Analiză cuprinzătoare a standardului ISO 20816-3: Măsurare, evaluare și implementare instrumentală prin intermediul sistemului Balanset-1A

Rezumat

Peisajul industrial a cunoscut o schimbare semnificativă de paradigmă în standardizarea monitorizării stării de funcționare a mașinilor. Introducerea standardului ISO 20816-3:2022 reprezintă o consolidare și modernizare a metodologiilor anterioare, combinând în mod specific evaluarea vibrațiilor carcasei (anterior ISO 10816-3) și a vibrațiilor arborelui rotativ (anterior ISO 7919-3) într-un cadru unic și coerent. Acest raport oferă o analiză exhaustivă a standardului ISO 20816-3, disecând capitolele, anexele normative și principiile fizice ale acestuia. În plus, acesta integrează o evaluare tehnică detaliată a analizorului și echilibratorului portabil de vibrații Balanset-1A, demonstrând modul în care acest instrument specific facilitează conformitatea cu cerințele riguroase ale standardului. Prin sintetizarea teoriei procesării semnalelor, a principiilor ingineriei mecanice și a procedurilor operaționale practice, acest document servește ca ghid definitiv pentru inginerii de fiabilitate care doresc să-și alinieze strategiile de monitorizare a stării cu cele mai bune practici globale, utilizând instrumente accesibile și de înaltă precizie.

Partea I: Cadrul teoretic al ISO 20816-3

1.1 Evoluția standardelor privind vibrațiile: convergența standardelor ISO 10816 și ISO 7919

Istoria standardizării vibrațiilor se caracterizează printr-o trecere treptată de la orientări fragmentate, specifice componentelor, către evaluarea holistică a mașinilor. Istoric, evaluarea mașinilor industriale era bifurcată. Seria ISO 10816 se concentra pe măsurarea pieselor nerotative — în special, carcasele rulmenților și soclurile — utilizând accelerometre sau traductoare de viteză. În schimb, seria ISO 7919 aborda vibrațiile arborilor rotativi în raport cu rulmenții lor, utilizând în principal sonde cu curenți turbionari fără contact.

Această separare a dus adesea la ambiguitate în diagnosticare. O mașină poate prezenta vibrații acceptabile ale carcasei (zona A conform ISO 10816) și, în același timp, poate suferi de excentricitate periculoasă a arborelui sau instabilitate (zona C/D conform ISO 7919), în special în scenarii care implică carcase grele sau rulmenți cu peliculă fluidă, în care calea de transmisie a energiei vibraționale este atenuată. ISO 20816-3 rezolvă această dihotomie, înlocuind atât ISO 10816-3:2009, cât și ISO 7919-3:2009.1 Prin integrarea acestor perspective, noul standard recunoaște că energia vibrațională generată de forțele dinamice ale rotorului se manifestă diferit în structura mașinii, în funcție de rigiditate, masă și raporturile de amortizare. În consecință, o evaluare conformă necesită acum o perspectivă duală: evaluarea atât a vibrației absolute a structurii, cât și, acolo unde este cazul, a mișcării relative a arborelui.

Sistemul Balanset-1A intră în acest peisaj ca un instrument conceput pentru a face legătura între aceste domenii de măsurare. Arhitectura sa, care acceptă atât accelerometre piezoelectrice pentru măsurători ale carcasei, cât și intrări de tensiune directă pentru senzori de deplasare liniară, reflectă filosofia duală a seriei ISO 20816.3 Această convergență simplifică setul de instrumente al tehnicianului, permițând unui singur instrument să efectueze evaluările cuprinzătoare impuse acum de standardul unificat.

1.2 Domeniu de aplicare și aplicabilitate: Definirea peisajului mașinilor industriale

Capitolul 1 din ISO 20816-3 definește meticulos limitele aplicării sale. Standardul nu este universal; este calibrat special pentru mașini industriale cu o putere nominală peste 15 kW și viteze de funcționare între 120 r/min și 30.000 r/min.1 Acest domeniu larg de aplicare acoperă marea majoritate a activelor critice din sectoarele de producție, generare de energie și petrochimie.

