Komplexná analýza normy ISO 20816-3: Meranie, hodnotenie a implementácia nástrojov prostredníctvom systému Balanset-1A

Súhrn pre manažérov

V priemyselnom prostredí došlo k významnej zmene paradigmy v oblasti štandardizácie monitorovania stavu strojov. Zavedenie normy ISO 20816-3:2022 predstavuje konsolidáciu a modernizáciu predchádzajúcich metodík, konkrétne zlúčenie hodnotenia vibrácií skríň (predtým ISO 10816-3) a vibrácií rotujúcich hriadeľov (predtým ISO 7919-3) do jedného uceleného rámca. Táto správa poskytuje vyčerpávajúcu analýzu normy ISO 20816-3, v ktorej sa podrobne rozoberajú jej kapitoly, normatívne prílohy a fyzikálne princípy. Okrem toho obsahuje podrobné technické hodnotenie prenosného analyzátora vibrácií a vyvažovača Balanset-1A, ktoré demonštruje, ako tento konkrétny prístroj uľahčuje splnenie prísnych požiadaviek normy. Prostredníctvom syntézy teórie spracovania signálov, princípov strojárskeho inžinierstva a praktických prevádzkových postupov slúži tento dokument ako definitívny sprievodca pre inžinierov spoľahlivosti, ktorí sa snažia zosúladiť svoje stratégie monitorovania stavu s globálnymi osvedčenými postupmi pomocou dostupných, vysoko presných prístrojov.

Časť I: Teoretický rámec normy ISO 20816-3

1.1 Vývoj noriem pre vibrácie: Konvergencia noriem ISO 10816 a ISO 7919

História normalizácie vibrácií sa vyznačuje postupným prechodom od fragmentovaných, komponentovo špecifických usmernení k holistickému hodnoteniu strojov. V minulosti bolo hodnotenie priemyselných strojov rozdelené na dve časti. Séria noriem ISO 10816 sa zameriavala na meranie nerotujúcich častí, konkrétne ložiskových skríň a podstavcov, pomocou akcelerometrov alebo snímačov rýchlosti. Naopak, séria noriem ISO 7919 sa zaoberala vibráciami rotujúcich hriadeľov vo vzťahu k ich ložiskám, pričom využívala predovšetkým bezkontaktné vírivé prúdové sondy.

Toto oddelenie často viedlo k nejasnostiam v diagnostike. Stroj mohol vykazovať prijateľné vibrácie skrine (zóna A podľa ISO 10816) a zároveň trpieť nebezpečným excentricitou hriadeľa alebo nestabilitou (zóna C/D podľa ISO 7919), najmä v prípadoch, keď sa jednalo o ťažké skrine alebo ložiská s kvapalinovým filmom, kde je prenos vibračnej energie tlmený. ISO 20816-3 rieši túto dichotómiu nahradením noriem ISO 10816-3:2009 a ISO 7919-3:2009.1 Integráciou týchto perspektív nová norma uznáva, že vibračná energia generovaná dynamickými silami rotora sa prejavuje odlišne v celej konštrukcii stroja v závislosti od tuhosti, hmotnosti a pomerov tlmenia. V dôsledku toho vyžaduje vyhodnotenie súladu teraz dvojitý pohľad: posúdenie absolútnych vibrácií konštrukcie a, ak je to vhodné, relatívneho pohybu hriadeľa.

Systém Balanset-1A vstupuje do tejto oblasti ako nástroj určený na prepojenie týchto meracích domén. Jeho architektúra, ktorá podporuje piezoelektrické akcelerometre pre merania v kryte a vstupy s priamym napätím pre lineárne snímače posunu, odzrkadľuje filozofiu dvojakého charakteru série ISO 20816.3 Táto konvergencia zjednodušuje súbor nástrojov technika, čím umožňuje, aby jeden jediný prístroj vykonával komplexné hodnotenia, ktoré teraz vyžaduje jednotná norma.

1.2 Rozsah a uplatniteľnosť: Definícia prostredia priemyselných strojov

Kapitola 1 normy ISO 20816-3 dôkladne definuje hranice jej uplatnenia. Norma nie je univerzálna, je špecificky kalibrovaná pre priemyselné stroje s výkonom nad 15 kW a prevádzkovými otáčkami medzi 120 ot/min a 30 000 ot/min.1 Tento široký prevádzkový rozsah pokrýva veľkú väčšinu kritických zariadení vo výrobnom, energetickom a petrochemickom sektore.

