Popoln vodnik po standardu ISO 20816-3: Celovita tehnična analiza

Uvod

Ta standard določa smernice za ocenjevanje vibracijskega stanja industrijske opreme na podlagi meritev:

1. Vibracije na ležajih, ležajnih podstavkih in ohišjih ležajev na mestu, kjer je oprema nameščena;
2. Radialne vibracije gredi strojnih sklopov.

Na podlagi izkušenj z delovanjem industrijske opreme, dva kriterija za oceno vibracijskega stanja so bili ustanovljeni:

• Merilo I: Absolutna vrednost spremljanega parametra širokopasovnih vibracij
• Merilo II: Sprememba te vrednosti (glede na izhodišče)

Razvoj standardov za vibracije: Konvergenca standardov ISO 10816 in ISO 7919

Zgodovina standardizacije vibracij predstavlja postopen premik od fragmentiranih, komponentno specifičnih smernic k celostnemu ocenjevanju strojev. Zgodovinsko gledano je bilo ocenjevanje strojev razdeljeno na:

• Serija standardov ISO 10816: Osredotočeno na merjenje nevrtljivih delov (ohišja ležajev, podstavki) z uporabo merilnikov pospeška ali pretvornikov hitrosti
• Serija standardov ISO 7919: Obravnava vibracij vrtečih se gredi glede na ležaje, predvsem z uporabo brezkontaktnih sond za vrtinčne tokove

Ta ločitev je pogosto vodila do diagnostična dvoumnost. Stroj lahko kaže sprejemljive vibracije ohišja (cona A v skladu s standardom ISO 10816), hkrati pa trpi zaradi nevarnega izteka gredi ali nestabilnosti (cona C/D v skladu s standardom ISO 7919), zlasti v primerih s težkimi ohišji ali ležaji s fluidnim filmom, kjer je prenos energije vibracij oslabljen.

Oddelek 1 – Področje uporabe

Ta standard določa splošne zahteve za ocenjevanje vibracijskega stanja industrijska oprema (v nadaljevanju: stroji) z nazivno močjo nad 15 kW in hitrostjo vrtenja od 120 do 30.000 vrt/min na podlagi meritev vibracij na nevrtljivi deli in naprej vrteče se gredi v normalnih obratovalnih pogojih stroja na mestu njegove namestitve.

Ocena se izvede na podlagi spremljanega parametra vibracij in na podlagi spremembe pri tem parametru pri delovanju stroja v ustaljenem stanju. Številčne vrednosti meril za oceno stanja odražajo obratovalne izkušnje s stroji te vrste; vendar so lahko neuporabne v specifičnih primerih, povezanih s posebnimi obratovalnimi pogoji in zasnovo danega stroja.

Ta standard se uporablja za:

1. Parne turbine in generatorji z močjo do 40 MW (glej opombi 1 in 2)
2. Parne turbine in generatorji z izhodno močjo nad 40 MW in vrtilnimi hitrostmi razen 1500, 1800, 3000 in 3600 vrt/min (glej opombo 1)
3. Rotacijski kompresorji (centrifugalno, aksialno)
4. Industrijske plinske turbine z močjo do 3 MW (glej opombo 2)
5. Turboventilatorski motorji
6. Elektromotorji vseh vrst s fleksibilno gredno sklopko. (Kadar je rotor motorja togo povezan s strojem, ki ga zajema drug standard iz serije ISO 20816, se vibracije motorja lahko ocenijo bodisi v skladu s tem standardom bodisi v skladu s tem standardom.)
7. Valjarne in valjarne
8. Transportni trakovi
9. Sklopke s spremenljivo hitrostjo
10. Ventilatorji in puhala (glej opombo 3)

Ta standard se NE uporablja za:

11. Parne turbine, plinske turbine in generatorji z močjo nad 40 MW in hitrostmi 1500, 1800, 3000 in 3600 vrt/min → uporaba ISO 20816-2
12. Plinske turbine z močjo nad 3 MW → uporaba ISO 20816-4
13. Strojni sklopi v hidroelektrarnah in črpalnih elektrarnah → uporaba ISO 20816-5
14. Batni stroji in stroji, togo povezani z batnimi stroji → uporaba ISO 10816-6
15. Rotodinamične črpalke z vgrajenimi ali togo priključenimi pogonskimi motorji z rotorjem na gredi motorja ali togo priključenim nanjo → uporaba ISO 10816-7
16. Uporaba batnih kompresorjev → ISO 20816-8
17. Kompresorji s pozitivnim pretokom (npr. vijačni kompresorji)
18. Potopne črpalke
19. Vetrne turbine → uporaba ISO 10816-21

Podrobnosti o obsegu uporabe

Zahteve tega standarda veljajo za meritve širokopasovne vibracije na gredeh, ležajih, ohišjih in ležajnih podstavkih pri delovanju strojev v ustaljenem stanju v območju nazivnih vrtilnih hitrosti. Te zahteve veljajo za meritve tako na mestu namestitve kot med prevzemnim preskusom. Uveljavljena merila za vibracijske pogoje veljajo tako v sistemih neprekinjenega kot periodičnega spremljanja.

Ta standard se uporablja za stroje, ki lahko vključujejo zobniški mehanizmi in kotalni ležaji; vendar je ni bilo namenjeno za oceno stanja vibracij teh specifičnih komponent (za gonila glejte ISO 20816-9).

Oddelek 2 – Normativne reference

Ta standard uporablja normativne sklice na naslednje standarde. Za datirane sklice velja samo navedena izdaja. Za nedatirane sklice velja najnovejša izdaja (vključno z vsemi spremembami):

Ti standardi zagotavljajo osnovo za terminologijo, metode merjenja in splošno filozofijo vrednotenja, ki se uporablja v standardu ISO 20816-3.

Oddelek 3 – Izrazi in opredelitve

Za namene tega standarda se uporabljajo izrazi in opredelitve, navedeni v ISO 2041 veljati.

Ključni izrazi (iz standarda ISO 2041)

• Vibracije: Spreminjanje velikosti količine, ki opisuje gibanje ali položaj mehanskega sistema, s časom
• RMS (koren povprečne kvadratne vrednosti): Kvadratni koren povprečja kvadratov vrednosti količine v določenem časovnem intervalu
• Širokopasovne vibracije: Vibracije, ki vsebujejo energijo, porazdeljeno po določenem frekvenčnem območju
• Naravna frekvenca: Frekvenca prostih vibracij sistema
• Delovanje v ustaljenem stanju: Delovni pogoji, pri katerih ustrezni parametri (hitrost, obremenitev, temperatura) ostanejo v bistvu konstantni
• Vrednost od vrha do vrha: Algebraična razlika med ekstremnimi vrednostmi (največjo in minimalno)
• Pretvornik: Naprava, ki zagotavlja izhodno količino, ki ima določen odnos do vhodne količine

Oddelek 5 – Klasifikacija strojev

5.1 Splošno

V skladu z merili, določenimi v tem standardu, se stanje vibracij stroja ocenjuje glede na:

1. Vrsta stroja
2. Nazivna moč ali višina gredi (glej tudi ISO 496)
3. Stopnja togosti temeljev

5.2 Razvrstitev glede na tip stroja, nazivno moč ali višino gredi

Razlike v tipih strojev in izvedbah ležajev zahtevajo razdelitev vseh strojev na dve skupini na podlagi nazivne moči ali višine gredi.

Gredi strojev v obeh skupinah so lahko nameščene vodoravno, navpično ali pod naklonom, nosilci pa imajo lahko različne stopnje togosti.

