Celovita analiza standarda ISO 20816-3: merjenje, ocenjevanje in instrumentalna implementacija prek sistema Balanset-1A

Povzetek

V industriji je prišlo do pomembnega premika v standardizaciji nadzora stanja strojev. Uvedba standarda ISO 20816-3:2022 predstavlja konsolidacijo in modernizacijo prejšnjih metodologij, zlasti združitev ocenjevanja vibracij ohišja (prej ISO 10816-3) in vibracij vrtečega se greda (prej ISO 7919-3) v enoten, koherenten okvir. To poročilo vsebuje izčrpno analizo standarda ISO 20816-3, v kateri so podrobno razčlenjeni njegovi poglavji, normativni prilogi in fizikalni principi. Poleg tega vključuje podrobno tehnično oceno prenosnega analizatorja vibracij in balansirnika Balanset-1A, ki prikazuje, kako ta specifični instrument olajšuje skladnost s strogimi zahtevami standarda. S sintezo teorije obdelave signalov, načel strojništva in praktičnih operativnih postopkov ta dokument služi kot dokončen vodnik za inženirje zanesljivosti, ki želijo uskladiti svoje strategije spremljanja stanja z globalnimi najboljšimi praksami z uporabo dostopnih, visoko natančnih instrumentov.

Del I: Teoretični okvir standarda ISO 20816-3

1.1 Razvoj standardov za vibracije: zbliževanje standardov ISO 10816 in ISO 7919

Zgodovina standardizacije vibracij je zaznamovana s postopnim prehodom od razdrobljenih, za posamezne komponente specifičnih smernic k celostni oceni strojev. V preteklosti je bila ocena industrijskih strojev razdeljena. Serija standardov ISO 10816 se je osredotočala na merjenje nerotirajočih delov, zlasti ležajnih ohišij in podstavkov, z uporabo merilcev pospeška ali pretvornikov hitrosti. Nasprotno pa se je serija standardov ISO 7919 ukvarjala z vibracijami rotirajočih gredi glede na njihova ležaja, pri čemer so se uporabljale predvsem brezstične sonda za merjenje vrtinčnih tokov.

Ta ločitev je pogosto vodila do nejasnosti pri diagnostiki. Stroj lahko kaže sprejemljivo vibracijo ohišja (cona A v skladu z ISO 10816), hkrati pa trpi zaradi nevarne izcentričnosti gredi ali nestabilnosti (cona C/D v skladu z ISO 7919), zlasti v primerih, ko gre za težka ohišja ali ležaje s tekočinskim filmom, kjer je prenos vibracijskega energije oslabljen. ISO 20816-3 rešuje to dihotomijo, saj nadomešča ISO 10816-3:2009 in ISO 7919-3:2009.1 Z združitvijo teh perspektiv novi standard priznava, da se vibracijska energija, ki jo ustvarjajo dinamične sile rotorja, različno kaže v strukturi stroja, odvisno od togosti, mase in razmerij dušenja. Zato je za skladno ocenjevanje zdaj potrebna dvojna perspektiva: ocena absolutnih vibracij strukture in, kjer je to primerno, relativnega gibanja gredi.

Sistem Balanset-1A se vključuje v to okolje kot orodje, zasnovano za premostitev teh merilnih področij. Njegova arhitektura, ki podpira tako piezoelektrične merilnike pospeška za merjenje ohišja kot tudi neposredne napetostne vhode za linearne senzorje premika, odraža filozofijo dvojne narave serije ISO 20816.3 Ta konvergenca poenostavlja orodje tehnika, saj omogoča, da en sam instrument opravi celovite ocene, ki jih zdaj zahteva enotni standard.

1.2 Obseg in uporabnost: opredelitev področja industrijskih strojev

Poglavje 1 standarda ISO 20816-3 natančno opredeljuje meje njegove uporabe. Standard ni univerzalni, temveč je posebej prilagojen industrijskim strojem z močjo nad 15 kW in delovnimi hitrostmi med 120 r/min in 30.000 r/min.1 Ta širok delovni razpon pokriva večino kritičnih sredstev v proizvodnem, energetskem in petrokemijskem sektorju.

