Kompletny przewodnik po normie ISO 20816-3: Kompleksowa analiza techniczna

Wprowadzenie

Niniejsza norma ustala wytyczne dotyczące oceny stanu drgań urządzeń przemysłowych na podstawie pomiarów:

1. Wibracje łożysk, podstaw łożyskowych i obudów łożysk w miejscu, w którym zainstalowano sprzęt;
2. Drgania promieniowe wałów zestawów maszyn.

W oparciu o doświadczenie eksploatacyjne z urządzeniami przemysłowymi, dwa kryteria oceny stanu drgań zostały ustalone:

• Kryterium I: Wartość bezwzględna monitorowanego parametru drgań szerokopasmowych
• Kryterium II: Zmiana tej wartości (w stosunku do wartości bazowej)

Ewolucja norm dotyczących wibracji: zbieżność norm ISO 10816 i ISO 7919

Historia standaryzacji drgań to stopniowe przejście od fragmentarycznych, specyficznych dla poszczególnych komponentów wytycznych do holistycznej oceny maszyn. Historycznie, ocena maszyn była podzielona na:

• Seria ISO 10816: Skupiamy się na pomiarach części nieobrotowych (obudów łożysk, podstaw) przy użyciu akcelerometrów lub przetworników prędkości
• Seria ISO 7919: Zajęto się drganiami wałów obrotowych względem łożysk, głównie przy użyciu bezkontaktowych sond wiroprądowych

To rozdzielenie często prowadziło do niejednoznaczność diagnostyczna. Maszyna może wykazywać dopuszczalne drgania obudowy (strefa A zgodnie z normą ISO 10816), a jednocześnie być narażona na niebezpieczne bicie wału lub niestabilność (strefa C/D zgodnie z normą ISO 7919), szczególnie w scenariuszach obejmujących ciężkie obudowy lub łożyska z warstwą cieczy, w których osłabione jest przenoszenie energii drgań.

Sekcja 1 — Zakres

W niniejszej normie określono ogólne wymagania dotyczące oceny stanu drgań urządzenia przemysłowe (zwane dalej "maszynami") o mocy powyżej 15 kW i prędkościach obrotowych od 120 do 30 000 obr./min na podstawie pomiarów drgań na części nieobrotowe i dalej obracające się wały w normalnych warunkach pracy maszyny w miejscu jej zainstalowania.

Ocenę przeprowadza się na podstawie monitorowanego parametru drgań oraz zmiany w tym parametrze w stanie ustalonej pracy maszyny. Wartości liczbowe kryteriów oceny stanu odzwierciedlają doświadczenie eksploatacyjne z maszynami tego typu; mogą one jednak nie mieć zastosowania w konkretnych przypadkach związanych ze szczególnymi warunkami pracy i konstrukcją danej maszyny.

Niniejsza Norma ma zastosowanie do:

1. Turbiny parowe i generatory o mocy do 40 MW (patrz uwagi 1 i 2)
2. Turbiny parowe i generatory o mocy wyjściowej przekraczającej 40 MW i prędkościach obrotowych inny niż 1500, 1800, 3000 i 3600 obr./min (patrz uwaga 1)
3. Sprężarki rotacyjne (odśrodkowy, osiowy)
4. Turbiny gazowe przemysłowe o mocy do 3 MW (patrz Uwaga 2)
5. Silniki turbowentylatorowe
6. Silniki elektryczne wszystkich typów z elastycznym sprzęgłem wału. (Jeżeli wirnik silnika jest sztywno połączony z maszyną objętą inną normą z serii ISO 20816, drgania silnika można oceniać albo zgodnie z tą normą, albo zgodnie z niniejszą normą)
7. Walcownie i klatki walcownicze
8. Przenośniki
9. Sprzęgła o zmiennej prędkości
10. Wentylatory i dmuchawy (patrz uwaga 3)

Niniejsza Norma NIE ma zastosowania do:

11. Turbiny parowe, turbiny gazowe i generatory o mocy przekraczającej 40 MW i prędkościach obrotowych 1500, 1800, 3000 i 3600 obr./min → zastosowanie ISO 20816-2
12. Turbiny gazowe o mocy powyżej 3 MW → zastosowanie ISO 20816-4
13. Zespoły maszynowe w elektrowniach wodnych i szczytowo-pompowych → zastosowanie ISO 20816-5
14. Maszyny posuwisto-zwrotne i maszyny sztywno połączone z maszynami posuwisto-zwrotnymi → zastosowanie Norma ISO 10816-6
15. Pompy wirowe z wbudowanymi lub sztywno połączonymi silnikami napędowymi z wirnikiem na wale silnika lub sztywno z nim połączonym → zastosowanie ISO 10816-7
16. Instalacje sprężarek tłokowych → zastosowanie ISO 20816-8
17. Sprężarki wyporowe (np. sprężarki śrubowe)
18. Pompy zatapialne
19. Turbiny wiatrowe → zastosowanie ISO 10816-21

Szczegóły zakresu zastosowania

Wymagania niniejszej normy mają zastosowanie do pomiarów wibracje szerokopasmowe na wałach, łożyskach, obudowach i podstawach łożyskowych w stanie ustalonym pracy maszyn w zakresie nominalnych prędkości obrotowych. Wymagania te dotyczą pomiarów zarówno w miejscu instalacji, jak i podczas badań odbiorczych. Ustalone kryteria warunków drgań mają zastosowanie zarówno w systemach monitoringu ciągłego, jak i okresowego.

Niniejsza norma ma zastosowanie do maszyn, które mogą obejmować: przekładnie zębate i łożyska toczne; jednakże jest to niezamierzone do oceny stanu drgań tych konkretnych podzespołów (patrz ISO 20816-9 dla przekładni).

Sekcja 2 — Odniesienia normatywne

Niniejsza norma zawiera odniesienia normatywne do następujących norm. W przypadku odniesień datowanych stosuje się wyłącznie cytowane wydanie. W przypadku odniesień niedatowanych stosuje się najnowsze wydanie (wraz ze wszystkimi zmianami):

Normy te stanowią podstawę terminologii, metod pomiaru i ogólnej filozofii oceny stosowanej w normie ISO 20816-3.

Sekcja 3 — Terminy i definicje

Na potrzeby niniejszej normy stosuje się terminy i definicje podane w ISO 2041 stosować.

Terminy kluczowe (z ISO 2041)

• Wibracja: Zmiana w czasie wielkości opisującej ruch lub położenie układu mechanicznego
• RMS (średnia kwadratowa): Pierwiastek kwadratowy średniej wartości kwadratowych danej wielkości w określonym przedziale czasu
• Wibracje szerokopasmowe: Wibracje zawierające energię rozłożoną w określonym zakresie częstotliwości
• Częstotliwość własna: Częstotliwość swobodnych drgań układu
• Praca w stanie ustalonym: Warunki pracy, w których istotne parametry (prędkość, obciążenie, temperatura) pozostają zasadniczo stałe
• Wartość szczytowa: Różnica algebraiczna między wartościami skrajnymi (maksymalnymi i minimalnymi)
• Transduktor: Urządzenie zapewniające ilość wyjściową mającą określony związek z ilością wejściową

Sekcja 5 — Klasyfikacja maszyn

5.1 Ogólne

Zgodnie z kryteriami ustalonymi w niniejszej normie stan drgań maszyny ocenia się w zależności od:

1. Typ maszyny
2. Moc znamionowa lub wysokość wału (patrz również ISO 496)
3. Stopień sztywności fundamentu

5.2 Klasyfikacja według typu maszyny, mocy znamionowej lub wysokości wału

Różnice w typach maszyn i konstrukcjach łożysk wymagają podziału wszystkich maszyn na dwie grupy na podstawie mocy znamionowej lub wysokości wału.

Wały maszyn z obu grup mogą być ustawione poziomo, pionowo lub pod kątem, a podpory mogą mieć różny stopień sztywności.

