ISO 10816-1 Standard och instrumentell implementering av vibrationsdiagnostik med hjälp av Balanset-1A-systemet

Sammanfattning

Denna rapport presenterar en omfattande analys av internationella regelkrav för vibrationsförhållanden för industriell utrustning som definieras i ISO 10816-1 och dess derivatstandarder. Dokumentet granskar utvecklingen av standardiseringen från ISO 2372 till den nuvarande ISO 20816, förklarar den fysiska betydelsen av de uppmätta parametrarna och beskriver metodiken för att utvärdera vibrationsförhållandenas allvarlighetsgrad. Särskild uppmärksamhet ägnas åt den praktiska tillämpningen av dessa regler med hjälp av det bärbara balanserings- och diagnostiksystemet Balanset-1A. Rapporten innehåller en detaljerad beskrivning av instrumentets tekniska egenskaper, algoritmer för dess funktion i vibrometer- och balanseringslägen samt metodiska riktlinjer för att utföra mätningar för att säkerställa att tillförlitlighets- och säkerhetskriterierna för roterande maskiner uppfylls.

Kapitel 1. Teoretiska grunder för vibrationsdiagnostik och standardiseringens utveckling

1.1. Vibrationens fysiska egenskaper och val av mätparametrar

Vibration, som diagnostisk parameter, är den mest informativa indikatorn på det dynamiska tillståndet i ett mekaniskt system. Till skillnad från temperatur eller tryck, som är integrerade indikatorer och ofta reagerar på fel med en fördröjning, bär vibrationssignalen information om de krafter som verkar inuti mekanismen i realtid.

Standarden ISO 10816-1 baseras, precis som sina föregångare, på mätning av vibrationshastighet. Detta val är inte slumpmässigt utan följer av skadornas energiska natur. Vibrationshastigheten är direkt proportionell mot den oscillerande massans kinetiska energi och därmed mot de utmattningsspänningar som uppstår i maskinkomponenter.

Vibrationsdiagnostik använder tre huvudparametrar, var och en med sitt eget tillämpningsområde:

Vibrationsförskjutning (förskjutning): Svängningsamplituden mätt i mikrometer (µm). Denna parameter är avgörande för maskiner med låg hastighet och för att utvärdera spelrum i glidlager, där det är viktigt att förhindra kontakt mellan rotor och stator. I sammanhanget med ISO 10816-1 har förskjutningen begränsad användning, eftersom även små förskjutningar vid höga frekvenser kan generera destruktiva krafter.

Vibrationshastighet (hastighet): Ytpunktens hastighet mätt i millimeter per sekund (mm/s). Detta är en universell parameter för frekvensområdet 10 till 1000 Hz, som täcker de viktigaste mekaniska defekterna: obalans, felinriktning och glapp. ISO 10816 använder vibrationshastigheten som primärt bedömningskriterium.

Vibrationsacceleration (Acceleration): Förändringstakten för vibrationshastigheten mätt i meter per sekund i kvadrat (m/s²) eller i g-enheter. Accelerationen karakteriserar tröghetskrafter och är mest känslig för högfrekventa processer (från 1000 Hz och uppåt), såsom tidiga defekter i rullager eller problem med kugghjulsingrepp.

ISO 10816-1 fokuserar på bredbandsvibrationer i intervallet 10–1000 Hz. Detta innebär att instrumentet måste integrera energin från alla svängningar inom detta band och mata ut ett enda värde – kvadratiskt medelvärdet (RMS). Användningen av RMS istället för toppvärdet är motiverad eftersom RMS karakteriserar den totala effekten av svängningsprocessen över tid, vilket är mer relevant för att utvärdera termisk påverkan och utmattningspåverkan på mekanismen.

1.2. Historisk bakgrund: Från ISO 2372 till ISO 20816

För att förstå dagens krav måste man analysera deras historiska utveckling.

ISO 2372 (1974): Den första globala standarden som införde klassificering av maskiner efter effekt. Den definierade maskinklasser (klass I – klass IV) och utvärderingszoner (A, B, C, D). Även om den officiellt drogs tillbaka 1995 används terminologin och logiken i denna standard fortfarande i stor utsträckning inom ingenjörsvetenskapen.