Oprema, ki je posebej zajeta, vključuje:

• Parne turbine in generatorji: Tu so zajete enote z izhodno močjo, ki je manjša ali enaka 40 MW. Večje enote (nad 40 MW) običajno spadajo pod standard ISO 20816-2, razen če delujejo pri hitrostih, ki niso sinhrone z omrežnimi frekvencami (1500, 1800, 3000 ali 3600 r/min).6
• Rotacijski kompresorji: Vključuje centrifugalne in aksialne izvedbe, ki se uporabljajo v predelovalnih industrijah.
• Industrijske plinske turbine: Zlasti tiste z močjo 3 MW ali manj. Večje plinske turbine so zaradi svojih edinstvenih toplotnih in dinamičnih lastnosti razdeljene v ločene dele standarda.1
• Črpalke: Centrifugalne črpalke, ki jih poganjajo elektromotorji, so osrednji sestavni del te skupine.
• Elektromotorji: Vključeni so motorji vseh vrst, če so fleksibilno priključeni. Trdno priključeni motorji se pogosto ocenjujejo kot del pogonskega sistema stroja ali v skladu s posebnimi pododstavki.
• Ventilatorji in puhala: Ključnega pomena za klimatizacijo in industrijsko obdelavo zraka.6

Izključitve: Enako pomembno je razumeti, kaj je izključeno. Stroji z vzajemnimi masami (kot so batni kompresorji) ustvarjajo vibracijske profile, v katerih prevladujejo udarci in spreminjajoči se navori, kar zahteva specializirano analizo iz standarda ISO 20816-8. Podobno velja za vetrne turbine, ki delujejo pod zelo spremenljivimi aerodinamičnimi obremenitvami in so zajete v standardu ISO 10816-21.7 Posebne konstrukcijske značilnosti Balanset-1A, kot je merilni razpon hitrosti vrtenja od 150 do 60.000 vrtljajev na minuto 8, se popolnoma ujemajo z obsegom standarda 120–30.000 vrtljajev na minuto, kar zagotavlja, da je instrument sposoben spremljati celoten spekter ustreznih strojev.

1.3 Sistemi za razvrščanje strojev: fizika togosti podpore

Ključna novost, ki je bila ohranjena iz prejšnjih standardov, je razvrstitev strojev na podlagi togosti nosilcev. Standard ISO 20816-3 stroje razvršča v skupine ne le po velikosti, ampak tudi po dinamičnem obnašanju.

1.3.1 Razvrstitev skupin po moči in velikosti

Standard razvršča stroje v dve osnovni skupini, da se lahko uporabijo ustrezne omejitve resnosti:

• Skupina 1: Veliki stroji z nazivno močjo nad 300 kW ali električni stroji z višino gredi nad 315 mm. Ti stroji imajo običajno masivne rotorje in ustvarjajo znatne dinamične sile.9
• Skupina 2: Srednje velika strojna oprema z nazivno močjo med 15 kW in 300 kW ali električni stroji z višino gredi med 160 mm in 315 mm.10

1.3.2 Podpora prožnosti: togost proti prožnosti

Razlika med “togimi” in “prožnimi” nosilci je stvar fizike, ne le gradbenega materiala. Podpora se šteje za tog v določeni merilni smeri, če je prva lastna frekvenca (resonanca) kombiniranega sistema stroja in podpore znatno višja od glavne vzbujalne frekvence (običajno hitrosti vrtenja). Natančneje, lastna frekvenca mora biti vsaj 25% višja od delovne hitrosti. Nasprotno pa imajo prožne podpore lastne frekvence, ki so lahko blizu ali pod delovno hitrostjo, kar vodi do ojačitve resonance ali izolacijskih učinkov.10

Ta razlika je ključnega pomena, saj prožne podlage naravno omogočajo višje amplitude vibracij za enako količino notranje vzbujalne sile (neuravnoteženost). Zato so dovoljene meje vibracij za prožne nosilce na splošno višje kot za togostne nosilce. Balanset-1A olajša določanje značilnosti nosilcev s svojimi zmogljivostmi merjenja faze. Z izvedbo testa pospeševanja ali zaviranja (z uporabo funkcije grafa “RunDown”, navedene v specifikacijah programske opreme 11) lahko analitik identificira resonančne vrhove. Če se vrh pojavi znotraj območja delovanja, je podpora dinamično prožna; če je odziv raven in linearen do delovne hitrosti, je tog. Ta diagnostična zmogljivost omogoča uporabniku, da izbere pravilno ocenjevalno tabelo v ISO 20816-3, s čimer prepreči lažne alarme ali spregledane napake.

