Стандард ISO 10816-1 и инструментална имплементација вибрационе дијагностике коришћењем система Balanset-1A

Апстракт

Овај извештај представља свеобухватну анализу међународних регулаторних захтева за стање вибрација индустријске опреме дефинисаних у стандарду ISO 10816-1 и његовим изведеним стандардима. Документ разматра еволуцију стандардизације од ISO 2372 до тренутног ISO 20816, објашњава физичко значење измерених параметара и описује методологију за процену тежине услова вибрација. Посебна пажња је посвећена практичној примени ових правила коришћењем преносивог система за балансирање и дијагностику Balanset-1A. Извештај садржи детаљан опис техничких карактеристика инструмента, алгоритама његовог рада у режимима виброметра и балансирања, као и методолошке смернице за извођење мерења како би се осигурала усклађеност са критеријумима поузданости и безбедности за ротационе машине.

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,389.84 + ПДВ (ако је применљиво)

Parts

Vibration sensor

$108.90 + ПДВ (ако је применљиво)

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$150.05 + ПДВ (ако је применљиво)

Devices

Balanset-4

$8,231.93 + ПДВ (ако је применљиво)

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$55.66 + ПДВ (ако је применљиво)

Parts

Reflective tape

$12.10 + ПДВ (ако је применљиво)

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,099.43 + ПДВ (ако је применљиво)

Поглавље 1. Теоријске основе вибрационе дијагностике и еволуција стандардизације

1.1. Физичка природа вибрација и избор параметара мерења

Вибрација, као дијагностички параметар, најинформативнији је индикатор динамичког стања механичког система. За разлику од температуре или притиска, који су интегрални индикатори и често реагују на кварове са закашњењем, вибрациони сигнал носи информације о силама које делују унутар механизма у реалном времену.

Стандард ISO 10816-1, као и његови претходници, заснива се на мерењу брзине вибрација. Овај избор није случајан и произилази из енергетске природе оштећења. Брзина вибрација је директно пропорционална кинетичкој енергији осцилујуће масе и самим тим напрезањима замора која настају у машинским компонентама.

Вибрациона дијагностика користи три главна параметра, сваки са својом облашћу примене:

Померање вибрација (Померање): Амплитуда осцилација мерена у микрометрима (µm). Овај параметар је критичан за машине са малом брзином и за процену зазора у клизним лежајевима, где је важно спречити контакт ротора и статора. У контексту ISO 10816-1, померање има ограничену употребу, јер на високим фреквенцијама чак и мала померања могу генерисати деструктивне силе.

Брзина вибрација (Velocity)Брзина површинске тачке мерена у милиметрима у секунди (mm/s). Ово је универзални параметар за фреквентни опсег од 10 до 1000 Hz, који покрива главне механичке недостатке: неуравнотеженост, неусклађеност и лабавост. ISO 10816 усваја брзину вибрација као примарни критеријум процене.

Убрзање вибрација (Убрзање)Брзина промене брзине вибрација мерена у метрима по секунди на квадрат (m/s²) или у g јединицама. Убрзање карактерише инерцијалне силе и најосетљивије је на процесе високе фреквенције (од 1000 Hz и више), као што су дефекти котрљајућих лежајева у раној фази или проблеми са захватом зупчаника.

ISO 10816-1 се фокусира на широкопојасне вибрације у опсегу 10–1000 Hz. То значи да инструмент мора интегрисати енергију свих осцилација унутар овог опсега и дати једну вредност — средњеквадратичну вредност (RMS). Коришћење RMS уместо вршне вредности је оправдано јер RMS карактерише укупну снагу осцилаторног процеса током времена, што је релевантније за процену термичког утицаја и утицаја замора на механизам.

1.2. Историјски контекст: Од ISO 2372 до ISO 20816

Разумевање тренутних захтева захтева анализу њиховог историјског развоја.

ИСО 2372 (1974)Први глобални стандард који је увео класификацију машина по снази. Дефинисао је класе машина (Класа I – Класа IV) и зоне евалуације (A, B, C, D). Иако је званично повучен 1995. године, терминологија и логика овог стандарда се и даље широко користе у инжењерској пракси.

