Kompletný sprievodca normou ISO 20816-3: Komplexná technická analýza

Úvod

Táto norma stanovuje návod na hodnotenie vibračných podmienok priemyselných zariadení na základe meraní:

1. Vibrácie ložísk, ložiskových podstavcov a ložiskových puzdier na mieste, kde je zariadenie nainštalované;
2. Radiálne vibrácie hriadeľov zostav strojov.

Na základe prevádzkových skúseností s priemyselnými zariadeniami, dve kritériá pre hodnotenie vibračných podmienok boli stanovené:

• Kritérium I: Absolútna hodnota monitorovaného parametra širokopásmových vibrácií
• Kritérium II: Zmena tejto hodnoty (v porovnaní s východiskovou hodnotou)

Vývoj vibračných noriem: Konvergencia noriem ISO 10816 a ISO 7919

História štandardizácie vibrácií predstavuje postupný prechod od fragmentovaných, komponentne špecifických smerníc k holistickému hodnoteniu strojov. Historicky bolo hodnotenie strojov rozdelené na:

• Séria ISO 10816: Zamerané na meranie nerotujúcich častí (ložiskové telesá, podstavce) pomocou akcelerometrov alebo snímačov rýchlosti
• Séria ISO 7919: Riešenie vibrácií rotujúcich hriadeľov vzhľadom na ložiská, predovšetkým pomocou bezkontaktných sond s vírivým prúdom

Toto oddelenie často viedlo k diagnostická nejednoznačnosť. Stroj môže vykazovať prijateľné vibrácie krytu (zóna A podľa normy ISO 10816) a zároveň trpieť nebezpečným hádzaním hriadeľa alebo nestabilitou (zóna C/D podľa normy ISO 7919), najmä v situáciách zahŕňajúcich ťažké kryty alebo ložiská s fluidným filmom, kde je prenos vibračnej energie zoslabený.

Oddiel 1 – Rozsah pôsobnosti

Táto norma stanovuje všeobecné požiadavky na hodnotenie vibračných podmienok priemyselné zariadenia (ďalej len "stroje") s výkonom nad 15 kW a rýchlosťami otáčania od 120 do 30 000 ot./min. na základe meraní vibrácií na nerotujúce časti a ďalej rotujúce hriadele za normálnych prevádzkových podmienok stroja na mieste jeho inštalácie.

Posúdenie sa vykonáva na základe monitorovaného parametra vibrácií a na základe zmeny v tomto parametri pri ustálenej prevádzke stroja. Číselné hodnoty kritérií hodnotenia stavu odrážajú prevádzkové skúsenosti so strojmi tohto typu; v špecifických prípadoch súvisiacich s konkrétnymi prevádzkovými podmienkami a konštrukciou daného stroja však nemusia byť použiteľné.

Táto norma sa vzťahuje na:

1. Parné turbíny a generátory s výkonom do 40 MW (pozri poznámky 1 a 2)
2. Parné turbíny a generátory s výstupným výkonom presahujúcim 40 MW a otáčkami iné ako 1500, 1800, 3000 a 3600 ot./min (pozri poznámku 1)
3. Rotačné kompresory (odstredivé, axiálne)
4. Priemyselné plynové turbíny s výkonom do 3 MW (pozri poznámku 2)
5. Turbodúchadlové motory
6. Elektromotory všetkých typov s flexibilnou hriadeľovou spojkou. (Ak je rotor motora pevne spojený so strojovým zariadením, na ktoré sa vzťahuje iná norma zo série ISO 20816, vibrácie motora sa môžu posudzovať buď podľa tejto normy, alebo podľa tejto normy.)
7. Valcovne a valcovacie stolice
8. Dopravníky
9. Spojky s premenlivou rýchlosťou
10. Ventilátory a dúchadlá (pozri poznámku 3)

Táto norma sa NEVZŤAHUJE na:

11. Parné turbíny, plynové turbíny a generátory s výkonom presahujúcim 40 MW a otáčkami 1500, 1800, 3000 a 3600 ot./min → použitie ISO 20816-2
12. Plynové turbíny s výkonom presahujúcim 3 MW → použitie ISO 20816-4
13. Strojné sústroje vo vodných elektrárňach a prečerpávacích vodných elektrárňach → použitie ISO 20816-5
14. Piestové stroje a stroje pevne spojené s piestovými strojmi → použitie ISO 10816-6
15. Rotodynamické čerpadlá so zabudovanými alebo pevne pripojenými hnacími motormi s obežným kolesom na hriadeli motora alebo pevne pripojeným k nemu → použitie ISO 10816-7
16. Inštalácie piestových kompresorov → použitie ISO 20816-8
17. Objemové kompresory (napr. skrutkové kompresory)
18. Ponorné čerpadlá
19. Veterné turbíny → použitie ISO 10816-21

Podrobnosti o rozsahu pôsobnosti aplikácie

Požiadavky tejto normy sa vzťahujú na merania širokopásmové vibrácie na hriadeľoch, ložiskách, telesách a ložiskových podstavcoch v ustálenom režime prevádzky stroja v rozsahu menovitých otáčok. Tieto požiadavky platia pre merania v mieste inštalácie aj počas preberacích skúšok. Stanovené kritériá vibračných podmienok sú uplatniteľné v systémoch kontinuálneho aj periodického monitorovania.

Táto norma sa vzťahuje na stroje, ktoré môžu zahŕňať ozubené kolesá a valivé ložiská; je to však nie je zamýšľané na vyhodnotenie vibračných podmienok týchto špecifických komponentov (prevodovky pozri normu ISO 20816-9).

Oddiel 2 – Normatívne odkazy

Táto norma používa normatívne odkazy na nasledujúce normy. Pre datované odkazy platí iba citované vydanie. Pre nedatované odkazy platí najnovšie vydanie (vrátane všetkých zmien):

Tieto normy poskytujú základ pre terminológiu, metódy merania a všeobecnú filozofiu hodnotenia uplatňovanú v norme ISO 20816-3.

Oddiel 3 – Pojmy a definície

Na účely tejto normy sa pojmy a definície uvedené v ISO 2041 uplatniť.

Kľúčové pojmy (z normy ISO 2041)

• Vibrácie: Zmena veľkosti veličiny, ktorá opisuje pohyb alebo polohu mechanického systému, v čase
• RMS (stredná kvadratická hodnota): Druhá odmocnina z priemeru druhých mocnín hodnôt veličiny za určený časový interval
• Širokopásmové vibrácie: Vibrácie obsahujúce energiu rozloženú v špecifikovanom frekvenčnom rozsahu
• Prirodzená frekvencia: Frekvencia voľných vibrácií systému
• Prevádzka v ustálenom stave: Prevádzkový stav, v ktorom relevantné parametre (rýchlosť, zaťaženie, teplota) zostávajú v podstate konštantné
• Hodnota medzi špičkami: Algebraický rozdiel medzi extrémnymi hodnotami (maximum a minimum)
• Prevodník: Zariadenie, ktoré poskytuje výstupnú veličinu s určeným vzťahom k vstupnej veličine

Oddiel 5 – Klasifikácia strojov

5.1 Všeobecné

V súlade s kritériami stanovenými touto normou sa stav vibrácií stroja posudzuje v závislosti od:

1. Typ stroja
2. Menovitý výkon alebo výška hriadeľa (pozri aj ISO 496)
3. Stupeň tuhosti základu

5.2 Klasifikácia podľa typu stroja, menovitého výkonu alebo výšky hriadeľa

Rozdiely v typoch strojov a konštrukciách ložísk si vyžadujú rozdelenie všetkých strojov na dve skupiny na základe menovitého výkonu alebo výšky hriadeľa.

Hriadele strojov v oboch skupinách môžu byť umiestnené horizontálne, vertikálne alebo šikmo a podpery môžu mať rôzny stupeň tuhosti.

Skupina 1 – Veľké stroje

• Menovitý výkon > 300 kW
• ALEBO elektrické stroje s výškou hriadeľa V > 315 mm
• Typicky vybavené radiálne (kľučkové) ložiská
• Prevádzkové otáčky od 120 do 30 000 ot./min.