Del II: Metodologija merjenja in fizika

Poglavje 4 standarda ISO 20816-3 določa stroge postopkovne zahteve za pridobivanje podatkov. Veljavnost vsake ocene je v celoti odvisna od zanesljivosti meritev.

2.1 Instrumentacijska fizika: izbira pretvornika in odziv

Standard predpisuje uporabo instrumentov, ki lahko merijo širokopasovno efektivno vrednost (r.m.s.) hitrosti vibracij. Frekvenčni odziv mora biti enakomeren v območju vsaj od 10 Hz do 1000 Hz za splošne stroje.12 Za stroje z nižjo hitrostjo (ki delujejo pod 600 r/min) mora spodnja meja frekvenčnega odziva segati do 2 Hz, da se zajamejo osnovne rotacijske komponente.

Tehnična skladnost Balanset-1A:
Analizator vibracij Balanset-1A je zasnovan ob upoštevanju teh posebnih zahtev. Njegove specifikacije navajajo frekvenčni razpon vibracij od 5 Hz do 550 Hz za standardno delovanje, z možnostjo razširitve merilnih zmogljivosti.8 Spodnja meja 5 Hz je ključnega pomena, saj zagotavlja skladnost za stroje, ki delujejo s hitrostjo do 300 vrtljajev na minuto, kar pokriva večino industrijskih aplikacij. Zgornja meja 550 Hz pokriva kritične harmonike (1x, 2x, 3x itd.) in frekvence prehoda lopatic za večino standardnih črpalk in ventilatorjev. Poleg tega je natančnost naprave ocenjena na 5% polnega obsega, kar ustreza meroslovni strogi natančnosti, ki jo zahteva standard ISO 2954 (Zahteve za instrumente za merjenje intenzivnosti vibracij).8

Standard razlikuje med dvema osnovnima vrstama meritev, ki ju podpira ekosistem Balanset-1A:

• Seizmski pretvorniki (akcelerometri): Ti merijo absolutne vibracije ohišja. So občutljivi na prenos sile skozi nosilni podstavek. Komplet Balanset-1A vključuje dva enoosna merilnika pospeška (običajno tehnologija na osnovi serije ADXL ali piezoelektrična) z magnetnimi nosilci.14
• Brezstični pretvorniki (bližinske sonde): Ti merijo relativni premik gredi. So bistveni za stroje s tekočinskim ležajem, kjer se gred premika znotraj vrzeli.

2.2 Poglobljeno raziskovanje: relativne vibracije gredi in integracija senzorjev

Medtem ko se standard ISO 20816-3 osredotoča predvsem na vibracije ohišja, priloga B izrecno obravnava relativne vibracije gredi. To zahteva uporabo sond za vrtinčne tokove (bližinske sonde). Ti senzorji delujejo tako, da ustvarjajo radiofrekvenčno (RF) polje, ki inducira vrtinčne tokove v prevodni površini gredi. Impedanca tuljave sonde se spreminja z razdaljo med sondo in gredjo, kar ustvarja napetostni izhod, sorazmeren z odmikom.15

Integracija sond za vrtinčne tokove z Balanset-1A:
Edinstvena lastnost Balanset-1A je njegova prilagodljivost tem senzorjem. Čeprav je naprava v osnovi opremljena z merilniki pospeška, je mogoče njene vhode nastaviti v “linearni” način, da sprejemajo napetostne signale iz gonilnikov bližinskih sond (proximitorjev) drugih proizvajalcev.3

