Ghid complet pentru ISO 20816-3: Analiză tehnică cuprinzătoare

Introducere

Acest standard stabilește îndrumări pentru evaluarea stării de vibrații a echipamentelor industriale pe baza măsurătorilor:

1. Vibrații la rulmenți, suporturi de rulmenți și carcase de rulmenți la locul unde este instalat echipamentul;
2. Vibrația radială a arborilor de seturi de mașini.

Pe baza experienței operaționale cu echipamente industriale, două criterii pentru evaluarea condițiilor de vibrații au fost stabilite:

• Criteriul I: Valoarea absolută a parametrului de vibrație în bandă largă monitorizat
• Criteriul II: Modificarea acestei valori (față de o valoare de referință)

Evoluția standardelor privind vibrațiile: Convergența ISO 10816 și ISO 7919

Istoria standardizării vibrațiilor reprezintă o trecere treptată de la ghiduri fragmentate, specifice componentelor, către evaluarea holistică a mașinilor. Din punct de vedere istoric, evaluarea utilajelor a fost bifurcată:

• Seria ISO 10816: Concentrat pe măsurarea pieselor nerotative (carcase de rulmenți, piedestaluri) folosind accelerometre sau traductoare de viteză
• Seria ISO 7919: Abordarea vibrațiilor arborilor rotativi în raport cu rulmenții, utilizând în principal sonde de curenți turbionari fără contact

Această separare a dus adesea la ambiguitate diagnostică. O mașină ar putea prezenta vibrații acceptabile ale carcasei (Zona A conform ISO 10816), în timp ce suferă simultan de o bătaie periculoasă a arborelui sau de o instabilitate (Zona C/D conform ISO 7919), în special în scenariile care implică carcase grele sau rulmenți cu peliculă fluidă unde transmiterea energiei vibrațiilor este atenuată.

Secțiunea 1 — Domeniul de aplicare

Acest standard stabilește cerințe generale pentru evaluarea condițiilor de vibrații ale echipamente industriale (denumite în continuare "mașini") cu o putere nominală peste 15 kW și viteze de rotație de la 120 la 30.000 r/min, pe baza măsurătorilor vibrațiilor pe piesele nerotative și mai departe arbori rotativi în condiții normale de funcționare a mașinii la locul de instalare.

Evaluarea se efectuează pe baza parametrului de vibrație monitorizat și a schimbări în acest parametru în funcționarea mașinii în regim staționar. Valorile numerice ale criteriilor de evaluare a stării reflectă experiența operațională cu mașini de acest tip; cu toate acestea, ele pot fi inaplicabile în cazuri specifice legate de condițiile particulare de funcționare și de proiectarea unei anumite mașini.

Acest standard se aplică la:

1. Turbine și generatoare cu abur cu o putere de până la 40 MW (vezi notele 1 și 2)
2. Turbine și generatoare cu abur cu o putere de ieșire mai mare de 40 MW și viteze de rotație altul decât 1500, 1800, 3000 și 3600 r/min (vezi Nota 1)
3. Compresoare rotative (centrifugal, axial)
4. Turbine industriale cu gaz cu o putere de până la 3 MW (vezi Nota 2)
5. Motoare turbo-ventilatoare
6. Motoare electrice de toate tipurile cu cuplaj flexibil al arborelui. (Când rotorul motorului este conectat rigid la un utilaj acoperit de un alt standard din seria ISO 20816, vibrațiile motorului pot fi evaluate fie conform standardului respectiv, fie conform acestui standard)
7. Laminoare și standuri de laminare
8. Benzi transportoare
9. Cuplaje cu viteză variabilă
10. Ventilatoare și suflante (vezi Nota 3)

Acest standard NU se aplică la:

11. Turbine cu abur, turbine cu gaz și generatoare cu o putere mai mare de 40 MW și turații de 1500, 1800, 3000 și 3600 r/min → utilizare ISO 20816-2
12. Turbine cu gaze cu o putere mai mare de 3 MW → utilizare ISO 20816-4
13. Seturi de mașini în centrale hidroelectrice și stații de acumulare prin pompare → utilizare ISO 20816-5
14. Mașini cu mișcare alternativă și mașini conectate rigid la mașini cu mișcare alternativă → utilizare ISO 10816-6
15. Pompe rotodinamice cu motoare de acționare încorporate sau conectate rigid, cu rotor pe arborele motorului sau conectat rigid la acesta → utilizare ISO 10816-7
16. Instalații de compresoare cu piston → utilizare ISO 20816-8
17. Compresoare cu deplasare pozitivă (de exemplu, compresoare cu șurub)
18. Pompe submersibile
19. Turbine eoliene → utilizare ISO 10816-21

Detalii despre domeniul de aplicare

Cerințele acestui standard se aplică măsurătorilor de vibrații în bandă largă pe arbori, lagăre, carcase și suporturi de lagăre în funcționarea staționară a mașinii în intervalul de viteze nominale de rotație. Aceste cerințe se aplică măsurătorilor atât la locul de instalare, cât și în timpul testelor de acceptare. Criteriile stabilite pentru condițiile de vibrații sunt aplicabile atât în sistemele de monitorizare continuă, cât și în cele periodice.

Acest standard se aplică mașinilor care pot include trenuri de angrenaje și rulmenți cu elemente de rostogolire; totuși, este nu este destinat pentru evaluarea stării de vibrații a acestor componente specifice (a se vedea ISO 20816-9 pentru angrenaje).

Secțiunea 2 — Referințe normative

Acest standard utilizează referințe normative la următoarele standarde. Pentru referințele datate, se aplică doar ediția citată. Pentru referințele nedatate, se aplică cea mai recentă ediție (inclusiv toate amendamentele):

Aceste standarde oferă baza pentru terminologie, metode de măsurare și filozofia generală de evaluare aplicată în ISO 20816-3.

Secțiunea 3 — Termeni și definiții

În sensul prezentului standard, termenii și definițiile prezentate în ISO 2041 aplică.

Termeni cheie (din ISO 2041)

• Vibrații: Variația în timp a magnitudinii unei mărimi care descrie mișcarea sau poziția unui sistem mecanic
• RMS (Valoare medie pătratică): Rădăcina pătrată a mediei valorilor pătratice ale unei mărimi pe un interval de timp specificat
• Vibrații în bandă largă: Vibrații care conțin energie distribuită pe un interval de frecvență specificat
• Frecvență naturală: Frecvența vibrației libere a unui sistem
• Funcționare în regim staționar: Condiții de funcționare în care parametrii relevanți (viteză, sarcină, temperatură) rămân în esență constanți
• Valoare de la vârf la vârf: Diferența algebrică dintre valorile extreme (maxim și minim)
• Traductor: Dispozitiv care furnizează o mărime de ieșire având o relație determinată cu mărimea de intrare

Secțiunea 5 — Clasificarea mașinilor

5.1 Generalități

În conformitate cu criteriile stabilite de acest standard, starea de vibrații a mașinii se evaluează în funcție de:

1. Tipul mașinii
2. Putere nominală sau înălțime arbore (vezi și ISO 496)
3. Gradul de rigiditate al fundației

5.2 Clasificare după tipul mașinii, puterea nominală sau înălțimea arborelui

Diferențele dintre tipurile de mașini și designul rulmenților necesită împărțirea tuturor mașinilor în două grupuri pe baza puterii nominale sau a înălțimii arborelui.

Arborii mașinilor din ambele grupuri pot fi poziționați orizontal, vertical sau înclinat, iar suporturile pot avea grade diferite de rigiditate.