Skupina 2 – Stredné stroje

• Menovitý výkon 15 – 300 kW
• ALEBO elektrické stroje s výškou hriadeľa 160 mm < V ≤ 315 mm
• Typicky vybavené valivé ložiská
• Prevádzkové otáčky vo všeobecnosti > 600 ot./min

5.3 Klasifikácia podľa tuhosti základov

Základy strojov sa podľa stupňa tuhosti v určenom smere merania delia na:

1. Pevné základy
2. Flexibilné základy

Základom tejto klasifikácie je vzťah medzi tuhosťou stroja a základom. Ak najnižšia prirodzená frekvencia systému "stroj-základ" v smere merania vibrácií prekračuje hlavnú budiacu frekvenciu (vo väčšine prípadov je to frekvencia otáčania rotora) o aspoň 25%, potom sa takýto základ v tomto smere považuje tuhý. Všetky ostatné základy sa berú do úvahy. flexibilný.

Typické príklady

Stroje na pevných základoch sú typicky veľké a stredne veľké elektromotory, zvyčajne s nízkymi otáčkami.

Stroje na flexibilných základoch zvyčajne zahŕňajú turbogenerátory alebo kompresory s výkonom presahujúcim 10 MW, ako aj stroje s vertikálnou orientáciou hriadeľa.

Ak nie je možné určiť charakteristiky systému "stroj-základ" výpočtom, je možné to urobiť experimentálne (nárazové skúšky, prevádzková modálna analýza alebo analýza vibrácií pri spustení).

Príloha A (normatívna) – Hranice zón vibračných podmienok pre nerotujúce časti v špecifikovaných prevádzkových režimoch

Skúsenosti sa prejavujú že na posúdenie vibračného stavu rôznych typov strojov s rôznymi rýchlosťami otáčania sa merania samotná rýchlosť stačí. Preto je primárnym monitorovaným parametrom efektívna hodnota rýchlosti.

Použitie kritéria konštantnej rýchlosti bez zohľadnenia frekvencie vibrácií však môže viesť k neprijateľne veľké hodnoty posunutia. Toto sa vyskytuje najmä pri nízkorýchlostných strojoch s frekvenciami otáčania rotora pod 600 ot./min, keď zložka rýchlosti chodu dominuje v širokopásmovom vibračnom signáli (pozri prílohu D).

Podobne môže kritérium konštantnej rýchlosti viesť k neprijateľne veľkým hodnotám zrýchlenia pre vysokorýchlostné stroje s frekvenciami otáčania rotora presahujúcimi 10 000 ot./min. alebo keď je energia vibrácií vytvorených strojom sústredená prevažne vo vysokofrekvenčnom rozsahu. Kritériá vibračných podmienok preto možno formulovať v jednotkách posunutia, rýchlosti a zrýchlenia v závislosti od rozsahu frekvencií otáčania rotora a typu stroja.

Tabuľky A.1 a A.2 uvádzajú hodnoty hraníc zón pre rôzne skupiny strojov, na ktoré sa vzťahuje táto norma. V súčasnosti sú tieto hranice formulované iba v jednotkách rýchlosť a posunutie.

Hranice vibračných podmienok pre vibrácie vo frekvenčnom rozsahu 10 až 1000 Hz sú vyjadrené pomocou hodnôt RMS rýchlosti a posunu. Pre stroje s frekvenciou otáčania rotora pod 600 ot./min je širokopásmový merací rozsah vibrácií 2 až 1000 Hz. Vo väčšine prípadov postačuje posúdenie vibračných podmienok iba na základe kritéria rýchlosti; ak sa však očakáva, že vibračné spektrum bude obsahovať významné nízkofrekvenčné zložky, posúdenie sa vykonáva na základe meraní rýchlosti aj posunu.

Stroje všetkých uvažovaných skupín môžu byť inštalované na pevných alebo pružných podperách (pozri oddiel 5), pre ktoré sú v tabuľkách A.1 a A.2 stanovené rôzne hranice zón.

Tabuľka A.1 – Stroje skupiny 1 (veľké: > 300 kW alebo V > 315 mm)

Tabuľka A.2 – Stroje skupiny 2 (stredné: 15 – 300 kW alebo V = 160 – 315 mm)

Príloha B (normatívna) – Hranice zón vibračných podmienok pre rotujúce hriadele v špecifikovaných prevádzkových režimoch

B.1 Všeobecné ustanovenia

Hranice vibračných zón sú zostavené na základe prevádzkových skúseností z rôznych odvetví, ktoré ukazujú, že prijateľné relatívne vibrácie hriadeľa sa znižujú so zvyšujúcou sa frekvenciou otáčania. Okrem toho sa pri posudzovaní vibračných podmienok musí zvážiť možnosť kontaktu medzi rotujúcim hriadeľom a stacionárnymi časťami stroja. Pri strojoch s radiálnymi ložiskami minimálna prípustná vôľa v ložisku musí sa tiež zohľadniť (pozri prílohu C).

B.2 Vibrácie pri menovitej rotačnej frekvencii v ustálenom režime prevádzky

B.2.1 Všeobecné

Kritérium I sa vzťahuje na:

1. Obmedzenie posunov hriadeľa z podmienky prijateľného dynamického zaťaženia ložísk
2. Prijateľné hodnoty radiálnej vôle v ložisku
3. Prijateľné vibrácie prenášané na podpery a základy

Maximálne posunutie hriadeľa v každom ložisku sa porovnáva s hranicami štyroch zón (pozri obrázok B.1 v norme), určených na základe prevádzkových skúseností so strojmi.

B.2.2 Hranice zóny

Skúsenosti s meraním vibrácií hriadeľov pre širokú triedu strojov umožňujú stanoviť hranice vibračných zón vyjadrených pomocou posunutie medzi vrcholmi S(pp) v mikrometroch, nepriamo úmerná druhej odmocnine frekvencie otáčania rotora n v ot/min.

Pre relatívne vibrácie hriadeľa merané bezdotykovými sondami sú hranice zón vyjadrené ako posun medzi vrcholmi S(pp) v mikrometroch, čo sa mení v závislosti od rýchlosti jazdy:

Kde n je maximálna prevádzková rýchlosť v ot./min., a S(pp) je v μm.

Príklad výpočtu

Pre stroj bežiaci pri 3000 ot./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

Dôležité: Hranice zón by sa nemali používať ako kritériá prijatia, ktoré by mali byť predmetom dohody medzi dodávateľom a zákazníkom. Avšak, riadené číselnými hraničnými hodnotami, je možné zabrániť používaniu stroja v zjavne zlom stave a vyhnúť sa kladeniu nadmerne prísnych požiadaviek na jeho vibrácie.

V niektorých prípadoch môžu konštrukčné vlastnosti špecifických strojov vyžadovať použitie rôznych hraníc zón – vyšších alebo nižších (napr. pre samonastavovacie ložiská s naklápacími doskami) a pre stroje s eliptickými ložiskami sa môžu pre rôzne smery merania (smerom k maximálnej a minimálnej vôli) použiť rôzne hranice zón.

Prijateľné vibrácie môžu súvisieť s priemerom ložiska, pretože ložiská s väčším priemerom majú spravidla aj väčšie vôle. Preto môžu byť pre rôzne ložiská jedného hriadeľového súkolesia stanovené rôzne hraničné hodnoty zón. V takýchto prípadoch musí výrobca zvyčajne vysvetliť dôvod zmeny hraničných hodnôt a najmä potvrdiť, že zvýšené vibrácie povolené v súlade s týmito zmenami nepovedú k zníženiu spoľahlivosti stroja.

Ak sa merania nevykonávajú v bezprostrednej blízkosti ložiska, ale aj počas prevádzky stroja v prechodových režimoch, ako je rozbeh a dobeh (vrátane prechodu kritickými rýchlosťami), prijateľné vibrácie môžu byť vyššie.

Pri vertikálnych strojoch s radiálnymi ložiskami by sa pri určovaní medzných hodnôt vibrácií mali zohľadniť možné posuny hriadeľa v rámci limitov vôle bez stabilizačnej sily spojenej s hmotnosťou rotora.