ИСО 10816-1 (1995)Овај стандард је заменио ISO 2372 и ISO 3945. Његова кључна иновација била је јасније разликовање захтева у зависности од типа темеља (крути наспрам флексибилног). Стандард је постао “кровни” документ који дефинише опште принципе (Део 1), док су специфичне граничне вредности за различите типове машина премештене у наредне делове (Део 2 — парне турбине, Део 3 — индустријске машине, Део 4 — гасне турбине, итд.).

ИСО 20816-1 (2016)Модерна верзија стандарда. ISO 20816 комбинује серију 10816 (вибрације неротирајућих делова) и серију 7919 (вибрације ротирајућих вратила). Ово је логичан корак, јер потпуна процена критичне опреме захтева анализу оба параметра. Међутим, за већину индустријских машина опште намене (вентилатори, пумпе), где је приступ вратилу отежан, методологија заснована на мерењима кућишта уведена у ISO 10816 остаје доминантна.

Овај извештај се фокусира на ISO 10816-1 и ISO 10816-3, јер су ови документи главни радни алати за око 90% индустријске опреме дијагностиковане преносним инструментима као што је Balanset-1A.

Поглавље 2. Детаљна анализа методологије ISO 10816-1

2.1. Обим и ограничења

ISO 10816-1 се примењује на мерења вибрација која се спроводе на неротирајућим деловима машина (кућишта лежајева, стопала, носећи оквири). Стандард се не примењује на вибрације изазване акустичном буком и не обухвата клипне машине (обухваћене су ISO 10816-6) које генеришу специфичне инерцијалне силе због свог принципа рада.

Кључни аспект је то што стандард регулише мерења на лицу места — у стварним радним условима, не само на испитном столу. То значи да ограничења узимају у обзир утицај стварних темеља, цевоводних прикључака и услова радног оптерећења.

2.2. Класификација опреме

Кључни елемент методологије је подела свих машина у класе. Примена ограничења Класе IV на машину Класе I може довести до тога да инжењер пропусти опасно стање, док супротно може довести до неоправданих искључења исправне опреме.

Према Анексу Б стандарда ISO 10816-1, машине су подељене у следеће категорије:

Табела 2.1. Класификација машина према ISO 10816-1

Класа	Description	Типичне машине	Тип темеља
Класа I	Појединачни делови мотора и машина, конструктивно повезани са агрегатом. Мале машине.	Електромотори до 15 kW. Мале пумпе, помоћни погони.	Било који
Класа II	Машине средње величине без посебних темеља.	Електромотори 15–75 kW. Мотори до 300 kW на крутој подлози. Пумпе, вентилатори.	Обично круто
Класа III	Велики примарни погонски механизми и друге велике машине са ротирајућим масама.	Турбине, генератори, пумпе велике снаге (>75 kW).	Круто
Класа IV	Велики примарни погонски механизми и друге велике машине са ротирајућим масама.	Турбогенератори, гасне турбине (>10 MW).	Флексибилан

Проблем идентификације типа темеља (крути наспрам флексибилног):

Стандард дефинише темељ као крут ако је прва природна фреквенција система “машина–темељ” изнад главне фреквенције побуде (фреквенције обртања). Темељ је флексибилан ако је његова природна фреквенција испод фреквенције обртања.

У пракси то значи:

• Машина причвршћена вијцима за масивни бетонски под радионице обично припада класи са крутим темељима.
• Машина монтирана на изолаторе вибрација (опруге, гумене подлоге) или на лагани челични оквир (на пример, горња конструкција) припада класи са флексибилним темељем.

Ова разлика је кључна јер машина на флексибилној подлози може да вибрира са већом амплитудом без стварања опасних унутрашњих напрезања. Стога су ограничења за Класу IV већа него за Класу III.

2.3. Зоне за процену вибрација

Уместо бинарне евалуације “добро/лоше”, стандард нуди скалу са четири зоне која подржава одржавање засновано на стању.