Grupa 1 — Mașini mari

• Putere nominală > 300 kW
• Mașini electrice SAU cu înălțime a axului Înălțime > 315 mm
• De obicei echipat cu lagăre cu manșon
• Viteze de funcționare de la 120 la 30.000 rot/min

Grupa 2 — Mașini medii

• Putere nominală 15 – 300 kW
• Mașini electrice SAU cu înălțime a axului 160 mm < Î ≤ 315 mm
• De obicei echipat cu rulmenți cu elemente de rostogolire
• Viteze de funcționare în general > 600 r/min

5.3 Clasificare după rigiditatea fundației

Fundațiile mașinilor se clasifică după gradul de rigiditate în direcția de măsurare specificată în:

1. Fundații rigide
2. Fundații flexibile

Baza acestei clasificări este relația dintre rigiditatea mașinii și fundație. Dacă cea mai mică frecvență naturală a sistemului "mașină-fundație" în direcția de măsurare a vibrațiilor depășește frecvența principală de excitație (în majoritatea cazurilor, aceasta este frecvența de rotație a rotorului) cu cel puțin 25%, atunci o astfel de fundație în acea direcție este considerată rigid. Toate celelalte fundații sunt luate în considerare flexibil.

Exemple tipice

Mașini pe fundații rigide sunt de obicei motoare electrice mari și medii, de obicei cu viteze de rotație mici.

Mașini pe fundații flexibile includ de obicei turbogeneratoare sau compresoare cu o putere care depășește 10 MW, precum și mașini cu orientare verticală a arborelui.

Dacă caracteristicile sistemului "mașină-fundație" nu pot fi determinate prin calcul, acest lucru se poate face experimental (testarea la impact, analiza modală operațională sau analiza vibrațiilor la pornire).

Anexa A (Normativă) — Limitele zonelor de vibrații pentru piesele nerotative în moduri de funcționare specificate

Experiența arată că pentru evaluarea stării de vibrații a diferitelor tipuri de mașini cu diferite viteze de rotație, măsurători ale viteza singură este suficientă. Prin urmare, principalul parametru monitorizat este valoarea RMS a vitezei.

Totuși, utilizarea criteriului vitezei constante fără a lua în considerare frecvența vibrațiilor poate duce la valori de deplasare inacceptabil de mari. Acest lucru se întâmplă în special la mașinile de viteză redusă cu frecvențe de rotație a rotorului sub 600 r/min, când componenta vitezei de funcționare domină semnalul de vibrații în bandă largă (a se vedea anexa D).

În mod similar, criteriul vitezei constante poate duce la valori de accelerație inacceptabil de mari pentru mașinile de mare viteză cu frecvențe de rotație ale rotorului care depășesc 10.000 r/min sau atunci când energia vibrațiilor produse de mașină este concentrată predominant în intervalul de înaltă frecvență. Prin urmare, criteriile condiției de vibrație pot fi formulate în unități de deplasare, viteză și accelerație, în funcție de intervalul de frecvență de rotație a rotorului și de tipul mașinii.

Tabelele A.1 și A.2 prezintă valorile limită ale zonelor pentru diferite grupuri de mașini acoperite de acest standard. În prezent, aceste limite sunt formulate doar în unități de viteză și deplasare.

Limitele zonei condițiilor de vibrație pentru vibrațiile în intervalul de frecvență de la 10 la 1000 Hz sunt exprimate prin valori RMS ale vitezei și deplasării. Pentru mașinile cu frecvența de rotație a rotorului sub 600 r/min, intervalul de măsurare a vibrațiilor în bandă largă este 2 până la 1000 Hz. În majoritatea cazurilor, evaluarea condițiilor de vibrație este suficientă doar pe baza criteriului vitezei; cu toate acestea, dacă se așteaptă ca spectrul de vibrații să conțină componente semnificative de joasă frecvență, evaluarea se efectuează pe baza măsurătorilor atât ale vitezei, cât și ale deplasării.

Mașinile din toate grupele considerate pot fi instalate fie pe suporturi rigide, fie pe suporturi flexibile (a se vedea Secțiunea 5), pentru care limitele diferite ale zonelor sunt stabilite în tabelele A.1 și A.2.

Tabelul A.1 — Grupa 1 Mașini (Mari: >300 kW sau H > 315 mm)

Tabelul A.2 — Grupa 2 Mașini (Medie: 15–300 kW sau H = 160–315 mm)

Anexa B (Normativă) — Limitele zonelor de vibrații pentru arbori rotativi în moduri de funcționare specificate

B.1 Generalități

Limitele zonelor cu condiții de vibrații sunt construite pe baza experienței operaționale din diverse industrii, ceea ce arată că vibrația relativă acceptabilă a arborelui scade odată cu creșterea frecvenței de rotație. În plus, la evaluarea condițiilor de vibrații, trebuie luată în considerare posibilitatea contactului dintre arborele rotativ și piesele staționare ale mașinii. Pentru mașinile cu lagăre de susținere, jocul minim acceptabil în rulment trebuie, de asemenea, luate în considerare (a se vedea anexa C).

B.2 Vibrații la frecvența nominală de rotație în funcționare în regim staționar

B.2.1 Generalități

Criteriul I se referă la:

1. Limitarea deplasărilor arborelui din condiția de încărcări dinamice acceptabile pe rulmenți
2. Valori acceptabile ale jocului radial în rulment
3. Vibrații acceptabile transmise la suporturi și fundație

Deplasarea maximă a arborelui în fiecare rulment este comparată cu limitele a patru zone (vezi Figura B.1 din standard), determinată pe baza experienței operaționale cu mașinile.

B.2.2 Limitele zonei

Experiența în măsurarea vibrațiilor arborelui pentru o gamă largă de mașini permite stabilirea limitelor zonei condițiilor de vibrație exprimate prin deplasarea vârf la vârf S(pp) în micrometri, invers proporțională cu rădăcina pătrată a frecvenței de rotație a rotorului n în r/min.

Pentru vibrațiile relative ale arborelui măsurate cu sonde de proximitate, limitele zonelor sunt exprimate ca deplasarea de la vârf la vârf S(pp) în micrometri, care variază în funcție de viteza de rulare:

Unde n este viteza maximă de funcționare în rot/min, iar S(pp) este în μm.

Exemplu de calcul

Pentru o mașină care funcționează la 3000 rot/min:

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

Important: Limitele zonelor nu ar trebui utilizate ca și criterii de acceptare, acestea trebuind să facă obiectul unui acord între furnizor și client. Cu toate acestea, ghidându-se de valori limită numerice, este posibil atât să se prevină utilizarea unei mașini aflate în stare evident proastă, cât și să se evite impunerea unor cerințe excesiv de stricte privind vibrațiile acesteia.

În unele cazuri, caracteristicile de proiectare ale anumitor mașini pot necesita aplicarea unor limite de zonă diferite - mai mari sau mai mici (de exemplu, pentru rulmenții cu autoaliniere și plăcuțe basculante), iar pentru mașinile cu rulmenți eliptici, se pot aplica limite de zonă diferite pentru direcții de măsurare diferite (spre jocul maxim și minim).

Vibrațiile acceptabile pot fi legate de diametrul rulmentului, deoarece, de regulă, rulmenții cu diametru mai mare au și jocuri mai mari. În consecință, pot fi stabilite valori limită de zonă diferite pentru diferiți rulmenți ai aceluiași tren de arbori. În astfel de cazuri, producătorul trebuie de obicei să explice motivul modificării valorilor limită și, în special, să confirme că vibrațiile crescute permise în conformitate cu aceste modificări nu vor duce la o fiabilitate redusă a mașinii.

Dacă măsurătorile nu sunt efectuate în imediata apropiere a rulmentului, precum și în timpul funcționării mașinii în moduri tranzitorii, cum ar fi accelerarea și decelerarea liberă (inclusiv trecerea prin viteze critice), vibrațiile acceptabile pot fi mai mari.

Pentru mașinile verticale cu lagăre de articulație, la determinarea valorilor limită de vibrații, trebuie luate în considerare posibilele deplasări ale arborelui în limitele de joc fără forța de stabilizare asociată cu greutatea rotorului.