Oddiel 4 – Merania vibrácií

4.1 Všeobecné požiadavky

Metódy merania a prístrojové vybavenie musia spĺňať všeobecné požiadavky normy ISO 20816-1 so špecifickými požiadavkami na priemyselné stroje. Nasledujúce faktory nesmú významne ovplyvňovať meracie zariadenia:

• Zmeny teploty — Posun citlivosti senzora
• Elektromagnetické polia — Vrátane účinkov magnetizácie hriadeľa
• Akustické polia — Tlakové vlny vo vysokohlučnom prostredí
• Variácie napájania — Kolísanie napätia
• Dĺžka kábla — Niektoré konštrukcie bezdotykových sond vyžadujú zodpovedajúcu dĺžku kábla
• Poškodenie kábla — Prerušované pripojenia alebo prerušenia tienenia
• Orientácia prevodníka — Zarovnanie osi citlivosti

4.2 Meracie body a smery

Na účely monitorovania stavu sa merania vykonávajú na nerotujúce časti alebo na hriadele, alebo oboje spolu. V tejto norme, pokiaľ nie je výslovne uvedené inak, sa vibrácie hriadeľa vzťahujú na jeho posunutie vzhľadom na ložisko.

Nerotačné časti – Merania ložiskových puzdier

Merania vibrácií na nerotujúcich častiach charakterizujú vibrácie ložiska, ložiskového telesa alebo iného konštrukčného prvku prenášajúceho dynamické sily z vibrácií hriadeľa v mieste ložiska.

Typická konfigurácia merania: Merania sa vykonávajú pomocou dva meniče v dvoch vzájomne kolmých radiálnych smeroch na ložiskových viečkach alebo telesách. Pri horizontálnych strojoch je jeden smer zvyčajne vertikálny. Ak je hriadeľ vertikálny alebo naklonený, zvoľte smery tak, aby ste zachytili maximálne vibrácie.

Jednobodové meranie: Ak je známe, že výsledky budú reprezentatívne pre celkové vibrácie, môže sa použiť jeden prevodník. Zvolený smer musí zabezpečiť takmer maximálne hodnoty.

Merania vibrácií hriadeľa

Vibrácie hriadeľa (podľa definície v norme ISO 20816-1) sa vzťahujú na posunutie hriadeľa vzhľadom na ložisko. Preferovaná metóda používa pár bezkontaktných bezdotykových sond umiestnené kolmo na seba, čo umožňuje určenie trajektórie (obežnej dráhy) hriadeľa v rovine merania.

4.3 Prístrojové vybavenie (meracie zariadenia)

Pre monitorovanie stavu musí merací systém merať širokopásmové RMS vibrácie vo frekvenčnom rozsahu najmenej 10 Hz až 1 000 Hz. Pre stroje s rýchlosťami otáčania nepresahujúcimi 600 ot./min nesmie dolná hranica frekvencie prekročiť 2 Hz.

Pre merania vibrácií hriadeľa: Horná hranica frekvenčného rozsahu musí prekročiť maximálnu frekvenciu otáčania hriadeľa o aspoň 3,5-krát. Meracie zariadenia musia spĺňať požiadavky ISO 10817-1.

Pre merania nerotujúcich častí: Zariadenie musí spĺňať ISO 2954. V závislosti od stanoveného kritéria môže byť meranou veličinou posunutie, rýchlosť alebo oboje (pozri ISO 20816-1).

Ak sa merania vykonávajú pomocou akcelerometre (čo je v praxi bežné), výstupný signál musí byť integrovaný na získanie signálu rýchlosti. Získanie signálu posunutia vyžaduje dvojitá integrácia, ale treba venovať pozornosť možnosti zvýšeného rušenia. Na zníženie šumu sa môže použiť hornopriepustný filter alebo iná metóda digitálneho spracovania signálu.

Ak je vibračný signál určený aj na diagnostické účely, rozsah merania by mal pokrývať frekvencie od minimálne 0,2-násobok dolnej hranice otáčok hriadeľa k 2,5-násobok maximálnej frekvencie budenia vibrácií (zvyčajne nepresahuje 10 000 Hz). Ďalšie informácie sú uvedené v normách ISO 13373-1, ISO 13373-2 a ISO 13373-3.

Požiadavky na frekvenčný rozsah

Parametre merania

Merací parameter môže byť výtlak, rýchlosť, alebo oboje, v závislosti od hodnotiaceho kritéria (pozri ISO 20816-1).

• Merania akcelerometra: Ak sa pri meraniach používajú akcelerometre (najbežnejšie), integrujte výstupný signál, aby ste získali rýchlosť. Dvojitá integrácia vedie k posunutiu, ale dávajte si pozor na zvýšený nízkofrekvenčný šum. Na zníženie šumu použite vysokopriepustné filtrovanie alebo digitálne spracovanie signálu.
• Vibrácie hriadeľa: Horná hranica frekvencie musí byť aspoň 3,5-násobok maximálnej rýchlosti hriadeľa. Prístrojové vybavenie musí byť v súlade s ISO 10817-1.
• Nerotujúce časti: Prístrojové vybavenie musí byť v súlade s ISO 2954.

4.4 Nepretržité a pravidelné monitorovanie

Nepretržité monitorovanie: Pre veľké alebo kriticky dôležité stroje sa zvyčajne používajú kontinuálne merania monitorovaných indikátorov vibrácií s trvalo inštalovanými prevodníkmi v najdôležitejších bodoch, a to ako na účely monitorovania stavu, tak aj na ochranu zariadení. V niektorých prípadoch je merací systém používaný na tento účel integrovaný do všeobecného systému riadenia zariadení závodu.

Pravidelné monitorovanie: Pre mnohé stroje nie je potrebné neustále monitorovať. Dostatočné informácie o vývoji porúch (nevyváženosť, opotrebovanie ložísk, nesprávne zarovnanie, uvoľnenie) možno získať pravidelnými meraniami. Číselné hodnoty v tejto norme možno použiť na pravidelné monitorovanie za predpokladu, že meracie body a prístrojové vybavenie spĺňajú požiadavky normy.

Vibrácie hriadeľa: Prístrojové zariadenia sú zvyčajne inštalované trvalo, ale merania sa môžu vykonávať v pravidelných intervaloch.

Nerotujúce časti: Prevodníky sa zvyčajne inštalujú iba počas merania. Pre stroje s ťažkým prístupom sa môžu použiť trvalo namontované prevodníky so smerovaním signálu na prístupné miesta.

4.5 Prevádzkové režimy stroja

Merania vibrácií sa vykonávajú po dosiahnutí vibračného stavu rotora a ložísk. rovnovážna teplota v ustálenom prevádzkovom režime určenom charakteristikami, ako sú:

• Menovité otáčky hriadeľa
• Napájacie napätie
• Prietok
• Tlak pracovnej kvapaliny
• Zaťaženie

Stroje s premenlivou rýchlosťou alebo premenlivým zaťažením: Vykonajte merania vo všetkých prevádzkových režimoch charakteristických pre dlhodobú prevádzku. Použite maximálna hodnota získané vo všetkých režimoch pre posúdenie vibračných podmienok.

4.6 Vibrácie pozadia

Ak hodnota monitorovaného parametra získaná počas meraní prekročí kritérium prijatia a existuje dôvod domnievať sa, že vibrácie pozadia na stroji môžu byť vysoké, je potrebné vykonať merania na zastavený stroj na posúdenie vibrácií vyvolaných vonkajšími zdrojmi.

4.7 Výber typu merania

Táto norma umožňuje vykonávať merania na nerotujúcich častiach aj na rotujúcich hriadeľoch strojov. Výber toho, ktorý z týchto dvoch typov merania je vhodnejší, závisí od charakteristík stroja a očakávaných typov porúch.