Medzi zariadenia, na ktoré sa vzťahuje táto smernica, patria:

• Parné turbíny a generátory: Toto sa týka jednotiek s výkonom menším alebo rovným 40 MW. Väčšie jednotky (nad 40 MW) zvyčajne spadajú pod normu ISO 20816-2, pokiaľ neprevádzkujú iné otáčky ako synchronné frekvencie siete (1500, 1800, 3000 alebo 3600 ot./min).6
• Rotačné kompresory: Vrátane odstredivých aj axiálnych konštrukcií používaných v spracovateľskom priemysle.
• Priemyselné plynové turbíny: Konkrétne tie s výkonom 3 MW alebo menej. Väčšie plynové turbíny sú v norme oddelené do samostatných častí vzhľadom na ich jedinečné tepelné a dynamické vlastnosti.1
• Čerpadlá: Odstredivé čerpadlá poháňané elektromotormi sú základnou súčasťou tejto skupiny.
• Elektromotory: Zahrnuté sú motory akéhokoľvek typu, pokiaľ sú flexibilne spojené. Pevne spojené motory sa často posudzujú ako súčasť systému poháňaného stroja alebo podľa osobitných pododsekov.
• Ventilátory a dúchadlá: Kľúčové pre HVAC a priemyselné spracovanie vzduchu.6

Výnimky: Rovnako dôležité je pochopiť, čo je vylúčené. Stroje s vratnými hmotami (ako piestové kompresory) generujú vibračné profily, v ktorých prevládajú nárazy a meniace sa krútiace momenty, čo si vyžaduje špecializovanú analýzu uvedenú v norme ISO 20816-8. Podobne veterné turbíny, ktoré pracujú pri vysoko premenlivých aerodynamických zaťaženiach, sú pokryté normou ISO 10816-21.7 Špecifické konštrukčné vlastnosti Balanset-1A, ako je rozsah merania otáčok od 150 do 60 000 ot/min 8, sa dokonale zhodujú s rozsahom normy 120–30 000 ot/min, čím sa zabezpečuje, že prístroj je schopný monitorovať celé spektrum príslušných strojov.

1.3 Systémy klasifikácie strojov: Fyzika tuhosti podpory

Kľúčovou inováciou prevzatou z predchádzajúcich noriem je klasifikácia strojov na základe tuhosti podpery. Norma ISO 20816-3 delí stroje do skupín nielen podľa veľkosti, ale aj podľa dynamického správania.

1.3.1 Klasifikácia skupín podľa výkonu a veľkosti

Norma rozdeľuje stroje do dvoch hlavných skupín, aby bolo možné uplatniť primerané limity závažnosti:

• Skupina 1: Veľké stroje s menovitým výkonom nad 300 kW alebo elektrické stroje s výškou hriadeľa presahujúcou 315 mm. Tieto stroje majú zvyčajne masívne rotory a generujú značné dynamické sily.9
• Skupina 2: Stredne veľké stroje s menovitým výkonom medzi 15 kW a 300 kW alebo elektrické stroje s výškou hriadeľa medzi 160 mm a 315 mm.10

1.3.2 Flexibilita podpory: rigidná vs. flexibilná

Rozdiel medzi “tuhými” a “pružnými” podperami je otázkou fyziky, nie len konštrukčného materiálu. Podpora sa považuje za tuhú v určitom meracom smere, ak je prvá vlastná frekvencia (rezonancia) kombinovaného systému stroj-podpora výrazne vyššia ako hlavná frekvencia excitácie (typicky rýchlosť otáčania). Konkrétne by vlastná frekvencia mala byť aspoň o 25% vyššia ako prevádzková rýchlosť. Naopak, pružné podpory majú vlastné frekvencie, ktoré môžu byť blízko alebo pod prevádzkovou rýchlosťou, čo vedie k zosilneniu rezonancie alebo izolačným efektom.10

Toto rozlíšenie je kľúčové, pretože pružné podpery prirodzene umožňujú vyššie amplitúdy vibrácií pri rovnakom množstve vnútornej vzbudzujúcej sily (nevyváženosť). Preto sú prípustné limity vibrácií pre pružné podpery všeobecne vyššie ako pre tuhé podpery. Balanset-1A uľahčuje určovanie charakteristík podpery prostredníctvom svojich funkcií merania fázy. Vykonaním testu rozbehu alebo dobehu (pomocou funkcie grafu “RunDown” uvedenej v špecifikáciách softvéru 11) môže analytik identifikovať rezonančné vrcholy. Ak sa vrchol vyskytne v prevádzkovom rozsahu, podpora je dynamicky flexibilná; ak je odozva plochá a lineárna až do prevádzkovej rýchlosti, je tuhá. Táto diagnostická schopnosť umožňuje používateľovi vybrať správnu hodnotiacu tabuľku v norme ISO 20816-3, čím sa zabráni falošným poplachom alebo prehliadnutým poruchám.