Зона А (Добро)Ниво вибрација за новопуштене машине. Ово је референтни услов који треба постићи након инсталације или великог ремонта.

Зона Б (задовољавајуће)Машине погодне за неограничен дугорочни рад. Ниво вибрација је виши од идеалног, али не угрожава поузданост.

Зона Ц (незадовољавајуће)Машине нису погодне за дуготрајан континуирани рад. Вибрације достижу ниво где почиње убрзана деградација компоненти (лежајеви, заптивке). Рад је могућ ограничено време уз појачано праћење до следећег планираног одржавања.

Зона Д (Неприхватљиво): Нивои вибрација који могу проузроковати катастрофалан квар. Потребно је хитно искључивање.

2.4. Граничне вредности вибрација

Доња табела сумира граничне вредности RMS брзине вибрација (mm/s) према Анексу Б стандарда ISO 10816-1. Ове вредности су емпиријске и служе као смернице ако спецификације произвођача нису доступне.

Табела 2.2. Границе вибрационе зоне (ISO 10816-1 Анекс Б)

Граница зоне	Класа I (мм/с)	Класа II (мм/с)	Класа III (мм/с)	Класа IV (мм/с)
А / Б	0.71	1.12	1.80	2.80
Б / Ц	1.80	2.80	4.50	7.10
Ц / Д	4.50	7.10	11.20	18.00

Аналитичка интерпретација. Узмите у обзир вредност 4,5 mm/s. За мале машине (Класа I) ово је граница ванредног стања (C/D), које захтева искључивање. За машине средње величине (Класа II) ово је средина зоне “захтева пажњу”. За велике машине на крутом темељу (Класа III) ово је само граница између “задовољавајуће” и “незадовољавајуће” зоне. За машине на флексибилном темељу (Класа IV) ово је нормалан ниво вибрација током рада (Зона Б).

Ова прогресија показује ризик коришћења универзалних ограничења. Инжењер који користи правило “4,5 mm/s је лоше” за све машине може или превидети квар мале пумпе или неоправдано одбацити велики турбокомпресор.

Поглавље 3. Специфичности индустријских машина: ISO 10816-3

Иако ISO 10816-1 дефинише општи оквир, у пракси већину индустријских јединица (пумпе, вентилатори, компресори изнад 15 kW) регулише специфичнији Део 3 стандарда (ISO 10816-3). Важно је разумети разлику јер се Balanset-1A често користи за балансирање вентилатора и пумпи обухваћених овим делом.

3.1. Групе машина у ISO 10816-3

За разлику од четири класе у 1. делу, 3. део дели машине у две главне групе:

Група 1Велике машине са номиналном снагом изнад 300 kW. Ова група такође укључује електричне машине са висином вратила већом од 315 mm.

Група 2Средње велике машине са номиналном снагом од 15 kW до 300 kW. Ова група обухвата електричне машине са висином вратила од 160 mm до 315 mm.

3.2. Границе вибрација у ISO 10816-3

Ограничења овде такође зависе од типа темеља (крути/флексибилни).

Табела 3.1. Границе вибрација према ISO 10816-3 (RMS, mm/s)

Стање (зона)	Група 1 (>300 kW) Крута	Група 1 (>300 kW) Флексибилна	Група 2 (15–300 kW) Крути	Група 2 (15–300 kW) Флексибилна
А (Ново)	< 2,3	< 3,5	< 1,4	< 2,3
Б (Дугорочни рад)	2,3 – 4,5	3,5 – 7,1	1,4 – 2,8	2,3 – 4,5
C (Ограничен рад)	4,5 – 7,1	7,1 – 11,0	2,8 – 4,5	4,5 – 7,1
Д (Штета)	> 7.1	> 11,0	> 4.5	> 7.1

Синтеза података. Поређење табела ISO 10816-1 и ISO 10816-3 показује да ISO 10816-3 намеће строже захтеве за машине средње снаге (Група 2) на крутим темељима. Граница зоне D је постављена на 4,5 mm/s, што се поклапа са ограничењем за Класу I у Делу 1. Ово потврђује тренд ка строжим ограничењима за модерну, бржу и лакшу опрему. Када користите Balanset-1A за дијагностиковање вентилатора од 45 kW на бетонском поду, требало би да се фокусирате на колону “Група 2 / Круто” ове табеле, где се прелаз у зону ванредних ситуација дешава на 4,5 mm/s.