Grupa 1 — Duże maszyny

• Moc znamionowa > 300 kW
• Maszyny elektryczne OR z wałem o wysokości Wysokość > 315 mm
• Zwykle wyposażony w łożyska ślizgowe (ślizgowe)
• Prędkości robocze od 120 do 30 000 obr./min

Grupa 2 — Maszyny średnie

• Moc znamionowa 15 – 300 kW
• Maszyny elektryczne OR z wałem o wysokości 160 mm < wys. ≤ 315 mm
• Zwykle wyposażony w łożyska toczne
• Prędkości robocze zazwyczaj > 600 obr./min

5.3 Klasyfikacja według sztywności fundamentu

Fundamenty maszynowe klasyfikuje się według stopnia sztywności w określonym kierunku pomiarowym na:

1. Sztywne fundamenty
2. Elastyczne fundamenty

Podstawą tej klasyfikacji jest relacja między sztywnością maszyny a fundamentem. Jeżeli najniższa częstotliwość drgań własnych układu "maszyna-fundament" w kierunku pomiaru drgań przekracza główną częstotliwość wzbudzenia (w większości przypadków jest to częstotliwość obrotowa wirnika) o co najmniej 25%, wówczas rozważa się taki fundament w tym kierunku sztywny. Wszystkie inne fundamenty są brane pod uwagę elastyczny.

Typowe przykłady

Maszyny na sztywnych fundamentach są to zazwyczaj duże i średniej wielkości silniki elektryczne, zazwyczaj o niskiej prędkości obrotowej.

Maszyny na elastycznych fundamentach zwykle obejmują turbogeneratory lub sprężarki o mocy przekraczającej 10 MW, a także maszyny z wałem zorientowanym pionowo.

Jeżeli nie można określić charakterystyk układu "maszyna-fundament" na drodze obliczeń, można to zrobić doświadczalnie (badania udarnościowe, analiza modalna pracy lub analiza wibracji podczas uruchamiania).

Załącznik A (Normatywny) — Granice stref warunków drgań dla części nieobrotowych w określonych trybach pracy

Doświadczenie pokazuje że do oceny stanu drgań różnych typów maszyn o różnych prędkościach obrotowych stosuje się pomiary sama prędkość wystarczy. Dlatego też podstawowym monitorowanym parametrem jest wartość średniokwadratowa prędkości.

Jednakże stosowanie kryterium stałej prędkości bez uwzględnienia częstotliwości drgań może prowadzić do niedopuszczalnie duże wartości przemieszczenia. Dzieje się tak w szczególności w przypadku maszyn wolnoobrotowych z częstotliwością obrotów wirnika poniżej 600 obr./min, gdy składowa prędkości roboczej dominuje nad sygnałem drgań szerokopasmowych (patrz załącznik D).

Podobnie, kryterium stałej prędkości może prowadzić do niedopuszczalnie dużych wartości przyspieszenia w przypadku maszyn szybkoobrotowych o częstotliwościach obrotowych wirnika przekraczających 10 000 obr./min lub gdy energia drgań wytwarzanych przez maszynę koncentruje się głównie w zakresie wysokich częstotliwości. W związku z tym kryteria warunków drgań można formułować w jednostkach przemieszczenia, prędkości i przyspieszenia, w zależności od zakresu częstotliwości obrotowych wirnika i typu maszyny.

W tabelach A.1 i A.2 przedstawiono wartości graniczne stref dla różnych grup maszyn objętych niniejszą normą. Obecnie granice te są formułowane wyłącznie w jednostkach prędkość i przemieszczenie.

Granice stref drgań w zakresie częstotliwości od 10 do 1000 Hz są wyrażone za pomocą wartości RMS prędkości i przemieszczenia. W przypadku maszyn o częstotliwości obrotowej wirnika poniżej 600 obr./min, szerokopasmowy zakres pomiaru drgań wynosi od 2 do 1000 Hz. W większości przypadków ocena stanu drgań jest wystarczająca, opierając się wyłącznie na kryterium prędkości. Jeśli jednak oczekuje się, że widmo drgań będzie zawierało znaczące składowe o niskiej częstotliwości, ocenę przeprowadza się w oparciu o pomiary zarówno prędkości, jak i przemieszczenia.

Maszyny wszystkich rozpatrywanych grup mogą być instalowane na podporach sztywnych lub elastycznych (patrz rozdział 5), dla których w tabelach A.1 i A.2 ustalono różne granice stref.

Tabela A.1 — Maszyny grupy 1 (duże: >300 kW lub wys. >315 mm)

Tabela A.2 — Maszyny grupy 2 (średnie: 15–300 kW lub wys. = 160–315 mm)

Załącznik B (Normatywny) — Granice stref warunków drgań dla wałów obrotowych w określonych trybach pracy

B.1 Ogólne

Granice stref warunków wibracyjnych są ustalane na podstawie doświadczeń eksploatacyjnych z różnych branż, które pokazują, że dopuszczalne względne drgania wału maleją wraz ze wzrostem częstotliwości obrotowej. Dodatkowo, przy ocenie stanu drgań, należy uwzględnić możliwość kontaktu między obracającym się wałem a nieruchomymi częściami maszyny. W przypadku maszyn z łożyskami ślizgowymi, minimalny dopuszczalny luz w łożysku należy również uwzględnić (patrz załącznik C).

B.2 Drgania przy nominalnej częstotliwości obrotowej w stanie ustalonym

B.2.1 Ogólne

Kryterium I dotyczy:

1. Ograniczanie przemieszczeń wału ze stanu dopuszczalnych obciążeń dynamicznych na łożyskach
2. Dopuszczalne wartości luzu promieniowego w łożysku
3. Dopuszczalne wibracje przenoszone na podpory i fundamenty

Maksymalne przemieszczenie wału w każdym łożysku porównywane jest z granicami czterech stref (patrz rysunek B.1 w normie), określonymi na podstawie doświadczeń eksploatacyjnych z maszynami.

B.2.2 Granice stref

Doświadczenie w pomiarach drgań wałów szerokiej klasy maszyn pozwala na ustalenie granic stref stanu drgań wyrażonych poprzez przesunięcie międzyszczytowe S(pp) w mikrometrach, odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego częstotliwości obrotowej wirnika n w obr./min.

W przypadku względnych drgań wału mierzonych za pomocą sond zbliżeniowych granice stref wyrażono jako przesunięcie międzyszczytowe S(pp) w mikrometrach, która zmienia się w zależności od prędkości biegu:

Gdzie n jest maksymalną prędkością roboczą w obr./min, a S(pp) jest w mikrometrów.

Przykładowe obliczenia

Dla maszyny pracującej z prędkością 3000 obr./min:

• √3000 ≈ 54,77
• A/B = 4800 / 54,77 ≈ 87,6 mikrometra
• B/C = 9000 / 54,77 ≈ 164,3 mikrometra
• C/D = 13200 / 54,77 ≈ 241,0 mikrometrów

Ważne: Granice stref nie powinny być stosowane jako kryteria akceptacji, które powinny być przedmiotem porozumienia między dostawcą a klientem. Jednakże, kierując się numerycznymi wartościami granicznymi, można zarówno zapobiec użytkowaniu maszyny w ewidentnie złym stanie technicznym, jak i uniknąć nakładania na nią nadmiernie rygorystycznych wymagań dotyczących drgań.

W niektórych przypadkach cechy konstrukcyjne konkretnych maszyn mogą wymagać zastosowania różnych granic stref — wyższych lub niższych (np. w przypadku łożysk samonastawnych z płytkami wahliwymi), a w przypadku maszyn z łożyskami eliptycznymi można stosować różne granice stref dla różnych kierunków pomiaru (w kierunku maksymalnego i minimalnego luzu).

Dopuszczalne drgania mogą być związane ze średnicą łożyska, ponieważ z reguły łożyska o większej średnicy mają również większe luzy. W związku z tym dla różnych łożysk jednego układu wałów mogą być ustalane różne wartości graniczne stref. W takich przypadkach producent zazwyczaj musi wyjaśnić przyczynę zmiany wartości granicznych, a w szczególności potwierdzić, że zwiększony poziom drgań dozwolony zgodnie z tymi zmianami nie doprowadzi do obniżenia niezawodności maszyny.

Jeżeli pomiary nie są wykonywane w bezpośredniej bliskości łożyska, a także podczas pracy maszyny w trybach przejściowych, takich jak rozbieg i wybieg (w tym przechodzenie przez prędkości krytyczne), dopuszczalne drgania mogą być wyższe.

W przypadku maszyn pionowych z łożyskami ślizgowymi przy określaniu wartości granicznych drgań należy uwzględnić możliwe przemieszczenia wału w granicach luzu bez siły stabilizującej związanej z masą wirnika.