Ak je potrebné vybrať si jeden z dvoch možných typov merania, je potrebné zohľadniť nasledujúce:

Úvahy o výbere typu merania:

• Otáčky hriadeľa: Merania nerotujúcich súčiastok sú citlivejšie na vysokofrekvenčné vibrácie v porovnaní s meraniami hriadeľov.
• Typ ložiska: Valivé ložiská majú veľmi malé vôle; vibrácie hriadeľa sa účinne prenášajú do puzdra. Rozmery puzdra zvyčajne postačujú. Radiálne ložiská majú väčšie vôle a tlmenie; vibrácie hriadeľa často poskytujú ďalšie diagnostické informácie.
• Typ stroja: Stroje, kde je vôľa ložiska porovnateľná s amplitúdou vibrácií hriadeľa, vyžadujú merania hriadeľa, aby sa zabránilo kontaktu. Stroje s vyššími harmonickými (prechod lopatky, záber ozubeného kolesa, prechod tyče) sa monitorujú pomocou vysokofrekvenčných meraní krytu.
• Pomer hmotnosti rotora k hmotnosti podstavca: Stroje, kde je hmotnosť hriadeľa malá v porovnaní s hmotnosťou podstavca, prenášajú na podstavec len málo vibrácií. Meranie hriadeľa je efektívnejšie.
• Flexibilita rotora: Flexibilné rotory: relatívne vibrácie hriadeľa poskytujú viac informácií o správaní rotora.
• Súlad s podstavcom: Flexibilné podstavce poskytujú lepšiu vibračnú odozvu na nerotujúcich častiach.
• Skúsenosti s meraním: Ak máte rozsiahle skúsenosti s konkrétnym typom merania na podobných strojoch, pokračujte v používaní tohto typu.

Podrobné odporúčania týkajúce sa výberu metódy merania sú uvedené v norme ISO 13373-1. Konečné rozhodnutia by mali zohľadniť dostupnosť, životnosť prevodníka a náklady na inštaláciu.

Miesta a smery merania

• Meranie na ložiskové telesá alebo podstavce — nie na tenkostenných krytoch alebo flexibilných povrchoch
• Použite dva vzájomne kolmé radiálne smery na každom mieste ložiska
• Pri horizontálnych strojoch je jeden smer zvyčajne vertikálny
• Pri vertikálnych alebo naklonených strojoch zvoľte smery, aby ste zachytili maximálne vibrácie.
• Axiálne vibrácie zapnuté axiálne ložiská používa rovnaké limity ako radiálne vibrácie
• Vyhnite sa miestam s lokálne rezonancie — potvrdiť porovnaním meraní v blízkych bodoch

Prevádzkové podmienky

• Meranie v prevádzka v ustálenom stave pri nominálnej rýchlosti a zaťažení
• Nechajte rotor a ložiská dosiahnuť tepelná rovnováha
• Pri strojoch s premenlivou rýchlosťou/zaťažením merajte vo všetkých charakteristických prevádzkových bodoch a použite maximálnu
• Dokumentácia podmienok: rýchlosť, zaťaženie, teploty, tlaky, prietoky

Oddiel 6 – Kritériá hodnotenia vibračných podmienok

6.1 Všeobecné

Norma ISO 20816-1 poskytuje všeobecný opis dvoch kritérií na hodnotenie vibračných podmienok rôznych tried strojov. Jedno kritérium sa uplatňuje na absolútna hodnota monitorovaného vibračného parametra v širokom frekvenčnom pásme; druhý sa aplikuje na zmeny v tejto hodnote (bez ohľadu na to, či ide o zmeny zvýšenia alebo zníženia).

Je zvykom posudzovať stav vibrácií strojov na základe hodnoty RMS rýchlosti vibrácií na nerotujúcich častiach, čo je do značnej miery spôsobené jednoduchosťou vykonávania zodpovedajúcich meraní. Pri mnohých strojoch je však vhodné merať aj relatívne posuny hriadeľov medzi špičkami a tam, kde sú takéto namerané údaje k dispozícii, možno ich použiť aj na posúdenie stavu vibrácií strojov.

6.2 Kritérium I – Posúdenie podľa absolútnej magnitúdy

6.2.1 Všeobecné požiadavky

Pre merania rotujúceho hriadeľa: Vibračný stav sa hodnotí maximálnou hodnotou širokopásmového vibračného posunu medzi vrcholmi. Tento monitorovaný parameter sa získava z meraní posunov v dvoch určených ortogonálnych smeroch.

Pre merania nerotujúcich častí: Vibračný stav sa hodnotí maximálnou hodnotou RMS širokopásmovej rýchlosti vibrácií na ložiskovej ploche alebo v jej bezprostrednej blízkosti.

V súlade s týmto kritériom sa určujú limitné hodnoty sledovaného parametra, ktoré možno považovať za prijateľné z hľadiska:

• Dynamické zaťaženie ložísk
• Radiálne vôle v ložiskách
• Vibrácie prenášané strojom na nosnú konštrukciu a základy

Maximálna hodnota monitorovaného parametra získaná na každom ložisku alebo ložiskovom podstavci sa porovnáva s limitnou hodnotou pre danú skupinu strojov a typ podpery. Rozsiahle skúsenosti s pozorovaním vibrácií strojov uvedených v časti 1 umožňujú stanoviť hranice zón vibračných podmienok, ktorých orientácia môže vo väčšine prípadov zabezpečiť spoľahlivú dlhodobú prevádzku stroja.

Stanovené zóny vibračných podmienok sú určené na posúdenie vibrácií stroja v špecifikovanom ustálenom prevádzkovom režime s nominálnymi otáčkami hriadeľa a nominálnym zaťažením. Koncept ustáleného režimu umožňuje pomalé zmeny zaťaženia. Posúdenie je nevykonané ak sa prevádzkový režim líši od špecifikovaného alebo počas prechodových režimov, ako je rozbeh, dobeh alebo prechod rezonančnými zónami (pozri 6.4).

Všeobecné závery o vibračných podmienkach sa často robia na základe meraní vibrácií na nerotujúcich aj rotujúcich častiach strojov.

Axiálne vibrácie vibračných ložísk sa zvyčajne nemeria počas kontinuálneho monitorovania vibračných podmienok. Takéto merania sa zvyčajne vykonávajú počas pravidelného monitorovania alebo na diagnostické účely, pretože axiálne vibrácie môžu byť citlivejšie na určité typy porúch. Táto norma poskytuje kritériá hodnotenia iba pre axiálne vibrácie axiálnych ložísk, kde koreluje s axiálnymi pulzáciami schopnými spôsobiť poškodenie stroja.

6.2.2 Zóny vibračných podmienok

6.2.2.1 Všeobecný popis

Pre kvalitatívne posúdenie vibrácií strojov a rozhodovanie o potrebných opatreniach boli stanovené nasledujúce zóny vibračných podmienok:

Zóna A — Novo uvedené stroje zvyčajne spadajú do tejto zóny.

Zóna B — Stroje spadajúce do tejto zóny sa zvyčajne považujú za vhodné na nepretržitú prevádzku bez časového obmedzenia.

Zóna C — Stroje spadajúce do tejto zóny sa zvyčajne považujú za nevhodné na dlhodobú nepretržitú prevádzku. Takéto stroje môžu zvyčajne fungovať obmedzenú dobu, kým sa nenaskytne vhodná príležitosť na vykonanie opravy.

Zóna D — Úrovne vibrácií v tejto zóne sa zvyčajne považujú za dostatočne závažné na to, aby spôsobili poškodenie stroja.

6.2.2.2 Číselné hodnoty hraníc zóny

Stanovené číselné hodnoty hraníc zón vibračných podmienok sú nie je určené na použitie ako akceptačné kritériá, čo by malo byť predmetom dohody medzi dodávateľom a zákazníkom stroja. Tieto hranice však možno použiť ako všeobecné usmernenie, ktoré umožňuje vyhnúť sa zbytočným nákladom na zníženie vibrácií a predchádzať nadmerne prísnym požiadavkám.

Niekedy si konštrukčné vlastnosti stroja alebo prevádzkové skúsenosti môžu vyžadovať stanovenie iných hraničných hodnôt (vyšších alebo nižších). V takýchto prípadoch výrobca zvyčajne poskytne odôvodnenie zmeny hraníc a najmä potvrdí, že zvýšené vibrácie povolené v súlade s týmito zmenami nepovedú k zníženiu spoľahlivosti stroja.

6.2.2.3 Kritériá prijatia

Kritériá akceptovateľnosti vibrácií strojov sú vždy predmetom dohody medzi dodávateľom a zákazníkom, čo musí byť zdokumentované pred dodaním alebo v čase dodania (prvá možnosť je vhodnejšia). V prípade dodania nového stroja alebo vrátenia stroja z generálnej opravy možno ako základ pre stanovenie takýchto kritérií použiť hranice zón vibračných podmienok. Číselné hodnoty hraníc zón by však mali byť nie štandardne sa použijú ako kritériá akceptácie.