• Napetostni vhod: Večina industrijskih bližinskih sond oddaja negativno enosmerno napetost (npr. napajanje -24 V, skala 200 mV/mil). Balanset-1A omogoča uporabnikom, da v oknu “Nastavitve” (tipka F4) vnesete lastne koeficiente občutljivosti (npr. mV/µm).3
• Odstranjevanje DC-premika: Proksimalni senzorji prenašajo veliko enosmerno napetost (prednapetost) z majhnim izmeničnim vibracijskim signalom. Programska oprema Balanset-1A vključuje funkcijo “Remove DC” (Odstrani enosmerno napetost) za filtriranje napetosti in izolacijo dinamičnega vibracijskega signala za analizo v skladu z omejitvami standarda ISO 20816-3.3
• Linearnost in kalibracija: Programska oprema omogoča uporabniku, da določi kalibracijske faktorje (npr. Kprl1 = 0,94 mV/µm), s čimer se zagotovi, da se vrednost na zaslonu prenosnega računalnika natančno ujema s fizičnim premikom gredi.3 Ta funkcija je nepogrešljiva pri uporabi meril iz Priloge B, ki so navedena v mikrometrih premika in ne v milimetrih na sekundo hitrosti.

2.3 Fizika montaže: zagotavljanje zanesljivosti podatkov

ISO 20816-3 poudarja, da način namestitve senzorja ne sme poslabšati natančnosti merjenja. Resonantna frekvenca nameščenega senzorja mora biti znatno višja od frekvenčnega območja, ki nas zanima.

• Pritrditev s sorniki: Zlati standard, ki ponuja najvišji frekvenčni odziv (do 10 kHz+).
• Magnetno pritrjevanje: Praktični kompromis za prenosno zbiranje podatkov.

Balanset-1A uporablja magnetni sistem pritrditve z močjo zadrževanja 60 kgf (kilogramska sila).17 Ta visoka pritrdilna sila je ključnega pomena. Šibek magnet povzroča “odskakujoč” učinek ali mehansko nizkoprepustni filter, ki močno slabi visokofrekvenčne signale. S 60 kgf je togost stika zadostna, da pritrjeno resonanco potisne precej nad območje 1000 Hz, ki je pomembno za ISO 20816-3, s čimer se zagotovi, da so zbrani podatki resnično predstavitev delovanja stroja in ne artefakt pritrdilne metode.12

2.4 Obdelava signala: RMS v primerjavi z najvišjo vrednostjo

Standard določa uporabo srednje kvadratne vrednosti (RMS) hitrosti za nerotirajoče dele. RMS vrednost je mera za skupno energijo, vsebovano v vibracijskem signalu, in je neposredno povezana z utrujenostno napetostjo, ki deluje na sestavne dele stroja.

Enakacija za RMS:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

Za vibracije gredi (Priloga B) standard uporablja premik od vrha do vrha (S_str.), ki predstavlja skupni fizični odmik gredi znotraj ležajnega razmika.

S_str. = S_max − S_min

Obdelava Balanset-1A:
Balanset-1A te matematične transformacije izvaja notranje. ADC (analogno-digitalni pretvornik) vzorči surovi signal, programska oprema pa izračuna RMS hitrost za merjenje ohišja in premik od vrha do vrha za merjenje gredi. Ključnega pomena je, da izračuna širokopasovno vrednost (skupno), ki sešteje energijo v celotnem frekvenčnem spektru (npr. 10–1000 Hz). Ta “skupna” vrednost je primarna številka, ki se uporablja za razvrstitev stroja v cone A, B, C ali D. Poleg tega naprava omogoča FFT (hitro Fourierovo transformacijo), kar analitiku omogoča, da vidi posamezne frekvenčne komponente (1x, 2x, harmonike), ki sestavljajo skupno RMS vrednost, kar pomaga pri diagnozi vira vibracij.8

2.5 Ozadje vibracij: izziv razmerja med signalom in šumom

Kritični, pogosto spregledani vidik standarda ISO 20816-3 je obravnavanje vibracij v ozadju – vibracij, ki se prenašajo na stroj iz zunanjih virov (npr. sosednji stroji, vibracije tal), ko je stroj ustavljen.

Pravilo: Če vibracije v ozadju presegajo 25% vibracij, izmerjenih med delovanjem stroja, ali 25% meje med cono B in C, so potrebne resne popravke, sicer se meritev lahko šteje za neveljavno.18 Prejšnje različice standardov so pogosto navajale pravilo “ene tretjine”, vendar ISO 20816-3 to logiko zaostruje.