ISO 10816-1 (1995): Denna standard ersatte ISO 2372 och ISO 3945. Den viktigaste nyheten var en tydligare åtskillnad mellan kraven beroende på fundamenttyp (styvt kontra flexibelt). Standarden blev ett “paraplydokument” som definierar allmänna principer (del 1), medan specifika gränsvärden för olika maskintyper flyttades till efterföljande delar (del 2 – ångturbiner, del 3 – industrimaskiner, del 4 – gasturbiner etc.).

ISO 20816-1 (2016): Den moderna versionen av standarden. ISO 20816 kombinerar serien 10816 (vibrationer i icke-roterande delar) och serien 7919 (vibrationer i roterande axlar). Detta är ett logiskt steg, eftersom en fullständig bedömning av kritisk utrustning kräver analys av båda parametrarna. För de flesta allmänna industrimaskiner (fläktar, pumpar), där det är svårt att komma åt axeln, är dock den metod som baseras på höljesmätningar och som introducerades i ISO 10816 fortfarande dominerande.

Denna rapport fokuserar på ISO 10816-1 och ISO 10816-3, eftersom dessa dokument är de viktigaste arbetsverktygen för cirka 90% industriell utrustning som diagnostiseras med bärbara instrument såsom Balanset-1A.

Kapitel 2. Detaljerad analys av ISO 10816-1-metodiken

2.1. Omfattning och begränsningar

ISO 10816-1 gäller vibrationsmätningar som utförs på icke-roterande delar av maskiner (lagerhus, fötter, stödramar). Standarden gäller inte vibrationer som orsakas av akustiskt buller och omfattar inte fram- och återgående maskiner (dessa omfattas av ISO 10816-6) som genererar specifika tröghetskrafter på grund av sin funktionsprincip.

En viktig aspekt är att standarden reglerar mätningar på plats – under verkliga driftsförhållanden, inte bara på en provbänk. Detta innebär att gränsvärdena tar hänsyn till påverkan från den verkliga fundamentet, röranslutningarna och driftsbelastningsförhållandena.

2.2. Klassificering av utrustning

En viktig del av metodiken är indelningen av alla maskiner i klasser. Om gränsvärden för klass IV tillämpas på en maskin i klass I kan det leda till att en ingenjör missar ett farligt tillstånd, medan det omvända kan leda till omotiverade avstängningar av utrustning som är i gott skick.

Enligt bilaga B i ISO 10816-1 delas maskiner in i följande kategorier:

Tabell 2.1. Maskinklassificering enligt ISO 10816-1

Klass	Beskrivning	Typiska maskiner	Grundtyp
Klass I	Enskilda delar av motorer och maskiner, strukturellt kopplade till aggregatet. Små maskiner.	Elmotorer upp till 15 kW. Små pumpar, hjälpdrivningar.	Alla
Klass II	Medelstora maskiner utan specialfundament.	Elmotorer 15–75 kW. Motorer upp till 300 kW på fast underrede. Pumpar, fläktar.	Vanligtvis styv
Klass III	Stora drivmaskiner och andra stora maskiner med roterande massor.	Turbiner, generatorer, högkapacitetspumpar (>75 kW).	Stel
Klass IV	Stora drivmaskiner och andra stora maskiner med roterande massor.	Turbogeneratorer, gasturbiner (>10 MW).	Flexibel

Problem med att identifiera fundamenttyp (styvt eller flexibelt):

Standarden definierar en grund som styv om den första naturliga frekvensen för systemet “maskin–grund” ligger över den huvudsakliga exciteringsfrekvensen (rotationsfrekvensen). En grund är flexibel om dess naturliga frekvens ligger under rotationsfrekvensen.

I praktiken innebär detta:

• En maskin som är fastskruvad i ett massivt betonggolv i en verkstad tillhör vanligtvis en klass med ett fast fundament.
• En maskin som är monterad på vibrationsdämpare (fjädrar, gummikuddar) eller på en lätt stålram (till exempel en överbyggnad) tillhör en klass med flexibel grund.

Denna skillnad är avgörande eftersom en maskin på ett flexibelt fundament kan vibrera med högre amplitud utan att skapa farliga inre spänningar. Därför är gränsvärdena för klass IV högre än för klass III.

2.3. Vibrationsutvärderingszoner

I stället för en binär utvärdering av “bra/dåligt” erbjuder standarden en fyrgradig skala som stöder tillståndsbaserat underhåll.

Zon A (Bra): Vibrationsnivå för nyinstallerade maskiner. Detta är det referensvärde som ska uppnås efter installation eller större översyn.

Zon B (Tillfredsställande): Maskiner som är lämpliga för obegränsad långvarig drift. Vibrationsnivån är högre än idealisk men hotar inte tillförlitligheten.