Typické odporúčanie: Monitorovaný parameter vibrácií nového stroja by mal spadať do zóny A alebo B, ale nemal by prekročiť hranicu medzi týmito zónami o viac ako 1,25-krát. Toto odporúčanie sa nemusí brať do úvahy pri stanovovaní akceptačných kritérií, ak sú základom konštrukčné vlastnosti stroja alebo nahromadené prevádzkové skúsenosti s podobnými typmi strojov.

Akceptačné skúšky sa vykonávajú za presne špecifikovaných prevádzkových podmienok stroja (kapacita, rýchlosť otáčania, prietok, teplota, tlak atď.) počas stanoveného časového intervalu. Ak stroj dorazil po výmene jednej z hlavných zostáv alebo po údržbe, pri stanovení akceptačných kritérií sa zohľadňuje druh vykonanej práce a hodnoty monitorovaných parametrov pred vyradením stroja z výrobného procesu.

6.3 Kritérium II – Posúdenie podľa zmeny rozsahu

Toto kritérium je založené na porovnaní aktuálnej hodnoty monitorovaného parametra širokopásmových vibrácií v ustálenom režime prevádzky stroja (s povolením menších odchýlok v prevádzkových charakteristikách) s predtým stanovenou hodnotou východisková (referenčná) hodnota.

Významné zmeny si môžu vyžadovať prijatie vhodných opatrení aj keď hranica zóny B/C ešte nebola dosiahnutá. Tieto zmeny sa môžu vyvíjať postupne alebo mať náhly charakter a byť dôsledkom začínajúceho poškodenia alebo iných porúch v prevádzke stroja.

Porovnávaný parameter vibrácií sa musí získať pomocou rovnaká poloha a orientácia prevodníka pre rovnaký prevádzkový režim stroja. Keď sa zistia významné zmeny, ich možné príčiny sa vyšetria s cieľom predísť nebezpečným situáciám.

6.4 Posúdenie vibračných podmienok v prechodových režimoch

Hranice zón vibračných podmienok uvedené v prílohách A a B sa vzťahujú na vibrácie v prevádzka stroja v ustálenom stave. Prechodné prevádzkové režimy môžu byť typicky sprevádzané vyššími vibráciami. Príkladom sú vibrácie stroja na pružnej podpore počas rozbehu alebo dobehu, keď je nárast vibrácií spojený s prechodom kritickými rýchlosťami rotora. Okrem toho sa nárast vibrácií môže pozorovať v dôsledku nesprávneho zarovnania rotujúcich častí alebo oblúka rotora počas zahrievania.

Pri analýze vibračných podmienok stroja je potrebné venovať pozornosť tomu, ako vibrácie reagujú na zmeny prevádzkového režimu a vonkajších prevádzkových podmienok. Hoci táto norma neberie do úvahy hodnotenie vibrácií v prechodných prevádzkových režimoch stroja, ako všeobecné usmernenie možno akceptovať, že vibrácie sú prijateľné, ak počas prechodných režimov s obmedzeným trvaním neprekročia horná hranica zóny C.

Kritérium II – Zmena oproti východiskovej hodnote

Aj keď vibrácie pretrvávajú v zóne B, a významná zmena oproti východiskovej hodnote naznačuje vznikajúce problémy:

6.5 Limitné úrovne vibrácií v ustálenom režime prevádzky

6.5.1 Všeobecné

Pre stroje určené na dlhodobú prevádzku sa spravidla stanovujú limitné úrovne vibrácií, ktorých prekročenie pri ustálenej prevádzke stroja vedie k objaveniu sa výstražných signálov typu POZOR alebo VÝLET.

POZOR — oznámenie upozorňujúce na skutočnosť, že hodnota monitorovaného parametra vibrácií alebo jeho zmena dosiahla úroveň, po ktorej môžu byť potrebné nápravné opatrenia. Spravidla, keď sa zobrazí oznámenie VAROVANIE, stroj môže byť nejaký čas v prevádzke, kým sa zisťujú príčiny zmeny vibrácií a určia sa nápravné opatrenia, ktoré by sa mali vykonať.

VÝLET — oznámenie, že parameter vibrácií dosiahol úroveň, pri ktorej môže ďalšia prevádzka stroja viesť k jeho poškodeniu. Po dosiahnutí úrovne TRIP by sa mali okamžite prijať opatrenia na zníženie vibrácií alebo zastavenie stroja.

Vzhľadom na rozdiely v dynamickom zaťažení a tuhosti podpier stroja môžu byť pre rôzne meracie body a smery stanovené rôzne limitné úrovne vibrácií.

6.5.2 Nastavenie úrovne VÝSTRAHY

Úroveň VAROVANIA sa môže v jednotlivých zariadeniach výrazne líšiť (buď stúpať, alebo klesať). Táto úroveň sa zvyčajne určuje vzhľadom na určitý základná úroveň získané pre každý konkrétny strojový príklad pre určený bod a určený smer merania na základe prevádzkových skúseností.

Odporúča sa nastaviť úroveň VAROVANIA tak, aby prekročila základnú hodnotu o 25% hornej hraničnej hodnoty zóny B. Ak je základná úroveň nízka, úroveň VAROVANIA môže byť pod úrovňou zóny C.

Ak nie je definovaná základná úroveň (napr. pre nový stroj), úroveň VAROVANIA sa určí buď na základe prevádzkových skúseností s podobnými strojmi, alebo vo vzťahu k dohodnutým prijateľným hodnotám monitorovaného parametra vibrácií. Po určitom čase sa na základe pozorovaní vibrácií stroja stanoví základná úroveň a úroveň VAROVANIA sa podľa toho upraví.

Úroveň VÝSTRAHY je zvyčajne nastavená tak, aby nepresahuje hornú hranicu zóny B o viac ako 1,25-násobok.

Ak dôjde k zmene základnej úrovne (napr. po oprave stroja), musí sa zodpovedajúcim spôsobom upraviť aj úroveň VAROVANIA.

6.5.3 Nastavenie úrovne vypnutia

Úroveň TRIP sa zvyčajne spája so zachovaním mechanickej integrity stroja, ktorá je zase určená jeho konštrukčnými vlastnosťami a schopnosťou odolávať abnormálnym dynamickým silám. Preto je úroveň TRIP zvyčajne to isté pre stroje podobnej konštrukcie a je nesúvisí so základnou líniou.

Vzhľadom na rozmanitosť konštrukcií strojov nie je možné poskytnúť univerzálny návod na nastavenie úrovne TRIP. Úroveň TRIP sa zvyčajne nastavuje v zóne C alebo D, ale nie vyššie ako hranica medzi týmito zónami o viac ako 25%.

6.6 Ďalšie postupy a kritériá

Existuje neexistuje jednoduchá metóda na výpočet vibrácie ložiskového podstavca z vibrácií hriadeľa (alebo naopak, vibrácie hriadeľa z vibrácií podstavca). Rozdiel medzi absolútnymi a relatívnymi vibráciami hriadeľa súvisí s vibráciami ložiskového podstavca, ale spravidla je nie je to rovnaké.

Praktické dôsledky: Ak vibrácie krytu indikujú zónu B (prijateľné), ale vibrácie hriadeľa indikujú zónu C (obmedzené), klasifikujte stroj ako zónu C a naplánujte nápravné opatrenia. Vždy použite posúdenie najhoršieho prípadu, ak sú k dispozícii duálne merania.

6.7 Posúdenie na základe vektorovej reprezentácie informácií

Zmena amplitúdy jednotlivej frekvenčnej zložky vibrácií, aj keď je významná, je nie je nevyhnutne sprevádzané podstatnou zmenou signálu širokopásmových vibrácií. Napríklad vznik trhliny v rotore môže spôsobiť výskyt významných harmonických frekvencií otáčania, ale ich amplitúdy môžu zostať malé v porovnaní s komponentom pri bežnej rýchlosti. To neumožňuje spoľahlivo sledovať účinky vzniku trhliny len na základe zmien v širokopásmových vibráciách.

Monitorovanie zmien amplitúdy jednotlivých vibračných zložiek na získanie údajov pre následné diagnostické postupy si vyžaduje použitie špeciálne meracie a analytické zariadenia, zvyčajne zložitejší a vyžadujúci si špeciálnu kvalifikáciu na jeho použitie (pozri ISO 18436-2).