Secțiunea 4 — Măsurători ale vibrațiilor

4.1 Cerințe generale

Metodele și instrumentele de măsurare trebuie să îndeplinească cerințele generale conform standardului ISO 20816-1, cu considerații specifice pentru utilajele industriale. Următorii factori nu trebuie să influențeze semnificativ echipamentele de măsurare:

• Schimbări de temperatură — Abaterea sensibilității senzorului
• Câmpuri electromagnetice — Inclusiv efectele de magnetizare a arborelui
• Câmpuri acustice — Unde de presiune în medii cu zgomot ridicat
• Variații ale alimentării cu energie electrică — Fluctuații de tensiune
• Lungimea cablului — Unele modele de sonde de proximitate necesită o lungime a cablului potrivită
• Deteriorarea cablului — Conexiuni intermitente sau întreruperi ale ecranării
• Orientarea traductorului — Alinierea axei de sensibilitate

4.2 Puncte de măsurare și direcții

În scopul monitorizării stării, măsurătorile sunt efectuate pe piesele nerotative sau pe arbori, sau ambele împreună. În prezentul standard, cu excepția cazului în care se specifică altfel, vibrația arborelui se referă la deplasare față de rulment.

Piese nerotative — Dimensiuni ale carcasei rulmentului

Măsurătorile vibrațiilor asupra pieselor nerotative caracterizează vibrațiile rulmentului, carcasei rulmentului sau ale altui element structural care transmite forțe dinamice din vibrațiile arborelui la locația rulmentului.

Configurație tipică de măsurare: Măsurătorile sunt efectuate folosind două traductoare în două direcții radiale perpendiculare reciproc pe capacele sau carcase de lagăre. Pentru mașinile orizontale, o direcție este de obicei verticală. Dacă arborele este vertical sau înclinat, alegeți direcții care să capteze vibrațiile maxime.

Măsurare într-un singur punct: Se poate utiliza un singur traductor dacă se știe că rezultatele vor fi reprezentative pentru vibrația generală. Direcția aleasă trebuie să asigure citiri aproape maxime.

Măsurători ale vibrațiilor arborelui

Vibrația arborelui (conform definiției din ISO 20816-1) se referă la deplasarea arborelui relativ la rulment. Metoda preferată folosește un pereche de sonde de proximitate fără contact instalate perpendicular unul pe celălalt, permițând determinarea traiectoriei arborelui (orbitei) la planul de măsurare.

4.3 Instrumentație (echipamente de măsurare)

Pentru monitorizarea stării, sistemul de măsurare trebuie să măsoare vibrații RMS în bandă largă pe un interval de frecvență de cel puțin 10 Hz până la 1000 Hz. Pentru mașinile cu viteze de rotație care nu depășesc 600 rot/min, limita inferioară de frecvență nu trebuie să depășească 2 Hz.

Pentru măsurătorile vibrațiilor arborelui: Limita superioară a intervalului de frecvență trebuie să depășească frecvența maximă de rotație a arborelui cu de cel puțin 3,5 ori. Echipamentul de măsurare trebuie să îndeplinească cerințele ISO 10817-1.

Pentru măsurători ale pieselor care nu se rotesc: Echipamentul trebuie să respecte ISO 2954. În funcție de criteriul stabilit, mărimea măsurată poate fi deplasarea, viteza sau ambele (a se vedea ISO 20816-1).

Dacă măsurătorile sunt efectuate folosind accelerometre (ceea ce este obișnuit în practică), semnalul de ieșire trebuie să fie integrat pentru a obține semnalul de viteză. Obținerea semnalului de deplasare necesită dublă integrare, dar trebuie acordată atenție posibilității creșterii interferențelor de zgomot. Pentru a reduce zgomotul, se poate aplica un filtru trece-sus sau o altă metodă de procesare digitală a semnalului.

Dacă semnalul de vibrație este destinat și scopurilor de diagnosticare, intervalul de măsurare trebuie să acopere frecvențe de la cel puțin de 0,2 ori limita inferioară de viteză a arborelui la de 2,5 ori frecvența maximă de excitație a vibrațiilor (de obicei, nu depășește 10.000 Hz). Informații suplimentare sunt furnizate în ISO 13373-1, ISO 13373-2 și ISO 13373-3.

Cerințe privind intervalul de frecvență

Parametri de măsurare

Parametrul de măsurare poate fi deplasare, viteză, sau ambele, în funcție de criteriul de evaluare (a se vedea ISO 20816-1).

• Măsurători cu accelerometru: Dacă măsurătorile utilizează accelerometre (cele mai comune), integrați semnalul de ieșire pentru a obține viteza. Integrarea dublă produce deplasare, dar atenție la creșterea zgomotului de joasă frecvență. Aplicați filtrare trece-sus sau procesare digitală a semnalului pentru a reduce zgomotul.
• Vibrațiile arborelui: Limita superioară de frecvență trebuie să fie de cel puțin de 3,5 ori viteza maximă a arborelui. Instrumentația trebuie să respecte ISO 10817-1.
• Piese nerotative: Instrumentația trebuie să respecte ISO 2954.

4.4 Monitorizare continuă și periodică

Monitorizare continuă: De obicei, pentru mașinile mari sau de importanță critică, măsurătorile continue ale indicatorilor de vibrații monitorizați sunt utilizate cu traductoare instalate permanent în cele mai importante puncte, atât în scopul monitorizării stării, cât și pentru protecția echipamentelor. În unele cazuri, sistemul de măsurare utilizat pentru aceasta este integrat în sistemul general de management al echipamentelor instalației.

Monitorizare periodică: Pentru multe mașini, monitorizarea continuă este inutilă. Informații adecvate privind dezvoltarea defecțiunilor (dezechilibru, uzură a rulmenților, nealiniere, slăbire) pot fi obținute prin măsurători periodice. Valorile numerice din acest standard pot fi utilizate pentru monitorizarea periodică, cu condiția ca punctele de măsurare și instrumentația să respecte cerințele standardului.

Vibrațiile arborelui: Instrumentația este de obicei instalată permanent, dar măsurătorile pot fi efectuate la intervale periodice.

Piese nerotative: Traductoarele sunt instalate de obicei doar în timpul măsurătorilor. Pentru mașinile cu acces dificil, se pot utiliza traductoare montate permanent cu rutare a semnalului către locații accesibile.

4.5 Moduri de funcționare ale mașinii

Măsurătorile vibrațiilor se efectuează după ce rotorul și rulmenții ating temperatura de echilibru într-un mod de funcționare specificat în regim staționar, determinat de caracteristici precum:

• Turația nominală a arborelui
• Tensiune de alimentare
• Debit
• Presiunea fluidului de lucru
• Încărca

Mașini cu viteză variabilă sau sarcină variabilă: Efectuați măsurători în toate modurile de funcționare caracteristice funcționării pe termen lung. Utilizați valoare maximă obținute în toate modurile pentru evaluarea condițiilor de vibrație.

4.6 Vibrații de fundal

Dacă valoarea parametrului monitorizat obținută în timpul măsurătorilor depășește criteriul de acceptare și există motive să se creadă că vibrațiile de fond ale mașinii pot fi ridicate, este necesar să se efectueze măsurători pe mașină oprită pentru a evalua vibrațiile induse de surse externe.

4.7 Selectarea tipului de măsurare

Acest standard prevede posibilitatea efectuării măsurătorilor atât pe piesele nerotative, cât și pe arborii rotativi ai mașinilor. Alegerea tipului de măsurare preferat depinde de caracteristicile mașinii și de tipurile de defecte preconizate.