Echipamentele acoperite în mod specific includ:

• Turbine cu abur și generatoare: Unitățile cu puteri mai mici sau egale cu 40 MW sunt incluse aici. Unitățile mai mari (peste 40 MW) se încadrează de obicei în ISO 20816-2, cu excepția cazului în care funcționează la viteze diferite de frecvențele sincrone ale rețelei (1500, 1800, 3000 sau 3600 r/min).6
• Compresoare rotative: Include atât modelele centrifugale, cât și cele axiale utilizate în industriile de procesare.
• Turbine industriale cu gaz: În special cele cu puteri de 3 MW sau mai mici. Turbinele cu gaz mai mari sunt separate în părți distincte ale standardului datorită caracteristicilor lor termice și dinamice unice.1
• Pompe: Pompele centrifugale acționate de motoare electrice sunt o componentă esențială a acestui grup.
• Motoare electrice: Sunt incluse motoarele de orice tip, cu condiția să fie cuplate în mod flexibil. Motoarele cuplate rigid sunt adesea evaluate ca parte a sistemului mașinii acționate sau în conformitate cu subclauze specifice.
• Ventilatoare și suflante: Esențial pentru sistemele HVAC și tratarea aerului în procesele industriale.6

Excluderi: Este la fel de important să înțelegem ce este exclus. Mașinile cu mase reciproce (cum ar fi compresoarele cu piston) generează profiluri de vibrații dominate de impacturi și cupluri variabile, necesitând analiza specializată prevăzută în ISO 20816-8. În mod similar, turbinele eoliene, care funcționează sub sarcini aerodinamice foarte variabile, sunt acoperite de ISO 10816-21.7 Caracteristicile specifice de proiectare ale Balanset-1A, cum ar fi intervalul de măsurare a vitezei de rotație de la 150 la 60.000 rpm 8, se aliniază perfect cu domeniul de aplicare al standardului de 120-30.000 rpm, asigurând că instrumentul este capabil să monitorizeze întregul spectru de mașini aplicabile.

1.3 Sisteme de clasificare a mașinilor: fizica rigidității suportului

O inovație importantă preluată din standardele anterioare este clasificarea mașinilor în funcție de rigiditatea suportului. ISO 20816-3 împarte mașinile în grupe nu doar în funcție de dimensiune, ci și în funcție de comportamentul dinamic.

1.3.1 Clasificarea grupurilor în funcție de putere și dimensiune

Standardul clasifică mașinile în două grupe principale pentru a aplica limite de severitate adecvate:

• Grupa 1: Mașini de mari dimensiuni cu o putere nominală peste 300 kW sau mașini electrice cu o înălțime a arborelui mai mare de 315 mm. Aceste mașini au de obicei rotoare masive și generează forțe dinamice semnificative.9
• Grupa 2: Mașini de dimensiuni medii cu o putere nominală între 15 kW și 300 kW sau mașini electrice cu înălțimea arborelui între 160 mm și 315 mm.10

1.3.2 Flexibilitatea suportului: rigid vs. flexibil

Distincția între suporturile “rigide” și “flexibile” este o chestiune de fizică, nu doar de material de construcție. Un suport este considerat rigid într-o anumită direcție de măsurare dacă prima frecvență naturală (rezonanță) a sistemului combinat mașină-suport este semnificativ mai mare decât frecvența principală de excitație (de obicei viteza de rotație). Mai precis, frecvența naturală trebuie să fie cu cel puțin 25% mai mare decât viteza de funcționare. În schimb, suporturile flexibile au frecvențe naturale care pot fi apropiate sau sub viteza de funcționare, ceea ce duce la amplificarea rezonanței sau la efecte de izolare.10

Această distincție este crucială, deoarece suporturile flexibile permit în mod natural amplitudini mai mari ale vibrațiilor pentru aceeași cantitate de forță de excitație internă (dezechilibru). Prin urmare, limitele de vibrație admise pentru suporturile flexibile sunt, în general, mai mari decât pentru suporturile rigide. Balanset-1A facilitează determinarea caracteristicilor suportului prin capacitățile sale de măsurare a fazei. Prin efectuarea unui test de accelerare sau decelerare (utilizând funcția “RunDown” menționată în specificațiile software 11), un analist poate identifica vârfurile de rezonanță. Dacă un vârf apare în intervalul de funcționare, suportul este flexibil din punct de vedere dinamic; dacă răspunsul este plat și liniar până la viteza de funcționare, acesta este rigid. Această capacitate de diagnosticare permite utilizatorului să selecteze tabelul de evaluare corect din ISO 20816-3, prevenind alarmele false sau defectele neidentificate.