Časť II: Metodika merania a fyzika

Kapitola 4 normy ISO 20816-3 stanovuje prísne procedurálne požiadavky na získavanie údajov. Platnosť akéhokoľvek hodnotenia závisí výlučne od presnosti merania.

2.1 Fyzika meracích prístrojov: Výber snímača a odozva

Norma vyžaduje použitie prístrojov schopných merať širokopásmovú efektívnu hodnotu (r.m.s.) rýchlosti vibrácií. Frekvenčná charakteristika musí byť rovná v rozsahu najmenej 10 Hz až 1 000 Hz pre všeobecné stroje.12 Pre stroje s nižšou rýchlosťou (pracujúce pod 600 ot/min) sa spodná hranica frekvenčnej charakteristiky musí rozšíriť až na 2 Hz, aby zachytila základné rotačné zložky.

Technická kompatibilita Balanset-1A:
Analyzátor vibrácií Balanset-1A je navrhnutý s ohľadom na tieto špecifické požiadavky. Jeho špecifikácie uvádzajú rozsah frekvencie vibrácií od 5 Hz do 550 Hz pre štandardnú prevádzku s možnosťou rozšírenia meracích schopností.8 Dolná hranica 5 Hz je kritická; zabezpečuje kompatibilitu so strojmi s nízkou rýchlosťou 300 ot/min, čo pokrýva väčšinu priemyselných aplikácií. Horná hranica 550 Hz pokrýva kritické harmonické kmity (1x, 2x, 3x atď.) a frekvencie prechodu lopatiek pre väčšinu štandardných čerpadiel a ventilátorov. Okrem toho je presnosť zariadenia hodnotená na 5% plného rozsahu, čo spĺňa metrologické požiadavky normy ISO 2954 (Požiadavky na prístroje na meranie intenzity vibrácií).8

Norma rozlišuje dva základné typy merania, ktoré sú podporované ekosystémom Balanset-1A:

• Seizmické snímače (akcelerometre): Merajú absolútne vibrácie skrine. Sú citlivé na prenos sily cez ložiskový podstavec. Sada Balanset-1A obsahuje dva jednoosové akcelerometre (zvyčajne technológia založená na sérii ADXL alebo piezoelektrická) s magnetickými držiakmi.14
• Bezkontaktné snímače (snímače priblíženia): Merajú relatívny posun hriadeľa. Sú nevyhnutné pre stroje s ložiskami s kvapalinovým filmom, kde sa hriadeľ pohybuje v medzere.

2.2 Podrobný pohľad: Relatívne vibrácie hriadeľa a integrácia senzorov

Zatiaľ čo norma ISO 20816-3 sa zameriava predovšetkým na vibrácie skrine, príloha B sa výslovne zaoberá relatívnymi vibráciami hriadeľa. To si vyžaduje použitie sond na vírivé prúdy (sondy na blízkosť). Tieto senzory fungujú tak, že generujú rádiové frekvenčné (RF) pole, ktoré indukuje vírivé prúdy vo vodivom povrchu hriadeľa. Impedancia cievky sondy sa mení s vzdialenosťou medzery, čím sa vytvára výstupné napätie úmerné posunutiu.15

Integrácia sond s vírivými prúdmi s Balanset-1A:
Unikátnou vlastnosťou zariadenia Balanset-1A je jeho prispôsobivosť týmto senzorom. Hoci je zariadenie primárne dodávané s akcelerometrami, jeho vstupy je možné nakonfigurovať do režimu “Lineárny”, aby prijímali napäťové signály z ovládačov približovacích snímačov (proximitorov) tretích strán.3