Skupina 1 – Veliki stroji

• Nazivna moč > 300 kW
• ALI električni stroji z višino gredi V > 315 mm
• Običajno opremljeno z drsni ležaji
• Delovne hitrosti od 120 do 30.000 vrt/min

Skupina 2 – Srednje veliki stroji

• Nazivna moč 15 – 300 kW
• ALI električni stroji z višino gredi 160 mm < V ≤ 315 mm
• Običajno opremljeno z kotalni ležaji
• Delovne hitrosti običajno > 600 vrt/min

5.3 Razvrstitev po togosti temeljev

Strojni temelji so glede na stopnjo togosti v določeni smeri merjenja razvrščeni v:

1. Togi temelji
2. Fleksibilni temelji

Osnova te klasifikacije je razmerje med togostjo stroja in temeljem. Če najnižja naravna frekvenca sistema "stroj-temelj" v smeri merjenja vibracij presega glavno vzbujevalno frekvenco (v večini primerov je to vrtilna frekvenca rotorja) za vsaj 25%, potem se takšna podlaga v tej smeri šteje tog. Vsi drugi temelji se upoštevajo prilagodljiv.

Tipični primeri

Stroji na togih temeljih so običajno veliki in srednje veliki elektromotorji, običajno z nizkimi vrtilnimi hitrostmi.

Stroji na fleksibilnih temeljih običajno vključujejo turbogeneratorje ali kompresorje z močjo nad 10 MW, pa tudi stroje z navpično orientacijo gredi.

Če značilnosti sistema "stroj-temelj" ni mogoče določiti z izračunom, je to mogoče storiti eksperimentalno (udarni preizkus, analiza obratovalnih modov ali analiza zagonskih vibracij).

Priloga A (normativno) – Meje območij vibracijskih pogojev za nerotirajoče dele v določenih načinih delovanja

Izkušnje kažejo da se za oceno vibracijskega stanja različnih vrst strojev z različnimi hitrostmi vrtenja meritve sama hitrost je dovolj. Zato je primarni spremljani parameter efektivna vrednost hitrosti.

Vendar pa lahko uporaba kriterija konstantne hitrosti brez upoštevanja frekvence vibracij privede do nesprejemljivo velike vrednosti premikov. To se pojavlja zlasti pri nizkohitrostnih strojih z vrtilno frekvenco rotorja pod 600 vrt/min, ko komponenta hitrosti delovanja prevladuje v širokopasovnem vibracijskem signalu (glej Prilogo D).

Podobno lahko kriterij konstantne hitrosti pri visokohitrostnih strojih z vrtilnimi frekvencami rotorja, ki presegajo 10.000 vrt/min, ali kadar je energija vibracij, ki jih povzroča stroj, skoncentrirana pretežno v visokofrekvenčnem območju. Zato se lahko kriteriji za vibracijske pogoje oblikujejo v enotah za premik, hitrost in pospešek, odvisno od frekvenčnega območja vrtenja rotorja in tipa stroja.

V preglednicah A.1 in A.2 so predstavljene vrednosti mejnih območij za različne skupine strojev, ki jih zajema ta standard. Trenutno so te meje oblikovane le v enotah hitrost in premik.

Meje območja vibracijskega stanja za vibracije v frekvenčnem območju od 10 do 1000 Hz so izražene z efektivnimi vrednostmi hitrosti in premika. Za stroje z vrtilno frekvenco rotorja pod 600 vrt/min je širokopasovno merilno območje vibracij 2 do 1000 Hz. V večini primerov zadostuje ocena vibracijskega stanja le na podlagi merila hitrosti; če pa se pričakuje, da bo vibracijski spekter vseboval pomembne nizkofrekvenčne komponente, se ocena izvede na podlagi meritev hitrosti in premika.

Stroji vseh obravnavanih skupin so lahko nameščeni na togih ali fleksibilnih nosilcih (glej poglavje 5), za katere so v preglednicah A.1 in A.2 določene različne meje con.

Tabela A.1 – Stroji skupine 1 (veliki: > 300 kW ali V > 315 mm)

Tabela A.2 – Stroji skupine 2 (srednji: 15–300 kW ali V = 160–315 mm)

Priloga B (normativno) – Meje območij vibracijskih pogojev za vrteče se gredi v določenih načinih delovanja

B.1 Splošno

Meje območij vibracijskih pogojev so konstruirane na podlagi obratovalnih izkušenj iz različnih panog, kar kaže, da sprejemljive relativne vibracije gredi se zmanjšujejo z naraščajočo vrtilno frekvenco. Poleg tega je treba pri ocenjevanju stanja vibracij upoštevati možnost stika med vrtečo se gredjo in mirujočimi deli stroja. Pri strojih z drsnimi ležaji je najmanjša dovoljena zračnost v ležaju upoštevati je treba tudi (glej Prilogo C).

B.2 Vibracije pri nazivni vrtilni frekvenci v ustaljenem stanju delovanja

B.2.1 Splošno

Merilo I je povezano z:

1. Omejitev premikov gredi iz pogoja sprejemljivih dinamičnih obremenitev ležajev
2. Sprejemljive vrednosti radialne zračnosti v ležaju
3. Sprejemljive vibracije prenaša se na nosilce in temelje

Največji premik gredi v vsakem ležaju se primerja z mejami štirih con (glej sliko B.1 v standardu), določenimi na podlagi obratovalnih izkušenj s stroji.

B.2.2 Meje območja

Izkušnje z merjenjem vibracij gredi za širok razred strojev omogočajo določitev meja območij vibracijskih pogojev, izraženih z premik med vrhovi S(pp) v mikrometrih, obratno sorazmerna s kvadratnim korenom vrtilne frekvence rotorja n v vrt/min.

Za relativne vibracije gredi, merjene s sondami za bližino, so meje con izražene kot premik med vrhovi S(pp) v mikrometrih, ki se spreminja glede na hitrost teka:

Kje n je največja delovna hitrost v vrt/min, in S(pp) je v μm.

Primer izračuna

Za stroj, ki deluje s 3000 vrt/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

Pomembno: Meje con se ne smejo uporabljati kot merila sprejemljivosti, ki bi morala biti predmet dogovora med dobaviteljem in kupcem. Vendar pa je z upoštevanjem numeričnih mejnih vrednosti mogoče preprečiti uporabo stroja v očitno slabem stanju in se izogniti pretirano strogim zahtevam glede njegovih vibracij.

V nekaterih primerih lahko konstrukcijske značilnosti določenih strojev zahtevajo uporabo različnih območnih meja – višjih ali nižjih (npr. za samonastavljive ležaje z nagibnimi ploščicami), pri strojih z eliptičnimi ležaji pa se lahko za različne smeri merjenja (proti največji in najmanjši zračnosti) uporabijo različne območne meje.

Sprejemljive vibracije so lahko povezane s premerom ležaja, saj imajo ležaji večjega premera praviloma tudi večje zračnosti. Zato se lahko za različne ležaje ene gredi določijo različne mejne vrednosti območij. V takih primerih mora proizvajalec običajno pojasniti razlog za spremembo mejnih vrednosti in zlasti potrditi, da povečane vibracije, dovoljene v skladu s temi spremembami, ne bodo povzročile zmanjšane zanesljivosti stroja.

Če se meritve ne izvajajo v neposredni bližini ležaja, temveč tudi med delovanjem stroja v prehodnih načinih, kot sta zagon in iztek (vključno s prehodom skozi kritične hitrosti), so lahko sprejemljive vibracije višje.

Pri vertikalnih strojih z drsnimi ležaji je treba pri določanju mejnih vrednosti vibracij upoštevati možne premike gredi znotraj meja zračnosti brez stabilizacijske sile, povezane s težo rotorja.