Partea II: Metodologia de măsurare și fizica

Capitolul 4 din ISO 20816-3 stabilește cerințele procedurale riguroase pentru achiziția datelor. Validitatea oricărei evaluări depinde în totalitate de fidelitatea măsurătorii.

2.1 Fizica instrumentelor: selectarea și răspunsul traductorului

Standardul impune utilizarea unor instrumente capabile să măsoare viteza de vibrație medie pătratică (r.m.s.) în bandă largă. Răspunsul în frecvență trebuie să fie plat pe o gamă de cel puțin 10 Hz până la 1.000 Hz pentru mașinile generale.12 Pentru mașinile cu viteză mai mică (care funcționează sub 600 r/min), limita inferioară a răspunsului în frecvență trebuie să se extindă până la 2 Hz pentru a capta componentele fundamentale de rotație.

Conformitatea tehnică Balanset-1A:
Analizorul de vibrații Balanset-1A este proiectat ținând cont de aceste cerințe specifice. Specificațiile sale indică o gamă de frecvențe de vibrații de la 5 Hz la 550 Hz pentru operațiuni standard, cu opțiuni de extindere a capacităților de măsurare.8 Limita inferioară de 5 Hz este esențială; aceasta asigură conformitatea pentru mașinile care funcționează la o viteză de până la 300 rpm, acoperind marea majoritate a aplicațiilor industriale. Limita superioară de 550 Hz acoperă armonicele critice (1x, 2x, 3x etc.) și frecvențele de trecere ale palelor pentru majoritatea pompelor și ventilatoarelor standard. În plus, precizia dispozitivului este evaluată la 5% din scala completă, satisfăcând rigorile metrologice prevăzute de ISO 2954 (Cerințe pentru instrumente de măsurare a severității vibrațiilor).8

Standardul face distincție între două tipuri principale de măsurători, ambele acceptate de ecosistemul Balanset-1A:

• Traductoare seismice (accelerometre): Acestea măsoară vibrațiile absolute ale carcasei. Sunt sensibile la transmiterea forței prin intermediul soclului rulmentului. Kitul Balanset-1A include două accelerometre cu o singură axă (de obicei, tehnologie bazată pe seria ADXL sau piezoelectrică) cu suporturi magnetice.14
• Traductoare fără contact (sonde de proximitate): Acestea măsoară deplasarea relativă a arborelui. Sunt esențiale pentru mașinile cu rulmenți cu film fluid, în care arborele se mișcă în interiorul jocului.

2.2 Analiză aprofundată: Vibrațiile relative ale arborelui și integrarea senzorilor

În timp ce ISO 20816-3 se concentrează în mare măsură pe vibrațiile carcasei, anexa B tratează în mod explicit vibrațiile relative ale arborelui. Acest lucru necesită utilizarea sondelor cu curenți turbionari (sonde de proximitate). Aceste senzori funcționează prin generarea unui câmp de frecvență radio (RF) care induce curenți turbionari în suprafața conductivă a arborelui. Impedanța bobinei sondei se modifică odată cu distanța dintre ele, producând o tensiune de ieșire proporțională cu deplasarea.15

Integrarea sondelor cu curenți turbionari cu Balanset-1A:
O caracteristică unică a Balanset-1A este adaptabilitatea sa la aceste senzori. Deși este furnizat în principal cu accelerometre, intrările dispozitivului pot fi configurate pentru modul “Linear” pentru a accepta semnale de tensiune de la drivere de sonde de proximitate (proximitoare) de la terți.3