Dacă este nevoie să se aleagă unul dintre cele două tipuri de măsurare posibile, trebuie luate în considerare următoarele:

Considerații pentru alegerea tipului de măsurare:

• Viteza arborelui: Măsurătorile pieselor nerotative sunt mai sensibile la vibrațiile de înaltă frecvență în comparație cu măsurătorile arborelui.
• Tipul rulmentului: Rulmenții cu elemente de rostogolire au jocuri foarte mici; vibrațiile arborelui se transmit eficient la carcasă. Dimensiunile carcasei sunt de obicei suficiente. Rulmenții cu fuzete au jocuri și amortizare mai mari; vibrațiile arborelui oferă adesea informații de diagnosticare suplimentare.
• Tipul mașinii: Mașinile în care jocul rulmentului este comparabil cu amplitudinea vibrațiilor arborelui necesită măsurători ale arborelui pentru a preveni contactul. Mașinile cu armonice de ordin superior (trecerea lamei, încadrarea angrenajului, trecerea barei) sunt monitorizate prin măsurători de înaltă frecvență ale carcasei.
• Raportul masă rotorului / masă piedestalului: Mașinile în care masa arborelui este mică în comparație cu masa piedestalului transmit puține vibrații către piedestal. Măsurarea arborelui este mai eficientă.
• Flexibilitatea rotorului: Rotoare flexibile: vibrația relativă a arborelui oferă mai multe informații despre comportamentul rotorului.
• Conformitate cu piedestalul: Piedestalurile flexibile oferă un răspuns vibrațional mai bun la piesele care nu se rotesc.
• Experiență în măsurare: Dacă există o experiență vastă cu un anumit tip de măsurare pe mașini similare, continuați să utilizați acel tip.

Recomandări detaliate privind alegerea metodei de măsurare sunt furnizate în ISO 13373-1. Deciziile finale ar trebui să ia în considerare accesibilitatea, durata de viață a traductorului și costul de instalare.

Locații și direcții de măsurare

• Măsurați pe carcase de rulmenți sau piedestaluri — nu pe capace cu pereți subțiri sau suprafețe flexibile
• Utilizați două direcții radiale perpendiculare reciproc la fiecare locație a rulmentului
• Pentru mașinile orizontale, o direcție este de obicei verticală
• Pentru mașinile verticale sau înclinate, alegeți direcțiile care captează vibrațiile maxime
• Vibrații axiale activate rulmenți axiali utilizează aceleași limite ca vibrațiile radiale
• Evitați locațiile cu rezonanțe locale — confirmați prin compararea măsurătorilor efectuate în puncte apropiate

Condiții de funcționare

• Măsurați în funcționare în regim staționar la viteză și sarcină nominale
• Permiteți rotorului și rulmenților să ajungă echilibru termic
• Pentru mașinile cu viteză/sarcină variabilă, măsurați în toate punctele caracteristice de funcționare și utilizați valoarea maximă
• Condiții document: viteză, sarcină, temperaturi, presiuni, debite

Secțiunea 6 — Criterii de evaluare a condițiilor de vibrații

6.1 Generalități

ISO 20816-1 oferă o descriere generală a două criterii pentru evaluarea condițiilor de vibrații ale diferitelor clase de mașini. Un criteriu se aplică valoare absolută a parametrului de vibrație monitorizat într-o bandă largă de frecvență; celălalt este aplicat la schimbări în această valoare (indiferent dacă modificările sunt creșteri sau scăderi).

Se obișnuiește evaluarea stării de vibrații a mașinii pe baza valorii RMS a vitezei de vibrație pe piesele nerotative, ceea ce se datorează în mare măsură simplității efectuării măsurătorilor corespunzătoare. Cu toate acestea, pentru o serie de mașini, este recomandabil să se măsoare și deplasările relative ale arborelui de la vârf la vârf, iar acolo unde sunt disponibile astfel de date de măsurare, acestea pot fi utilizate și pentru evaluarea stării de vibrații a mașinii.

6.2 Criteriul I — Evaluare prin magnitudine absolută

6.2.1 Cerințe generale

Pentru măsurători ale arborelui rotativ: Condiția de vibrație este evaluată prin valoarea maximă a deplasării vibrațiilor în bandă largă de la vârf la vârf. Acest parametru monitorizat este obținut din măsurători ale deplasărilor în două direcții ortogonale specificate.

Pentru măsurători ale pieselor care nu se rotesc: Condiția de vibrație se evaluează prin valoarea RMS maximă a vitezei vibrației în bandă largă pe suprafața rulmentului sau în imediata apropiere a acesteia.

În conformitate cu acest criteriu, se determină valori limită ale parametrului monitorizat care pot fi considerate acceptabile din punctul de vedere al:

• Sarcini dinamice pe rulmenți
• Jocuri radiale în rulmenți
• Vibrațiile transmise de mașină structurii de susținere și fundației

Valoarea maximă a parametrului monitorizat obținută la fiecare rulment sau piedestal este comparată cu valoarea limită pentru grupul de mașini și tipul de suport dat. Experiența vastă în observarea vibrațiilor mașinilor specificate în Secțiunea 1 permite stabilirea limitelor zonelor de vibrații, îndrumare prin care se poate asigura, în majoritatea cazurilor, funcționarea fiabilă pe termen lung a mașinii.

Zonele de vibrații stabilite sunt destinate evaluării vibrațiilor mașinii într-un mod de funcționare în regim staționar specificat, cu o viteză nominală a arborelui și o sarcină nominală. Conceptul de mod staționar permite modificări lente ale sarcinii. Evaluarea se face neefectuat dacă modul de funcționare diferă de cel specificat sau în timpul modurilor tranzitorii, cum ar fi accelerarea, decelerarea liberă sau trecerea prin zone de rezonanță (a se vedea 6.4).

Concluziile generale despre condițiile de vibrații se trag adesea pe baza măsurătorilor vibrațiilor atât asupra pieselor rotative, cât și asupra celor nerotative ale mașinii.

Vibrații axiale a lagărelor de articulație nu este de obicei măsurată în timpul monitorizării continue a condițiilor de vibrații. Astfel de măsurători sunt de obicei efectuate în timpul monitorizării periodice sau în scopuri de diagnosticare, deoarece vibrațiile axiale pot fi mai sensibile la anumite tipuri de defecte. Acest standard oferă criterii de evaluare numai pentru vibrațiile axiale ale rulmenților axiali, unde se corelează cu pulsațiile axiale capabile să provoace avarii mașinii.

6.2.2 Zone cu condiții de vibrații

6.2.2.1 Descriere generală

Următoarele zone de vibrații au fost stabilite pentru evaluarea calitativă a vibrațiilor mașinilor și luarea deciziilor privind măsurile necesare:

Zona A — Mașinile nou puse în funcțiune se încadrează de obicei în această zonă.

Zona B — Mașinile care se încadrează în această zonă sunt de obicei considerate adecvate pentru funcționare continuă fără restricții de timp.

Zona C — Mașinile care se încadrează în această zonă sunt de obicei considerate nepotrivite pentru funcționarea continuă pe termen lung. De obicei, astfel de mașini pot funcționa pentru o perioadă limitată, până când apare o oportunitate potrivită pentru efectuarea lucrărilor de reparații.

Zona D — Nivelurile de vibrații din această zonă sunt de obicei considerate suficient de grave pentru a provoca avarii utilajelor.

6.2.2.2 Valori numerice ale limitei zonei

Valorile numerice stabilite ale limitelor zonei condițiilor de vibrație sunt nu este destinat utilizării ca criterii de acceptare, care ar trebui să facă obiectul unui acord între furnizorul și clientul mașinii. Cu toate acestea, aceste limite pot fi utilizate ca îndrumări generale, permițând evitarea costurilor inutile pentru reducerea vibrațiilor și prevenirea unor cerințe excesiv de stricte.

Uneori, caracteristicile de proiectare a mașinii sau experiența operațională pot necesita stabilirea altor valori limită (mai mari sau mai mici). În astfel de cazuri, producătorul oferă de obicei o justificare pentru modificarea limitelor și, în special, confirmă că vibrațiile crescute permise în conformitate cu aceste modificări nu vor duce la o fiabilitate redusă a mașinii.

6.2.2.3 Criterii de acceptare

Criteriile de acceptare a vibrațiilor mașinii sunt întotdeauna subiectul unui acord între furnizor și client, care trebuie documentat înainte sau la momentul livrării (prima opțiune este preferabilă). În cazul livrării unei mașini noi sau al returnării unei mașini după o revizie majoră, limitele zonelor de vibrații pot fi utilizate ca bază pentru stabilirea unor astfel de criterii. Cu toate acestea, valorile numerice ale limitelor zonelor ar trebui nu fi aplicate în mod implicit ca și criterii de acceptare.