Rozdział 4 — Pomiary drgań

4.1 Wymagania ogólne

Metody i urządzenia pomiarowe muszą spełniać ogólne wymagania określone w normie ISO 20816-1, ze szczególnym uwzględnieniem maszyn przemysłowych. Następujące czynniki nie mogą znacząco wpływać na urządzenia pomiarowe:

• Zmiany temperatury — Dryft czułości czujnika
• Pola elektromagnetyczne — W tym efekty magnesowania wału
• Pola akustyczne — Fale ciśnienia w środowiskach o dużym natężeniu hałasu
• Warianty zasilania — Wahania napięcia
• Długość kabla — Niektóre projekty sond zbliżeniowych wymagają dopasowanej długości kabla
• Uszkodzenie kabla — Przerywane połączenia lub przerwy w ekranowaniu
• Orientacja przetwornika — Wyrównanie osi czułości

4.2 Punkty i kierunki pomiarowe

W celu monitorowania stanu dokonuje się pomiarów na części nieobrotowe lub na wałów, lub oba razem. W niniejszej normie, o ile nie zaznaczono inaczej, drgania wału odnoszą się do jego przemieszczenie względem łożyska.

Części nieobrotowe — pomiary obudów łożysk

Pomiary drgań na częściach nieobrotowych charakteryzują drgania łożyska, obudowy łożyska lub innego elementu konstrukcyjnego przenoszącego siły dynamiczne pochodzące z drgań wału w miejscu występowania łożyska.

Typowa konfiguracja pomiaru: Pomiary przeprowadza się przy użyciu dwa przetworniki w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach promieniowych na pokrywach łożysk lub obudowach. W przypadku maszyn poziomych jeden kierunek jest zazwyczaj pionowy. Jeśli wał jest pionowy lub nachylony, należy wybrać kierunki zapewniające maksymalne drgania.

Pomiar jednopunktowy: Można użyć pojedynczego przetwornika, jeśli wiadomo, że wyniki będą reprezentatywne dla całości drgań. Wybrany kierunek musi zapewniać odczyty bliskie wartościom maksymalnym.

Pomiary drgań wału

Drgania wału (zgodnie z definicją w normie ISO 20816-1) odnoszą się do przemieszczenia wału względem łożyska. Preferowana metoda wykorzystuje para bezkontaktowych sond zbliżeniowych zainstalowane prostopadle względem siebie, co pozwala na określenie trajektorii wału (orbity) na płaszczyźnie pomiarowej.

4.3 Aparatura pomiarowa

W celu monitorowania stanu system pomiarowy musi mierzyć szerokopasmowe drgania RMS w zakresie częstotliwości co najmniej 10 Hz do 1000 Hz. W przypadku maszyn o prędkościach obrotowych nieprzekraczających 600 obr./min dolna granica częstotliwości nie może przekraczać 2 Hz.

Do pomiaru drgań wału: Górna granica zakresu częstotliwości musi przekraczać maksymalną częstotliwość obrotową wału o co najmniej 3,5 razy. Sprzęt pomiarowy musi spełniać wymagania ISO 10817-1.

W przypadku pomiarów części nieobrotowych: Sprzęt musi spełniać ISO 2954. W zależności od przyjętego kryterium mierzoną wielkością może być przemieszczenie, prędkość lub obie te wielkości (patrz ISO 20816-1).

Jeżeli pomiary są wykonywane przy użyciu akcelerometry (co jest w praktyce normalne) sygnał wyjściowy musi być zintegrowany aby uzyskać sygnał prędkości. Uzyskanie sygnału przemieszczenia wymaga podwójna integracja, Należy jednak zwrócić uwagę na możliwość zwiększonego poziomu zakłóceń szumowych. Aby zredukować szumy, można zastosować filtr górnoprzepustowy lub inną metodę cyfrowego przetwarzania sygnału.

Jeżeli sygnał wibracyjny ma służyć również celom diagnostycznym, zakres pomiarowy powinien obejmować częstotliwości od co najmniej 0,2-krotność dolnej granicy prędkości wału Do 2,5-krotnie większa od maksymalnej częstotliwości wzbudzania drgań (zwykle nieprzekraczająca 10 000 Hz). Dodatkowe informacje można znaleźć w normach ISO 13373-1, ISO 13373-2 i ISO 13373-3.

Wymagania dotyczące zakresu częstotliwości

Parametry pomiaru

Parametrem pomiarowym może być przemieszczenie, prędkość, lub oba, w zależności od kryterium oceny (patrz ISO 20816-1).

• Pomiary akcelerometrem: Jeśli pomiary wykorzystują akcelerometry (najczęściej stosowane), należy scałkować sygnał wyjściowy, aby uzyskać prędkość. Podwójne całkowanie powoduje przemieszczenie, ale należy uważać na zwiększony szum niskoczęstotliwościowy. Aby zredukować szum, należy zastosować filtr górnoprzepustowy lub cyfrowe przetwarzanie sygnału.
• Drgania wału: Górna granica częstotliwości musi wynosić co najmniej 3,5-krotność maksymalnej prędkości wału. Urządzenia muszą spełniać ISO 10817-1.
• Części nieobrotowe: Urządzenia muszą spełniać ISO 2954.

4.4 Monitorowanie ciągłe i okresowe

Ciągły monitoring: Zazwyczaj w przypadku dużych lub krytycznych maszyn, ciągłe pomiary monitorowanych wskaźników drgań są przeprowadzane za pomocą przetworników zamontowanych na stałe w najważniejszych punktach, zarówno w celu monitorowania stanu, jak i ochrony sprzętu. W niektórych przypadkach system pomiarowy jest zintegrowany z ogólnym systemem zarządzania sprzętem zakładowym.

Monitorowanie okresowe: W przypadku wielu maszyn ciągły monitoring jest zbędny. Odpowiednie informacje na temat rozwoju usterek (niewyważenia, zużycia łożysk, niewspółosiowości, luzów) można uzyskać poprzez pomiary okresowe. Wartości liczbowe zawarte w niniejszej normie mogą być wykorzystywane do okresowego monitorowania, pod warunkiem, że punkty pomiarowe i oprzyrządowanie spełniają wymagania normy.

Drgania wału: Urządzenia pomiarowe są zazwyczaj instalowane na stałe, ale pomiary mogą być wykonywane w regularnych odstępach czasu.

Części nieobrotowe: Przetworniki zazwyczaj instalowane są tylko na czas pomiaru. W przypadku maszyn o utrudnionym dostępie można zastosować przetworniki zamontowane na stałe, z sygnałem kierowanym do miejsc dostępnych.

4.5 Tryby pracy maszyny

Pomiary drgań przeprowadza się po osiągnięciu przez wirnik i łożyska temperatura równowagi w ustalonym trybie pracy, określonym przez takie cechy jak:

• Nominalna prędkość wału
• Napięcie zasilania
• Przepływ
• Ciśnienie robocze płynu
• Obciążenie

Maszyny o zmiennej prędkości lub zmiennym obciążeniu: Pomiary należy wykonywać we wszystkich trybach pracy charakterystycznych dla długotrwałej eksploatacji. Należy używać maksymalna wartość uzyskane we wszystkich trybach oceny stanu drgań.

4.6 Wibracje tła

Jeżeli wartość monitorowanego parametru uzyskana podczas pomiarów przekracza kryterium akceptacji i istnieją przesłanki wskazujące na możliwość występowania wysokich drgań tła na maszynie, należy przeprowadzić pomiary na zatrzymana maszyna do oceny drgań wywołanych przez źródła zewnętrzne.

4.7 Wybór typu pomiaru

Niniejsza norma przewiduje możliwość przeprowadzania pomiarów zarówno na częściach nieobrotowych, jak i na obracających się wałach maszyn. Wybór preferowanego typu pomiaru zależy od charakterystyki maszyny i przewidywanych rodzajów usterek.