• Intrare tensiune: Majoritatea sondelor industriale de proximitate emit o tensiune continuă negativă (de exemplu, alimentare de -24 V, scală de 200 mV/mil). Balanset-1A permite utilizatorilor să introducă coeficienți de sensibilitate personalizați (de exemplu, mV/µm) în fereastra “Setări” (tasta F4).3
• Eliminarea decalajului DC: Sondele de proximitate transportă o tensiune DC mare (polarizare) cu un semnal de vibrație AC mic. Software-ul Balanset-1A include o funcție “Remove DC” (Eliminare DC) pentru a filtra tensiunea, izolând semnalul de vibrație dinamic pentru analiză în conformitate cu limitele ISO 20816-3.3
• Liniaritate și calibrare: Software-ul permite utilizatorului să definească factori de calibrare (de exemplu, Kprl1 = 0,94 mV/µm), asigurându-se că citirea de pe ecranul laptopului corespunde exact deplasării fizice a arborelui.3 Această capacitate este indispensabilă atunci când se aplică criteriile din anexa B, care sunt specificate în micrometri de deplasare, rather than millimeters per second of velocity.

2.3 Fizica montării: asigurarea fidelității datelor

ISO 20816-3 subliniază faptul că metoda de montare a senzorului nu trebuie să afecteze precizia măsurătorii. Frecvența de rezonanță a senzorului montat trebuie să fie semnificativ mai mare decât gama de frecvențe de interes.

• Montare cu șuruburi: Standardul de aur, oferind cea mai înaltă frecvență de răspuns (până la 10 kHz+).
• Montare magnetică: Un compromis practic pentru colectarea portabilă a datelor.

Balanset-1A utilizează un sistem de montare magnetic cu o forță de fixare de 60 kgf (kilogram-forță).17 Această forță mare de fixare este esențială. Un magnet slab produce un efect de “sărituri” sau un filtru mecanic de trecere joasă, atenuând puternic semnalele de înaltă frecvență. Cu 60 kgf, rigiditatea contactului este suficientă pentru a împinge rezonanța montată cu mult peste intervalul de 1000 Hz de interes pentru ISO 20816-3, asigurând că datele colectate sunt o reprezentare reală a comportamentului mașinii și nu un artefact al metodei de atașare.12

2.4 Procesarea semnalului: RMS vs. Vârf

Standardul specifică utilizarea vitezei medii pătratice (RMS) pentru piesele nerotative. Valoarea RMS este o măsură a energiei totale conținute în semnalul de vibrație și este direct legată de solicitarea la oboseală impusă componentelor mașinii.

Ecuație pentru RMS:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T. v²(t) dt)

Pentru vibrațiile arborelui (anexa B), standardul utilizează deplasarea vârf-vârf (S_pp), care reprezintă deplasarea fizică totală a arborelui în cadrul jocului lagărului.

S_pp = S_max − S_min

Procesarea Balanset-1A:
Balanset-1A efectuează aceste transformări matematice intern. ADC (convertorul analog-digital) eșantionează semnalul brut, iar software-ul calculează viteza RMS pentru măsurătorile carcasei și deplasarea vârf-vârf pentru măsurătorile arborelui. În mod crucial, acesta calculează valoarea de bandă largă (generală), care însumează energia pe întregul spectru de frecvență (de exemplu, 10-1000 Hz). Această valoare “Overall” este numărul principal utilizat pentru a clasifica mașina în zonele A, B, C sau D. În plus, dispozitivul oferă capacități FFT (Fast Fourier Transform), permițând analistului să vadă componentele individuale de frecvență (1x, 2x, armonici) care alcătuiesc valoarea RMS globală, ajutând la diagnosticarea sursei vibrației.8

2.5 Vibrații de fond: provocarea raportului semnal-zgomot

Un aspect critic, adesea trecut cu vederea, al standardului ISO 20816-3 este gestionarea vibrațiilor de fond — vibrații transmise mașinii din surse externe (de exemplu, mașini adiacente, vibrații ale podelei) atunci când mașina este oprită.

Regula: Dacă vibrația de fond depășește 25% din vibrația măsurată atunci când mașina funcționează sau 25% din limita dintre zona B și C, sunt necesare corecții severe, altfel măsurătoarea poate fi considerată invalidă.18 Versiunile anterioare ale standardelor citeau adesea regula “unei treimi”, dar ISO 20816-3 înăsprește această logică.