Metódy stanovené touto normou sú obmedzené na meranie širokopásmových vibrácií bez posúdenia amplitúd a fáz jednotlivých frekvenčných zložiek. Vo väčšine prípadov to postačuje na preberacie skúšky stroja a monitorovanie stavu na mieste inštalácie.

Avšak použitie v programoch dlhodobého monitorovania stavu a diagnostiky vektorové informácie Analýza frekvenčných zložiek (najmä pri prevádzkovej rýchlosti a jej druhej harmonickej) umožňuje posúdenie zmien v dynamickom správaní stroja, ktoré sú nerozoznateľné pri monitorovaní iba širokopásmových vibrácií. Analýza vzťahov medzi jednotlivými frekvenčnými zložkami a ich fázami nachádza čoraz väčšie uplatnenie v systémoch monitorovania stavu a diagnostiky.

Poznámka: Táto norma neposkytuje kritériá pre hodnotenie vibračných podmienok na základe zmien vektorových zložiek. Podrobnejšie informácie o tejto problematike sú uvedené v normách ISO 13373-1, ISO 13373-2, ISO 13373-3 (pozri aj ISO 20816-1).

8. Prechodová prevádzka

Počas rozbehu, dobehu alebo prevádzky nad menovitými otáčkami sa očakávajú vyššie vibrácie, najmä pri prechode kritickými rýchlosťami.

9. Vibrácie pozadia

Ak namerané vibrácie presahujú akceptovateľné limity a existuje podozrenie na vibrácie pozadia, meranie sa vykonáva pri zastavenom stroji. Korekcie sú potrebné, ak pozadie prekročí buď:

• 25% nameranej hodnoty počas prevádzky ALEBO
• 25% hranice B/C pre danú triedu strojov

Príloha C (Informatívna) – Hranice zón a vzdialenosti medzi azimutmi

Pre stroje s ložiská s kvapalným filmom, Základnou podmienkou bezpečnej prevádzky je požiadavka, aby posuny hriadeľa na olejovom kline neumožňovali kontakt s ložiskovou panvou. Preto musia byť hranice zón pre relatívne posuny hriadeľa uvedené v prílohe B koordinované s touto požiadavkou.

Najmä pri ložiskách s malou vôľou môže byť potrebné znížiť hodnoty hraníc zóny. Stupeň redukcie závisí od typu ložiska a uhla medzi smerom merania a smerom minimálnej vôle.

Príklad: Veľká parná turbína (3000 ot./min., klzné ložisko)

• Vypočítaný pomer B/C (príloha B): S(pp) = 9000/√3000 ≈ 164 μm
• Skutočná priemerová vôľa ložiska: 150 μm
• Keďže 164 > 150, použite limity založené na vôli:
• A/B = 0,4 × 150 = 60 μm
• B/C = 0,6 × 150 = 90 μm
• C/D = 0,7 × 150 = 105 μm

Poznámka k aplikácii: Tieto upravené hodnoty platia pri meraní vibrácií hriadeľa v ložisku alebo v jeho blízkosti. V iných umiestneniach hriadeľov s väčšími radiálnymi vôľami sa môžu použiť štandardné vzorce podľa prílohy B.

Príloha D (Informatívna) – Použiteľnosť kritéria konštantnej rýchlosti pre nízkorýchlostné stroje

Táto príloha poskytuje odôvodnenie nežiaducosti uplatňovania kritérií založených na meraní rýchlosti pre stroje s nízkofrekvenčnými vibráciami (pod 120 ot./min.). Pre nízkorýchlostné stroje sa kritériá založené na meranie posunutia použitie vhodného meracieho zariadenia môže byť vhodnejšie. Takéto kritériá však nie sú v tejto norme brané do úvahy.

Historický základ kritéria rýchlosti

Návrh na použitie vibrácií rýchlosť merané na nerotujúcich častiach strojov ako základ pre opis vibračných podmienok bol formulovaný na základe zovšeobecnenia početných výsledkov testov (pozri napríklad priekopnícku prácu Rathbonea TC, 1939) s prihliadnutím na určité fyzikálne aspekty.

V súvislosti s tým sa mnoho rokov predpokladalo, že stroje sú z hľadiska stavu a vibračných vplyvov na ne ekvivalentné, ak sa výsledky merania rýchlosti RMS vo frekvenčnom rozsahu 10 až 1000 Hz zhodujú. Výhodou tohto prístupu bola možnosť použiť rovnaké kritériá vibračných podmienok bez ohľadu na frekvenčné zloženie vibrácií alebo rotačnú frekvenciu stroja.

Naopak, použitie posunu alebo zrýchlenia ako základu pre posúdenie vibračných podmienok by viedlo k nutnosti zostrojiť kritériá závislé od frekvencie, pretože pomer posunu k rýchlosti je nepriamo úmerný frekvencii vibrácií a pomer zrýchlenia k rýchlosti je jej priamo úmerný.

Paradigma konštantnej rýchlosti

Použitie vibrácií rýchlosť keďže primárny parameter je založený na rozsiahlom testovaní a pozorovaní, že stroje sú "ekvivalentné" z hľadiska stavu, ak vykazujú rovnakú RMS rýchlosť v rozsahu 10 – 1 000 Hz, bez ohľadu na frekvenčný obsah.

Výhoda: Jednoduchosť. Jedna sada rýchlostných limitov platí v širokom rozsahu rýchlostí bez frekvenčne závislých korekcií.

Problém pri nízkych frekvenciách: Pomer posunutia k rýchlosti je nepriamo úmerný frekvencii:

Pri veľmi nízkych frekvenciách (< 10 Hz), akceptovanie konštantnej rýchlosti (napr. 4,5 mm/s) môže umožniť nadmerne veľké výtlak, ktoré môžu namáhať pripojené komponenty (potrubia, spojky) alebo naznačovať závažné štrukturálne problémy.

Grafické znázornenie (z prílohy D)

Uvažujme konštantnú rýchlosť 4,5 mm/s pri rôznych rýchlostiach jazdy:

Pozorovanie: S klesajúcou rýchlosťou sa zdvihový objem dramaticky zvyšuje. Zdvihový objem 358 μm pri 120 ot./min by mohol preťažiť spojky alebo spôsobiť rozpad olejového filmu v ložiskách ložísk, aj keď je rýchlosť "prijateľná"."

Obrázok D.1 znázorňuje jednoduchý matematický vzťah medzi konštantnou rýchlosťou a premenlivým posunutím pri rôznych frekvenciách otáčania. Zároveň však ukazuje, ako môže použitie kritéria konštantnej rýchlosti viesť k rastu posunutia ložiskového podstavca s klesajúcou frekvenciou otáčania. Hoci dynamické sily pôsobiace na ložisko zostávajú v prijateľných medziach, významné posunutia ložiskového telesa môžu mať negatívny vplyv na pripojené prvky stroja, ako napríklad olejové potrubie.

Konfigurácia Balanset-1A pre nízkorýchlostné stroje

Pri meraní strojov ≤600 ot./min.:

• Nastaviť dolnú hranicu frekvenčného rozsahu na 2 Hz (nie 10 Hz)
• Zobraziť oboje Rýchlosť (mm/s) a Posun (μm) metriky
• Porovnajte oba parametre s prahovými hodnotami z vášho štandardu/postupu (zadajte ich do kalkulačky)
• Ak sa meria a prechádza iba rýchlosť, ale posunutie nie je známe, posúdenie je neúplný
• Uistite sa, že prevodník má lineárnu odozvu až do 2 Hz (skontrolujte kalibračný certifikát).

12. Prechodová prevádzka: Rozbeh, dobeh a prekročenie rýchlosti

Hranice zón v prílohách A a B sa vzťahujú na prevádzka v ustálenom stave pri nominálnej rýchlosti a zaťažení. Počas prechodných podmienok (spúšťanie, vypínanie, zmeny rýchlosti) sa očakávajú vyššie vibrácie, najmä pri prechode cez kritické rýchlosti (rezonancie).

Tabuľka 1 – Odporúčané limity počas prechodových javov

Poznámka pre rýchlosť <20%: Pri veľmi nízkych rýchlostiach sa kritériá rýchlosti nemusia uplatňovať (pozri prílohu D). Posun sa stáva kritickým.