Recomandare tipică: Parametrul de vibrații monitorizat al unei mașini noi ar trebui să se încadreze în Zona A sau B, dar nu ar trebui să depășească limita dintre aceste zone cu mai mult de de 1,25 ori. Această recomandare nu poate fi luată în considerare la stabilirea criteriilor de acceptare dacă la baza acesteia se bazează caracteristicile de proiectare ale mașinii sau experiența operațională acumulată cu tipuri de mașini similare.

Testarea de acceptare se efectuează în condiții de funcționare a mașinii strict specificate (capacitate, viteză de rotație, debit, temperatură, presiune etc.) pe un interval de timp specificat. Dacă mașina a sosit după înlocuirea unuia dintre ansamblurile principale sau după efectuarea unor lucrări de întreținere, la stabilirea criteriilor de acceptare se iau în considerare tipul de lucrare efectuată și valorile parametrilor monitorizați înainte de scoaterea mașinii din procesul de producție.

6.3 Criteriul II — Evaluarea prin modificarea magnitudinii

Acest criteriu se bazează pe compararea valorii curente a parametrului de vibrație în bandă largă monitorizat în funcționarea staționară a mașinii (permițând unele variații minore ale caracteristicilor de funcționare) cu o valoare stabilită anterior. valoare de referință (de bază).

Schimbările semnificative pot necesita luarea unor măsuri adecvate chiar dacă limita zonei B/C nu a fost încă atinsă. Aceste modificări se pot dezvolta treptat sau pot avea un caracter brusc, fiind consecințe ale unor deteriorări incipiente sau ale altor perturbări în funcționarea mașinii.

Parametrul de vibrație comparat trebuie obținut folosind aceeași poziție și orientare a traductorului pentru același mod de funcționare al mașinii. Atunci când se detectează modificări semnificative, se investighează posibilele cauze ale acestora cu scopul de a preveni situațiile periculoase.

6.4 Evaluarea condițiilor de vibrații în moduri tranzitorii

Limitele zonei condițiilor de vibrații prevăzute în anexele A și B se aplică vibrațiilor din funcționarea mașinii în regim staționar. Modurile de funcționare tranzitorii pot fi de obicei însoțite de vibrații mai mari. Un exemplu este vibrația mașinii pe un suport flexibil în timpul pornirii sau al derelicirii, când creșterea vibrațiilor este asociată cu trecerea prin vitezele critice ale rotorului. În plus, creșterea vibrațiilor poate fi observată din cauza nealinierii pieselor rotative de cuplare sau a curburii rotorului în timpul încălzirii.

Atunci când se analizează starea de vibrații a unei mașini, este necesar să se acorde atenție modului în care vibrațiile reacționează la schimbările modului de funcționare și la condițiile externe de funcționare. Deși acest standard nu ia în considerare evaluarea vibrațiilor în modurile tranzitorii de funcționare a mașinii, ca ghid general se poate accepta că vibrațiile sunt acceptabile dacă, în timpul modurilor tranzitorii de durată limitată, nu depășesc... limita superioară a Zonei C.

Criteriul II — Schimbare față de valoarea inițială

Chiar dacă vibrațiile rămân în Zona B, o schimbare semnificativă față de valoarea inițială indică apariția unor probleme:

6.5 Niveluri limită de vibrații în funcționarea în regim staționar

6.5.1 Generalități

De regulă, pentru mașinile destinate funcționării pe termen lung, se stabilesc niveluri limită de vibrații, a căror depășire în funcționarea staționară a mașinii duce la apariția unor semnale de notificare de tipul AVERTIZARE sau CĂLĂTORIE.

AVERTIZARE — notificare pentru a atrage atenția asupra faptului că valoarea parametrului de vibrații monitorizat sau modificarea acestuia a atins un nivel după care pot fi necesare măsuri de remediere. De regulă, atunci când apare o notificare de AVERTIZARE, mașina poate fi operată o perioadă de timp, investigând cauzele modificării vibrațiilor și determinând ce măsuri de remediere trebuie luate.

CĂLĂTORIE — notificare care indică faptul că parametrul de vibrații a atins un nivel la care funcționarea ulterioară a mașinii poate duce la deteriorarea acesteia. Când se atinge nivelul TRIP, trebuie luate măsuri imediate pentru a reduce vibrațiile sau a opri mașina.

Datorită diferențelor dintre sarcinile dinamice și rigiditățile de susținere ale mașinii, pot fi stabilite diferite niveluri limită de vibrații pentru diferite puncte și direcții de măsurare.

6.5.2 Setarea nivelului de AVERTISMENT

Nivelul de AVERTISMENT poate varia semnificativ (fie crescând, fie descrescând) de la o mașină la alta. De obicei, acest nivel este determinat în raport cu o anumită nivel de bază obținute pentru fiecare instanță specifică a mașinii pentru un punct specificat și o direcție de măsurare specificată, pe baza experienței operaționale.

Se recomandă setarea nivelului de AVERTISMENT astfel încât să depășească valoarea de referință cu 25% din valoarea limită superioară a Zonei B. Dacă nivelul de referință este scăzut, nivelul de AVERTISMENT poate fi sub Zona C.

Dacă nivelul de referință nu este definit (de exemplu, pentru o mașină nouă), nivelul de AVERTISMENT este determinat fie din experiența operațională cu mașini similare, fie în raport cu valorile acceptabile convenite ale parametrului de vibrații monitorizat. După un anumit timp, pe baza observațiilor vibrațiilor mașinii, se stabilește un nivel de referință, iar nivelul de AVERTISMENT este ajustat în consecință.

De obicei, nivelul de AVERTISMENT este setat astfel încât nu depășește limita superioară a Zonei B cu mai mult de 1,25 ori.

Dacă apare o modificare a nivelului de referință (de exemplu, după repararea mașinii), nivelul de AVERTIZARE trebuie, de asemenea, ajustat în mod corespunzător.

6.5.3 Setarea nivelului de declanșare

Nivelul TRIP este de obicei asociat cu păstrarea integrității mecanice a mașinii, care, la rândul său, este determinată de caracteristicile sale de proiectare și de capacitatea de a rezista la forțe dinamice anormale. Prin urmare, nivelul TRIP este de obicei același lucru pentru mașini cu design similar și este fără legătură cu linia de bază.

Din cauza diversității modelelor de mașini, nu este posibil să se ofere îndrumări universale pentru setarea nivelului TRIP. De obicei, nivelul TRIP este setat în Zona C sau D, dar nu mai sus decât limita dintre aceste zone cu mai mult de 25%.

6.6 Proceduri și criterii suplimentare

Există nicio metodă simplă de calcul vibrația piedestalului rulmentului din vibrația arborelui (sau invers, vibrația arborelui din vibrația piedestalului). Diferența dintre vibrația absolută și relativă a arborelui este legată de vibrația piedestalului rulmentului, dar, de regulă, este nu este egal cu acesta.

Implicații practice: Dacă vibrațiile carcasei indică Zona B (acceptabilă), dar vibrațiile arborelui indică Zona C (restricționată), clasificați mașina în Zona C și planificați acțiuni corective. Utilizați întotdeauna evaluarea celui mai defavorabil caz atunci când sunt disponibile măsurători duble.

6.7 Evaluare bazată pe reprezentarea vectorială a informațiilor

O modificare a amplitudinii unei componente individuale de frecvență a vibrației, chiar dacă este semnificativă, este nu neapărat însoțit printr-o modificare substanțială a semnalului de vibrație în bandă largă. De exemplu, dezvoltarea unei fisuri în rotor poate cauza apariția unor armonice semnificative ale frecvenței de rotație, dar amplitudinile acestora pot rămâne mici în comparație cu componenta la viteza de funcționare. Acest lucru nu permite urmărirea fiabilă a efectelor dezvoltării fisurilor doar prin modificări ale vibrațiilor în bandă largă.