Implementarea procedurală cu Balanset-1A:

1. Tehnicianul montează senzorii Balanset-1A pe mașină în timp ce aceasta este oprită.
2. Utilizând modul “Vibrometru” (tasta F5), se înregistrează nivelul RMS de fond.13
3. Mașina este pornită și adusă la sarcină. Se înregistrează RMS-ul operațional.
4. Se face o comparație. Dacă nivelul operațional este de 4,0 mm/s, iar fundalul era de 1,5 mm/s (37,5%), fundalul este prea ridicat. Capacitatea Balanset-1A de a efectua scăderea spectrală (vizualizarea spectrului fundalului în comparație cu cel al mașinii în funcțiune) ajută la identificarea dacă fundalul se află la o frecvență specifică (de exemplu, 50 Hz de la un compresor din apropiere) care poate fi ignorată sau filtrată mental de către analist.

Partea III: Criterii de evaluare – Esența standardului

Capitolul 6 constituie nucleul standardului ISO 20816-3, oferind logica decizională pentru acceptabilitatea mașinilor.

3.1 Criteriul I: Amploarea vibrațiilor și zonarea

Standardul evaluează severitatea vibrațiilor pe baza magnitudinii maxime observate la carcasele rulmenților. Pentru a facilita luarea deciziilor, acesta definește patru zone de evaluare:

• Zona A: Vibrațiile mașinilor nou puse în funcțiune. Acesta este “standardul de aur”. O mașină din această zonă se află într-o stare mecanică impecabilă.
• Zona B: Mașini considerate acceptabile pentru funcționare pe termen lung fără restricții. Acesta este intervalul tipic de funcționare “verde”.
• Zona C: Mașini considerate nesatisfăcătoare pentru funcționarea continuă pe termen lung. În general, mașina poate fi utilizată pentru o perioadă limitată, până când apare o ocazie potrivită pentru luarea de măsuri corective (întreținere). Aceasta este starea “Galben” sau “Alarmă”.
• Zona D: Valorile vibrațiilor din această zonă sunt considerate, în mod normal, suficient de severe pentru a provoca deteriorarea mașinii. Aceasta este starea “Roșu” sau “Declanșare”.5

Tabelul 1: Limite simplificate ale zonei ISO 20816-3 (viteza RMS, mm/s) pentru grupele 1 și 2

Grup de mașini	Tipul fundației	Limita zonei A/B	Limita zonei B/C	Limita zonei C/D
Grupa 1 (>300 kW)	Rigid	2.3	4.5	7.1
	Flexibil	3.5	7.1	11.0
Grupa 2 (15-300 kW)	Rigid	1.4	2.8	4.5
	Flexibil	2.3	4.5	7.1

Notă: Aceste valori sunt preluate din anexa A a standardului și reprezintă orientări generale. Anumite tipuri de mașini pot avea limite diferite.

Implementarea Balanset-1A:
Software-ul Balanset-1A nu afișează doar un număr, ci ajută utilizatorul în mod contextual. În timp ce utilizatorul trebuie să selecteze clasa, funcția “Rapoarte” a software-ului permite documentarea acestor valori în raport cu standardul. Când un tehnician măsoară o vibrație de 5,0 mm/s pe o pompă de 50 kW (Grupa 2) pe o fundație rigidă, citirea Balanset-1A depășește în mod clar limita Zonei C/D (4,5 mm/s), indicând necesitatea imediată de oprire și reparație.

3.2 Criteriul II: Modificarea amplitudinii vibrațiilor

Poate că cea mai importantă îmbunătățire adusă seriei 20816 este accentul pus în mod oficial pe schimbarea vibrațiilor, independent de limitele absolute.

Regula 25%: ISO 20816-3 stipulează că o modificare a amplitudinii vibrațiilor mai mare de 25% a limitei zonei B/C (sau 25% a valorii anterioare în stare staționară) trebuie considerată semnificativă, chiar dacă valoarea absolută rămâne în zona A sau B.20

Implicații:
Să luăm în considerare un ventilator care funcționează constant la 2,0 mm/s (zona B). Dacă vibrația sare brusc la 2,8 mm/s, aceasta se află încă din punct de vedere tehnic în zona B (pentru unele clase) sau tocmai intră în zona C. Cu toate acestea, aceasta reprezintă o creștere de 40%. O astfel de schimbare bruscă indică adesea un mod specific de defectare: o componentă a rotorului crăpată, o greutate de echilibrare deplasată sau o frecare termică. Ignorarea acestui lucru pe motiv că “este încă în zona verde” poate duce la o defectare catastrofală.