Praktická interpretácia

• Stroj môže krátkodobo prekročiť limity ustáleného stavu počas zrýchľovania/spomaľovania
• Vibrácie hriadeľa môžu dosiahnuť 1,5-násobok hranice C/D (do otáčok 90%), aby sa umožnil prechod kritickými otáčkami.
• Ak vibrácie pretrvávajú vysoké aj po dosiahnutí prevádzkových otáčok, signalizuje to pretrvávajúca chyba, nie prechodná rezonancia

Analýza zastavenia Balanset-1A

Balanset-1A obsahuje funkciu grafu "RunDown" (experimentálna), ktorá zaznamenáva amplitúdu vibrácií v závislosti od otáčok počas dobehu:

• Identifikuje kritické rýchlosti: Ostré vrcholy amplitúdy naznačujú rezonancie
• Overuje rýchly prechod: Úzke vrcholy potvrdzujú rýchly prechod stroja (dobré)
• Detekuje poruchy závislé od rýchlosti: Neustále rastúca amplitúda s rýchlosťou naznačuje aerodynamické alebo procesné problémy

Tieto údaje sú neoceniteľné na rozlíšenie prechodných špičiek (prijateľné podľa tabuľky 1) od nadmerných vibrácií v ustálenom stave (neprijateľné).

13. Praktický pracovný postup pre dosiahnutie súladu s normou ISO 20816-3

14. Pokročilá téma: Teória vyvažovania koeficientov vplyvu

Keď je stroju diagnostikovaná nevyváženosť (vysoké vibrácie 1×, stabilná fáza), Balanset-1A použije Metóda koeficientu vplyvu na výpočet presných korekčných závaží.

Matematický základ

Vibračná odozva rotora je modelovaná ako lineárny systém kde pridanie hmotnosti mení vektor vibrácií:

Postup vyvažovania v troch vrstvách (jedna rovina)

1. Počiatočný beh (Beh 0):
   • Meranie vibrácií: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
   • Vektor: V₀ = 6,2∠45°
2. Skúšobná jazda s váhou (Beh 1):
   • Pridajte skúšobnú hmotnosť: M_{súdny proces} = 20 g pri uhle θ_{súdny proces} = 0°
   • Meranie vibrácií: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
   • Vektor: V₁ = 4,1∠110°
3. Vypočítajte koeficient vplyvu:
   • ΔV = V₁ − V₀ = (odčítanie vektorov)
   • α = ΔV / (20 g ∠ 0°)
   • α nám hovorí, "o koľko vibrácií sa zmení na gram pridanej hmotnosti"."
4. Vypočítajte korekciu:
   • M_kor = −V₀ / α
   • Výsledok: M_kor = 28,5 g pri uhle θ_kor = 215°
5. Použite korekciu a overte:
   • Odstráňte skúšobné závažie
   • Pridajte 28,5 g pri 215° (merané od referenčnej značky na rotore)
   • Zmerajte konečné vibrácie: A_konečný = 1,1 mm/s (cieľ: <1,4 mm/s pre zónu A)

Prečo to funguje

Nevyváženosť vytvára odstredivú silu F = m × e × ω², kde m je nevyvážená hmotnosť, e je jej excentricita a ω je uhlová rýchlosť. Táto sila generuje vibrácie. Pridaním presne vypočítanej hmotnosti pod určitým uhlom vytvoríme rovnaké a opačné odstredivú silu, čím sa eliminuje pôvodná nevyváženosť. Softvér Balanset-1A automaticky vykonáva zložité vektorové výpočty a sprevádza technika celým procesom.

11. Referenčný materiál z fyziky a vzorcov

Základy spracovania signálov

Vzťah medzi posunom, rýchlosťou a zrýchlením

Pre sínusové vibrácie pri frekvencii f (Hz) sa vzťahy medzi posunutím (d), rýchlosťou (v) a zrýchlením (a) riadia kalkulom:

Kľúčový postreh: Rýchlosť je úmerná frekvencii × posunutie. Zrýchlenie je úmerné frekvencii² × posunutie. Preto:

• O nízke frekvencie (< 10 Hz), posunutie je kritickým parametrom
• O stredné frekvencie (10–1 000 Hz), rýchlosť dobre koreluje s energiou a je frekvenčne nezávislá
• O vysoké frekvencie (> 1000 Hz), zrýchlenie sa stáva dominantným

RMS verzus maximálne hodnoty

Stránka Stredná kvadratická hodnota (RMS) hodnota predstavuje efektívnu energiu signálu. Pre čistú sínusovú vlnu:

Prečo RMS? RMS priamo koreluje s moc a únavový stres pôsobiaci na súčiastky stroja. Vibračný signál s V_RMS = 4,5 mm/s dodáva rovnakú mechanickú energiu bez ohľadu na zložitosť tvaru vlny.

Výpočet širokopásmového RMS

Pre komplexný signál obsahujúci viacero frekvenčných zložiek (ako v reálnych strojoch):

Kde každé V_RMS,i predstavuje amplitúdu RMS pri špecifickej frekvencii (1×, 2×, 3× atď.). Toto je "celková" hodnota zobrazená analyzátormi vibrácií a používaná na vyhodnotenie zón podľa normy ISO 20816-3.

Architektúra spracovania signálu Balanset-1A

Praktický príklad: Diagnostický návod

Scenár: Odstredivé čerpadlo s výkonom 75 kW bežiace pri 1480 ot./min. (24,67 Hz) na pevnom betónovom základe.

Krok 1: Klasifikácia

• Výkon: 75 kW → Skupina 2 (15 – 300 kW)
• Základ: Pevný (overený nárazovou skúškou)
• Určte prahové hodnoty A/B, B/C, C/D z vašej štandardnej kópie/špecifikácie a zadajte ich do kalkulačky.

Krok 2: Meranie pomocou Balanset-1A

• Namontujte akcelerometre na kryty ložísk čerpadla (vonkajšie aj vnútorné)
• Vstúpte do režimu "Vibrometer" (F5)
• Nastavený frekvenčný rozsah: 10–1000 Hz
• Zaznamenajte celkovú RMS rýchlosť: 6,2 mm/s

Krok 3: Posúdenie zóny

Porovnajte nameranú hodnotu (napr. 6,2 mm/s RMS) s vami zadanými prahovými hodnotami: nad C/D → ZÓNA D; medzi B/C a C/D → ZÓNA C, atď.

Krok 4: Spektrálna diagnostika

Prepnite do režimu FFT. Spektrum zobrazuje:

• 1× zložka (24,67 Hz): 5,8 mm/s – dominantný
• 2× zložka (49,34 Hz): 1,2 mm/s – Minor
• Iné frekvencie: Zanedbateľné

Diagnóza: Vysoká vibrácia 1× so stabilnou fázou → Nerovnováha

Krok 5: Vyváženie pomocou Balanset-1A

Vstúpte do režimu "Vyvažovanie v jednej rovine":

• Počiatočný beh: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
• Skúšobná hmotnosť: Pridajte 20 gramov pod uhlom 0° (ľubovoľný uhol)
• Skúšobná prevádzka: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
• Softvér vypočítava: Korekčná hmotnosť = 28,5 gramu pri uhle = 215°
• Použitá oprava: Odstráňte skúšobné závažie, pridajte 28,5 g pri teplote 215 °C.
• Overovací chod: A_konečný = 1,1 mm/s

Krok 6: Overenie súladu

1,1 mm/s < 1,4 mm/s (hranica A/B) → ZÓNA A — Vynikajúci stav!

Čerpadlo je teraz v súlade s normou ISO 20816-3 pre neobmedzenú dlhodobú prevádzku. Vygenerujte správu s dokumentáciou pred (6,2 mm/s, zóna D) a po (1,1 mm/s, zóna A) so spektrálnymi grafmi.

Prečo je rýchlosť primárnym kritériom

Rýchlosť vibrácií dobre koreluje s intenzitou vibrácií v širokom frekvenčnom rozsahu, pretože:

• Rýchlosť sa vzťahuje na energia prenášané do základov a okolia
• Rýchlosť je relatívna nezávisle od frekvencie pre typické priemyselné zariadenia
• Pri veľmi nízkych frekvenciách (<10 Hz) sa limitujúcim faktorom stáva posunutie
• Pri veľmi vysokých frekvenciách (> 1000 Hz) sa zrýchlenie stáva dôležitým (najmä pri diagnostike ložísk).