Monitorizarea modificărilor amplitudinii componentelor individuale ale vibrațiilor pentru obținerea de date pentru procedurile de diagnostic ulterioare necesită utilizarea echipamente speciale de măsurare și analiză, de obicei mai complex și necesitând o calificare specială pentru aplicarea sa (a se vedea ISO 18436-2).

Metodele stabilite de acest standard sunt limitat la măsurarea vibrațiilor în bandă largă fără evaluarea amplitudinilor și fazelor componentelor individuale de frecvență. În majoritatea cazurilor, acest lucru este suficient pentru testarea de acceptare a mașinii și monitorizarea stării la locația de instalare.

Totuși, utilizarea în programele de monitorizare și diagnosticare a stării pe termen lung a informații vectoriale Analiza componentelor de frecvență (în special la viteza de rulare și la a doua armonică a acesteia) permite evaluarea modificărilor comportamentului dinamic al mașinii, care sunt imposibil de distins atunci când se monitorizează doar vibrațiile în bandă largă. Analiza relațiilor dintre componentele individuale de frecvență și fazele acestora își găsește o aplicație din ce în ce mai mare în sistemele de monitorizare a stării și de diagnosticare.

Notă: Acest standard nu oferă criterii de evaluare a condițiilor de vibrații bazate pe modificările componentelor vectoriale. Informații mai detaliate despre această problemă sunt furnizate în ISO 13373-1, ISO 13373-2, ISO 13373-3 (a se vedea și ISO 20816-1).

8. Funcționare tranzitorie

În timpul pornirii, decelerației sau funcționării peste turația nominală, sunt de așteptat vibrații mai mari, în special la trecerea prin turații critice.

9. Vibrații de fundal

Dacă vibrațiile măsurate depășesc limitele de acceptare și se suspectează vibrații de fond, măsurați cu mașina oprită. Sunt necesare corecții dacă vibrațiile de fond depășesc oricare dintre următoarele:

• 25% din valoarea măsurată în timpul funcționării, SAU
• 25% din limita B/C pentru clasa de mașini respectivă

Anexa C (Informativă) — Limite de zonă și distanțe de aer la ax

Pentru mașini cu lagăre cu jgheab (film fluid), condiția fundamentală pentru o funcționare în siguranță este cerința ca deplasările arborelui pe pana de ulei să nu permită contactul cu corpul rulmentului. Prin urmare, limitele zonelor pentru deplasările relative ale arborelui prevăzute în anexa B trebuie coordonate cu această cerință.

În special, pentru rulmenții cu joc mic, poate fi necesar să reduce valorile limită ale zonei. Gradul de reducere depinde de tipul rulmentului și de unghiul dintre direcția de măsurare și direcția jocului minim.

Exemplu: Turbină cu abur mare (3000 rpm, lagăr de articulație)

• B/C calculat (Anexa B): S(pp) = 9000/√3000 ≈ 164 μm
• Joc diametral real al rulmentului: 150 μm
• Deoarece 164 > 150, se utilizează limite bazate pe clearance:
• A/B = 0,4 × 150 = 60 μm
• B/C = 0,6 × 150 = 90 μm
• C/D = 0,7 × 150 = 105 μm

Notă de aplicare: Aceste valori ajustate se aplică la măsurarea vibrațiilor arborelui în sau în apropierea rulmentului. În alte locații ale arborilor cu jocuri radiale mai mari, se pot aplica formulele standard din anexa B.

Anexa D (Informativă) — Aplicabilitatea criteriului vitezei constante pentru mașinile de viteză redusă

Această anexă oferă justificarea pentru nedorința aplicării unor criterii bazate pe măsurarea vitezei pentru mașinile cu vibrații de joasă frecvență (sub 120 r/min). Pentru mașinile cu viteză redusă, criteriile bazate pe măsurarea deplasării Utilizarea unui echipament de măsurare adecvat ar putea fi mai potrivită. Cu toate acestea, astfel de criterii nu sunt luate în considerare în prezentul standard.

Baza istorică a criteriului vitezei

Propunerea de utilizare a vibrațiilor viteză măsurată pe piese ale mașinilor nerotative ca bază pentru descrierea stării de vibrații a fost formulată pe baza generalizării numeroaselor rezultate ale testelor (a se vedea, de exemplu, lucrarea de pionierat a lui Rathbone TC, 1939), ținând cont de anumite considerații fizice.

În legătură cu aceasta, timp de mulți ani s-a considerat că mașinile sunt echivalente din punctul de vedere al condiției și al efectelor vibrațiilor asupra lor dacă rezultatele măsurării vitezei RMS în intervalul de frecvență de la 10 la 1000 Hz coincid. Avantajul acestei abordări a fost capacitatea de a utiliza aceleași criterii de condiție de vibrație indiferent de compoziția frecvențială a vibrației sau de frecvența de rotație a mașinii.

În schimb, utilizarea deplasării sau accelerației ca bază pentru evaluarea condițiilor de vibrație ar duce la necesitatea construirii unor criterii dependente de frecvență, deoarece raportul deplasare-viteză este invers proporțional cu frecvența vibrațiilor, iar raportul accelerație-viteză este direct proporțional cu aceasta.

Paradigma constantei de viteză

Utilizarea vibrațiilor viteză deoarece parametrul principal se bazează pe teste ample și pe observația că mașinile sunt "echivalente" în ceea ce privește condiția dacă prezintă aceeași viteză RMS în intervalul 10–1000 Hz, indiferent de conținutul de frecvență.

Avantaj: Simplitate. Un set de limite de viteză se aplică pe o gamă largă de viteze, fără corecții dependente de frecvență.

Problemă la frecvențe joase: Raportul dintre deplasare și viteză este invers proporțional cu frecvența:

La frecvențe foarte joase (< 10 Hz), acceptarea unei viteze constante (de exemplu, 4,5 mm/s) poate permite valori excesiv de mari deplasare, care pot solicita componentele conectate (țevi, cuplaje) sau pot indica probleme structurale majore.

Ilustrație grafică (din anexa D)

Considerăm o viteză constantă de 4,5 mm/s la diferite viteze de rulare:

Observare: Pe măsură ce viteza scade, deplasarea crește dramatic. O deplasare de 358 μm la 120 rpm ar putea suprasolicita cuplajele sau ar putea provoca deteriorarea peliculei de ulei în lagărele de articulație, chiar dacă viteza este "acceptabilă"."

Figura D.1 reflectă o relație matematică simplă între viteza constantă și deplasarea variabilă la diferite frecvențe de rotație. Dar, în același timp, arată cum utilizarea criteriului vitezei constante poate duce la creșterea deplasării piedestalului rulmentului odată cu scăderea frecvenței de rotație. Deși forțele dinamice care acționează asupra rulmentului rămân în limite acceptabile, deplasările semnificative ale carcasei rulmentului pot avea un efect negativ asupra elementelor conectate ale mașinii, cum ar fi conductele de ulei.

Configurația Balanset-1A pentru mașini de viteză redusă

La mașinile de măsurat ≤600 rpm:

• Setați limita inferioară a intervalului de frecvență la 2 Hz (nu 10 Hz)
• Afișați ambele Viteză (mm/s) și Deplasare (μm) metrici
• Comparați ambii parametri cu pragurile din standardul/procedura dumneavoastră (introduceți-le în calculator)
• Dacă se măsoară doar viteza și trece, dar deplasarea este necunoscută, evaluarea este incomplet
• Asigurați-vă că traductorul are un răspuns liniar până la 2 Hz (verificați certificatul de calibrare)

12. Funcționare tranzitorie: accelerare, decelerare liberă și supraturație

Limitele zonelor din anexele A și B se aplică funcționare în regim staționar la viteză și sarcină nominale. În timpul condițiilor tranzitorii (pornire, oprire, schimbări de viteză), sunt de așteptat vibrații mai mari, în special la trecerea prin viteze critice (rezonanțe).