Oddelek 4 – Meritve vibracij

4.1 Splošne zahteve

Merilne metode in instrumenti morajo izpolnjevati splošne zahteve standarda ISO 20816-1, s posebnimi upoštevanji za industrijske stroje. Naslednji dejavniki ne smejo bistveno vplivati na merilno opremo:

• Temperaturne spremembe — Zmikanje občutljivosti senzorja
• Elektromagnetna polja — Vključno z učinki magnetizacije gredi
• Akustična polja — Tlačni valovi v okoljih z visoko stopnjo hrupa
• Različice napajanja — Nihanja napetosti
• Dolžina kabla — Nekatere zasnove bližinskih sond zahtevajo ustrezno dolžino kabla
• Poškodba kabla — Prekinitvene povezave ali prekinitve oklopa
• Orientacija pretvornika — Poravnava osi občutljivosti

4.2 Merilne točke in smeri

Za namene spremljanja stanja se meritve izvajajo na nevrtljivi deli ali na gredi, ali oboje skupaj. V tem standardu se vibracije gredi nanašajo na njeno premik glede na ležaj.

Nevrtljivi deli – meritve ohišja ležaja

Meritve vibracij na nevrtljivih delih opisujejo vibracije ležaja, ohišja ležaja ali drugega konstrukcijskega elementa, ki prenaša dinamične sile zaradi vibracij gredi na mestu ležaja.

Tipična konfiguracija meritev: Meritve se izvajajo z uporabo dva pretvornika v dveh medsebojno pravokotnih radialnih smereh na pokrovih ali ohišjih ležajev. Pri vodoravnih strojih je ena smer običajno navpična. Če je gred navpična ali nagnjena, izberite smeri, ki zajamejo največje vibracije.

Merjenje na eni točki: Uporabiti je mogoče en sam pretvornik, če je znano, da bodo rezultati reprezentativni za celotne vibracije. Izbrana smer mora zagotavljati skoraj maksimalne odčitke.

Meritve vibracij gredi

Vibracije gredi (kot so opredeljene v standardu ISO 20816-1) se nanašajo na premik gredi glede na ležaj. Prednostna metoda uporablja par brezkontaktnih bližinskih sond nameščeni pravokotno drug na drugega, kar omogoča določitev trajektorije (orbite) gredi na merilni ravnini.

4.3 Instrumentacija (merilna oprema)

Za spremljanje stanja mora merilni sistem meriti širokopasovne RMS vibracije v frekvenčnem območju vsaj od 10 Hz do 1000 Hz. Pri strojih z vrtilnimi hitrostmi, ki ne presegajo 600 vrt/min, spodnja frekvenčna meja ne sme presegati 2 Hz.

Za meritve vibracij gredi: Zgornja meja frekvenčnega območja mora presegati največjo vrtilno frekvenco gredi za vsaj 3,5-krat. Merilna oprema mora izpolnjevati zahteve ISO 10817-1.

Za meritve nerotirajočih delov: Oprema mora biti v skladu z ISO 2954. Glede na določen kriterij je lahko izmerjena količina premik, hitrost ali oboje (glej ISO 20816-1).

Če se meritve izvajajo z uporabo merilniki pospeška (kar je v praksi običajno), mora biti izhodni signal integrirano za pridobitev signala hitrosti. Pridobitev signala premika zahteva dvojna integracija, vendar je treba biti pozoren na možnost povečanega šuma. Za zmanjšanje šuma se lahko uporabi visokoprepustni filter ali druga metoda digitalne obdelave signalov.

Če je vibracijski signal namenjen tudi diagnostičnim namenom, mora merilno območje zajemati frekvence od vsaj 0,2-kratnik spodnje omejitve hitrosti gredi do 2,5-kratnik največje frekvence vzbujanja vibracij (običajno ne presega 10.000 Hz). Dodatne informacije so navedene v standardih ISO 13373-1, ISO 13373-2 in ISO 13373-3.

Zahteve frekvenčnega območja

Merilni parametri

Merilni parameter je lahko premik, hitrost, ali oboje, odvisno od merila za ocenjevanje (glej ISO 20816-1).

• Meritve akcelerometra: Če se pri meritvah uporabljajo merilniki pospeška (najpogostejši), integrirajte izhodni signal, da dobite hitrost. Dvojna integracija da premik, vendar bodite pozorni na povečan nizkofrekvenčni šum. Za zmanjšanje šuma uporabite visokoprepustno filtriranje ali digitalno obdelavo signalov.
• Vibracije gredi: Zgornja frekvenčna meja mora biti vsaj 3,5-kratnik največje hitrosti gredi. Instrumentacija mora biti v skladu z ISO 10817-1.
• Nevrtljivi deli: Instrumentacija mora biti v skladu z ISO 2954.

4.4 Neprekinjeno in občasno spremljanje

Neprekinjeno spremljanje: Pri velikih ali kritično pomembnih strojih se običajno uporabljajo neprekinjene meritve nadzorovanih indikatorjev vibracij s trajno nameščenimi pretvorniki na najpomembnejših točkah, tako za namene spremljanja stanja kot za zaščito opreme. V nekaterih primerih je merilni sistem, ki se za to uporablja, integriran v splošni sistem upravljanja opreme obrata.

Periodično spremljanje: Za številne stroje neprekinjeno spremljanje ni potrebno. Ustrezne informacije o razvoju napak (neuravnoteženost, obraba ležajev, neporavnanost, zrahljanost) je mogoče pridobiti s periodičnimi meritvami. Številčne vrednosti v tem standardu se lahko uporabijo za redno spremljanje, če merilne točke in instrumenti ustrezajo zahtevam standarda.

Vibracije gredi: Instrumenti so običajno nameščeni trajno, vendar se meritve lahko izvajajo v rednih intervalih.

Nevrtljivi deli: Pretvorniki so običajno nameščeni le med meritvijo. Za stroje s težkim dostopom se lahko uporabijo trajno nameščeni pretvorniki z usmerjanjem signala na dostopna mesta.

4.5 Načini delovanja stroja

Meritve vibracij se izvajajo po tem, ko rotor in ležaji dosežejo ravnotežna temperatura v ustaljenem stanju, določenem načinu delovanja, ki ga določajo značilnosti, kot so:

• Nazivna hitrost gredi
• Napajalna napetost
• Pretok
• Tlak delovne tekočine
• Naloži

Stroji s spremenljivo hitrostjo ali obremenitvijo: Meritve izvajajte v vseh načinih delovanja, značilnih za dolgotrajno delovanje. Uporabite največja vrednost pridobljenih v vseh načinih za oceno stanja vibracij.

4.6 Vibracije ozadja

Če vrednost spremljanega parametra, pridobljena med meritvami, presega merilo sprejemljivosti in obstaja razlog za domnevo, da so vibracije ozadja na stroju lahko visoke, je treba izvesti meritve na ustavljen stroj za oceno vibracij, ki jih povzročajo zunanji viri.

4.7 Izbira vrste meritve

Ta standard omogoča izvajanje meritev tako na nevrtljivih delih kot na vrtljivih gredeh strojev. Izbira, katera od teh dveh vrst meritev je boljša, je odvisna od značilnosti stroja in pričakovanih vrst napak.

Če je treba izbrati eno od dveh možnih vrst meritev, je treba upoštevati naslednje:

Premisleki pri izbiri vrste merjenja:

• Hitrost gredi: Meritve nerotirajočih se delov so v primerjavi z meritvami gredi bolj občutljive na visokofrekvenčne vibracije.
• Vrsta ležaja: Kotalni ležaji imajo zelo majhne zračnosti; vibracije gredi se učinkovito prenašajo na ohišje. Meritve ohišja so običajno zadostne. Drsni ležaji imajo večje zračnosti in dušenje; vibracije gredi pogosto zagotavljajo dodatne diagnostične informacije.
• Vrsta stroja: Stroji, pri katerih je zračnost ležaja primerljiva z amplitudo vibracij gredi, zahtevajo meritve gredi, da se prepreči stik. Stroji z višjimi harmoniki (prehod lopatice, zobniški stik, prehod palice) se spremljajo z visokofrekvenčnimi meritvami ohišja.
• Razmerje med maso rotorja in maso podstavka: Stroji, pri katerih je masa gredi majhna v primerjavi z maso podstavka, prenašajo malo vibracij na podstavek. Merjenje gredi je učinkovitejše.
• Prilagodljivost rotorja: Fleksibilni rotorji: relativne vibracije gredi zagotavljajo več informacij o obnašanju rotorja.
• Skladnost podstavka: Fleksibilni podstavki zagotavljajo večji vibracijski odziv na nevrtljivih delih.
• Izkušnje z meritvami: Če imate bogate izkušnje z določeno vrsto meritev na podobnih strojih, nadaljujte z uporabo te vrste.