• Vstupné napätie: Väčšina priemyselných snímačov blízkosti poskytuje záporné jednosmerné napätie (napr. napájanie -24 V, stupnica 200 mV/mil). Balanset-1A umožňuje používateľom zadať vlastné koeficienty citlivosti (napr. mV/µm) v okne “Nastavenia” (kláves F4).3
• Odstránenie DC posunu: Snímače priblíženia prenášajú veľké jednosmerné medzerné napätie (predpätie) s malým striedavým vibračným signálom. Softvér Balanset-1A obsahuje funkciu “Remove DC” (Odstrániť jednosmerný prúd), ktorá filtruje medzerné napätie a izoluje dynamický vibračný signál na analýzu podľa limitov ISO 20816-3.3
• Linearita a kalibrácia: Tento softvér umožňuje používateľovi definovať kalibračné faktory (napr. Kprl1 = 0,94 mV/µm), čím sa zabezpečí, že hodnota zobrazená na obrazovke notebooku presne zodpovedá fyzickému posunu hriadeľa.3 Táto funkcia je nevyhnutná pri uplatňovaní kritérií uvedených v prílohe B, ktoré sú špecifikované v mikrometroch posunu namiesto milimetrov za sekundu rýchlosti.

2.3 Fyzika montáže: zabezpečenie vernosti údajov

Norma ISO 20816-3 zdôrazňuje, že spôsob montáže snímača nesmie zhoršovať presnosť merania. Rezonančná frekvencia namontovaného snímača musí byť výrazne vyššia ako frekvenčný rozsah, ktorý nás zaujíma.

• Montáž skrutiek: Zlatý štandard, ponúkajúci najvyššiu frekvenčnú odozvu (až 10 kHz+).
• Magnetické upevnenie: Praktický kompromis pre prenosné zber údajov.

Balanset-1A využíva magnetický upevňovací systém s údržnou silou 60 kgf (kilogram-sila).17 Táto vysoká upínacia sila je kritická. Slabý magnet spôsobuje “odskakovanie” alebo mechanický nízkopásmový filter, ktorý výrazne tlmí vysokofrekvenčné signály. S 60 kgf je tuhosť kontaktu dostatočná na to, aby posunula namontovanú rezonanciu výrazne nad rozsah 1000 Hz, ktorý je relevantný pre ISO 20816-3, čím sa zabezpečí, že zhromaždené údaje sú skutočným odrazom správania stroja a nie artefaktom spôsobeným spôsobom upevnenia.12

2.4 Spracovanie signálu: RMS vs. špička

Norma špecifikuje použitie efektívnej hodnoty rýchlosti (RMS) pre nerotujúce časti. Hodnota RMS je mierou celkovej energie obsiahnutej vo vibračnom signáli a priamo súvisí s únavovým namáhaním komponentov stroja.

Rovnica pre RMS:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

Pre vibrácie hriadeľa (príloha B) norma používa špičkové posunutie (S_str.), čo predstavuje celkový fyzický výkyv hriadeľa v rámci voľného priestoru ložiska.

S_str. = S_max − S_min

Spracovanie Balanset-1A:
Balanset-1A vykonáva tieto matematické transformácie interne. ADC (analógovo-digitálny prevodník) vzorkuje surový signál a softvér vypočíta RMS rýchlosť pre merania skrine a posun špička-špička pre merania hriadeľa. Rozhodujúce je, že vypočíta širokopásmovú hodnotu (celkovú), ktorá sčítava energiu v celom frekvenčnom spektre (napr. 10-1000 Hz). Táto “celková” hodnota je primárnym číslom používaným na kategorizáciu stroja do zón A, B, C alebo D. Okrem toho zariadenie poskytuje funkcie FFT (rýchla Fourierova transformácia), ktoré umožňujú analytikovi vidieť jednotlivé frekvenčné zložky (1x, 2x, harmonické), ktoré tvoria celkovú RMS hodnotu, čo pomáha pri diagnostike zdroja vibrácií.8

2.5 Vibrácie v pozadí: Výzva pomeru signálu k šumu

Kritickým, často prehliadaným aspektom normy ISO 20816-3 je zaobchádzanie s vibráciami pozadia – vibráciami prenášanými do stroja z externých zdrojov (napr. susedné stroje, vibrácie podlahy), keď je stroj zastavený.

Pravidlo: Ak vibrácie pozadia presiahnu 25% vibrácií nameraných pri prevádzke stroja alebo 25% hranice medzi zónou B a C, sú potrebné zásadné opravy, inak môže byť meranie považované za neplatné.18 Predchádzajúce verzie noriem často uvádzali pravidlo “jednej tretiny”, ale norma ISO 20816-3 túto logiku sprísňuje.