Postopek izvedbe z Balanset-1A:

1. Tehnik namesti senzorje Balanset-1A na stroj, ko je ta ustavljen.
2. V načinu “Vibrometer” (tipka F5) se zabeleži RMS raven ozadja.13
3. Stroj se zažene in se pripelje do obremenitve. Zabeleži se operativni RMS.
4. Opravimo primerjavo. Če je operativna raven 4,0 mm/s, ozadje pa 1,5 mm/s (37,5%), je ozadje previsoko. Sposobnost Balanset-1A za izvajanje spektralnega odštevanja (pregled spektra ozadja v primerjavi z delujočim strojem) pomaga ugotoviti, ali je ozadje na določeni frekvenci (npr. 50 Hz iz bližnjega kompresorja), ki jo lahko analitik prezre ali mentalno odfiltrira.

Del III: Merila za ocenjevanje – jedro standarda

Poglavje 6 predstavlja jedro standarda ISO 20816-3 in določa logiko odločanja za sprejemljivost stroja.

3.1 Merilo I: Velikost vibracij in razvrstitev v cone

Standard ocenjuje resnost vibracij na podlagi največje vrednosti, opazovane na ležajnih ohišjih. Da bi olajšal odločanje, opredeljuje štiri ocenjevalne cone:

• Območje A: Vibracije novo zagnanih strojev. To je “zlati standard”. Stroj v tej coni je v brezhibnem mehanskem stanju.
• Območje B: Stroji, ki so primerni za neomejeno dolgoročno delovanje. To je tipično “zeleno” območje delovanja.
• Območje C: Stroji, ki niso primerni za dolgotrajno neprekinjeno delovanje. Na splošno se stroj lahko uporablja za omejeno obdobje, dokler se ne pojavi primerna priložnost za popravilo (vzdrževanje). To je stanje “rumena” ali “alarm”.
• Območje D: Vrednosti vibracij v tej coni se običajno štejejo za dovolj resne, da lahko povzročijo poškodbe stroja. To je stanje “rdeče” ali “izklop”.5

Tabela 1: Poenostavljene meje območij ISO 20816-3 (RMS hitrost, mm/s) za skupini 1 in 2

Skupina strojev	Vrsta temeljev	Meja med območjema A in B	Meja območja B/C	Meja območja C/D
Skupina 1 (>300 kW)	Togo	2.3	4.5	7.1
	Prilagodljivo	3.5	7.1	11.0
Skupina 2 (15–300 kW)	Togo	1.4	2.8	4.5
	Prilagodljivo	2.3	4.5	7.1

Opomba: Te vrednosti so izpeljane iz Priloge A standarda in predstavljajo splošna priporočila. Posamezni tipi strojev lahko imajo drugačne omejitve.

Izvajanje Balanset-1A:
Programska oprema Balanset-1A ne prikazuje le številk, ampak uporabniku pomaga tudi v kontekstu. Medtem ko mora uporabnik izbrati razred, funkcija “Poročila” programske opreme omogoča dokumentiranje teh vrednosti v primerjavi s standardom. Ko tehnik izmeri vibracijo 5,0 mm/s na črpalki 50 kW (skupina 2) na trdnem temelju, je vrednost Balanset-1A jasno presegla mejo cone C/D (4,5 mm/s), kar kaže na takojšnjo potrebo po zaustavitvi in popravilu.

3.2 Merilo II: Sprememba v velikosti vibracij

Morda najpomembnejši napredek v seriji 20816 je formalizirani poudarek na spremembi vibracij, neodvisno od absolutnih omejitev.

Pravilo 25%: ISO 20816-3 navaja, da je treba spremembo velikosti vibracij, ki je večja od 25% meje cone B/C (ali 25% prejšnje vrednosti v stabilnem stanju), šteti za pomembno, tudi če absolutna vrednost ostane znotraj cone A ali B.20

Posledice:
Predpostavimo, da ventilator deluje enakomerno s hitrostjo 2,0 mm/s (cona B). Če se vibracija nenadoma poveča na 2,8 mm/s, je tehnično gledano še vedno v coni B (za nekatere razrede) ali pa ravno vstopi v cono C. Vendar pa gre za povečanje za 40%. Takšen nenaden premik pogosto kaže na določen način okvare: razpokan del rotorja, premaknjeno uravnotežno utež ali toplotno drgnjenje. Če to prezremo, ker je “še vedno v zelenem območju”, lahko pride do katastrofalne okvare.