Podrobna priporočila za izbiro merilne metode so podana v standardu ISO 13373-1. Pri končnih odločitvah je treba upoštevati dostopnost, življenjsko dobo pretvornika in stroške namestitve.

Lokacije in smeri meritev

• Merjenje na ohišja ali podstavki ležajev — ne na tankostenskih pokrovih ali prožnih površinah
• Uporabite dve medsebojno pravokotni radialni smeri na vsaki lokaciji ležaja
• Pri horizontalnih strojih je ena smer običajno navpična
• Pri navpičnih ali nagnjenih strojih izberite smeri, ki bodo zajele največ vibracij.
• Aksialne vibracije vklopljene aksialni ležaji uporablja enake omejitve kot radialne vibracije
• Izogibajte se lokacijam z lokalne resonance — potrdite s primerjavo meritev na bližnjih točkah

Delovni pogoji

• Meri v delovanje v ustaljenem stanju pri nazivni hitrosti in obremenitvi
• Pustite, da rotor in ležaji dosežejo toplotno ravnovesje
• Pri strojih s spremenljivo hitrostjo/obremenitvijo merite na vseh karakterističnih obratovalnih točkah in uporabite največjo
• Dokumentirajte pogoje: hitrost, obremenitev, temperature, tlake, pretoke

Oddelek 6 – Merila za ocenjevanje vibracijskih pogojev

6.1 Splošno

Standard ISO 20816-1 podaja splošen opis dveh meril za ocenjevanje vibracijskega stanja različnih razredov strojev. Eno merilo se uporablja za absolutna vrednost spremljanega parametra vibracij v širokem frekvenčnem pasu; drugi se uporablja za spremembe pri tej vrednosti (ne glede na to, ali gre za povečanje ali zmanjšanje).

Običajno se stanje vibracij strojev ocenjuje na podlagi efektivne vrednosti hitrosti vibracij na nevrtljivih delih, kar je v veliki meri posledica enostavnosti izvajanja ustreznih meritev. Vendar pa je pri številnih strojih priporočljivo meriti tudi relativne premike gredi med vrhovi, in kjer so takšni merilni podatki na voljo, se lahko uporabijo tudi za oceno stanja vibracij stroja.

6.2 Merilo I – Ocena po absolutni magnitudi

6.2.1 Splošne zahteve

Za meritve vrteče se gredi: Stanje vibracij se ocenjuje z največjo vrednostjo širokopasovnega vibracijskega premika od vrha do vrha. Ta spremljani parameter se dobi iz meritev premikov v dveh določenih pravokotnih smereh.

Za meritve nerotirajočih delov: Stanje vibracij se ocenjuje z največjo efektivno vrednostjo širokopasovne hitrosti vibracij na ležajni površini ali v njeni neposredni bližini.

V skladu s tem kriterijem so določene mejne vrednosti spremljanega parametra, ki jih je mogoče šteti za sprejemljive z vidika:

• Dinamične obremenitve ležajev
• Radialne zračnosti v ležajih
• Vibracije, ki jih stroj prenaša na nosilno konstrukcijo in temelje

Največja vrednost spremljanega parametra, dobljena na vsakem ležaju ali ležajnem podstavku, se primerja z mejno vrednostjo za dano skupino strojev in vrsto podpore. Obsežne izkušnje z opazovanjem vibracij strojev, navedenih v poglavju 1, omogočajo določitev meja območij vibracijskih pogojev, s katerimi se v večini primerov lahko zagotovi zanesljivo dolgoročno delovanje stroja.

Določena območja vibracijskih pogojev so namenjena ocenjevanju vibracij stroja v določenem ustaljenem načinu delovanja z nazivno hitrostjo gredi in nazivno obremenitvijo. Koncept ustaljenega načina omogoča počasne spremembe obremenitve. Ocenjevanje je ni izvedeno če se način delovanja razlikuje od določenega ali med prehodnimi načini, kot so zagon, iztekanje ali prehod skozi resonančna območja (glej 6.4).

Splošni sklepi o stanju vibracij se pogosto sprejemajo na podlagi meritev vibracij na nevrtljivih in vrtljivih delih stroja.

Aksialne vibracije Vibracije drsnih ležajev se običajno ne merijo med neprekinjenim spremljanjem stanja vibracij. Takšne meritve se običajno izvajajo med periodičnim spremljanjem ali za diagnostične namene, saj so aksialne vibracije lahko bolj občutljive na določene vrste napak. Ta standard določa merila za ocenjevanje samo za aksialne vibracije aksialnih ležajev, kjer je povezana z aksialnimi pulzacijami, ki lahko povzročijo poškodbe stroja.

6.2.2 Območja vibracijskih pogojev

6.2.2.1 Splošni opis

Za kvalitativno oceno vibracij strojev in odločanje o potrebnih ukrepih so bila določena naslednja območja vibracijskih pogojev:

Območje A — Novo naročeni stroji običajno spadajo v to območje.

Območje B — Stroji, ki spadajo v to območje, se običajno štejejo za primerne za nadaljnje delovanje brez časovnih omejitev.

Območje C — Stroji, ki spadajo v to območje, se običajno štejejo za neprimerne za dolgotrajno neprekinjeno delovanje. Takšni stroji lahko običajno delujejo omejeno obdobje, dokler se ne pojavi primerna priložnost za izvedbo popravil.

Območje D — Ravni vibracij v tem območju se običajno štejejo za dovolj resne, da povzročijo poškodbe stroja.

6.2.2.2 Številske vrednosti meja območja

Določene numerične vrednosti meja območij vibracijskih pogojev so ni namenjeno za uporabo kot merila sprejemljivosti, kar bi moralo biti predmet dogovora med dobaviteljem in kupcem stroja. Vendar pa se te meje lahko uporabijo kot splošno vodilo, ki omogoča izogibanje nepotrebnim stroškom za zmanjšanje vibracij in preprečevanje pretirano strogih zahtev.

Včasih lahko zaradi konstrukcijskih značilnosti stroja ali obratovalnih izkušenj določimo druge mejne vrednosti (višje ali nižje). V takih primerih proizvajalec običajno utemelji spremembo mejnih vrednosti in zlasti potrdi, da povečane vibracije, dovoljene v skladu s temi spremembami, ne bodo zmanjšale zanesljivosti stroja.

6.2.2.3 Merila sprejemljivosti

Kriteriji sprejemljivosti vibracij stroja so vedno predmet dogovora med dobaviteljem in stranko, kar mora biti dokumentirano pred ali ob dobavi (prva možnost je boljša). V primeru dobave novega stroja ali vrnitve stroja po večjem remontu se lahko kot osnova za določitev takšnih meril uporabijo meje območij vibracijskih pogojev. Vendar pa bi morale biti numerične vrednosti mejnih območij ... ne se privzeto uporabijo kot merila sprejemljivosti.

Tipično priporočilo: Spremljani parameter vibracij novega stroja mora spadati v cono A ali B, vendar ne sme presegati meje med tema conama za več kot 1,25-krat. Tega priporočila ni dovoljeno upoštevati pri določanju meril sprejemljivosti, če so podlaga za to konstrukcijske značilnosti stroja ali nakopičene obratovalne izkušnje s podobnimi tipi strojev.