Procedurálna implementácia s Balanset-1A:

1. Technik umiestni senzory Balanset-1A na stroj, keď je zastavený.
2. Pomocou režimu “Vibrometer” (kláves F5) sa zaznamenáva úroveň RMS pozadia.13
3. Stroj sa spustí a zaťaží. Zaznamená sa prevádzková hodnota RMS.
4. Vykoná sa porovnanie. Ak je prevádzková úroveň 4,0 mm/s a pozadie bolo 1,5 mm/s (37,5%), pozadie je príliš vysoké. Schopnosť Balanset-1A vykonávať spektrálne odčítanie (zobrazenie spektra pozadia v porovnaní s bežiacim strojom) pomáha identifikovať, či je pozadie na konkrétnej frekvencii (napr. 50 Hz z blízkeho kompresora), ktorú môže analytik ignorovať alebo mentálne odfiltrovať.

Časť III: Hodnotiace kritériá – jadro normy

Kapitola 6 tvorí jadro normy ISO 20816-3 a poskytuje rozhodovaciu logiku pre prijateľnosť stroja.

3.1 Kritérium I: Veľkosť vibrácií a zónovanie

Norma hodnotí závažnosť vibrácií na základe maximálnej veľkosti pozorovanej na puzdrách ložísk. Na uľahčenie rozhodovania definuje štyri hodnotiace zóny:

• Zóna A: Vibrácie novo uvedených strojov do prevádzky. Toto je “zlatý štandard”. Stroj v tejto zóne je v bezchybnom mechanickom stave.
• Zóna B: Stroje považované za vhodné pre neobmedzenú dlhodobú prevádzku. Ide o typický “zelený” prevádzkový rozsah.
• Zóna C: Stroje považované za nevyhovujúce pre dlhodobú nepretržitú prevádzku. Vo všeobecnosti môže stroj pracovať po obmedzenú dobu, kým sa nenaskytne vhodná príležitosť na nápravné opatrenia (údržbu). Ide o stav “žltý” alebo “alarm”.
• Zóna D: Hodnoty vibrácií v tejto zóne sa zvyčajne považujú za dostatočne závažné na to, aby spôsobili poškodenie stroja. Ide o stav “Červená” alebo “Vypnutie”.5

Tabuľka 1: Zjednodušené limity zóny ISO 20816-3 (rýchlosť RMS, mm/s) pre skupinu 1 a 2

Skupina strojov	Typ nadácie	Hranica zóny A/B	Hranica zóny B/C	Hranica zóny C/D
Skupina 1 (>300 kW)	Pevný	2.3	4.5	7.1
	Flexibilné	3.5	7.1	11.0
Skupina 2 (15–300 kW)	Pevný	1.4	2.8	4.5
	Flexibilné	2.3	4.5	7.1

Poznámka: Tieto hodnoty sú odvodené z prílohy A normy a predstavujú všeobecné usmernenia. Konkrétne typy strojov môžu mať odlišné limity.

Implementácia Balanset-1A:
Softvér Balanset-1A nezobrazuje len číslo, ale kontextovo pomáha používateľovi. Hoci používateľ musí vybrať triedu, funkcia “Správy” softvéru umožňuje dokumentovať tieto hodnoty v porovnaní so štandardom. Keď technik nameria vibrácie 5,0 mm/s na čerpadle s výkonom 50 kW (skupina 2) na pevnom základe, hodnota Balanset-1A jasne prekračuje hranicu zóny C/D (4,5 mm/s), čo naznačuje okamžitú potrebu odstavenia a opravy.

3.2 Kritérium II: Zmena veľkosti vibrácií

Snáď najvýznamnejším pokrokom v sérii 20816 je formalizovaný dôraz na zmenu vibrácií, nezávisle od absolútnych limitov.

Pravidlo 25%: Norma ISO 20816-3 stanovuje, že zmena veľkosti vibrácií väčšia ako 25% hranice zóny B/C (alebo 25% predchádzajúcej hodnoty v ustálenom stave) by sa mala považovať za významnú, aj keď absolútna hodnota zostáva v zóne A alebo B.20

Dôsledky:
Predstavte si ventilátor, ktorý pracuje stabilne pri 2,0 mm/s (zóna B). Ak vibrácie náhle vyskočia na 2,8 mm/s, technicky sa stále nachádzajú v zóne B (pre niektoré triedy) alebo práve vstupujú do zóny C. Ide však o nárast o 40%. Takýto náhly posun často naznačuje konkrétny režim poruchy: prasknutú súčasť rotora, posunutú vyvažovaciu záťaž alebo tepelné trenie. Ignorovanie tohto faktu s odôvodnením, že “stále je to v norme”, môže viesť k katastrofálnej poruche.