Jeżeli zachodzi konieczność wyboru jednego z dwóch możliwych typów pomiaru, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:

Rozważania przy wyborze typu pomiaru:

• Prędkość wału: Pomiary części nieobrotowych są bardziej wrażliwe na drgania o wysokiej częstotliwości w porównaniu do pomiarów wałów.
• Typ łożyska: Łożyska toczne mają bardzo małe luzy; drgania wału są skutecznie przenoszone na obudowę. Pomiary obudowy zazwyczaj wystarczają. Łożyska ślizgowe mają większe luzy i tłumienie; drgania wału często dostarczają dodatkowych informacji diagnostycznych.
• Typ maszyny: Maszyny, w których luz łożyskowy jest porównywalny z amplitudą drgań wału, wymagają pomiarów wału, aby zapobiec kontaktowi. Maszyny z wyższymi harmonicznymi (przejście łopatki, zazębienie, przejście pręta) są monitorowane za pomocą pomiarów obudowy o wysokiej częstotliwości.
• Stosunek masy wirnika do masy podstawy: Maszyny, w których masa wału jest niewielka w porównaniu z masą podstawy, przenoszą niewielkie drgania na podstawę. Pomiar wału jest bardziej efektywny.
• Elastyczność wirnika: Elastyczne wirniki: względne drgania wału dostarczają więcej informacji na temat zachowania wirnika.
• Zgodność cokołu: Elastyczne podstawy zapewniają lepszą reakcję wibracji na częściach nieobrotowych.
• Doświadczenie pomiarowe: Jeżeli posiadasz duże doświadczenie z konkretnym typem pomiaru na podobnych maszynach, kontynuuj stosowanie tego typu.

Szczegółowe zalecenia dotyczące wyboru metody pomiaru znajdują się w normie ISO 13373-1. Ostateczne decyzje powinny uwzględniać dostępność, żywotność przetwornika oraz koszty instalacji.

Miejsca i kierunki pomiarów

• Zmierz na obudowy łożysk lub podstawy — nie na cienkościennych pokrywach ani elastycznych powierzchniach
• Użycie dwa wzajemnie prostopadłe kierunki promieniowe w każdym miejscu łożyska
• W przypadku maszyn poziomych jeden kierunek jest zazwyczaj pionowy
• W przypadku maszyn pionowych lub pochyłych należy wybrać kierunki zapewniające maksymalne drgania
• Drgania osiowe na łożyska oporowe wykorzystuje te same ograniczenia co drgania promieniowe
• Unikaj lokalizacji z lokalne rezonanse — potwierdź, porównując pomiary w pobliskich punktach

Warunki pracy

• Zmierz w praca w stanie ustalonym przy nominalnej prędkości i obciążeniu
• Umożliwić dotarcie wirnika i łożysk równowaga termiczna
• W przypadku maszyn o zmiennej prędkości/obciążeniu należy dokonać pomiaru we wszystkich charakterystycznych punktach pracy i zastosować maksymalną wartość
• Warunki dokumentu: prędkość, obciążenie, temperatury, ciśnienia, natężenia przepływu

Rozdział 6 — Kryteria oceny stanu wibracji

6.1 Ogólne

Norma ISO 20816-1 zawiera ogólny opis dwóch kryteriów oceny stanu drgań różnych klas maszyn. Jedno kryterium stosuje się do wartość bezwzględna monitorowanego parametru drgań w szerokim paśmie częstotliwości; drugi jest stosowany do zmiany w tej wartości (niezależnie od tego czy zmiany są wzrostami czy spadkami).

Zwyczajowo stan drgań maszyny ocenia się na podstawie wartości skutecznej RMS prędkości drgań na częściach nieobrotowych, co wynika głównie z prostoty wykonywania odpowiednich pomiarów. Jednak w przypadku wielu maszyn zaleca się również pomiar względnych przemieszczeń wału międzyszczytowego, a jeśli takie dane pomiarowe są dostępne, mogą one również posłużyć do oceny stanu drgań maszyny.

6.2 Kryterium I — Ocena według wielkości bezwzględnej

6.2.1 Wymagania ogólne

Do pomiarów wału obrotowego: Stan drgań ocenia się na podstawie maksymalnej wartości przemieszczenia międzyszczytowego w szerokopasmowych drganiach. Ten monitorowany parametr jest uzyskiwany z pomiarów przemieszczeń w dwóch określonych kierunkach ortogonalnych.

W przypadku pomiarów części nieobrotowych: Stan drgań ocenia się na podstawie maksymalnej wartości skutecznej szerokopasmowej prędkości drgań na powierzchni łożyska lub w jej bezpośrednim sąsiedztwie.

Zgodnie z tym kryterium określa się wartości graniczne monitorowanego parametru, które można uznać za akceptowalne z punktu widzenia:

• Obciążenia dynamiczne na łożyskach
• Luzy promieniowe w łożyskach
• Wibracje przenoszone przez maszynę na konstrukcję nośną i fundament

Maksymalna wartość monitorowanego parametru uzyskana dla każdego łożyska lub cokołu łożyska jest porównywana z wartością graniczną dla danej grupy maszyn i typu podpory. Bogate doświadczenie w obserwacji drgań maszyn wymienionych w rozdziale 1 pozwala na wyznaczenie granic stref drgań, co w większości przypadków pozwala zapewnić niezawodną, długotrwałą pracę maszyny.

Wyznaczone strefy drgań służą do oceny drgań maszyny w określonym, ustalonym trybie pracy, przy nominalnej prędkości obrotowej wału i nominalnym obciążeniu. Koncepcja trybu ustalonego dopuszcza powolne zmiany obciążenia. Ocena jest… nie wykonano jeśli tryb pracy różni się od określonego lub w stanach przejściowych, takich jak rozbieg, wybieg lub przejście przez strefy rezonansowe (patrz 6.4).

Ogólne wnioski dotyczące stanu drgań są często formułowane na podstawie pomiarów drgań zarówno nieruchomych, jak i obrotowych części maszyn.

Drgania osiowe Łożysk ślizgowych zazwyczaj nie mierzy się podczas ciągłego monitorowania stanu drgań. Pomiary takie wykonuje się zazwyczaj podczas okresowego monitorowania lub w celach diagnostycznych, ponieważ drgania osiowe mogą być bardziej wrażliwe na niektóre rodzaje usterek. Niniejsza norma zawiera kryteria oceny jedynie dla drgania osiowe łożysk oporowych, gdzie koreluje to z pulsacjami osiowymi mogącymi spowodować uszkodzenie maszyny.

6.2.2 Strefy warunków wibracji

6.2.2.1 Opis ogólny

W celu jakościowej oceny drgań maszyn i podjęcia decyzji o niezbędnych środkach ustalono następujące strefy stanu drgań:

Strefa A — Nowo uruchomione maszyny zazwyczaj zaliczają się do tej strefy.

Strefa B — Maszyny mieszczące się w tej strefie są zazwyczaj uznawane za nadające się do ciągłej pracy bez ograniczeń czasowych.

Strefa C — Maszyny należące do tej strefy są zazwyczaj uważane za nieodpowiednie do długotrwałej, ciągłej pracy. Zazwyczaj takie maszyny mogą działać przez ograniczony czas, aż do momentu, gdy pojawi się odpowiednia okazja do przeprowadzenia naprawy.

Strefa D — Poziom drgań w tej strefie jest zwykle uważany za wystarczająco poważny, aby spowodować uszkodzenie maszyny.

6.2.2.2 Wartości liczbowe granic strefy

Ustalone wartości liczbowe granic stref warunków drgań to: nie są przeznaczone do stosowania jako kryteria akceptacji, co powinno być przedmiotem porozumienia między dostawcą a klientem maszyny. Jednakże granice te mogą służyć jako ogólne wytyczne, pozwalające uniknąć niepotrzebnych kosztów redukcji drgań i zapobiec nadmiernie rygorystycznym wymaganiom.

Czasami cechy konstrukcyjne maszyny lub doświadczenie eksploatacyjne mogą wymagać ustalenia innych wartości granicznych (wyższych lub niższych). W takich przypadkach producent zazwyczaj przedstawia uzasadnienie zmiany granic, a w szczególności potwierdza, że zwiększony poziom drgań dozwolony zgodnie z tymi zmianami nie doprowadzi do obniżenia niezawodności maszyny.

6.2.2.3 Kryteria akceptacji

Kryteria akceptacji drgań maszyn są następujące: zawsze przedmiotem umowy między dostawcą a klientem, które muszą zostać udokumentowane przed dostawą lub w momencie dostawy (pierwsza opcja jest preferowana). W przypadku dostawy nowej maszyny lub zwrotu maszyny po generalnym remoncie, granice stref wibracji mogą być podstawą do ustalenia takich kryteriów. Należy jednak pamiętać o wartościach liczbowych granic stref. nie być stosowane domyślnie jako kryteria akceptacji.