Analiza tendințelor Balanset-1A:
Balanset-1A îndeplinește acest criteriu prin funcțiile sale de “Recuperare sesiune” și arhivare.21 Prin salvarea sesiunilor de măsurare, un inginer de fiabilitate poate suprapune datele actuale cu valorile de referință istorice. Dacă graficul “Vibrații generale” arată o schimbare bruscă, inginerul aplică Criteriul II. Funcția “Restore Last Session” (Restaurare ultimă sesiune) este deosebit de utilă în acest caz; ea permite utilizatorului să reamintească starea exactă a mașinii din luna precedentă pentru a verifica dacă pragul 25% a fost depășit.

3.3 Limite operaționale: Setarea ALARMELOR și a DECLANȘĂRILOR

Standardul oferă îndrumări pentru configurarea sistemelor de protecție automate:

• ALARMĂ: Pentru a avertiza că s-a atins o valoare definită a vibrației sau că s-a produs o schimbare semnificativă. Setarea recomandată este, de obicei, valoarea de referință + 25% a limitei zonei B/C.
• CĂLĂTORIE: Pentru a iniția o acțiune imediată (oprire). Aceasta este setată de obicei la limita zonei C/D sau puțin mai sus, în funcție de integritatea mecanică a mașinii.19

Deși Balanset-1A este un dispozitiv portabil și nu un sistem de protecție permanent (cum ar fi un rack Bently Nevada), acesta este utilizat pentru verificarea și calibrarea acestor niveluri de declanșare. Tehnicienii utilizează Balanset-1A pentru a măsura vibrațiile în timpul unui test controlat de accelerare sau de dezechilibru indus, pentru a se asigura că sistemul de monitorizare permanent se declanșează la nivelurile fizice corecte de vibrații impuse de ISO 20816-3.

Partea IV: Sistemul Balanset-1A – Analiză tehnică aprofundată

Pentru a înțelege modul în care Balanset-1A servește ca instrument de conformitate, trebuie analizată arhitectura sa tehnică.

4.1 Arhitectura hardware

Balanset-1A constă dintr-un modul de interfață USB centralizat care procesează semnalele analogice de la senzori înainte de a trimite datele digitalizate către un laptop gazdă.

• Modul ADC: Inima sistemului este un convertor analog-digital de înaltă rezoluție. Acest modul dictează precizia măsurătorii. Balanset-1A gestionează semnalele pentru a oferi o precizie de ±5%, suficientă pentru diagnosticarea pe teren.8
• Referință fază (tahometru): Conformitatea cu ISO 20816-3 necesită adesea o analiză de fază pentru a distinge între dezechilibru și aliniere incorectă. Balanset-1A utilizează un tahometru laser cu o rază de acțiune de până la 1,5 metri și o capacitate de 60.000 RPM.17 Acest senzor optic declanșează calculul unghiului de fază, cu o precizie de ±1 grad.
• Putere și portabilitate: Alimentat prin USB (5V), aparatul este intrinsec protejat împotriva buclelor de masă care afectează adesea analizatoarele alimentate de la rețeaua electrică. Întregul kit cântărește aproximativ 4 kg, ceea ce îl face un instrument adecvat pentru utilizarea în teren, fiind potrivit pentru urcarea pe schele pentru a ajunge la ventilatoare.8

4.2 Capacități software: mai mult decât simple măsurători

Software-ul furnizat împreună cu Balanset-1A transformă datele brute în informații utile, conforme cu standardele ISO.

