Na balancering daalt de trilling tot 1,2 mm/s.
Controle: 1,2 mm/s is < 1,4 mm/s. De machine bevindt zich nu in zone A.

Documentatie: De technicus slaat de sessie op in Balanset-1A. Er wordt een rapport gegenereerd met het spectrum “voor” (6,5 mm/s) en het spectrum “na” (1,2 mm/s), waarbij expliciet wordt verwezen naar de limieten van ISO 20816-3. Dit rapport dient als conformiteitscertificaat.

Deel VI: Specifieke overwegingen

6.1 Machines met lage snelheid

ISO 20816-3 bevat speciale opmerkingen voor machines die onder 600 tpm draaien. Bij lage snelheden worden snelheidssignalen zwak en wordt verplaatsing de dominante indicator voor spanning. De Balanset-1A lost dit op door de gebruiker de mogelijkheid te bieden de weergavemeting om te schakelen naar Verplaatsing (µm) of door ervoor te zorgen dat de lagere frequentiegrens is ingesteld op 5 Hz of lager (idealiter 2 Hz) om de primaire energie vast te leggen. De “Waarschuwingen” in bijlage D van de norm waarschuwen ervoor om bij lage snelheden niet uitsluitend op snelheid te vertrouwen 23, een nuance waarvan de gebruiker van de Balanset-1A zich bewust moet zijn door de “Lineaire” instellingen of laagfrequente filters te controleren.

6.2 Tijdelijke omstandigheden: opstarten en uitrollen

Trillingen tijdens het opstarten (tijdelijke werking) kunnen de grenzen voor stabiele toestand overschrijden door het passeren van kritische snelheden (resonantie). ISO 20816-3 staat hogere grenzen toe tijdens deze tijdelijke fasen.23

De Balanset-1A bevat een experimentele “RunDown”-grafiekfunctie.11 Hiermee kan de technicus de trillingsamplitude versus het toerental tijdens het uitrollen registreren. Deze gegevens zijn van cruciaal belang voor:

• Kritische snelheden (resonantie) identificeren.
• Controleren of de machine snel genoeg door de resonantie heen gaat om schade te voorkomen.
• Ervoor zorgen dat de “hoge” trilling inderdaad van voorbijgaande aard is en geen permanente toestand.

6.3 Bijlage A versus bijlage B: de dubbele evaluatie

Een grondige nalevingscontrole vereist vaak beide.

• Bijlage A (Huisvesting): Zorgt voor krachtoverbrenging naar de structuur. Goed voor onbalans en loszittende onderdelen.
• Bijlage B (As): Meet de dynamica van de rotor. Geschikt voor instabiliteiten, oliewerveling en veegdetectie.

Een technicus die Balanset-1A gebruikt, kan versnellingsmeters gebruiken om te voldoen aan de vereisten van bijlage A en vervolgens overschakelen op bestaande Bently Nevada-sondes om te controleren of een grote turbine voldoet aan bijlage B. De mogelijkheid van Balanset-1A om te dienen als een “second opinion” of “veldverificatie” voor permanente rackgebaseerde monitors is een belangrijke toepassing om aan beide bijlagen te voldoen.

Conclusie

De overgang naar ISO 20816-3 betekent een verdere ontwikkeling op het gebied van trillingsanalyse, waarbij een meer genuanceerde, op fysica gebaseerde benadering van machine-evaluatie vereist is. Het gaat verder dan eenvoudige “geslaagd/gezakt”-cijfers en betreedt het domein van het analyseren van steunstijfheid, verandervectoren en metingen in twee domeinen (behuizing/as).

Het Balanset-1A-systeem voldoet in hoge mate aan deze moderne eisen. De technische specificaties – frequentiebereik, nauwkeurigheid en flexibiliteit van de sensoren – maken het tot een krachtig hardwareplatform. De echte waarde ligt echter in de softwareworkflow, die de gebruiker door de complexe logica van de norm loodst: van achtergrondtrillingscorrectie en zoneclassificatie tot de wiskundige nauwkeurigheid van het balanceren van invloedscoëfficiënten. Door de diagnostische mogelijkheden van een spectrumanalysator effectief te combineren met de corrigerende kracht van een dynamische balancer, stelt de Balanset-1A onderhoudsteams in staat om niet alleen niet-naleving van ISO 20816-3 te identificeren, maar ook actief te corrigeren, waardoor de levensduur en betrouwbaarheid van de industriële activa wordt gewaarborgd.