Zon C (Otillfredsställande): Maskiner som inte är lämpliga för långvarig kontinuerlig drift. Vibrationerna når en nivå där komponenterna (lager, tätningar) börjar slitas i snabbare takt. Drift är möjlig under en begränsad tid med förstärkt övervakning fram till nästa planerade underhåll.

Zon D (Oacceptabelt): Vibrationsnivåer som kan orsaka katastrofala fel. Omedelbar avstängning krävs.

2.4. Gränsvärden för vibrationer

Tabellen nedan sammanfattar gränsvärdena för RMS-vibrationshastighet (mm/s) enligt bilaga B i ISO 10816-1. Dessa värden är empiriska och fungerar som riktlinjer om tillverkarens specifikationer inte finns tillgängliga.

Tabell 2.2. Gränsvärden för vibrationszoner (ISO 10816-1 bilaga B)

Zongräns	Klass I (mm/s)	Klass II (mm/s)	Klass III (mm/s)	Klass IV (mm/s)
A / B	0.71	1.12	1.80	2.80
B / C	1.80	2.80	4.50	7.10
C / D	4.50	7.10	11.20	18.00

Analytisk tolkning. Tänk på värdet 4,5 mm/s. För små maskiner (klass I) är detta gränsen för nödläge (C/D), vilket kräver avstängning. För medelstora maskiner (klass II) är detta mitten av zonen “kräver uppmärksamhet”. För stora maskiner på ett fast underlag (klass III) är detta endast gränsen mellan zonerna “tillfredsställande” och “otillfredsställande”. För maskiner på ett flexibelt underlag (klass IV) är detta en normal vibrationsnivå vid drift (zon B).

Denna utveckling visar risken med att använda universella gränsvärden. En ingenjör som använder regeln “4,5 mm/s är dåligt” för alla maskiner kan antingen missa felet på en liten pump eller avvisa en stor turbokompressor utan grund.

Kapitel 3. Särskilda egenskaper hos industrimaskiner: ISO 10816-3

ISO 10816-1 definierar det allmänna ramverket, men i praktiken regleras de flesta industriella enheter (pumpar, fläktar, kompressorer över 15 kW) av den mer specifika delen 3 i standarden (ISO 10816-3). Det är viktigt att förstå skillnaden eftersom Balanset-1A ofta används för att balansera fläktar och pumpar som omfattas av denna del.

3.1. Maskinkategorier i ISO 10816-3

Till skillnad från de fyra klasserna i del 1 delar del 3 in maskinerna i två huvudgrupper:

Grupp 1: Stora maskiner med en nominell effekt över 300 kW. Denna grupp omfattar även elektriska maskiner med en axelhöjd över 315 mm.

Grupp 2: Medelstora maskiner med en nominell effekt från 15 kW till 300 kW. Denna grupp omfattar elektriska maskiner med en axelhöjd från 160 mm till 315 mm.

3.2. Vibrationsgränser i ISO 10816-3

Gränserna här beror också på fundamenttyp (styv/flexibel).

Tabell 3.1. Vibrationsgränser enligt ISO 10816-3 (RMS, mm/s)

Tillstånd (zon)	Grupp 1 (>300 kW) Styv	Grupp 1 (>300 kW) Flexibel	Grupp 2 (15–300 kW) Styv	Grupp 2 (15–300 kW) Flexibel
A (Ny)	< 2,3	< 3,5	< 1,4	< 2,3
B (Långvarig drift)	2,3 – 4,5	3,5 – 7,1	1,4 – 2,8	2,3 – 4,5
C (Begränsad drift)	4,5 – 7,1	7,1 – 11,0	2,8 – 4,5	4,5 – 7,1
D (Skada)	> 7.1	> 11,0	> 4.5	> 7.1

Datasyntes. En jämförelse mellan tabellerna i ISO 10816-1 och ISO 10816-3 visar att ISO 10816-3 ställer strängare krav på maskiner med medeleffekt (grupp 2) på styva fundament. Gränsen för zon D är satt till 4,5 mm/s, vilket sammanfaller med gränsen för klass I i del 1. Detta bekräftar trenden mot strängare gränser för modern, snabbare och lättare utrustning. När du använder Balanset-1A för att diagnostisera en 45 kW-fläkt på ett betonggolv bör du fokusera på kolumnen “Grupp 2 / Styv” i denna tabell, där övergången till nödzonen sker vid 4,5 mm/s.