• Analiza spectrului FFT: Standardul menționează “componente de frecvență specifice”. Balanset-1A afișează transformata Fourier rapidă, defalcând forma de undă complexă în undele sinusoidale care o compun. Acest lucru permite utilizatorului să vadă dacă valoarea RMS ridicată se datorează 1x (dezechilibru), 100x (angrenaj) sau vârfuri nesincronizate (defecte ale rulmenților).21
• Grafice polare: Pentru echilibrare și analiză vectorială, software-ul trasează vectorii de vibrație pe un grafic polar. Această vizualizare este esențială atunci când se aplică metode de coeficient de influență pentru echilibrare.
• Calculator toleranță ISO 1940: În timp ce ISO 20816-3 se ocupă de limitele de vibrații, ISO 1940 se ocupă de calitatea echilibrării (clasele G). Software-ul Balanset-1A integrează un calculator în care utilizatorul introduce masa și viteza rotorului, iar sistemul calculează dezechilibrul rezidual admisibil în grame-milimetri. Acest lucru acoperă diferența dintre “vibrația este prea mare” (ISO 20816) și “iată câtă greutate trebuie îndepărtată” (ISO 1940).11

4.3 Compatibilitatea senzorului și configurarea intrării

După cum se menționează în cercetarea fragmentară, capacitatea de a interacționa cu diferite tipuri de senzori este esențială.

• Accelerometre: Senzorii impliciți. Sistemul integrează semnalul de accelerație (g) la viteză (mm/s) sau integrează dublu la deplasare (µm), în funcție de vizualizarea selectată. Această integrare este gestionată digital pentru a minimiza deriva zgomotului.
• Sonde cu curenți turbionari: Sistemul acceptă intrări analogice de 0-10 V sau similare. Utilizatorul trebuie să configureze coeficientul de transformare în setări. De exemplu, o sondă standard Bently Nevada poate avea un factor de scalare de 200 mV/mil (7,87 V/mm). Utilizatorul introduce această sensibilitate, iar software-ul Balanset-1A scalează tensiunea de intrare pentru a afișa microni de deplasare, permițând compararea directă cu anexa B din ISO 20816-3.3.

Partea V: Implementarea operațională: de la diagnosticare la echilibrare dinamică

Această secțiune prezintă o procedură standard de operare (SOP) pentru un tehnician care utilizează Balanset-1A pentru a asigura conformitatea cu ISO 20816-3.

5.1 Pasul 1: Măsurarea și clasificarea valorilor de referință

Tehnicianul se apropie de un ventilator centrifugal de 45 kW.

• Clasificare: Putere > 15 kW, < 300 kW. Este grupa 2. Fundația este fixată cu șuruburi în beton (rigidă).
• Determinarea limitei: Conform ISO 20816-3 Anexa A (Grupa 2, Rigid), limita zonei B/C este de 2,8 mm/s.
• Măsurare: Senzorii sunt montați folosind baze magnetice. Modul “Vibrometru” al Balanset-1A este activat.
• Rezultat: Valoarea măsurată este de 6,5 mm/s. Aceasta este zona C/D. Este necesară luarea de măsuri.

5.2 Pasul 2: Analiza diagnostică

Utilizarea funcției Balanset-1A FFT:

• Spectrul prezintă un vârf dominant la viteza de funcționare (1x RPM).
• Analiza fazei arată un unghi de fază stabil.
• Diagnostic: Dezechilibru static. (Dacă faza era instabilă sau erau prezente armonici înalte, s-ar fi suspectat o aliniere incorectă sau o slăbire).

5.3 Pasul 3: Procedura de echilibrare (in situ)

Deoarece diagnosticul este dezechilibru, tehnicianul utilizează modul de echilibrare al Balanset-1A. Standardul impune reducerea vibrațiilor la nivelurile Zonei A sau B.

5.3.1 Metoda celor trei rulări (coeficienți de influență)

Balanset-1A automatizează matematica vectorială necesară pentru echilibrare.

• Rulare 0 (inițială): Măsurați amplitudinea A₀ și faza φ₀ a vibrației originale.
• Cursa 1 (greutate de probă): O masă cunoscută M_proces este adăugat la un unghi arbitrar. Sistemul măsoară noul vector de vibrație (A₁, φ₁).

Calcul: Software-ul calculează coeficientul de influență α, care reprezintă sensibilitatea rotorului la schimbarea masei.

α = (V₁ − V₀) / M_proces

Corecţie: Sistemul calculează masa de corecție necesară M_corr pentru a anula vibrația inițială.

M_corr = − V₀ / α

Rularea 2 (Verificare): Greutatea de încercare este îndepărtată și se adaugă greutatea de corecție calculată. Se măsoară vibrația reziduală.

.11

5.4 Etapa 4: Verificarea și raportarea

După echilibrare, vibrația scade la 1,2 mm/s.
Verificați: 1,2 mm/s este < 1,4 mm/s. Mașina se află acum în zona A.