Tabelul 1 — Limite recomandate în timpul perioadelor tranzitorii

Notă pentru viteză <20%: La viteze foarte mici, criteriile de viteză s-ar putea să nu se aplice (a se vedea anexa D). Deplasarea devine critică.

Interpretare practică

• O mașină poate depăși pentru scurt timp limitele de stare staționară în timpul accelerării/decelerării
• Vibrația arborelui este permisă să atingă 1,5× limita C/D (până la viteza 90%) pentru a permite trecerea prin viteze critice.
• Dacă vibrațiile rămân ridicate după atingerea vitezei de funcționare, indică o defecțiune persistentă, nu o rezonanță tranzitorie

Analiza derulării Balanset-1A

Balanset-1A include o funcție grafică "RunDown" (experimentală) care înregistrează amplitudinea vibrațiilor în funcție de RPM în timpul decelerației libere:

• Identifică vitezele critice: Vârfurile ascuțite ale amplitudinii indică rezonanțe
• Verifică trecerea rapidă: Vârfurile înguste confirmă trecerea rapidă a mașinii (bine)
• Detectează defecțiunile dependente de viteză: Amplitudinea care crește continuu odată cu viteza sugerează probleme aerodinamice sau de proces

Aceste date sunt neprețuite pentru a distinge vârfurile tranzitorii (acceptabile conform Tabelului 1) de vibrațiile excesive în stare staționară (inacceptabile).

13. Flux de lucru practic pentru conformitatea cu ISO 20816-3

14. Subiect avansat: Teoria echilibrării coeficienților de influență

Când o mașină este diagnosticată cu dezechilibru (vibrații ridicate de 1×, fază stabilă), Balanset-1A utilizează Metoda Coeficientului de Influență pentru a calcula ponderile de corecție precise.

Fundația matematică

Răspunsul la vibrații al rotorului este modelat ca sistem liniar unde adăugarea de masă modifică vectorul de vibrație:

Procedură de echilibrare în trei etape (plan unic)

1. Rulare inițială (Runarea 0):
   • Măsurarea vibrațiilor: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
   • Vector: V₀ = 6,2∠45°
2. Rulare de probă cu greutăți (Rulare 1):
   • Adăugați masa de încercare: M_proces = 20 g la unghiul θ_proces = 0°
   • Măsurarea vibrațiilor: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
   • Vector: V₁ = 4,1∠110°
3. Calculați coeficientul de influență:
   • ΔV = V₁ − V₀ = (scăderea vectorială)
   • α = ΔV / (20 g ∠ 0°)
   • α ne spune "cât se modifică vibrația pe gram de masă adăugată"."
4. Calculați corecția:
   • M_corr = −V₀ / α
   • Rezultat: M_corr = 28,5 g la unghiul θ_corr = 215°
5. Aplicați corecția și verificați:
   • Eliminați greutatea de probă
   • Adăugați 28,5 g la 215° (măsurat de la un marcaj de referință de pe rotor)
   • Măsurarea vibrației finale: A_final = 1,1 mm/s (țintă: <1,4 mm/s pentru Zona A)

De ce funcționează asta

Dezechilibrul creează o forță centrifugă F = m × e × ω², unde m este masa dezechilibrată, e este excentricitatea sa, iar ω este viteza unghiulară. Această forță generează vibrații. Prin adăugarea unei mase calculate precis la un unghi specific, creăm o egal și opus forță centrifugă, anulând dezechilibrul inițial. Software-ul Balanset-1A efectuează automat calculele vectoriale complexe, ghidând tehnicianul prin proces.

11. Fizică și formule de referință

Fundamentele procesării semnalelor

Relația dintre deplasare, viteză și accelerație

Pentru vibrații sinusoidale la frecvența f (Hz), relațiile dintre deplasare (d), viteză (v) și accelerație (a) sunt guvernate de calcul:

Perspectivă cheie: Viteza este proporțională cu frecvența × deplasare. Accelerația este proporțională cu frecvența² × deplasare. De aceea:

• La frecvențe joase (< 10 Hz), deplasarea este parametrul critic
• La frecvențe medii (10–1000 Hz), viteza se corelează bine cu energia și este independentă de frecvență
• La frecvențe înalte (> 1000 Hz), accelerația devine dominantă

RMS vs. valori de vârf

The Rădăcina medie pătratică (RMS) Valoarea reprezintă energia efectivă a unui semnal. Pentru o undă sinusoidală pură:

De ce RMS? RMS se corelează direct cu putere și stresul de oboseală impus componentelor mașinii. Un semnal de vibrație cu V_RMS = 4,5 mm/s furnizează aceeași energie mecanică indiferent de complexitatea formei de undă.

Calculul RMS în bandă largă

Pentru un semnal complex care conține mai multe componente de frecvență (ca în cazul mașinilor reale):

Unde fiecare V_RMS,i reprezintă amplitudinea RMS la o frecvență specifică (1×, 2×, 3× etc.). Aceasta este valoarea "generală" afișată de analizoarele de vibrații și utilizată pentru evaluarea zonei conform ISO 20816-3.

Arhitectura de procesare a semnalelor Balanset-1A

Exemplu practic: Diagnosticare detaliată

Scenariu: O pompă centrifugă de 75 kW care funcționează la 1480 rpm (24,67 Hz) pe o fundație rigidă din beton.

Pasul 1: Clasificare

• Putere: 75 kW → Grupa 2 (15–300 kW)
• Fundație: Rigidă (verificată prin test de impact)
• Determinați pragurile A/B, B/C, C/D din textul/specificația standard și introduceți-le în calculator

Pasul 2: Măsurare cu Balanset-1A

• Montarea accelerometrelor pe carcasele rulmenților pompei (exterioare și interioare)
• Intrați în modul "Vibrometru" (F5)
• Interval de frecvență setat: 10–1000 Hz
• Viteză RMS totală înregistrată: 6,2 mm/s

Pasul 3: Evaluarea zonei

Comparați valoarea măsurată (de exemplu, 6,2 mm/s RMS) cu pragurile introduse: peste C/D → ZONA D; între B/C și C/D → ZONA C, etc.

Pasul 4: Diagnostic spectral

Comutați în modul FFT. Spectrul arată:

• 1× componentă (24,67 Hz): 5,8 mm/s — Dominant
• 2× componentă (49,34 Hz): 1,2 mm/s — Minor
• Alte frecvențe: Neglijabil

Diagnostic: Vibrații ridicate de 1× cu fază stabilă → Dezechilibra

Pasul 5: Echilibrarea cu Balanset-1A

Intrați în modul "Echilibrare pe un singur plan":

• Rulare inițială: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
• Greutate de probă: Adăugați 20 de grame la 0° (unghi arbitrar)
• Funcționare de probă: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
• Software-ul calculează: Masă de corecție = 28,5 grame la un unghi = 215°
• Corecție aplicată: Scoateți greutatea de probă, adăugați 28,5 g la 215°
• Verificare efectuată: A_final = 1,1 mm/s

Pasul 6: Verificarea conformității

1,1 mm/s < 1,4 mm/s (limita A/B) → ZONA A — Stare excelentă!

Pompa este acum conformă cu standardul ISO 20816-3 pentru funcționare pe termen lung fără restricții. Generați un raport care să documenteze înainte (6,2 mm/s, Zona D) și după (1,1 mm/s, Zona A) cu grafice spectrale.