Statická deformácia a prirodzená frekvencia

Na posúdenie, či je základ pevný alebo pružný:

Odhad kritickej rýchlosti

Prvá kritická rýchlosť jednoduchého rotora:

15. Bežné chyby a úskalia pri aplikácii normy ISO 20816-3

16. Integrácia so širšou stratégiou monitorovania stavu

Limity vibrácií podľa normy ISO 20816-3 sú potrebné, ale nie postačujúce pre kompletnú správu stavu strojov. Integrujte údaje o vibráciách s:

• Analýza oleja: Častice opotrebenia, porucha viskozity, kontaminácia
• Termografia: Teploty ložísk, horúce miesta vinutia motora, zahrievanie spôsobené nesprávnym zarovnaním
• Ultrazvuk: Včasná detekcia porúch mazania ložísk, elektrického oblúka
• Analýza prúdových charakteristík motora (MCSA): Vady rotorovej tyče, excentricita, zmeny zaťaženia
• Parametre procesu: Prietok, tlak, spotreba energie – korelácia vibračných špičiek s poruchami procesu

Balanset-1A poskytuje vibračný stĺp tejto stratégie. Využite jej funkcie archivácie a sledovania trendov na vytvorenie historickej databázy. Porovnajte vibračné udalosti so záznamami o údržbe, dátumami odberov vzoriek oleja a prevádzkovými protokolmi.

17. Regulačné a zmluvné aspekty

Akceptačné testovanie (nové stroje)

Dôležité: Hranice zón sú zvyčajne vodítkom pre hodnotenie stavu, zatiaľ čo kritériá prijatia pre nový stroj sú definované zmluvou/špecifikáciou a dohodnuté medzi dodávateľom a zákazníkom.

Úloha Balanset-1A: Počas akceptačných skúšok vo výrobe (FAT) alebo akceptačných skúšok na mieste (SAT) overuje Balanset-1A úrovne vibrácií deklarované dodávateľom. Vytvárajte zdokumentované správy preukazujúce súlad so zmluvnými limitmi.

Poistenie a zodpovednosť

V niektorých jurisdikciách je prevádzka strojov v Zóna D môže viesť k zrušeniu poistného krytia v prípade katastrofickej poruchy. Zdokumentované hodnotenia podľa normy ISO 20816-3 preukazujú náležitú starostlivosť o strojové zariadenia.

18. Budúci vývoj: Rozšírenie série ISO 20816

Séria noriem ISO 20816 sa neustále vyvíja. Medzi pripravované časti a revízie patria:

• ISO 20816-6: Vratné stroje (nahrádzajú normu ISO 10816-6)
• ISO 20816-7: Rotodynamické čerpadlá (nahrádzajú normu ISO 10816-7)
• ISO 20816-8: Systémy piestových kompresorov (nové)
• ISO 20816-21: Veterné turbíny (nahrádzajú normu ISO 10816-21)

Tieto normy budú používať podobné filozofie hraníc zón, ale s úpravami špecifickými pre dané stroje. Balanset-1A s flexibilnou konfiguráciou a širokým rozsahom frekvencií/amplitúd zostane kompatibilný aj po publikovaní týchto noriem.

19. Prípadové štúdie

Prípadová štúdia 1: Zabránenie nesprávnej diagnóze vďaka duálnemu meraniu

Stroj: Parná turbína 5 MW, 3000 ot./min., klzné ložiská

Situácia: Vibrácie ložiskového telesa = 3,0 mm/s (zóna B, prijateľná). Obsluha však hlásila nezvyčajný hluk.

Vyšetrovanie: Balanset-1A pripojený k existujúcim bezdotykovým sondám. Vibrácie hriadeľa = 180 μm str. Vypočítaný limit B/C (príloha B) = 164 μm. Hriadeľ v Zóna C!

Hlavná príčina: Nestabilita olejového filmu (olejový vír). Vibrácie krytu boli nízke v dôsledku tlmenia pohybu hriadeľa silnou hmotou podstavca. Spoliehanie sa iba na meranie krytu by tento nebezpečný stav prehliadlo.

Akcia: Upravený tlak oleja v ložiskách, znížená vôľa opätovným podložením. Vibrácie hriadeľa znížené na 90 μm (zóna A).

Prípadová štúdia 2: Vyváženie zachráni kritického ventilátora

Stroj: 200 kW ventilátor s núteným odvodom vzduchu, 980 ot./min., flexibilná spojka

Počiatočný stav: Vibrácie = 7,8 mm/s (zóna D). Závod zvažuje núdzové odstavenie a výmenu ložísk ($50 000, 3-dňová prestávka).

Diagnóza Balanset-1A: FFT ukazuje 1× = 7,5 mm/s, 2× = 0,8 mm/s. Fázovo stabilné. Nerovnováha, bez poškodenia.

Vyvažovanie poľa: Dvojrovinné vyváženie vykonané na mieste za 4 hodiny. Konečná vibrácia = 1,6 mm/s (zóna A).

Výsledok: Zabránilo sa odstávke, ušetrilo sa $50 000. Hlavná príčina: erózia nábežných hrán lopatiek abrazívnym prachom. Opravené vyvážením; plánovaná rekonštrukcia lopatiek pri najbližšej plánovanej odstávke.

20. Záver a osvedčené postupy

Prechod na ISO 20816-3:2022 predstavuje pokrok v analýze vibrácií, ktorý si vyžaduje fyzikálny, duálny perspektívny prístup k zdraviu strojov. Kľúčové poznatky:

Stránka Systém Balanset-1A preukazuje silný súlad s požiadavkami normy ISO 20816-3. Jeho technické špecifikácie – frekvenčný rozsah, presnosť, flexibilita senzorov a softvérový pracovný postup – umožňujú tímom údržby nielen diagnostikovať nesúlad, ale aj aktívne ho korigovať prostredníctvom presného vyváženia. Kombináciou diagnostickej spektrálnej analýzy s možnosťou korekčného vyváženia umožňuje Balanset-1A inžinierom spoľahlivosti udržiavať priemyselné aktíva v zóne A/B, čím sa zabezpečí dlhá životnosť, bezpečnosť a nepretržitá výroba.

Referenčné štandardy a bibliografia

Normatívne odkazy (oddiel 2 normy ISO 20816-3)

Súvisiace normy v sérii ISO 20816

Doplnkové štandardy

Historický kontext (nahradené štandardy)

Norma ISO 20816-3:2022 nahrádza nasledujúce normy:

• ISO 10816-3:2009 — Hodnotenie vibrácií strojov meraniami na nerotujúcich častiach — Časť 3: Priemyselné stroje s menovitým výkonom nad 15 kW a menovitými otáčkami medzi 120 ot./min a 15 000 ot./min
• ISO 7919-3:2009 — Mechanické vibrácie — Hodnotenie vibrácií strojov meraniami na rotujúcich hriadeľoch — Časť 3: Spriahnuté priemyselné stroje

Integrácia vibrácií krytu (10816) a vibrácií hriadeľa (7919) do jednotnej normy eliminuje predchádzajúce nejasnosti a poskytuje súdržný rámec hodnotenia.

Príloha DA (Informatívna) – Korešpondencia citovaných medzinárodných noriem s národnými a medzištátnymi normami

Pri uplatňovaní tejto normy sa odporúča používať zodpovedajúce národné a medzištátne normy namiesto odkazovaných medzinárodných noriem. Nasledujúca tabuľka zobrazuje vzťah medzi normami ISO uvedenými v časti 2 a ich národnými ekvivalentmi.

Poznámka: V tejto tabuľke sa používa nasledujúce konvenčné označenie stupňa korešpondencie:

• Medzinárodný denný čas — Rovnaké štandardy

Národné normy môžu mať odlišné dátumy vydania, ale zachovávajú si technickú ekvivalenciu s uvedenými normami ISO. Vždy si preštudujte najnovšie vydania národných noriem, kde nájdete najaktuálnejšie požiadavky.

Bibliografia

Nasledujúce dokumenty sú v norme ISO 20816-3 uvedené na informačné účely:

Historická poznámka: Odkaz [16] (Rathbone, 1939) predstavuje priekopnícku prácu, ktorá položila základ pre použitie rýchlosti ako primárneho kritéria vibrácií.