Typowe zalecenie: Monitorowany parametr drgań nowej maszyny powinien mieścić się w strefie A lub B, ale nie powinien przekraczać granicy między tymi strefami o więcej niż 1,25 razy. Zalecenie to może nie zostać wzięte pod uwagę przy ustalaniu kryteriów akceptacji, jeżeli podstawą są cechy konstrukcyjne maszyny lub zgromadzone doświadczenie eksploatacyjne z podobnymi typami maszyn.

Badania odbiorcze przeprowadza się w ściśle określonych warunkach pracy maszyny (wydajność, prędkość obrotowa, natężenie przepływu, temperatura, ciśnienie itp.) w określonym przedziale czasowym. Jeśli maszyna została dostarczona po wymianie jednego z głównych zespołów lub konserwacji, rodzaj wykonanych prac oraz wartości monitorowanych parametrów przed wycofaniem maszyny z procesu produkcyjnego są uwzględniane przy ustalaniu kryteriów odbioru.

6.3 Kryterium II — Ocena na podstawie zmiany wielkości

Kryterium to opiera się na porównaniu bieżącej wartości monitorowanego parametru drgań szerokopasmowych podczas pracy maszyny w stanie ustalonym (z dopuszczalnymi niewielkimi odchyleniami w charakterystyce pracy) z wcześniej ustaloną wartością wartość bazowa (referencyjna).

Istotne zmiany mogą wymagać podjęcia odpowiednich środków nawet jeśli granica strefy B/C nie została jeszcze osiągnięta. Zmiany te mogą rozwijać się stopniowo lub mieć charakter nagły, będąc następstwem początkowego uszkodzenia lub innych zakłóceń w pracy maszyny.

Porównywany parametr drgań musi zostać uzyskany za pomocą ta sama pozycja i orientacja przetwornika dla tego samego trybu pracy maszyny. W przypadku wykrycia istotnych zmian, bada się ich możliwe przyczyny w celu zapobiegania niebezpiecznym sytuacjom.

6.4 Ocena stanu drgań w trybach przejściowych

Granice stref warunków drgań podane w załącznikach A i B mają zastosowanie do drgań w praca maszyny w stanie ustalonym. Przejściowym trybom pracy zazwyczaj towarzyszą wyższe drgania. Przykładem są drgania maszyny na elastycznym podparciu podczas rozruchu lub wybiegu, kiedy wzrost drgań jest związany z przejściem przez krytyczne prędkości wirnika. Dodatkowo, wzrost drgań może być obserwowany z powodu niewspółosiowości współpracujących części obrotowych lub łuku wirnika podczas nagrzewania.

Analizując stan drgań maszyny, należy zwrócić uwagę na to, jak drgania reagują na zmiany trybu pracy i zewnętrzne warunki pracy. Chociaż niniejsza norma nie uwzględnia oceny drgań w przejściowych trybach pracy maszyny, jako ogólną wskazówkę można przyjąć, że drgania są akceptowalne, jeżeli w przejściowych trybach pracy o ograniczonym czasie trwania nie przekraczają górna granica strefy C.

Kryterium II — Zmiana w stosunku do wartości wyjściowej

Nawet jeśli wibracje pozostają w strefie B, istotna zmiana w stosunku do wartości wyjściowej wskazuje na rozwijające się problemy:

6.5. Graniczne poziomy drgań w pracy w stanie ustalonym

6.5.1 Ogólne

Z reguły dla maszyn przeznaczonych do długotrwałej pracy ustala się graniczne poziomy drgań, których przekroczenie w stanie ustalonej pracy maszyny prowadzi do pojawienia się sygnałów alarmowych typu OSTRZEŻENIE lub WYCIECZKA.

OSTRZEŻENIE — powiadomienie mające na celu zwrócenie uwagi na fakt, że wartość monitorowanego parametru drgań lub jego zmiana osiągnęła poziom, po przekroczeniu którego może być konieczne podjęcie działań naprawczych. Z reguły po pojawieniu się komunikatu OSTRZEŻENIE maszyna może być eksploatowana przez pewien czas, w celu zbadania przyczyn zmiany drgań i określenia, jakie działania naprawcze należy podjąć.

WYCIECZKA — powiadomienie informujące, że parametr drgań osiągnął poziom, przy którym dalsza praca maszyny może doprowadzić do jej uszkodzenia. Po osiągnięciu poziomu TRIP należy natychmiast podjąć działania w celu ograniczenia drgań lub zatrzymać maszynę.

Ze względu na różnice w obciążeniach dynamicznych i sztywnościach podparć maszyny, dla różnych punktów i kierunków pomiaru mogą być ustalane różne poziomy graniczne drgań.

6.5.2 Ustawianie poziomu OSTRZEŻENIA

Poziom OSTRZEŻENIA może się znacznie różnić (rosnąć lub maleć) w zależności od maszyny. Zazwyczaj poziom ten jest określany w odniesieniu do określonego poziom bazowy uzyskane dla każdego konkretnego egzemplarza maszyny dla określonego punktu i określonego kierunku pomiaru w oparciu o doświadczenie operacyjne.

Zaleca się ustawienie poziomu OSTRZEŻENIA tak, aby przekraczał on poziom bazowy o 25% górnej wartości granicznej strefy B. Jeżeli poziom wyjściowy jest niski, poziom OSTRZEGAWCZY może znajdować się poniżej strefy C.

Jeśli poziom bazowy nie jest zdefiniowany (np. dla nowej maszyny), poziom OSTRZEŻENIA jest określany na podstawie doświadczenia eksploatacyjnego z podobnymi maszynami lub w odniesieniu do uzgodnionych dopuszczalnych wartości monitorowanego parametru drgań. Po pewnym czasie, na podstawie obserwacji drgań maszyny, ustala się poziom bazowy i odpowiednio dostosowuje poziom OSTRZEŻENIA.

Poziom OSTRZEŻENIA jest zazwyczaj ustawiony tak, aby: nie przekracza górnej granicy Strefy B o więcej niż 1,25 raza.

Jeżeli nastąpi zmiana poziomu bazowego (np. po naprawie maszyny), należy również odpowiednio dostosować poziom OSTRZEGAWCZY.

6.5.3 Ustawianie poziomu TRIP

Poziom TRIP jest zazwyczaj kojarzony z zachowaniem integralności mechanicznej maszyny, która z kolei jest determinowana przez jej cechy konstrukcyjne i zdolność do wytrzymywania nienormalnych sił dynamicznych. Dlatego poziom TRIP jest zazwyczaj to samo dotyczy maszyn o podobnej konstrukcji i jest nie jest związane z linią bazową.

Ze względu na różnorodność konstrukcji maszyn, nie jest możliwe podanie uniwersalnych wytycznych dotyczących ustawiania poziomu TRIP. Zazwyczaj poziom TRIP jest ustawiany w strefie C lub D, ale nie wyżej niż granica między tymi strefami o więcej niż 25%.

6.6 Dodatkowe procedury i kryteria

Jest nie ma prostej metody obliczenia Drgania podstawy łożyska wynikające z drgań wału (lub odwrotnie, drgania wału wynikające z drgań podstawy). Różnica między drganiami bezwzględnymi i względnymi wału jest związana z drganiami podstawy łożyska, ale z reguły nie jest mu równy.

Konsekwencje praktyczne: Jeśli drgania obudowy wskazują na strefę B (dopuszczalne), a drgania wału na strefę C (ograniczone), należy zaklasyfikować maszynę do strefy C i zaplanować działania naprawcze. Zawsze należy stosować ocenę najgorszego scenariusza, gdy dostępne są pomiary podwójne.

6.7 Ocena oparta na wektorowej reprezentacji informacji

Zmiana amplitudy pojedynczego składnika częstotliwości drgań, nawet jeśli jest znacząca, jest niekoniecznie w towarzystwie przez znaczną zmianę sygnału drgań szerokopasmowych. Na przykład, powstanie pęknięcia w wirniku może spowodować pojawienie się znaczących harmonicznych częstotliwości obrotowej, ale ich amplitudy mogą pozostać małe w porównaniu ze składową przy prędkości obrotowej. Nie pozwala to na wiarygodne śledzenie skutków rozwoju pęknięć poprzez same zmiany drgań szerokopasmowych.

Monitorowanie zmian amplitudy poszczególnych składowych drgań w celu uzyskania danych do dalszych procedur diagnostycznych wymaga zastosowania specjalistyczny sprzęt pomiarowy i analityczny, zwykle bardziej złożone i wymagające specjalnych kwalifikacji do jego stosowania (patrz ISO 18436-2).