Sprejemni preizkusi se izvajajo pod strogo določenimi obratovalnimi pogoji stroja (zmogljivost, hitrost vrtenja, pretok, temperatura, tlak itd.) v določenem časovnem intervalu. Če je stroj prispel po zamenjavi enega od glavnih sklopov ali vzdrževanju, se pri določanju meril za sprejem upoštevajo vrsta opravljenega dela in vrednosti spremljanih parametrov pred odstranitvijo stroja iz proizvodnega procesa.

6.3 Merilo II – Ocena glede na spremembo velikosti

To merilo temelji na primerjavi trenutne vrednosti nadzorovanega parametra širokopasovnih vibracij v ustaljenem stanju delovanja stroja (ki dovoljuje nekaj manjših odstopanj v obratovalnih značilnostih) s predhodno določeno vrednostjo. izhodiščna (referenčna) vrednost.

Pomembne spremembe lahko zahtevajo sprejetje ustreznih ukrepov tudi če meja območja B/C še ni bila dosežena. Te spremembe se lahko razvijejo postopoma ali pa so nenadne in so posledica začetnih poškodb ali drugih motenj v delovanju stroja.

Primerjani parameter vibracij je treba dobiti z uporabo enak položaj in orientacija pretvornika za isti način delovanja stroja. Ko se zaznajo pomembne spremembe, se raziščejo njihovi možni vzroki s ciljem preprečiti nevarne situacije.

6.4 Ocena vibracijskega stanja v prehodnih načinih

Meje območij vibracijskih pogojev, navedene v prilogah A in B, veljajo za vibracije v delovanje stroja v ustaljenem stanju. Prehodne načine delovanja običajno spremljajo večje vibracije. Primer so vibracije stroja na fleksibilnem nosilcu med zagonom ali iztekom, ko je povečanje vibracij povezano s prehodom skozi kritične hitrosti rotorja. Poleg tega se lahko povečanje vibracij opazi zaradi neusklajenosti sorodnih vrtečih se delov ali loka rotorja med segrevanjem.

Pri analizi vibracij stroja je treba biti pozoren na to, kako se vibracije odzivajo na spremembe načina delovanja in zunanjih obratovalnih pogojev. Čeprav ta standard ne obravnava ocene vibracij v prehodnih načinih delovanja stroja, se kot splošno vodilo lahko sprejme, da so vibracije sprejemljive, če med prehodnimi načini omejenega trajanja ne presegajo zgornja meja cone C.

Merilo II – Sprememba od izhodišča

Tudi če vibracije ostanejo v coni B, pomembna sprememba od izhodišča kaže na razvoj težav:

6.5 Mejne ravni vibracij v ustaljenem stanju delovanja

6.5.1 Splošno

Praviloma so za stroje, namenjene dolgotrajnemu delovanju, določene mejne ravni vibracij, katerih prekoračitev pri ustaljenem delovanju stroja povzroči pojav opozorilnih signalov tipa OPOZORILO ali POTOVANJE.

OPOZORILO — obvestilo, ki opozarja na dejstvo, da je vrednost spremljanega parametra vibracij ali njegova sprememba dosegla raven, po kateri so morda potrebni sanacijski ukrepi. Praviloma lahko stroj ob prikazu opozorila OPOZORILO deluje nekaj časa, medtem ko se preiskujejo vzroki spremembe vibracij in določajo sanacijski ukrepi, ki jih je treba izvesti.

POTOVANJE — obvestilo, ki kaže, da je parameter vibracij dosegel raven, pri kateri lahko nadaljnje delovanje stroja povzroči njegovo poškodbo. Ko je dosežena raven TRIP, je treba nemudoma sprejeti ukrepe za zmanjšanje vibracij ali zaustavitev stroja.

Zaradi razlik v dinamičnih obremenitvah in togosti podpor stroja se lahko za različne merilne točke in smeri določijo različne mejne ravni vibracij.

6.5.2 Nastavitev ravni OPOZORILA

Raven OPOZORILA se lahko od stroja do stroja znatno razlikuje (bodisi narašča bodisi pada). Običajno se ta raven določi glede na določeno izhodiščna raven pridobljeno za vsak specifičen primerek stroja za določeno točko in določeno smer merjenja na podlagi obratovalnih izkušenj.

Priporočljivo je nastaviti raven OPOZORILA tako, da presega osnovno vrednost za 25% zgornje mejne vrednosti cone B. Če je osnovna raven nizka, je lahko raven OPOZORILA pod območjem C.

Če osnovna raven ni določena (npr. za nov stroj), se raven OPOZORILA določi bodisi na podlagi obratovalnih izkušenj s podobnimi stroji bodisi glede na dogovorjene sprejemljive vrednosti spremljanega parametra vibracij. Čez nekaj časa se na podlagi opazovanj vibracij stroja določi osnovna raven in se raven OPOZORILA ustrezno prilagodi.

Običajno je raven OPOZORILA nastavljena tako, da ne presega zgornje meje cone B za več kot 1,25-krat.

Če pride do spremembe osnovne ravni (npr. po popravilu stroja), je treba ustrezno prilagoditi tudi raven OPOZORILA.

6.5.3 Nastavitev nivoja izklopa

Raven TRIP je običajno povezana z ohranjanjem mehanske celovitosti stroja, ki je nato določena z njegovimi konstrukcijskimi značilnostmi in sposobnostjo prenašanja nenormalnih dinamičnih sil. Zato je raven TRIP običajno enako za stroje podobne zasnove in je ni povezano z izhodiščem.

Zaradi raznolikosti zasnov strojev ni mogoče zagotoviti univerzalnih smernic za nastavitev nivoja TRIP. Običajno je nivo TRIP nastavljen znotraj cone C ali D, vendar ne višje od meje med tema conama za več kot 25%.

6.6 Dodatni postopki in merila

Obstaja ni preproste metode za izračun vibracije ležajnega podstavka zaradi vibracij gredi (ali obratno, vibracije gredi zaradi vibracij podstavka). Razlika med absolutnimi in relativnimi vibracijami gredi je povezana z vibracijami ležajnega podstavka, vendar je praviloma ni enako temu.

Praktične posledice: Če vibracije ohišja kažejo na območje B (sprejemljivo), vibracije gredi pa na območje C (omejeno), stroj razvrstite v območje C in načrtujte sanacijske ukrepe. Kadar sta na voljo dvojni meritvi, vedno uporabite oceno najslabšega možnega primera.

6.7 Ocenjevanje na podlagi vektorske predstavitve informacij

Sprememba amplitude posamezne frekvenčne komponente vibracij, četudi je pomembna, je ni nujno spremljano zaradi znatne spremembe signala širokopasovnih vibracij. Na primer, razvoj razpoke v rotorju lahko povzroči pojav pomembnih harmonikov vrtilne frekvence, vendar lahko njihove amplitude ostanejo majhne v primerjavi s komponento pri hitrosti delovanja. To ne omogoča zanesljivega sledenja učinkom razvoja razpok samo s spremembami širokopasovnih vibracij.

Spremljanje sprememb amplitude posameznih komponent vibracij za pridobivanje podatkov za nadaljnje diagnostične postopke zahteva uporabo posebna merilna in analitična oprema, običajno bolj zapleten in zahteva posebno kvalifikacijo za njegovo uporabo (glej ISO 18436-2).

Metode, ki jih določa ta standard, so omejeno na merjenje širokopasovnih vibracij brez ocenjevanja amplitud in faz posameznih frekvenčnih komponent. V večini primerov je to dovolj za prevzemne preizkuse strojev in spremljanje stanja na mestu namestitve.