Documentație: Tehnicianul salvează sesiunea în Balanset-1A. Se generează un raport care prezintă spectrul “înainte” (6,5 mm/s) și spectrul “după” (1,2 mm/s), făcând referire explicită la limitele ISO 20816-3. Acest raport servește drept certificat de conformitate.

Partea VI: Considerații speciale

6.1 Mașini cu viteză redusă

ISO 20816-3 conține note speciale pentru mașinile care funcționează la mai puțin de 600 rpm. La viteze mici, semnalele de viteză devin slabe, iar deplasarea devine indicatorul dominant al solicitării. Balanset-1A rezolvă această problemă permițând utilizatorului să comute unitatea de măsură afișată la Deplasare (µm) sau asigurându-se că frecvența minimă de tăiere este setată la 5 Hz sau mai mică (ideal 2 Hz) pentru a capta energia primară. “Notele de precauție” din anexa D a standardului avertizează împotriva bazării exclusiv pe viteză la viteze mici 23, o nuanță de care utilizatorul Balanset-1A trebuie să fie conștient, verificând setările “Linear” sau filtrele de frecvență joasă.

6.2 Condiții tranzitorii: accelerare și decelerare

Vibrațiile în timpul pornirii (funcționare tranzitorie) pot depăși limitele de stare staționară din cauza trecerii prin viteze critice (rezonanță). ISO 20816-3 permite limite mai mari în timpul acestor faze tranzitorii.23

Balanset-1A include o funcție experimentală de grafic “RunDown”.11 Aceasta permite tehnicianului să înregistreze amplitudinea vibrațiilor în raport cu turația în timpul unei decelerări. Aceste date sunt esențiale pentru:

• Identificarea vitezelor critice (rezonanță).
• Verificarea faptului că mașina trece prin rezonanță suficient de repede pentru a evita deteriorarea.
• Asigurarea faptului că vibrația “ridicată” este într-adevăr tranzitorie și nu o stare permanentă.

6.3 Anexa A vs. Anexa B: Evaluarea duală

O verificare amănunțită a conformității necesită adesea ambele.

• Anexa A (Locuințe): Măsuri de transmitere a forței către structură. Bun pentru dezechilibru, slăbire.
• Anexa B (Arbore): Măsoară dinamica rotorului. Util pentru detectarea instabilităților, a turbulențelor de ulei și a ștergerilor.

Un tehnician care utilizează Balanset-1A poate folosi accelerometre pentru a îndeplini cerințele din anexa A, apoi poate comuta intrările la sondele Bently Nevada existente pentru a verifica conformitatea cu anexa B pe o turbină de mari dimensiuni. Capacitatea Balanset-1A de a servi ca “a doua opinie” sau “verificator de teren” pentru monitoarele permanente bazate pe rack este o aplicație cheie în îndeplinirea cerințelor ambelor anexe.

Concluzie

Trecerea la ISO 20816-3 semnifică o maturizare în domeniul analizei vibrațiilor, necesitând o abordare mai nuanțată, bazată pe fizică, a evaluării mașinilor. Aceasta depășește simplele cifre “admis/respins” și intră în domeniul analizei rigidității suportului, vectorilor de schimbare și măsurătorilor în domeniu dual (carcasă/arbore).

Sistemul Balanset-1A demonstrează un grad ridicat de aliniere la aceste cerințe moderne. Specificațiile sale tehnice – gama de frecvențe, precizia și flexibilitatea senzorilor – îl fac o platformă hardware performantă. Cu toate acestea, adevărata sa valoare rezidă în fluxul de lucru al software-ului, care ghidează utilizatorul prin logica complexă a standardului: de la corectarea vibrațiilor de fond și clasificarea zonelor până la rigurozitatea matematică a echilibrării coeficienților de influență. Prin combinarea eficientă a capacităților de diagnosticare ale unui analizor de spectru cu puterea corectivă a unui echilibrator dinamic, Balanset-1A permite echipelor de întreținere nu numai să identifice neconformitatea cu ISO 20816-3, ci și să o rectifice în mod activ, asigurând longevitatea și fiabilitatea bazei de active industriale.