Metody ustalone w tej normie są: ograniczone do pomiaru drgań szerokopasmowych bez oceny amplitud i faz poszczególnych składowych częstotliwości. W większości przypadków jest to wystarczające do przeprowadzenia testów odbiorczych maszyn i monitorowania ich stanu w miejscu instalacji.

Jednakże stosowanie w programach monitorowania i diagnostyki długoterminowej informacje wektorowe Znajomość składowych częstotliwości (zwłaszcza przy prędkości obrotowej i jej drugiej harmonicznej) pozwala na ocenę zmian w dynamice maszyny, które są nieodróżnialne przy monitorowaniu jedynie drgań szerokopasmowych. Analiza zależności między poszczególnymi składowymi częstotliwości a ich fazami znajduje coraz większe zastosowanie w systemach monitorowania stanu i diagnostyki.

Uwaga: Niniejsza norma nie określa kryteriów oceny stanu drgań w oparciu o zmiany składowych wektora. Bardziej szczegółowe informacje na ten temat podano w normach ISO 13373-1, ISO 13373-2, ISO 13373-3 (patrz również ISO 20816-1).

8. Praca przejściowa

Podczas rozpędzania, wybiegu lub pracy z prędkością przekraczającą znamionową należy spodziewać się większych drgań, zwłaszcza przy przechodzeniu z prędkościami krytycznymi.

9. Wibracje tła

Jeśli zmierzone drgania przekraczają dopuszczalne granice i istnieje podejrzenie drgań tła, należy wykonać pomiar przy zatrzymanej maszynie. Korekta jest konieczna, jeśli tło przekracza:

• 25% wartości mierzonej podczas pracy, LUB
• 25% granicy B/C dla tej klasy maszyn

Załącznik C (informacyjny) — Granice stref i luzy łożyskowe

Do maszyn z łożyska ślizgowe (z warstwą płynu), Podstawowym warunkiem bezpiecznej eksploatacji jest wymóg, aby przemieszczenia wału na klinie olejowym nie dopuszczały do kontaktu z panewką łożyska. Dlatego granice stref względnych przemieszczeń wału podane w załączniku B muszą być zgodne z tym wymogiem.

W szczególności w przypadku łożysk o małym luzie może być konieczne zmniejszyć wartości graniczne strefy. Stopień redukcji zależy od rodzaju łożyska i kąta między kierunkiem pomiaru a kierunkiem minimalnego luzu.

Przykład: Duża turbina parowa (3000 obr./min, łożysko ślizgowe)

• Obliczone B/C (załącznik B): S(pp) = 9000/√3000 ≈ 164 μm
• Rzeczywisty luz łożyskowy: 150 μm
• Ponieważ 164 > 150, należy stosować limity oparte na prześwicie:
• A/B = 0,4 × 150 = 60 mikrometrów
• B/C = 0,6 × 150 = 90 mikrometrów
• C/D = 0,7 × 150 = 105 mikrometrów

Nota aplikacyjna: Te skorygowane wartości obowiązują przy pomiarze drgań wału w łożysku lub w jego pobliżu. W przypadku innych lokalizacji wału z większymi luzami promieniowymi mogą mieć zastosowanie standardowe wzory z Załącznika B.

Załącznik D (informacyjny) — Stosowalność kryterium stałej prędkości dla maszyn wolnoobrotowych

Niniejszy załącznik uzasadnia brak konieczności stosowania kryteriów opartych na pomiarze prędkości w przypadku maszyn o niskiej częstotliwości drgań (poniżej 120 obr./min). W przypadku maszyn wolnoobrotowych kryteria oparte na pomiar przemieszczenia Użycie odpowiedniego sprzętu pomiarowego może być bardziej odpowiednie. Jednakże kryteria te nie są uwzględnione w niniejszej normie.

Historyczne podstawy kryterium prędkości

Propozycja wykorzystania wibracji prędkość mierzoną na nieobrotowych częściach maszyn jako podstawę opisu stanu drgań sformułowano na podstawie uogólnienia licznych wyników badań (patrz np. pionierska praca Rathbone TC, 1939) z uwzględnieniem pewnych zagadnień fizycznych.

W związku z tym przez wiele lat uważano, że maszyny są równoważne pod względem stanu i wpływu drgań na nie, jeśli wyniki pomiaru prędkości RMS w zakresie częstotliwości od 10 do 1000 Hz pokrywają się. Zaletą tego podejścia była możliwość stosowania tych samych kryteriów stanu drgań niezależnie od składu częstotliwości drgań czy częstotliwości obrotowej maszyny.

Z drugiej strony, przyjęcie przemieszczenia lub przyspieszenia jako podstawy oceny stanu drgań wiązałoby się z koniecznością skonstruowania kryteriów zależnych od częstotliwości, ponieważ stosunek przemieszczenia do prędkości jest odwrotnie proporcjonalny do częstotliwości drgań, a stosunek przyspieszenia do prędkości jest do niej wprost proporcjonalny.

Paradigmat stałej prędkości

Wykorzystanie wibracji prędkość ponieważ główny parametr opiera się na obszernych testach i obserwacji, że maszyny są "równoważne" pod względem stanu, jeśli wykazują taką samą prędkość RMS w zakresie 10–1000 Hz, niezależnie od zawartości częstotliwości.

Korzyść: Prostota. Jeden zestaw ograniczeń prędkości obowiązuje w szerokim zakresie prędkości, bez korekt zależnych od częstotliwości.

Problem przy niskich częstotliwościach: Stosunek przemieszczenia do prędkości jest odwrotnie proporcjonalny do częstotliwości:

Przy bardzo niskich częstotliwościach (< 10 Hz), akceptując stałą prędkość (np. 4,5 mm/s) może dopuszczać nadmiernie duże przemieszczenie, co może powodować naprężenie połączonych elementów (rur, złączy) lub wskazywać na poważne problemy konstrukcyjne.

Ilustracja graficzna (z załącznika D)

Rozważmy stałą prędkość 4,5 mm/s przy różnych prędkościach ruchu:

Obserwacja: Wraz ze spadkiem prędkości, przemieszczenie gwałtownie rośnie. Przemieszczenie 358 μm przy 120 obr./min może powodować nadmierne obciążenie sprzęgieł lub pękanie filmu olejowego w łożyskach ślizgowych, nawet jeśli prędkość jest "dopuszczalna"."

Rysunek D.1 przedstawia prostą zależność matematyczną między stałą prędkością a zmiennym przemieszczeniem przy różnych częstotliwościach obrotowych. Jednocześnie pokazuje, jak zastosowanie kryterium stałej prędkości może prowadzić do wzrostu przemieszczenia podstawy łożyska wraz ze spadkiem częstotliwości obrotowej. Chociaż siły dynamiczne działające na łożysko mieszczą się w dopuszczalnych granicach, znaczne przemieszczenia obudowy łożyska mogą mieć negatywny wpływ na połączone elementy maszyny, takie jak rurociągi olejowe.

Konfiguracja Balanset-1A dla maszyn wolnoobrotowych

Podczas pomiaru maszyn ≤600 obr./min:

• Ustaw dolną granicę zakresu częstotliwości na 2 Hz (nie 10 Hz)
• Wyświetl oba Prędkość (mm/s) oraz Przesunięcie (μm) metryka
• Porównaj oba parametry z progami ze standardu/procedury (wprowadź je do kalkulatora)
• Jeżeli mierzona jest tylko prędkość i przekroczenie jest możliwe, ale przemieszczenie jest nieznane, ocena jest niekompletny
• Upewnij się, że przetwornik ma liniową odpowiedź do 2 Hz (sprawdź certyfikat kalibracji)

12. Praca przejściowa: rozbieg, hamowanie wybiegiem i przekroczenie prędkości

Granice stref w załącznikach A i B mają zastosowanie do: praca w stanie ustalonym przy nominalnej prędkości i obciążeniu. W warunkach przejściowych (rozruch, wyłączanie, zmiany prędkości) należy spodziewać się wyższych wibracji, zwłaszcza podczas przechodzenia przez prędkości krytyczne (rezonanse).

Tabela 1 — Zalecane limity podczas stanów przejściowych

Uwaga dotycząca prędkości <20%: Przy bardzo niskich prędkościach kryteria prędkości mogą nie mieć zastosowania (patrz załącznik D). Przemieszczenie staje się krytyczne.