Vendar pa se uporaba v programih dolgoročnega spremljanja stanja in diagnostike vektorske informacije o frekvenčnih komponentah (zlasti pri hitrosti delovanja in njenem drugem harmoniku) omogoča oceno sprememb v dinamičnem obnašanju stroja, ki jih ni mogoče razločiti pri spremljanju samo širokopasovnih vibracij. Analiza razmerij med posameznimi frekvenčnimi komponentami in njihovimi fazami se vse bolj uporablja v sistemih za spremljanje stanja in diagnostiko.

Opomba: Ta standard ne določa meril za ocenjevanje vibracijskih stanj na podlagi sprememb vektorskih komponent. Podrobnejše informacije o tej temi so podane v standardih ISO 13373-1, ISO 13373-2, ISO 13373-3 (glej tudi ISO 20816-1).

8. Prehodno delovanje

Med zagonom, iztekom ali delovanjem nad nazivno hitrostjo se pričakujejo večje vibracije, zlasti pri prehodu skozi kritične hitrosti.

9. Vibracije ozadja

Če izmerjene vibracije presegajo sprejemljive meje in obstaja sum na vibracije ozadja, merite pri ustavljenem stroju. Popravki so potrebni, če vibracije ozadja presega:

• 25% izmerjene vrednosti med delovanjem ALI
• 25% meje B/C za ta razred strojev

Priloga C (informativna) – Meje con in varnostne razdalje

Za stroje z drsni ležaji (ležaji s tekočinskim filmom), Temeljni pogoj za varno delovanje je zahteva, da premiki gredi na oljnem klinu ne smejo dopuščati stika z ležajno lupino. Zato je treba meje con za relativne premike gredi, navedene v Prilogi B, uskladiti s to zahtevo.

Zlasti pri ležajih z majhno zračnostjo bo morda potrebno zmanjšajte vrednosti mejnih območij. Stopnja zmanjšanja je odvisna od vrste ležaja in kota med smerjo merjenja in smerjo minimalne zračnosti.

Primer: Velika parna turbina (3000 vrt/min, ležaj navora)

• Izračunano B/C (Priloga B): S(pp) = 9000/√3000 ≈ 164 μm
• Dejanska razdalja med premerom ležaja: 150 μm
• Ker je 164 > 150, uporabite omejitve na podlagi varnostnih razdalj:
• A/B = 0,4 × 150 = 60 μm
• B/C = 0,6 × 150 = 90 μm
• C/D = 0,7 × 150 = 105 μm

Opomba k uporabi: Te prilagojene vrednosti veljajo pri merjenju vibracij gredi v ležaju ali blizu njega. Na drugih mestih gredi z večjimi radialnimi razmiki se lahko uporabijo standardne formule iz Priloge B.

Priloga D (informativna) – Uporabnost kriterija konstantne hitrosti za stroje z nizko hitrostjo

Ta priloga utemeljuje nezaželenost uporabe meril, ki temeljijo na merjenju hitrosti, za stroje z nizkofrekvenčnimi vibracijami (pod 120 vrt/min). Za stroje z nizko hitrostjo veljajo merila, ki temeljijo na merjenje premika Uporaba ustrezne merilne opreme je lahko primernejša. Vendar pa ta standard ne upošteva takšnih meril.

Zgodovinska osnova merila hitrosti

Predlog za uporabo vibracij hitrost Vibracijske vrednosti, izmerjene na nerotirajočih se strojnih delih, so bile oblikovane kot osnova za opis stanja vibracij na podlagi posplošitve številnih rezultatov testov (glej na primer pionirsko delo Rathbone TC, 1939) ob upoštevanju določenih fizikalnih vidikov.

V povezavi s tem je dolga leta veljalo, da so stroji z vidika stanja in vpliva vibracij nanje enakovredni, če se rezultati meritev efektivne vrednosti hitrosti v frekvenčnem območju od 10 do 1000 Hz ujemajo. Prednost tega pristopa je bila v možnosti uporabe enakih meril za stanje vibracij ne glede na frekvenčno sestavo vibracij ali vrtilno frekvenco stroja.

Nasprotno pa bi uporaba premika ali pospeška kot osnove za oceno stanja vibracij vodila do potrebe po konstrukciji meril, odvisnih od frekvence, saj je razmerje med premikom in hitrostjo obratno sorazmerno s frekvenco vibracij, razmerje med pospeškom in hitrostjo pa je z njo neposredno sorazmerno.

Paradigma konstantne hitrosti

Uporaba vibracij hitrost saj primarni parameter temelji na obsežnem testiranju in ugotovitvi, da so stroji "enakovredni" glede na stanje, če kažejo enako efektivno hitrost v območju 10–1000 Hz, ne glede na frekvenčno vsebino.

Prednost: Preprostost. En niz omejitev hitrosti velja v širokem območju hitrosti brez frekvenčno odvisnih popravkov.

Težava pri nizkih frekvencah: Razmerje med premikom in hitrostjo je obratno sorazmerno s frekvenco:

Pri zelo nizkih frekvencah (< 10 Hz), sprejemanje konstantne hitrosti (npr. 4,5 mm/s) lahko omogoči pretirano veliko premik, ki lahko obremenjujejo povezane komponente (cevi, spojke) ali kažejo na večje strukturne težave.

Grafična ponazoritev (iz Priloge D)

Predpostavimo konstantno hitrost 4,5 mm/s pri različnih hitrostih teka:

Opazovanje: Z zmanjševanjem hitrosti se premik dramatično poveča. Premik 358 μm pri 120 vrt/min lahko preobremeni sklopke ali povzroči razpad oljnega filma v ležajih, čeprav je hitrost "sprejemljiva"."

Slika D.1 prikazuje preprosto matematično razmerje med konstantno hitrostjo in spremenljivim premikom pri različnih vrtilnih frekvencah. Hkrati pa prikazuje, kako lahko uporaba kriterija konstantne hitrosti povzroči povečanje premika ležajnega podstavka z zmanjševanjem vrtilne frekvence. Čeprav dinamične sile, ki delujejo na ležaj, ostanejo znotraj sprejemljivih meja, lahko znatni premiki ležajnega ohišja negativno vplivajo na priključene strojne elemente, kot so oljne cevi.

Konfiguracija Balanset-1A za stroje z nizko hitrostjo

Pri merilnih strojih ≤ 600 vrt/min:

• Nastavi spodnjo mejo frekvenčnega območja na 2 Hz (ne 10 Hz)
• Prikaži oboje Hitrost (mm/s) in . Premik (μm) metrike
• Primerjajte oba parametra s pragovnimi vrednostmi iz vašega standarda/postopka (vnesite ju v kalkulator)
• Če se meri in prehaja le hitrost, premik pa ni znan, je ocena nepopoln
• Zagotovite linearen odziv pretvornika do 2 Hz (preverite potrdilo o kalibraciji)

12. Prehodno delovanje: zagon, iztekanje in prekoračitev hitrosti

Meje con v prilogah A in B veljajo za delovanje v ustaljenem stanju pri nominalni hitrosti in obremenitvi. Med prehodnimi pogoji (zagon, zaustavitev, spremembe hitrosti) se pričakujejo večje vibracije, zlasti pri prehodu skozi kritične hitrosti (resonance).

Tabela 1 – Priporočene omejitve med prehodnimi pojavi

Opomba za hitrost <20%: Pri zelo nizkih hitrostih merila hitrosti morda ne veljajo (glej Prilogo D). Premik postane ključnega pomena.