Analiza trenda Balanset-1A:
Balanset-1A podpira to merilo s svojimi funkcijami “Obnova seje” in arhiviranjem.21 S shranjevanjem merilnih sej lahko inženir za zanesljivost prekriva trenutne podatke z zgodovinskimi izhodišči. Če graf “Skupna vibracija” kaže korakno spremembo, inženir uporabi merilo II. Funkcija “Restore Last Session” (Obnovi zadnjo sejo) je tu še posebej uporabna, saj omogoča uporabniku, da prikliče natančno stanje stroja iz prejšnjega meseca in preveri, ali je bil presežen prag 25%.

3.3 Operativne omejitve: nastavitev ALARMOV in IZKLOPOV

Standard daje navodila za nastavitev avtomatiziranih zaščitnih sistemov:

• ALARM: Za opozorilo, da je bila dosežena določena vrednost vibracij ali da je prišlo do znatne spremembe. Priporočena nastavitev je običajno osnovna vrednost + 25% meje cone B/C.
• POTOVANJE: Za sprožitev takojšnjega ukrepa (izklop). To je običajno nastavljeno na meji cone C/D ali nekoliko nad njo, odvisno od mehanske celovitosti stroja.19

Balanset-1A je prenosna naprava in ni trajni zaščitni sistem (kot je na primer stojalo Bently Nevada), vendar se uporablja za preverjanje in kalibriranje teh stopenj izklopa. Tehnični strokovnjaki uporabljajo Balanset-1A za merjenje vibracij med nadzorovanim pospeševanjem ali indukcijskim preskusom neuravnoteženosti, da se zagotovi, da se trajni nadzorni sistem sproži pri pravilnih fizikalnih stopnjah vibracij, ki jih predpisuje standard ISO 20816-3.

Del IV: Sistem Balanset-1A – podrobna tehnična analiza

Da bi razumeli, kako Balanset-1A deluje kot orodje za skladnost, je treba analizirati njegovo tehnično arhitekturo.

4.1 Arhitektura strojne opreme

Balanset-1A je sestavljen iz centraliziranega modula USB vmesnika, ki obdeluje analogne signale iz senzorjev, preden digitalizirane podatke pošlje na gostiteljski prenosni računalnik.

• ADC modul: Srce sistema je analogno-digitalni pretvornik z visoko ločljivostjo. Ta modul določa natančnost merjenja. Balanset-1A obdeluje signale in zagotavlja natančnost ±5%, kar je zadostno za diagnostiko na terenu.8
• Referenca faze (tahometer): Skladnost z ISO 20816-3 pogosto zahteva fazno analizo za razlikovanje med neuravnoteženostjo in neporavnavo. Balanset-1A uporablja laserski tahometer z dosegom do 1,5 metra in zmogljivostjo 60.000 RPM.17 Ta optični senzor sproži izračun faznega kota z natančnostjo ±1 stopinja.
• Moč in prenosljivost: Napaja se prek USB (5 V), zato je naprava varna pred zemeljskimi zankami, ki pogosto motijo analizatorje, napajane iz omrežja. Celoten komplet tehta približno 4 kg, kar ga naredi pravi “terenski” instrument, primeren za plezanje po mostovih, da se dosežejo ventilatorji.8

4.2 Zmožnosti programske opreme: več kot le preprosto merjenje

Programska oprema, ki je priložena Balanset-1A, pretvarja surove podatke v uporabne informacije, skladne z ISO standardi.

• Analiza spektra FFT: Standard omenja “specifične frekvenčne komponente”. Balanset-1A prikaže hitro Fourierovo transformacijo, ki kompleksno valovno obliko razčleni na sestavne sinusne valove. To omogoča uporabniku, da ugotovi, ali je visoka RMS vrednost posledica 1x (neuravnoteženost), 100x (zobniški prenos) ali nesinhronih vrhov (napake ležajev).21
• Polarni grafi: Za uravnoteženje in vektorsko analizo programska oprema prikaže vektore vibracij na polarni graf. Ta vizualizacija je ključnega pomena pri uporabi metod vplivnih koeficientov za uravnoteženje.
• Kalkulator tolerance ISO 1940: Medtem ko standard ISO 20816-3 obravnava omejitve vibracij, standard ISO 1940 obravnava kakovost uravnoteženosti (stopnje G). Programska oprema Balanset-1A vključuje kalkulator, v katerega uporabnik vnese maso in hitrost rotorja, sistem pa izračuna dovoljeno preostalo neuravnoteženost v gramih-milimetrih. To zapolni vrzel med “vibracije so previsoke” (ISO 20816) in “tukaj je navedeno, koliko teže je treba odstraniti” (ISO 1940).11

4.3 Združljivost senzorjev in konfiguracija vhodov

Kot je navedeno v raziskavi odlomkov, je ključnega pomena sposobnost povezovanja z različnimi tipi senzorjev.