Praktyczna interpretacja

• Maszyna może chwilowo przekroczyć granice stanu ustalonego podczas przyspieszania/zwalniania
• Dopuszcza się drgania wału o wartości 1,5× przekraczającej granicę C/D (do prędkości 90%), aby umożliwić przekroczenie prędkości krytycznych
• Jeżeli wibracje pozostają wysokie po osiągnięciu prędkości roboczej, oznacza to trwała usterka, nie jest to rezonans przejściowy

Analiza spadku Balanset-1A

Balanset-1A zawiera funkcję wykresu "RunDown" (eksperymentalną), która rejestruje amplitudę drgań w funkcji obrotów na minutę podczas wybiegu:

• Identyfikuje prędkości krytyczne: Ostre szczyty amplitudy wskazują na rezonanse
• Sprawdza szybkie przejście: Wąskie szczyty potwierdzają, że maszyna przechodzi szybko (dobrze)
• Wykrywa błędy zależne od prędkości: Ciągły wzrost amplitudy wraz z prędkością wskazuje na problemy aerodynamiczne lub procesowe

Dane te są niezwykle cenne dla odróżnienia przejściowych pików (akceptowalnych zgodnie z Tabelą 1) od ustalonych, nadmiernych drgań (niedopuszczalnych).

13. Praktyczny przepływ pracy dla zgodności z normą ISO 20816-3

14. Temat zaawansowany: Teoria bilansowania współczynników wpływu

W przypadku zdiagnozowania niewyważenia maszyny (wysokie drgania 1×, stabilna faza) Balanset-1A wykorzystuje Metoda współczynnika wpływu do obliczenia dokładnych wag korekcyjnych.

Podstawy Matematyki

Reakcję wirnika na drgania modeluje się jako układ liniowy gdzie dodanie masy zmienia wektor drgań:

Procedura wyważania trójprzebiegowego (pojedyncza płaszczyzna)

1. Początkowy przebieg (Przebieg 0):
   • Pomiar wibracji: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
   • Wektor: V₀ = 6,2∠45°
2. Bieg z obciążeniem próbnym (bieg 1):
   • Dodaj masę próbną: M_proces = 20 g pod kątem θ_proces = 0°
   • Pomiar wibracji: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
   • Wektor: V₁ = 4,1∠110°
3. Oblicz współczynnik wpływu:
   • ΔV = V₁ − V₀ = (odejmowanie wektorów)
   • α = ΔV / (20 g ∠ 0°)
   • α mówi nam, "ile drgań zmienia się na każdy gram dodanej masy"
4. Oblicz poprawkę:
   • M_korr = −V₀ / α
   • Wynik: M_korr = 28,5 g pod kątem θ_korr = 215°
5. Zastosuj poprawkę i zweryfikuj:
   • Usuń wagę próbną
   • Dodaj 28,5 g przy 215° (mierząc od znaku odniesienia na wirniku)
   • Pomiar drgań końcowych: A_finał = 1,1 mm/s (cel: <1,4 mm/s dla strefy A)

Dlaczego to działa

Niewyważenie powoduje powstanie siły odśrodkowej F = m × e × ω², gdzie m to masa niezrównoważona, e to jej mimośród, a ω to prędkość kątowa. Siła ta generuje wibracje. Dodając precyzyjnie obliczoną masę pod określonym kątem, tworzymy równy i przeciwny siła odśrodkowa, niwelując pierwotne niewyważenie. Oprogramowanie Balanset-1A automatycznie wykonuje złożone obliczenia wektorowe, prowadząc technika przez cały proces.

11. Fizyka i wzory odniesienia

Podstawy przetwarzania sygnałów

Związek między przemieszczeniem, prędkością i przyspieszeniem

Dla drgania sinusoidalne przy częstotliwości f (Hz) zależności między przemieszczeniem (d), prędkością (v) i przyspieszeniem (a) są określone przez rachunek różniczkowy:

Kluczowa informacja: Prędkość jest proporcjonalna do częstotliwości × przemieszczenia. Przyspieszenie jest proporcjonalne do częstotliwości² × przemieszczenia. Oto dlaczego:

• Na niskie częstotliwości (< 10 Hz), przesunięcie jest parametrem krytycznym
• Na średnie częstotliwości (10–1000 Hz), prędkość dobrze koreluje z energią i jest niezależna od częstotliwości
• Na wysokie częstotliwości (> 1000 Hz) przyspieszenie staje się dominujące

Wartości RMS i wartości szczytowe

The Średnia kwadratowa (RMS) Wartość reprezentuje efektywną energię sygnału. Dla czystej fali sinusoidalnej:

Dlaczego RMS? RMS koreluje bezpośrednio z moc oraz zmęczenie stres nałożony na elementy maszyny. Sygnał wibracyjny z V_RMS = 4,5 mm/s dostarcza taką samą energię mechaniczną bez względu na złożoność kształtu fali.

Obliczanie szerokopasmowej wartości skutecznej (RMS)

W przypadku sygnału złożonego zawierającego wiele składowych częstotliwości (jak w rzeczywistych maszynach):

Gdzie każdy V_RMS,i Reprezentuje amplitudę RMS przy określonej częstotliwości (1×, 2×, 3× itd.). Jest to wartość "ogólna" wyświetlana przez analizatory drgań i wykorzystywana do oceny stref zgodnie z normą ISO 20816-3.

Architektura przetwarzania sygnału Balanset-1A

Przykład praktyczny: przegląd diagnostyczny

Scenariusz: Pompa odśrodkowa o mocy 75 kW pracująca z prędkością 1480 obr./min (24,67 Hz) na sztywnym fundamencie betonowym.

Krok 1: Klasyfikacja

• Moc: 75 kW → Grupa 2 (15–300 kW)
• Fundament: sztywny (sprawdzony testem udarności)
• Określ progi A/B, B/C, C/D na podstawie standardowej kopii/specyfikacji i wprowadź je do kalkulatora

Krok 2: Pomiar za pomocą Balanset-1A

• Montaż akcelerometry na obudowach łożysk pompy (zewnętrznych i wewnętrznych)
• Wejdź w tryb "Wibrometr" (F5)
• Zakres częstotliwości ustawienia: 10–1000 Hz
• Zapisz całkowitą prędkość średniokwadratową: 6,2 mm/s

Krok 3: Ocena strefy

Porównaj zmierzoną wartość (np. 6,2 mm/s RMS) z wprowadzonymi progami: powyżej C/D → STREFA D; pomiędzy B/C i C/D → STREFA C, itp.

Krok 4: Diagnoza widmowa

Przełącz na tryb FFT. Widmo pokazuje:

• Składowa 1× (24,67 Hz): 5,8 mm/s — dominująca
• Składowa 2× (49,34 Hz): 1,2 mm/s — Niewielkie
• Inne częstotliwości: Nieistotny

Diagnoza: Wysokie drgania 1× ze stabilną fazą → Brak równowagi

Krok 5: Wyważanie za pomocą Balanset-1A

Wejdź w tryb "Wyważania w pojedynczej płaszczyźnie":

• Początkowy przebieg: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
• Waga próbna: Dodaj 20 gramów pod kątem 0° (dowolny kąt)
• Próba generalna: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
• Oprogramowanie oblicza: Masa korekcyjna = 28,5 grama przy kącie = 215°
• Zastosowano korektę: Zdjąć ciężarek próbny, dodać 28,5 g w temperaturze 215°
• Przebieg weryfikacji: A_finał = 1,1 mm/s

Krok 6: Weryfikacja zgodności

1,1 mm/s < 1,4 mm/s (granica A/B) → STREFA A — Doskonały stan!

Pompa jest teraz zgodna z normą ISO 20816-3, co oznacza nieograniczoną, długotrwałą eksploatację. Generuj raport dokumentujący stan przed (6,2 mm/s, strefa D) i po (1,1 mm/s, strefa A) wraz z wykresami widma.