Поглавље 4. Хардверска архитектура система Balanset-1A

Да бисте имплементирали захтеве стандарда ISO 10816/20816, потребан вам је инструмент који пружа тачна и поновљива мерења и одговара потребним фреквентним опсезима. Систем Balanset-1A који је развила компанија Vibromera је интегрисано решење које комбинује функције двоканалног анализатора вибрација и инструмента за балансирање поља.

4.1. Мерни канали и сензори

Систем Balanset-1A има два независна канала за мерење вибрација (X1 и X2), што омогућава истовремена мерења у две тачке или у две равни.

Тип сензора. Систем користи акцелерометре (вибрационе претвараче који мере убрзање). Ово је модерни индустријски стандард јер акцелерометри пружају високу поузданост, широк фреквентни опсег и добру линеарност.

Интеграција сигнала. Пошто ISO 10816 захтева процену брзине вибрација (mm/s), сигнал са акцелерометара је интегрисан у хардвер или софтвер. Ово је критичан корак обраде сигнала, а квалитет аналогно-дигиталног претварача игра кључну улогу.

Опсег мерења. Инструмент мери брзину вибрација (RMS) у опсегу од 0,05 до 100 mm/s. Овај опсег у потпуности покрива све зоне евалуације ISO 10816 (од зоне A < 0,71 до зоне D > 45 mm/s).

4.2. Фреквенцијске карактеристике и тачност

Метролошке карактеристике Балансет-1А у потпуности испуњавају захтеве стандарда.

Фреквентни опсег. Основна верзија инструмента ради у опсегу од 5 Hz до 550 Hz.

Доња граница од 5 Hz (300 обртаја у минути) чак превазилази стандардни захтев ISO 10816 од 10 Hz и подржава дијагностику машина са малом брзином. Горња граница од 550 Hz покрива до 11. хармоника за машине са фреквенцијом обртања од 3000 обртаја у минути (50 Hz), што је довољно за детекцију неуравнотежености (1×), неусклађености (2×, 3×) и лабавости. Опционо, фреквентни опсег се може проширити на 1000 Hz, што у потпуности покрива стандардне захтеве.

Тачност амплитуде. Грешка мерења амплитуде је ±5% пуне скале. За задатке оперативног праћења, где се границе зона разликују за стотине процената, ова тачност је више него довољна.

Фазна тачност. Инструмент мери фазни угао са тачношћу од ±1 степен. Иако фаза није регулисана стандардом ISO 10816, она је од кључне важности за следећи корак — балансирање.

4.3. Канал тахометра

Комплет садржи ласерски тахометар (оптички сензор) који обавља две функције:

• Мери брзину ротора (обртаја у минути) од 150 до 60.000 о/мин (у неким верзијама до 100.000 о/мин). Ово омогућава да се утврди да ли је вибрација синхрона са фреквенцијом ротације (1×) или асинхрона.
• Генерише референтни фазни сигнал (фазну ознаку) за синхроно усредњавање и израчунавање углова корекционе масе током балансирања.

4.4. Прикључци и распоред

Стандардни комплет укључује сензорске каблове дужине 4 метра (опционо 10 метара). Ово повећава безбедност током мерења на лицу места. Дуги каблови омогућавају оператеру да остане на безбедној удаљености од ротирајућих делова машине, што испуњава захтеве индустријске безбедности за рад са ротирајућом опремом.

Поглавље 5. Методологија мерења и евалуација према ISO 10816 помоћу Balanset-1A

Ово поглавље описује корак-по-корак алгоритам за коришћење инструмента Balanset-1A за извођење процена вибрација.