Praktična interpretacija

• Stroj lahko med pospeševanjem/zaviranjem za kratek čas preseže meje ustaljenega stanja
• Dovoljene so vibracije gredi, ki dosežejo 1,5-kratnik meje C/D (do hitrosti 90%), da se omogoči prehod skozi kritične hitrosti.
• Če vibracije ostanejo visoke tudi po doseganju delovne hitrosti, to kaže na vztrajna napaka, ne prehodna resonanca

Analiza izteka Balanset-1A

Balanset-1A vključuje funkcijo grafikona "RunDown" (poskusna), ki beleži amplitudo vibracij glede na število vrtljajev med iztekanjem motorja:

• Določa kritične hitrosti: Ostri vrhovi amplitude kažejo na resonance
• Preverja hiter prehod: Ozki vrhovi potrjujejo, da stroj hitro prehaja (dobro)
• Zazna napake, odvisne od hitrosti: Nenehno naraščajoča amplituda s hitrostjo kaže na aerodinamične ali procesne težave

Ti podatki so neprecenljivi za razlikovanje med prehodnimi konicami (sprejemljivimi v skladu s tabelo 1) in prekomernimi vibracijami v ustaljenem stanju (nesprejemljivimi).

13. Praktični potek dela za skladnost z ISO 20816-3

14. Napredna tema: Teorija uravnoteženja vplivnih koeficientov

Ko se pri stroju diagnosticira neuravnoteženost (visoke vibracije 1×, stabilna faza), Balanset-1A uporabi Metoda vplivnega koeficienta za izračun natančnih korekcijskih uteži.

Matematična fundacija

Vibracijski odziv rotorja je modeliran kot linearni sistem kjer dodajanje mase spremeni vektor vibracij:

Postopek uravnoteženja v treh prehodih (ena ravnina)

1. Začetni zagon (izvedba 0):
   • Izmerite vibracije: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
   • Vektor: V₀ = 6,2∠45°
2. Poskusna vožnja z utežmi (Vožnja 1):
   • Dodajte poskusno maso: M_sojenje = 20 g pri kotu θ_sojenje = 0°
   • Izmerite vibracije: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
   • Vektor: V₁ = 4,1∠110°
3. Izračunajte koeficient vpliva:
   • ΔV = V₁ − V₀ = (odštevanje vektorjev)
   • α = ΔV / (20 g ∠ 0°)
   • α nam pove, "koliko se vibracije spremenijo na gram dodane mase""
4. Izračunaj popravek:
   • M_kor = −V₀ / α
   • Rezultat: M_kor = 28,5 g pri kotu θ_kor = 215°
5. Uporabite popravek in preverite:
   • Odstranite poskusno utež
   • Dodajte 28,5 g pri 215° (merjeno od referenčne oznake na rotorju)
   • Izmerite končne vibracije: A_končno = 1,1 mm/s (cilj: <1,4 mm/s za cono A)

Zakaj to deluje

Neuravnoteženost ustvarja centrifugalno silo F = m × e × ω², kjer je m neuravnotežena masa, e njena ekscentričnost in ω kotna hitrost. Ta sila ustvarja vibracije. Z dodajanjem natančno izračunane mase pod določenim kotom ustvarimo enaka in nasprotna centrifugalna sila, ki izniči prvotno neuravnoteženost. Programska oprema Balanset-1A samodejno izvede kompleksno vektorsko matematiko in vodi tehnika skozi postopek.

11. Referenca fizike in formul

Osnove obdelave signalov

Razmerje med premikom, hitrostjo in pospeškom

Za sinusoidne vibracije Pri frekvenci f (Hz) so razmerja med premikom (d), hitrostjo (v) in pospeškom (a) določena z infinitezimalnim računom:

Ključni vpogled: Hitrost je sorazmerna s frekvenco × premik. Pospešek je sorazmeren s frekvenco² × premik. Zato:

• Ob nizke frekvence (< 10 Hz), je premik kritični parameter
• Ob srednje frekvence (10–1000 Hz), hitrost se dobro ujema z energijo in je neodvisna od frekvence
• Ob visoke frekvence (> 1000 Hz), pospešek postane prevladujoč

RMS v primerjavi z najvišjimi vrednostmi

Spletna stran Kvadratna vrednost (RMS) vrednost predstavlja efektivno energijo signala. Za čisti sinusni val:

Zakaj RMS? RMS je neposredno povezan z moč in . utrujenostni stres nanesene na strojne komponente. Vibracijski signal z V_RMS = 4,5 mm/s zagotavlja enako mehansko energijo ne glede na kompleksnost valovne oblike.

Izračun širokopasovne RMS

Za kompleksen signal, ki vsebuje več frekvenčnih komponent (kot v resničnih strojih):

Kjer vsak V_RMS,i predstavlja efektivno vrednost amplitude (RMS) pri določeni frekvenci (1×, 2×, 3× itd.). To je "skupna" vrednost, ki jo prikazujejo analizatorji vibracij in se uporablja za vrednotenje con po standardu ISO 20816-3.

Arhitektura obdelave signalov Balanset-1A

Praktični primer: Diagnostični vodnik

Scenarij: Centrifugalna črpalka z močjo 75 kW, ki deluje s 1480 vrt/min (24,67 Hz) na togem betonskem temelju.

1. korak: Klasifikacija

• Moč: 75 kW → Skupina 2 (15–300 kW)
• Temelj: Tog (preverjeno z udarnim testom)
• Določite pragove A/B, B/C, C/D iz vaše standardne kopije/specifikacije in jih vnesite v kalkulator.

2. korak: Merjenje z Balanset-1A

• Namestite merilnike pospeška na ohišja ležajev črpalke (zunanja in notranja)
• Vstopite v način "Vibrometer" (F5)
• Nastavljeno frekvenčno območje: 10–1000 Hz
• Zapis celotne hitrosti RMS: 6,2 mm/s

3. korak: Ocena območja

Primerjajte izmerjeno vrednost (npr. 6,2 mm/s RMS) z vnesenimi pragovi: nad C/D → CONA D; med B/C in C/D → CONA C, itd.

4. korak: Spektralna diagnoza

Preklopi v način FFT. Spekter prikazuje:

• 1× komponenta (24,67 Hz): 5,8 mm/s – prevladujoč
• 2× komponenta (49,34 Hz): 1,2 mm/s — Manjši
• Druge frekvence: Zanemarljivo

Diagnoza: Visoka vibracija 1× s stabilno fazo → Neravnovesje

5. korak: Uravnoteženje z Balanset-1A

Vstopite v način "Uravnoteženje v eni ravnini":

• Začetni zagon: A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
• Poskusna teža: Dodajte 20 gramov pod kotom 0° (poljubni kot)
• Poskusna vožnja: A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
• Programska oprema izračuna: Korekcijska masa = 28,5 grama pri kotu = 215°
• Uporabljen popravek: Odstranite poskusno utež, dodajte 28,5 g pri 215°.
• Preverjanje poteka: A_končno = 1,1 mm/s

6. korak: Preverjanje skladnosti

1,1 mm/s < 1,4 mm/s (meja A/B) → CONA A — Odlično stanje!

Črpalka je zdaj skladna s standardom ISO 20816-3 za neomejeno dolgoročno delovanje. Ustvarite poročilo, ki dokumentira stanje pred (6,2 mm/s, cona D) in po njem (1,1 mm/s, cona A) s spektralnimi diagrami.