Analýza trendov Balanset-1A:
Balanset-1A podporuje toto kritérium prostredníctvom funkcií “Obnova relácie” a archivácie.21 Uložením meracích relácií môže inžinier spoľahlivosti prekryť aktuálne údaje historickými základnými hodnotami. Ak graf “Celkové vibrácie” ukazuje skokovú zmenu, inžinier uplatní kritérium II. Funkcia “Obnoviť poslednú reláciu” je v tomto prípade obzvlášť užitočná, pretože umožňuje používateľovi vyvolať presný stav stroja z predchádzajúceho mesiaca a overiť, či bola prekročená prahová hodnota 25%.

3.3 Prevádzkové limity: Nastavenie ALARMOV a VYPNUTÍ

Norma poskytuje pokyny pre nastavenie automatizovaných ochranných systémov:

• ALARM: Poskytuje varovanie, že bola dosiahnutá definovaná hodnota vibrácií alebo došlo k významnej zmene. Odporúčané nastavenie je zvyčajne základná hodnota + 25% hranice zóny B/C.
• VÝLET: Na spustenie okamžitého opatrenia (vypnutie). Toto sa zvyčajne nastavuje na hranici zóny C/D alebo mierne nad ňou, v závislosti od mechanického stavu stroja.19

Hoci Balanset-1A je prenosné zariadenie a nie je trvalým ochranným systémom (ako napríklad stojan Bently Nevada), používa sa na overovanie a kalibráciu týchto úrovní vypnutia. Technici používajú Balanset-1A na meranie vibrácií počas kontrolovaného nábehu alebo indukovanej skúšky nevyváženosti, aby sa uistili, že trvalý monitorovací systém sa spustí pri správnych úrovniach fyzických vibrácií stanovených normou ISO 20816-3.

Časť IV: Systém Balanset-1A – Technický pohľad do hĺbky

Aby sme pochopili, ako Balanset-1A slúži ako nástroj na zabezpečenie súladu, musíme analyzovať jeho technickú architektúru.

4.1 Hardvérová architektúra

Balanset-1A pozostáva z centralizovaného modulu USB rozhrania, ktorý spracováva analógové signály zo senzorov pred odoslaním digitalizovaných údajov do hostiteľského notebooku.

• Modul ADC: Srdcom systému je analógovo-digitálny prevodník s vysokým rozlíšením. Tento modul určuje presnosť merania. Balanset-1A spracováva signály s presnosťou ±5%, čo je dostatočné pre diagnostiku v teréne.8
• Fázová referenčná hodnota (tachometer): Súlad s normou ISO 20816-3 často vyžaduje fázovú analýzu na rozlíšenie medzi nevyváženosťou a nesúosovosťou. Balanset-1A používa laserový tachometer s dosahom až 1,5 metra a kapacitou 60 000 otáčok za minútu.17 Tento optický senzor spúšťa výpočet fázového uhla s presnosťou ±1 stupeň.
• Výkon a prenosnosť: Napájané cez USB (5 V), zariadenie je vnútorne odolné voči zemným slučkám, ktoré často trápia analyzátory napájané zo siete. Celá súprava váži približne 4 kg, čo z nej robí skutočný “poľný” prístroj vhodný na lezenie po lešení, aby sa dostalo k ventilátorom.8

4.2 Softvérové možnosti: Viac ako len jednoduché meranie

Softvér dodávaný s Balanset-1A transformuje surové údaje na použiteľné informácie v súlade s normami ISO.

• Analýza spektra FFT: Norma spomína “špecifické frekvenčné zložky”. Balanset-1A zobrazuje rýchlu Fourierovu transformáciu, ktorá rozkladá komplexný priebeh vlny na jej zložkové sínusové vlny. To umožňuje používateľovi zistiť, či je vysoká hodnota RMS spôsobená 1x (nevyváženosťou), 100x (zubením ozubených kolies) alebo nesynchronnými špičkami (defektmi ložísk).21
• Polárne grafy: Na účely vyvažovania a vektorovej analýzy softvér vykresľuje vektory vibrácií na polárnom grafe. Táto vizualizácia je kľúčová pri uplatňovaní metód koeficientu vplyvu na vyvažovanie.
• Kalkulačka tolerancie ISO 1940: Zatiaľ čo norma ISO 20816-3 sa zaoberá limitmi vibrácií, norma ISO 1940 sa zaoberá kvalitou vyváženia (stupne G). Softvér Balanset-1A obsahuje kalkulačku, do ktorej používateľ zadá hmotnosť a rýchlosť rotora a systém vypočíta prípustnú zvyškovú nevyváženosť v gramoch a milimetroch. Tým sa preklenuje rozdiel medzi “vibrácie sú príliš vysoké” (ISO 20816) a “tu je uvedené, koľko hmotnosti je potrebné odstrániť” (ISO 1940).11