• Merilniki pospeška: Privzeti senzorji. Sistem integrira signal pospeška (g) v hitrost (mm/s) ali dvojno integrira v premik (µm), odvisno od izbranega pogleda. Ta integracija se izvaja digitalno, da se zmanjša šum.
• Sonda za vrtinčne tokove: Sistem sprejema analogne vhode 0–10 V ali podobne. Uporabnik mora v nastavitvah konfigurirati transformacijski koeficient. Na primer, standardna sonda Bently Nevada ima lahko merilni faktor 200 mV/mil (7,87 V/mm). Uporabnik vnese to občutljivost, programska oprema Balanset-1A pa prilagodi vhodno napetost, da prikaže mikrone premika, kar omogoča neposredno primerjavo s Prilogo B standarda ISO 20816-3.3.

Del V: Operativno izvajanje: od diagnostike do dinamičnega uravnoteženja

V tem poglavju je opisana standardna operativna procedura (SOP) za tehnika, ki uporablja Balanset-1A, da se zagotovi skladnost z ISO 20816-3.

5.1 Korak 1: Izhodiščna meritev in klasifikacija

Tehnik se približa 45 kW centrifugalnemu ventilatorju.

• Klasifikacija: Moč > 15 kW, < 300 kW. To je skupina 2. Temelj je privit na beton (tog).
• Določitev omejitve: V skladu z ISO 20816-3 Priloga A (Skupina 2, Trdna) je meja med cono B in C 2,8 mm/s.
• Merjenje: Senzorji so nameščeni z magnetnimi podstavki. Vklopljen je način “Vibrometer” Balanset-1A.
• Rezultat: Odčitek je 6,5 mm/s. To je območje cone C/D. Potrebno je ukrepanje.

5.2 Korak 2: Diagnostična analiza

Uporaba funkcije Balanset-1A FFT:

• Spekter kaže prevladujoč vrh pri delovni hitrosti (1x RPM).
• Fazna analiza kaže stabilen fazni kot.
• Diagnoza: Statična neuravnoteženost. (Če je bila faza nestabilna ali so bile prisotne visoke harmonike, bi se sumilo na neusklajenost ali ohlapnost).

5.3 Korak 3: Postopek uravnoteženja (na kraju samem)

Ker je diagnoza neuravnoteženost, tehnik uporabi način uravnoteženja Balanset-1A. Standard zahteva zmanjšanje vibracij na raven cone A ali B.

5.3.1 Metoda treh izvedb (vplivni koeficienti)

Balanset-1A avtomatizira vektorsko matematiko, potrebno za uravnoteženje.

• Izvedba 0 (začetna): Izmeri amplitudo A₀ in faza φ₀ izvirne vibracije.
• Tek 1 (poskusna teža): Znana masa M_sojenje se doda pod poljubnim kotom. Sistem izmeri novi vektor vibracij (A₁, φ₁).

Izračun: Programska oprema izračuna koeficient vpliva α, ki predstavlja občutljivost rotorja na spremembo mase.

α = (V₁ − V₀) / M_sojenje

Popravek: Sistem izračuna potrebno korekcijsko maso M_kor da se izniči začetno nihanje.

M_kor = − V₀ / α

Tek 2 (preverjanje): Preskusna teža se odstrani in doda se izračunana korekcijska teža. Izmeri se preostala vibracija.

.11

5.4 Korak 4: Preverjanje in poročanje

Po uravnoteženju se vibracije zmanjšajo na 1,2 mm/s.
Preverite: 1,2 mm/s je < 1,4 mm/s. Stroj je zdaj v coni A.