Zakaj je hitrost glavno merilo

Hitrost vibracij je v širokem frekvenčnem območju dobro povezana z njihovo intenzivnostjo, ker:

• Hitrost se nanaša na energija preneseno na temelje in okolico
• Hitrost je relativno neodvisno od frekvence za tipično industrijsko opremo
• Pri zelo nizkih frekvencah (<10 Hz) postane premik omejujoči dejavnik
• Pri zelo visokih frekvencah (> 1000 Hz) postane pospešek pomemben (zlasti za diagnostiko ležajev)

Statični odklon in naravna frekvenca

Za oceno, ali je temelj tog ali prožen:

Ocena kritične hitrosti

Prva kritična hitrost preprostega rotorja:

15. Pogoste napake in pasti pri uporabi standarda ISO 20816-3

16. Integracija s širšo strategijo spremljanja stanja

Mejne vrednosti vibracij po standardu ISO 20816-3 so potrebno, vendar ne zadostno za celovito upravljanje zdravja strojev. Podatke o vibracijah integrirajte z:

• Analiza olja: Delci obrabe, razgradnja viskoznosti, kontaminacija
• Termografija: Temperature ležajev, vroče točke navitja motorja, segrevanje zaradi neusklajenosti
• Ultrazvok: Zgodnje odkrivanje okvar mazanja ležajev, električnega obloka
• Analiza tokovnih značilnosti motorja (MCSA): Okvare rotorske palice, ekscentričnost, spremembe obremenitve
• Parametri procesa: Pretok, tlak, poraba energije – povežite vibracijske sunke z motnjami v procesu

Balanset-1A zagotavlja vibracijski steber te strategije. Uporabite funkcije arhiviranja in spremljanja trendov za izgradnjo zgodovinske baze podatkov. Povežite vibracijske dogodke z zapisi o vzdrževanju, datumi vzorcev olja in operativnimi dnevniki.

17. Regulativni in pogodbeni vidiki

Sprejemno testiranje (novi stroji)

Pomembno: Meje con so običajno vodilo za oceno stanja, medtem ko merila sprejemljivosti za nov stroj so opredeljeni s pogodbo/specifikacijo in dogovorjeni med dobaviteljem in stranko.

Vloga Balanset-1A: Med tovarniškimi sprejemnimi testi (FAT) ali sprejemnimi testi na lokaciji (SAT) naprava Balanset-1A preveri ravni vibracij, ki jih je navedel prodajalec. Ustvarite dokumentirana poročila, ki dokazujejo skladnost s pogodbenimi omejitvami.

Zavarovanje in odgovornost

V nekaterih jurisdikcijah je upravljanje strojev v Območje D lahko razveljavi zavarovalno kritje, če pride do katastrofalne okvare. Dokumentirane ocene po standardu ISO 20816-3 dokazujejo potrebno skrbnost pri negi strojev.

18. Prihodnji razvoj: Razširitev serije ISO 20816

Serija standardov ISO 20816 se še naprej razvija. Prihajajoči deli in revizije vključujejo:

• ISO 20816-6: Batni stroji (ki nadomeščajo ISO 10816-6)
• ISO 20816-7: Rotodinamične črpalke (nadomeščajo ISO 10816-7)
• ISO 20816-8: Batni kompresorski sistemi (novi)
• ISO 20816-21: Vetrne turbine (nadomeščajo ISO 10816-21)

Ti standardi bodo sprejeli podobne filozofije območnih meja, vendar s prilagoditvami, specifičnimi za stroje. Balanset-1A bo s svojo prilagodljivo konfiguracijo in širokim frekvenčnim/amplitudnim razponom ostal združljiv, ko bodo ti standardi objavljeni.

19. Študije primerov

Študija primera 1: Dvojna meritev, s katero se je mogoče izogniti napačni diagnozi

Stroj: 5 MW parna turbina, 3000 vrt/min, drsni ležaji

Situacija: Vibracije ohišja ležaja = 3,0 mm/s (cona B, sprejemljivo). Vendar so upravljavci poročali o nenavadnem hrupu.

Preiskava: Balanset-1A, priključen na obstoječe bližinske sonde. Vibracije gredi = 180 μm pp. Izračunana meja B/C (Priloga B) = 164 μm. Gred v Območje C!

Osnovni vzrok: Nestabilnost oljnega filma (oljni vrtinec). Vibracije ohišja so bile nizke zaradi gibanja gredi, ki jo je povzročila močna masa podstavka. Če bi se zanašali le na meritve ohišja, bi to nevarno stanje spregledali.

Dejanje: Prilagojen tlak dovoda olja v ležaju, zmanjšana zračnost z namestitvijo podložk. Vibracije gredi zmanjšane na 90 μm (cona A).

Študija primera 2: Uravnoteženje reši kritičnega ventilatorja

Stroj: 200 kW ventilator z vpihom, 980 vrt/min, fleksibilna sklopka

Začetni pogoj: Vibracije = 7,8 mm/s (cona D). Tovarna razmišlja o zaustavitvi v sili in zamenjavi ležajev ($50.000, 3-dnevni izpad).

Diagnoza Balanset-1A: FFT kaže 1× = 7,5 mm/s, 2× = 0,8 mm/s. Fazno stabilno. Neravnovesje, brez poškodb.

Uravnoteženje polja: Dvoravninsko uravnoteženje opravljeno na kraju samem v 4 urah. Končne vibracije = 1,6 mm/s (cona A).

Rezultati: Preprečen izpad, prihranjenih $50.000. Osnovni vzrok: erozija sprednjih robov lopatic zaradi abrazivnega prahu. Odpravljeno z uravnoteženjem; načrtovana prenova lopatic ob naslednjem načrtovanem izklopu.

20. Zaključek in najboljše prakse

Prehod na ISO 20816-3:2022 predstavlja zorenje v analizi vibracij, ki zahteva fizikalno utemeljen, dvojni perspektivni pristop k zdravju strojev. Ključne ugotovitve:

Spletna stran Sistem Balanset-1A kaže močno skladnost z zahtevami standarda ISO 20816-3. Njegove tehnične specifikacije – frekvenčno območje, natančnost, prilagodljivost senzorjev in potek dela programske opreme – omogočajo vzdrževalnim ekipam ne le diagnosticiranje neskladnosti, temveč tudi njihovo aktivno odpravljanje s preciznim uravnoteženjem. Z združevanjem diagnostične spektralne analize z zmogljivostjo korektivnega uravnoteženja Balanset-1A omogoča inženirjem za zanesljivost vzdrževanje industrijskih sredstev znotraj cone A/B, kar zagotavlja dolgo življenjsko dobo, varnost in nemoteno proizvodnjo.

Referenčni standardi in bibliografija

Normativne reference (2. del standarda ISO 20816-3)

Sorodni standardi v seriji ISO 20816

Dopolnilni standardi

Zgodovinski kontekst (nadomeščeni standardi)

Standard ISO 20816-3:2022 nadomešča naslednje standarde:

• ISO 10816-3:2009 — Vrednotenje vibracij strojev z meritvami na nevrtljivih delih — 3. del: Industrijski stroji z nazivno močjo nad 15 kW in nazivnimi hitrostmi med 120 vrt/min in 15.000 vrt/min
• ISO 7919-3:2009 — Mehanske vibracije — Vrednotenje vibracij strojev z meritvami na vrtečih se gredeh — 3. del: Sklopljeni industrijski stroji

Integracija vibracij ohišja (10816) in vibracij gredi (7919) v enoten standard odpravlja prejšnje dvoumnosti in zagotavlja kohezivni okvir za ocenjevanje.

Priloga DA (informativna) – Ujemanje referenciranih mednarodnih standardov z nacionalnimi in meddržavnimi standardi

Pri uporabi tega standarda je priporočljivo uporabljati ustrezne nacionalne in meddržavne standarde namesto navedenih mednarodnih standardov. Naslednja tabela prikazuje razmerje med standardi ISO, navedenimi v 2. poglavju, in njihovimi nacionalnimi ekvivalenti.

Opomba: V tej tabeli se uporablja naslednja konvencionalna oznaka stopnje ujemanja:

• Mednarodni tednik potovanja — Enaki standardi

Nacionalni standardi imajo lahko različne datume objave, vendar ohranjajo tehnično enakovrednost s sklicevanimi standardi ISO. Za najnovejše zahteve vedno preverite najnovejše izdaje nacionalnih standardov.

Bibliografija

V standardu ISO 20816-3 so v informativne namene navedeni naslednji dokumenti:

Zgodovinska opomba: Referenca [16] (Rathbone, 1939) predstavlja pionirsko delo, ki je postavilo temelje za uporabo hitrosti kot primarnega kriterija vibracij.