4.3 Kompatibilita senzorov a konfigurácia vstupov

Ako sa uvádza v úryvku z výskumu, kľúčová je schopnosť komunikovať s rôznymi typmi senzorov.

• Akcelerometre: Predvolené senzory. Systém integruje signál zrýchlenia (g) do rýchlosti (mm/s) alebo dvojnásobne integruje do posunu (µm) v závislosti od zvoleného zobrazenia. Táto integrácia sa vykonáva digitálne, aby sa minimalizoval šumový posun.
• Sondy na vírivé prúdy: Systém akceptuje analógové vstupy 0-10 V alebo podobné. Používateľ musí v nastaveniach konfigurovať transformačný koeficient. Napríklad štandardná sonda Bently Nevada môže mať mierku 200 mV/mil (7,87 V/mm). Používateľ zadá túto citlivosť a softvér Balanset-1A prepočíta prichádzajúce napätie na zobrazenie posunu v mikrónoch, čo umožňuje priame porovnanie s prílohou B normy ISO 20816-3.3.

Časť V: Prevádzková implementácia: Od diagnostiky po dynamické vyvažovanie

Táto časť opisuje štandardný prevádzkový postup (SOP) pre technika používajúceho Balanset-1A na zabezpečenie súladu s normou ISO 20816-3.

5.1 Krok 1: Meranie základnej hodnoty a klasifikácia

Technik pristupuje k 45 kW odstredivému ventilátoru.

• Klasifikácia: Výkon > 15 kW, < 300 kW. Patrí do skupiny 2. Základ je pripevnený skrutkami k betónu (pevný).
• Určenie limitu: Podľa ISO 20816-3 príloha A (skupina 2, tuhé) je hranica zóny B/C 2,8 mm/s.
• Meranie: Senzory sú namontované pomocou magnetických základní. Je zapnutý režim “Vibrometer” Balanset-1A.
• Výsledok: Hodnota je 6,5 mm/s. Ide o oblasť zóny C/D. Je potrebné konať.

5.2 Krok 2: Diagnostická analýza

Použitie funkcie Balanset-1A FFT:

• Spektrum vykazuje dominantný vrchol pri prevádzkovej rýchlosti (1x RPM).
• Fázová analýza ukazuje stabilný fázový uhol.
• Diagnóza: Statická nevyváženosť. (Ak bola fáza nestabilná alebo boli prítomné vysoké harmonické, bolo by podozrenie na nesprávne vyrovnanie alebo uvoľnenie).

5.3 Krok 3: Vyvažovací postup (na mieste)

Keďže diagnóza je nevyváženosť, technik využíva režim vyvažovania Balanset-1A. Norma vyžaduje zníženie vibrácií na úroveň zóny A alebo B.

5.3.1 Metóda troch behov (vplyvové koeficienty)

Balanset-1A automatizuje vektorovú matematiku potrebnú na vyvažovanie.

• Beh 0 (počiatočný): Zmerajte amplitúdu A₀ a fáza φ₀ pôvodnej vibrácie.
• Beh 1 (skúšobná hmotnosť): Známá hmotnosť M_{súdny proces} je pridaný pod ľubovoľným uhlom. Systém meria nový vektor vibrácií (A₁, φ₁).

Výpočet: Softvér vypočíta koeficient vplyvu α, ktorý predstavuje citlivosť rotora na zmenu hmotnosti.

α = (V₁ − V₀) / M_{súdny proces}

Oprava: Systém vypočíta požadovanú korekčnú hmotnosť M_kor na zrušenie počiatočnej vibrácie.

M_kor = − V₀ / α

Beh 2 (overenie): Skúšobná hmotnosť sa odstráni a pridá sa vypočítaná korekčná hmotnosť. Zmeria sa zvyšková vibrácia.

.11

5.4 Krok 4: Overenie a podávanie správ

Po vyvážení klesajú vibrácie na 1,2 mm/s.
Skontrolujte: 1,2 mm/s je < 1,4 mm/s. Stroj sa teraz nachádza v zóne A.