Dlaczego prędkość jest najważniejszym kryterium

Prędkość drgań dobrze koreluje z intensywnością drgań w szerokim zakresie częstotliwości, ponieważ:

• Prędkość odnosi się do energia przekazywane do fundamentów i otoczenia
• Prędkość jest stosunkowo niezależnie od częstotliwości dla typowego sprzętu przemysłowego
• Przy bardzo niskich częstotliwościach (<10 Hz) przesunięcie staje się czynnikiem ograniczającym
• Przy bardzo wysokich częstotliwościach (>1000 Hz) przyspieszenie staje się istotne (szczególnie w diagnostyce łożysk)

Odchylenie statyczne i częstotliwość własna

Aby oszacować, czy fundament jest sztywny czy elastyczny:

Oszacowanie prędkości krytycznej

Pierwsza prędkość krytyczna prostego wirnika:

15. Typowe błędy i pułapki w stosowaniu normy ISO 20816-3

16. Integracja z szerszą strategią monitorowania stanu

Norma ISO 20816-3 określa limity drgań. konieczne, ale niewystarczające do kompleksowego zarządzania stanem maszyn. Zintegruj dane dotyczące drgań z:

• Analiza oleju: Cząstki zużycia, spadek lepkości, zanieczyszczenie
• Termografia: Temperatury łożysk, gorące punkty uzwojenia silnika, nagrzewanie spowodowane brakiem współosiowości
• Ultradźwięk: Wczesne wykrywanie usterek smarowania łożysk, łuków elektrycznych
• Analiza sygnatury prądu silnika (MCSA): Wady prętów wirnika, mimośrodowość, zmiany obciążenia
• Parametry procesu: Przepływ, ciśnienie, zużycie energii — koreluj skoki wibracji z zakłóceniami procesu

Balanset-1A zapewnia słup wibracyjny tej strategii. Wykorzystaj funkcje archiwizacji i trendów, aby zbudować bazę danych historycznych. Powiąż zdarzenia drgań z zapisami konserwacji, datami pobrań próbek oleju i dziennikami operacyjnymi.

17. Rozważania regulacyjne i umowne

Testowanie akceptacyjne (nowe maszyny)

Ważne: granice stref są zazwyczaj wskazówkami do oceny stanu, podczas gdy kryteria akceptacji w przypadku nowej maszyny są określone w umowie/specyfikacji i uzgodnione pomiędzy dostawcą i klientem.

Rola Balanset-1A: Podczas testów odbioru fabrycznego (FAT) lub testów odbioru na miejscu (SAT), Balanset-1A weryfikuje poziomy drgań deklarowane przez dostawcę. Generuje udokumentowane raporty potwierdzające zgodność z limitami umownymi.

Ubezpieczenia i odpowiedzialność

W niektórych jurysdykcjach obsługa maszyn w Strefa D Może unieważnić ubezpieczenie w przypadku poważnej awarii. Udokumentowane oceny zgodne z normą ISO 20816-3 potwierdzają należytą staranność w dbaniu o maszyny.

18. Przyszłe kierunki rozwoju: rozszerzenie serii ISO 20816

Seria ISO 20816 jest stale rozwijana. Nadchodzące części i poprawki obejmują:

• ISO 20816-6: Maszyny tłokowe (zastępujące ISO 10816-6)
• ISO 20816-7: Pompy wirowe (zastępujące ISO 10816-7)
• ISO 20816-8: Systemy sprężarek tłokowych (nowe)
• ISO 20816-21: Turbiny wiatrowe (zastępujące normę ISO 10816-21)

Normy te przyjmą podobne założenia dotyczące granic stref, ale z dostosowaniami specyficznymi dla danej maszyny. Balanset-1A, dzięki swojej elastycznej konfiguracji i szerokiemu zakresowi częstotliwości/amplitudy, pozostanie kompatybilny po opublikowaniu tych norm.

19. Studia przypadków

Studium przypadku 1: Unikanie błędnej diagnozy dzięki podwójnemu pomiarowi

Maszyna: Turbina parowa 5 MW, 3000 obr./min, łożyska ślizgowe

Sytuacja: Wibracje obudowy łożyska = 3,0 mm/s (strefa B, akceptowalna). Jednak operatorzy zgłaszali nietypowy hałas.

Dochodzenie: Balanset-1A podłączony do istniejących sond zbliżeniowych. Drgania wału = 180 μm pp. Obliczona granica B/C (załącznik B) = 164 μm. Wał w Strefa C!

Przyczyna główna: Niestabilność filmu olejowego (wirowanie oleju). Drgania obudowy były niskie ze względu na dużą masę podstawy tłumiącą ruch wału. Opieranie się wyłącznie na pomiarach obudowy pozwoliłoby na przeoczenie tego niebezpiecznego stanu.

Działanie: Skorygowano ciśnienie oleju w łożyskach, zmniejszono luz poprzez ponowne podłożenie podkładek. Drgania wału zredukowano do 90 μm (strefa A).

Studium przypadku 2: Wyważanie ratuje krytyczny wentylator

Maszyna: Wentylator wyciągowy 200 kW, 980 obr./min, sprzęgło elastyczne

Stan początkowy: Wibracje = 7,8 mm/s (strefa D). Zakład rozważa awaryjne wyłączenie i wymianę łożysk ($50 000, 3-dniowa przerwa w pracy).

Diagnoza Balanset-1A: FFT pokazuje 1× = 7,5 mm/s, 2× = 0,8 mm/s. Faza stabilna. Brak równowagi, nie noszące uszkodzeń.

Wyważanie w terenie: Wyważanie dwupłaszczyznowe wykonane na miejscu w ciągu 4 godzin. Końcowa prędkość drgań = 1,6 mm/s (strefa A).

Wynik: Uniknięcie wyłączenia, oszczędność $50 000. Przyczyna: erozja krawędzi natarcia łopatek spowodowana pyłem ściernym. Naprawa poprzez wyważenie; planowana regeneracja łopatek przy następnej planowanej awarii.

20. Wnioski i najlepsze praktyki

Przejście do ISO 20816-3:2022 reprezentuje dojrzałość w analizie drgań, wymagając opartego na fizyce, dwuwymiarowego podejścia do stanu maszyn. Najważniejsze wnioski:

The System Balanset-1A Wykazuje ścisłą zgodność z wymogami normy ISO 20816-3. Jego specyfikacje techniczne – zakres częstotliwości, dokładność, elastyczność czujników i przepływ pracy oprogramowania – umożliwiają zespołom utrzymania ruchu nie tylko diagnozowanie niezgodności, ale także ich aktywne korygowanie poprzez precyzyjne wyważanie. Łącząc analizę widma diagnostycznego z możliwością wyważania korekcyjnego, Balanset-1A umożliwia inżynierom ds. niezawodności utrzymanie zasobów przemysłowych w Strefie A/B, zapewniając długowieczność, bezpieczeństwo i nieprzerwaną produkcję.

Normy referencyjne i bibliografia

Odniesienia normatywne (sekcja 2 normy ISO 20816-3)

Powiązane normy z serii ISO 20816

Standardy uzupełniające

Kontekst historyczny (standardy zastąpione)

Norma ISO 20816-3:2022 zastępuje następujące normy:

• Norma ISO 10816-3:2009 — Ocena drgań maszyn poprzez pomiary części nieobrotowych — Część 3: Maszyny przemysłowe o mocy znamionowej powyżej 15 kW i prędkościach znamionowych od 120 obr./min do 15 000 obr./min
• ISO 7919-3:2009 — Drgania mechaniczne — Ocena drgań maszyn poprzez pomiary na wałach obrotowych — Część 3: Maszyny przemysłowe sprzężone

Połączenie drgań obudowy (10816) i drgań wału (7919) w jedną normę eliminuje wcześniejsze niejasności i zapewnia spójne ramy oceny.

Załącznik DA (informacyjny) — Zgodność powołanych norm międzynarodowych z normami krajowymi i międzystanowymi

Przy stosowaniu tej normy zaleca się korzystanie z odpowiednich norm krajowych i międzystanowych zamiast cytowanych norm międzynarodowych. Poniższa tabela przedstawia relację między normami ISO cytowanymi w rozdziale 2 a ich krajowymi odpowiednikami.

Uwaga: W tabeli tej zastosowano następujące konwencjonalne oznaczenie stopnia zgodności:

• IDT — Identyczne standardy

Normy krajowe mogą mieć różne daty publikacji, ale zachowują równoważność techniczną z powołanymi normami ISO. Zawsze należy sprawdzać najnowsze wydania norm krajowych, aby zapoznać się z najbardziej aktualnymi wymaganiami.

Bibliografia

Poniższe dokumenty są przywoływane w celach informacyjnych w normie ISO 20816-3:

Uwaga historyczna: Praca [16] (Rathbone, 1939) stanowi pionierską pracę, która stworzyła podstawy do stosowania prędkości jako podstawowego kryterium drgań.