Dokumentacija: Tehnik shrani sejo v Balanset-1A. Pripravljeno je poročilo, ki prikazuje spekter “pred” (6,5 mm/s) in spekter “po” (1,2 mm/s), z izrecnim sklicevanjem na omejitve ISO 20816-3. To poročilo služi kot certifikat o skladnosti.

Del VI: Posebne ugotovitve

6.1 Stroji z nizko hitrostjo

ISO 20816-3 vsebuje posebna opozorila za stroje, ki delujejo pod 600 vrtljaji na minuto. Pri nizkih hitrostih postanejo signali hitrosti šibki, zato postane premik glavni pokazatelj napetosti. Balanset-1A to rešuje tako, da uporabniku omogoča preklop merilne enote na premik (µm) ali pa zagotovi, da je spodnja meja frekvence nastavljena na 5 Hz ali manj (idealno 2 Hz), da se zajame primarna energija. “Opozorila” v Prilogi D standarda opozarjajo, da se pri nizkih hitrostih ne smemo zanašati izključno na hitrost 23, kar je nuansa, ki jo mora uporabnik Balanset-1A upoštevati pri preverjanju nastavitev “Linear” ali nizkofrekvenčnih filtrov.

6.2 Prehodni pogoji: pospeševanje in zaviranje

Vibracije med zagonom (prehodno delovanje) lahko presežejo mejne vrednosti v stabilnem stanju zaradi prehoda skozi kritične hitrosti (resonanca). ISO 20816-3 dopušča višje mejne vrednosti med temi prehodnimi fazami.23

Balanset-1A vključuje eksperimentalno funkcijo grafa “RunDown”.11 Ta omogoča tehniku, da med zaviranjem zabeleži amplitudo vibracij v odnosu do števila vrtljajev na minuto. Ti podatki so ključnega pomena za:

• Ugotavljanje kritičnih hitrosti (resonanca).
• Preverjanje, ali stroj dovolj hitro preide skozi resonanco, da se izogne poškodbam.
• Zagotoviti, da je “visoka” vibracija resnično prehodna in ne trajna.

6.3 Priloga A v primerjavi s Prilogo B: dvojna ocena

Za temeljito preverjanje skladnosti je pogosto potrebno oboje.

• Priloga A (stanovanja): Merjenje prenosa sile na konstrukcijo. Primerno za neuravnoteženost, ohlapnost.
• Priloga B (gred): Merjenje dinamike rotorja. Primerno za nestabilnosti, vrtinčenje olja, zaznavanje brisanja.

Tehnik, ki uporablja Balanset-1A, lahko uporabi merilnike pospeška za izpolnitev zahtev iz Priloge A, nato pa preklopi na obstoječe sonde Bently Nevada, da preveri skladnost z Prilogo B na veliki turbini. Zmožnost Balanset-1A, da služi kot “drugo mnenje” ali “terenski preveritelj” za stalne monitorje na stojalu, je ključna aplikacija za izpolnitev obeh prilog.

Zaključek

Prehod na standard ISO 20816-3 pomeni zrelost na področju analize vibracij, ki zahteva bolj natančen, na fiziki temelječ pristop k ocenjevanju strojev. Presega preproste ocene “uspešno/neuspešno” in se giblje v smeri analize togosti podpore, vektorjev sprememb in meritev v dveh domenah (ohišje/gred).

Sistem Balanset-1A se v veliki meri ujema s temi sodobnimi zahtevami. Njegove tehnične specifikacije – frekvenčni razpon, natančnost in prilagodljivost senzorjev – ga naredijo za zmogljivo strojno platformo. Vendar pa njegova prava vrednost leži v delovnem toku programske opreme, ki uporabnika vodi skozi zapleteno logiko standarda: od korekcije vibracij v ozadju in klasifikacije con do matematične natančnosti uravnoteženja koeficienta vpliva. Z učinkovitim združevanjem diagnostičnih zmogljivosti spektralnega analizatorja in korekcijskih zmogljivosti dinamičnega balansirnika Balanset-1A omogoča vzdrževalnim ekipam, da ne le ugotovijo neskladnost s standardom ISO 20816-3, ampak jo tudi aktivno odpravijo, s čimer zagotovijo dolgo življenjsko dobo in zanesljivost industrijskih sredstev.