Dokumentácia: Technik uloží reláciu v Balanset-1A. Vygeneruje sa správa, ktorá zobrazuje spektrum “pred” (6,5 mm/s) a spektrum “po” (1,2 mm/s) s výslovným odkazom na limity ISO 20816-3. Táto správa slúži ako certifikát zhody.

Časť VI: Špecifické hľadiská

6.1 Stroje s nízkou rýchlosťou

ISO 20816-3 obsahuje osobitné poznámky pre stroje pracujúce pri otáčkach nižších ako 600 ot/min. Pri nízkych otáčkach sa signály rýchlosti oslabujú a dominantným ukazovateľom namáhania sa stáva posun. Balanset-1A rieši tento problém tak, že umožňuje používateľovi prepnúť metriku zobrazenia na posun (µm) alebo zabezpečí, aby bola spodná hranica frekvencie nastavená na 5 Hz alebo nižšiu hodnotu (ideálne 2 Hz), aby zachytil primárnu energiu. “Upozornenia” v prílohe D normy varujú pred spoliehaním sa výlučne na rýchlosť pri nízkych otáčkach 23, čo je nuansa, ktorú musí používateľ Balanset-1A zohľadniť kontrolou nastavení “Lineárne” alebo nízkofrekvenčných filtrov.

6.2 Prechodné stavy: rozbeh a dobiehanie

Vibrácie počas spúšťania (prechodný prevádzkový stav) môžu prekročiť limity ustáleného stavu v dôsledku prekročenia kritických otáčok (rezonancia). Norma ISO 20816-3 povoľuje vyššie limity počas týchto prechodných fáz.23

Balanset-1A obsahuje experimentálnu funkciu grafu “RunDown”.11 Táto funkcia umožňuje technikovi zaznamenať amplitúdu vibrácií v závislosti od otáčok za minútu počas voľného chodu. Tieto údaje sú dôležité pre:

• Identifikácia kritických rýchlostí (rezonancia).
• Overenie, či stroj prechádza rezonanciou dostatočne rýchlo, aby nedošlo k poškodeniu.
• Zabezpečenie, aby “vysoká” vibrácia bola skutočne prechodná a nie trvalá.

6.3 Príloha A vs. príloha B: Dvojité hodnotenie

Dôkladná kontrola súladu často vyžaduje oboje.

• Príloha A (Bývanie): Zabezpečuje prenos sily na konštrukciu. Vhodné pre nevyváženosť, voľnosť.
• Príloha B (hriadeľ): Meranie dynamiky rotora. Vhodné pre nestabilitu, vírenie oleja, detekciu stierania.

Technik používajúci Balanset-1A môže použiť akcelerometre na splnenie požiadaviek prílohy A a potom prepnúť vstupy na existujúce sondy Bently Nevada, aby overil súlad s prílohou B na veľkej turbíne. Schopnosť Balanset-1A slúžiť ako “druhý názor” alebo “overovateľ v teréne” pre trvalé monitory na stojanoch je kľúčovou aplikáciou pri splnení oboch príloh.

Záver

Prechod na normu ISO 20816-3 znamená zrelosť v oblasti analýzy vibrácií, ktorá vyžaduje jemnejší, fyzikálne založený prístup k hodnoteniu strojov. Prekračuje rámec jednoduchých číselných hodnôt “vyhovuje/nevyhovuje” a vstupuje do sféry analýzy tuhosti podpory, vektorov zmien a meraní v dvoch oblastiach (skriňa/hriadeľ).

Systém Balanset-1A vykazuje vysokú mieru súladu s týmito modernými požiadavkami. Jeho technické špecifikácie – frekvenčný rozsah, presnosť a flexibilita senzorov – z neho robia výkonnú hardvérovú platformu. Jeho skutočná hodnota však spočíva v softvérovom pracovnom postupe, ktorý vedie používateľa komplexnou logikou normy: od korekcie vibrácií pozadia a klasifikácie zón až po matematickú presnosť vyvažovania koeficientov vplyvu. Efektívnym kombinovaním diagnostických schopností spektrálneho analyzátora s korekčnou silou dynamického vyvažovača umožňuje Balanset-1A údržbárskym tímom nielen identifikovať nesúlad s normou ISO 20816-3, ale aj aktívne ho odstrániť, čím zabezpečuje dlhú životnosť a spoľahlivosť priemyselných zariadení.