5.1. Припрема за мерења

Идентификујте машину. Одредите класу машине (према поглављима 2 и 3 овог извештаја). На пример, “вентилатор од 45 kW на изолаторима вибрација” припада Групи 2 (ISO 10816-3) са флексибилним темељем.

Инсталација софтвера. Инсталирајте драјвере и софтвер за Balanset-1A са испорученог USB уређаја. Повежите интерфејс јединицу са USB портом лаптопа.

Монтирајте сензоре.

• Инсталирајте сензоре на кућишта лежајева. Не монтирајте их на танке поклопце.
• Користите магнетне подлоге. Уверите се да магнет чврсто стоји на површини. Боја или рђа испод магнета делују као пригушивач и смањују очитавања високих фреквенција.
• Одржавајте ортогоналност: вршите мерења у вертикалном (V), хоризонталном (H) и аксијалном (A) правцу. Balanset-1A има два канала, тако да можете мерити, на пример, V и H истовремено на једном носачу.

5.2. Режим виброметра (F5)

Софтвер Balanset-1A има посебан режим за процену ISO 10816.

• Покрените програм.
• Притисните F5 (или кликните на дугме “F5 – Виброметар” у интерфејсу). Отвара се прозор вишеканалног виброметра.
• Притисните F9 (Покрени) да бисте започели прикупљање података.

Анализа индикатора.

• RMS (укупно)Инструмент приказује укупну RMS брзину вибрација (V1s, V2s). Ово је вредност коју упоређујете са табеларним ограничењима стандарда.
• 1× ВибрацијаИнструмент издваја амплитуду вибрација на ротационој фреквенцији.

Ако је RMS вредност висока (зона C/D), али је 1× компонента ниска, проблем није неуравнотеженост. Може бити у питању квар лежаја, кавитација (за пумпу) или електромагнетни проблеми. Ако је RMS близу 1× вредности (на пример, RMS = 10 mm/s, 1× = 9,8 mm/s), неуравнотеженост доминира и балансирање ће смањити вибрације за око 95%.

5.3. Спектрална анализа (FFT)

Ако укупне вибрације прелазе границу (зона C или D), морате утврдити узрок. Режим F5 укључује картицу Графикони.

Спектрум. Спектар приказује амплитуду у односу на фреквенцију.

• Доминантни врх на 1× (ротациона фреквенција) указује на неуравнотеженост.
• Врхови на 2×, 3× указују на неусклађеност или лабавост.
• Високофреквентни “шум” или шума хармоника указује на дефекте котрљајућих лежајева.
• Фреквенција проласка лопатица (број лопатица × обртаји у минути) указује на аеродинамичке проблеме у вентилатору или хидрауличке проблеме у пумпи.

Балансет-1А пружа ове визуелизације, што га претвара из једноставног “мерача усклађености” у потпуни дијагностички алат.

Поглавље 6. Балансирање као метод корекције: Практична употреба Balanset-1A

Када дијагностика (заснована на доминацији 1× у спектру) укаже на неуравнотеженост као главни узрок прекорачења границе ISO 10816, следећи корак је балансирање. Balanset-1A имплементира методу коефицијента утицаја (метод три циклуса).

6.1. Теорија балансирања

Неуравнотеженост настаје када се центар масе ротора не поклапа са његовом осом ротације. То узрокује центрифугалну силу. F = m · r · ω² која генерише вибрације на ротационој фреквенцији. Циљ балансирања је додавање корекционе масе (тежине) која производи силу једнаке величине и супротног смера од силе неравнотеже.

6.2. Поступак балансирања у једној равни

Користите ову процедуру за уске роторе (вентилаторе, ременице, дискове).

Подешавање.

• Монтирајте сензор вибрација (канал 1) нормално на осу ротације.
• Поставите ласерски тахометар и поставите једну рефлектујућу траку на ротор.
• У програму изаберите F2 – Једна раван.

Покрени 0 – Почетно.

• Покрените ротор. Притисните F9. Инструмент мери почетну вибрацију (амплитуду и фазу).
• Пример: 8,5 мм/с на 120°.

Трка 1 – Пробна тежина.