De ce viteza este criteriul principal

Viteza vibrațiilor se corelează bine cu severitatea vibrațiilor pe o gamă largă de frecvențe deoarece:

• Viteza se referă la energie transmisă fundației și împrejurimilor
• Viteza este relativ independent de frecvență pentru echipamente industriale tipice
• La frecvențe foarte joase (<10 Hz), deplasarea devine factorul limitator
• La frecvențe foarte înalte (>1000 Hz), accelerația devine importantă (în special pentru diagnosticarea rulmenților)

Deformare statică și frecvență naturală

Pentru a estima dacă o fundație este rigidă sau flexibilă:

Estimarea vitezei critice

Prima viteză critică a unui rotor simplu:

15. Greșeli și capcane frecvente în aplicarea standardului ISO 20816-3

16. Integrare cu strategia mai amplă de monitorizare a stării

Limitele de vibrații conform ISO 20816-3 sunt necesar, dar nu suficient pentru gestionarea completă a stării utilajelor. Integrați datele privind vibrațiile cu:

• Analiza uleiului: Particule de uzură, degradarea vâscozității, contaminare
• Termografie: Temperaturi ale rulmenților, puncte fierbinți ale înfășurărilor motorului, încălzire indusă de nealiniere
• Ecografie: Detectarea timpurie a defecțiunilor de lubrifiere a rulmenților, a arcurilor electrice
• Analiza semnăturii curentului motorului (MCSA): Defecte ale barei rotorului, excentricitate, variații de sarcină
• Parametrii procesului: Debit, presiune, consum de energie — corelarea vârfurilor de vibrații cu perturbările procesului

Balanset-1A oferă stâlp de vibrații a acestei strategii. Folosiți funcțiile sale de arhivare și de urmărire a tendințelor pentru a construi o bază de date istorică. Comparați evenimentele de vibrații cu înregistrările de întreținere, datele probelor de ulei și jurnalele operaționale.

17. Considerații de reglementare și contractuale

Testare de acceptare (Mașini noi)

Important: limitele zonelor sunt de obicei îndrumări pentru evaluarea stării, în timp ce criterii de acceptare pentru o mașină nouă sunt definite prin contract/specificații și convenite între furnizor și client.

Rolul Balanset-1A: În timpul testelor de acceptare în fabrică (FAT) sau al testelor de acceptare la fața locului (SAT), Balanset-1A verifică nivelurile de vibrații declarate de furnizor. Generează rapoarte documentate care demonstrează respectarea limitelor contractuale.

Asigurare și răspundere civilă

În unele jurisdicții, operarea utilajelor în Zona D poate anula acoperirea asigurării în cazul unei defecțiuni catastrofale. Evaluările documentate ISO 20816-3 demonstrează diligența necesară în îngrijirea utilajelor.

18. Dezvoltări viitoare: Extinderea seriei ISO 20816

Seria ISO 20816 continuă să evolueze. Printre componentele și revizuirile viitoare se numără:

• ISO 20816-6: Mașini cu piston (care înlocuiesc ISO 10816-6)
• ISO 20816-7: Pompe rotodinamice (care înlocuiesc ISO 10816-7)
• ISO 20816-8: Sisteme de compresoare cu piston (noi)
• ISO 20816-21: Turbine eoliene (care înlocuiesc ISO 10816-21)

Aceste standarde vor adopta filozofii similare privind limitele zonelor, dar cu ajustări specifice utilajelor. Balanset-1A, cu configurația sa flexibilă și gama largă de frecvență/amplitudine, va rămâne compatibil pe măsură ce aceste standarde sunt publicate.

19. Studii de caz

Studiu de caz 1: Diagnostic greșit evitat prin măsurare dublă

Maşină: Turbină cu abur de 5 MW, 3000 rpm, cu lagăre de articulație

Situaţie: Vibrația carcasei rulmentului = 3,0 mm/s (Zona B, acceptabilă). Cu toate acestea, operatorii au raportat zgomote neobișnuite.

Investigație: Balanset-1A conectat la sondele de proximitate existente. Vibrația axului = 180 μm pp. Limita B/C calculată (Anexa B) = 164 μm. Arbore în Zona C!

Cauza de bază: Instabilitatea peliculei de ulei (vârtej de ulei). Vibrațiile carcasei au fost reduse din cauza masei puternice a piedestalului care amortiza mișcarea arborelui. Bazându-ne doar pe măsurătorile carcasei, această situație periculoasă ar fi fost omisă.

Acţiune: Presiunea de alimentare cu ulei a rulmentului a fost ajustată, jocul a fost redus prin reajustarea șaibei. Vibrațiile arborelui au fost reduse la 90 μm (Zona A).

Studiu de caz 2: Echilibrarea salvează un ventilator esențial

Maşină: Ventilator cu tiraj indus de 200 kW, 980 rpm, cuplaj flexibil

Condiție inițială: Vibrații = 7,8 mm/s (Zona D). Centrala are în vedere oprirea de urgență și înlocuirea rulmenților ($50.000, întrerupere de 3 zile).

Diagnosticul Balanset-1A: FFT arată 1× = 7,5 mm/s, 2× = 0,8 mm/s. Stabil în fază. Dezechilibra, nesuferind deteriorări.

Echilibrarea câmpului: Echilibrarea pe două planuri a fost efectuată la fața locului în 4 ore. Vibrație finală = 1,6 mm/s (Zona A).

Rezultat: Am evitat oprirea, am economisit $50.000. Cauza principală: erodarea muchiilor anterioare ale palelor din cauza prafului abraziv. Corectată prin echilibrare; recondiționarea palelor este programată la următoarea oprire planificată.

20. Concluzie și cele mai bune practici

Tranziția către ISO 20816-3:2022 reprezintă o maturizare în analiza vibrațiilor, necesitând o abordare bazată pe fizică, cu perspectivă dublă, a stării de sănătate a mașinilor. Concluzii cheie:

The Sistemul Balanset-1A demonstrează o aliniere puternică cu cerințele ISO 20816-3. Specificațiile sale tehnice - intervalul de frecvență, precizia, flexibilitatea senzorilor și fluxul de lucru software - permit echipelor de mentenanță nu doar să diagnosticheze neconformitățile, ci și să le corecteze activ prin echilibrare de precizie. Prin combinarea analizei spectrului de diagnosticare cu capacitatea de echilibrare corectivă, Balanset-1A permite inginerilor de fiabilitate să întrețină activele industriale în Zona A/B, asigurând longevitatea, siguranța și producția neîntreruptă.

Standarde de referință și bibliografie

Referințe normative (Secțiunea 2 din ISO 20816-3)

Standarde conexe din seria ISO 20816

Standarde complementare

Context istoric (standarde înlocuite)

ISO 20816-3:2022 înlocuiește următoarele standarde:

• ISO 10816-3:2009 — Evaluarea vibrațiilor mașinilor prin măsurători pe piese nerotative — Partea 3: Mașini industriale cu putere nominală mai mare de 15 kW și turații nominale între 120 r/min și 15.000 r/min
• ISO 7919-3:2009 — Vibrații mecanice — Evaluarea vibrațiilor mașinilor prin măsurători pe arbori rotativi — Partea 3: Mașini industriale cuplate

Integrarea vibrațiilor carcasei (10816) și vibrațiilor arborelui (7919) într-un standard unificat elimină ambiguitățile anterioare și oferă un cadru de evaluare coerent.

Anexa DA (Informativă) — Corespondența standardelor internaționale la care se face referire cu standardele naționale și interstatale

La aplicarea acestui standard, se recomandă utilizarea standardelor naționale și interstatale corespunzătoare în locul standardelor internaționale la care se face referire. Tabelul următor prezintă relația dintre standardele ISO la care se face referire în Secțiunea 2 și echivalentele lor naționale.

Notă: În acest tabel, se utilizează următoarea denumire convențională a gradului de corespondență:

• IDT — Standarde identice

Standardele naționale pot avea date de publicare diferite, dar mențin echivalența tehnică cu standardele ISO la care se face referire. Consultați întotdeauna cele mai recente ediții ale standardelor naționale pentru cerințele cele mai actuale.

Bibliografie

Următoarele documente sunt menționate în ISO 20816-3 în scop informativ:

Notă istorică: Referința [16] (Rathbone, 1939) reprezintă lucrarea de pionierat care a pus bazele utilizării vitezei drept criteriu principal de vibrație.