• Зауставите ротор.
• Поставите пробни тег познате масе (на пример, 10 г) на произвољно место.
• Покрените ротор. Притисните F9. Инструмент бележи промену вектора вибрација.
• Пример: 5,2 мм/с на 160°.

Израчунавање и корекција.

• Програм аутоматски израчунава масу и угао корекционог тега.
• На пример, инструмент може дати упутство: “Додајте 15 г под углом од 45° од положаја пробног тега.”
• Функције Balanset подржавају подељене тежине: ако не можете поставити тежину на израчунату локацију, програм је дели на две тежине за монтажу, на пример, на лопатице вентилатора.

Покрени 2 – Верификација.

• Инсталирајте израчунату корекциону тежину (уклоните пробну тежину ако програм то захтева).
• Покрените ротор и уверите се да су преостале вибрације пале у зону А или Б према ISO 10816 (на пример, испод 2,8 mm/s).

6.3. Балансирање у две равни

Дуги ротори (вратила, бубњеви дробилица) захтевају динамичко балансирање у две равни корекције. Поступак је сличан, али захтева два сензора вибрација (X1, X2) и три мерења (почетно, пробна тежина у равни 1, пробна тежина у равни 2). За овај поступак користите режим F3.

Поглавље 7. Практични сценарији и тумачење (студије случаја)

Сценарио 1: Индустријски издувни вентилатор (45 kW)

Контекст. Вентилатор је инсталиран на крову на изолаторима вибрација опружног типа.

Класификација. ISO 10816-3, Група 2, флексибилни темељ.

Мерење. Balanset-1A у F5 режиму показује RMS = 6,8 mm/s.

Анализа.

• Према Табели 3.1, граница B/C за “Флексибилно” је 4,5 mm/s, а граница C/D је 7,1 mm/s.

Закључак. Вентилатор ради у Зони C (ограничен рад), приближавајући се Зони за ванредне ситуације D.

Дијагностика. Спектар показује јак 1× пик.

Акција. Потребно је балансирање. Након балансирања са Balanset-1A, ниво вибрација је пао на 1,2 mm/s (зона А). Квар је спречен.

Сценарио 2: Пумпа за напајање котла (200 kW)

Контекст. Пумпа је чврсто монтирана на масивни бетонски темељ.

Класификација. ISO 10816-3, Група 2, крути темељ.

Мерење. Балансет-1А показује RMS = 5,0 mm/s.

Анализа.

• Према Табели 3.1, C/D граница за “круто” је 4,5 mm/s.

Закључак. Пумпа ради у Зони D (ванредно стање). Вредност од 5,0 mm/s је већ неприхватљива за круту монтажу.

Дијагностика. Спектар показује низ хармоника и висок ниво шума. Врх од 1× је низак.

Акција. Балансирање неће помоћи. Проблем је вероватно у лежајевима или кавитацији. Пумпа мора бити заустављена ради механичког прегледа.

Поглавље 8. Закључак

ISO 10816-1 и његов специјализовани Део 3 пружају фундаменталну основу за обезбеђивање поузданости индустријске опреме. Прелазак са субјективне перцепције на квантитативну процену брзине вибрација (RMS, mm/s) омогућава инжењерима да објективно класификују стање машине и планирају одржавање на основу стварног стања.

Инструментална имплементација ових стандарда коришћењем система Balanset-1A показала се ефикасном. Инструмент пружа метролошки тачна мерења у опсегу од 5–550 Hz (у потпуности покривајући стандардне захтеве за већину машина) и нуди функционалност потребну за идентификацију узрока повишених вибрација (спектрална анализа) и њихово елиминисање (балансирање).

За оперативне компаније, спровођење редовног праћења заснованог на методологији ISO 10816 и инструментима као што је Balanset-1A представља директну инвестицију у смањење оперативних трошкова. Могућност разликовања зоне Б од зоне Ц помаже у избегавању превремених поправки исправних машина и катастрофалних кварова узрокованих игнорисањем критичних нивоа вибрација.

Крај извештаја