Kapitel 4. Hårdvaruarkitektur för Balanset-1A-systemet

För att uppfylla kraven i ISO 10816/20816 behöver du ett instrument som ger noggranna och repeterbara mätningar och som motsvarar de erforderliga frekvensområdena. Balanset-1A-systemet som utvecklats av Vibromera är en integrerad lösning som kombinerar funktionerna hos en tvåkanalig vibrationsanalysator och ett fältbalanseringsinstrument.

4.1. Mätkanaler och sensorer

Balanset-1A-systemet har två oberoende vibrationsmätningskanaler (X1 och X2), vilket möjliggör simultana mätningar vid två punkter eller i två plan.

Sensortyp. Systemet använder accelerometrar (vibrationstransduktorer som mäter acceleration). Detta är den moderna industristandarden eftersom accelerometrar erbjuder hög tillförlitlighet, ett brett frekvensområde och god linearitet.

Signalintegration. Eftersom ISO 10816 kräver utvärdering av vibrationshastighet (mm/s) integreras signalen från accelerometrarna i hårdvara eller mjukvara. Detta är ett kritiskt steg i signalbearbetningen, och kvaliteten på analog-till-digital-omvandlaren spelar en avgörande roll.

Mätområde. Instrumentet mäter vibrationshastigheten (RMS) i intervallet 0,05 till 100 mm/s. Detta intervall täcker alla utvärderingszoner enligt ISO 10816 (från zon A 45 mm/s).

4.2. Frekvensegenskaper och noggrannhet

Balanset-1A:s metrologiska egenskaper uppfyller fullständigt standardens krav.

Frekvensområde. Instrumentets grundversion fungerar i bandet 5 Hz – 550 Hz.

Den nedre gränsen på 5 Hz (300 rpm) överstiger till och med standardkravet på 10 Hz i ISO 10816 och stödjer diagnostik av maskiner med låg hastighet. Den övre gränsen på 550 Hz täcker upp till den 11:e övertonen för maskiner med en rotationsfrekvens på 3000 rpm (50 Hz), vilket är tillräckligt för att detektera obalans (1×), felinriktning (2×, 3×) och glapp. Frekvensområdet kan valfritt utökas till 1000 Hz, vilket helt täcker standardkraven.

Amplitudnoggrannhet. Amplitudmätningsfelet är ±5% av full skala. För operativa övervakningsuppgifter, där zongränserna skiljer sig åt med hundratals procent, är denna noggrannhet mer än tillräcklig.

Fasnoggrannhet. Instrumentet mäter fasvinkeln med en noggrannhet på ±1 grad. Även om fasen inte regleras av ISO 10816 är den av avgörande betydelse för nästa steg – balansering.

4.3. Varvräknarkanal

Satsen innehåller en lasertakometer (optisk sensor) som har två funktioner:

• Mäter rotorhastigheten (RPM) från 150 till 60 000 rpm (i vissa versioner upp till 100 000 rpm). Detta gör det möjligt att identifiera om vibrationen är synkron med rotationsfrekvensen (1×) eller asynkron.
• Genererar en referensfasesignal (fasmarkering) för synkron medelvärdesberäkning och beräkning av korrigeringsmassvinklar under balansering.

4.4. Anslutningar och layout

Standardpaketet innehåller sensorkablar som är 4 meter långa (valfritt 10 meter). Detta ökar säkerheten vid mätningar på plats. Långa kablar gör att operatören kan hålla sig på säkert avstånd från roterande maskindelar, vilket uppfyller industriella säkerhetskrav för arbete med roterande utrustning.

Kapitel 5. Mätmetodik och ISO 10816-utvärdering med Balanset-1A

I detta kapitel beskrivs en stegvis algoritm för användning av instrumentet Balanset-1A för att utföra vibrationsbedömningar.

5.1. Förberedelser inför mätningarna

Identifiera maskinen. Bestäm maskinens klass (enligt kapitel 2 och 3 i denna rapport). Till exempel tillhör en “45 kW fläkt på vibrationsdämpare” grupp 2 (ISO 10816-3) med flexibel fundament.

Programvaruinstallation. Installera Balanset-1A-drivrutiner och programvara från den medföljande USB-enheten. Anslut gränssnittsenheten till datorns USB-port.

Montera sensorerna.

• Installera sensorer på lagerhusen. Montera dem inte på tunna lock.
• Använd magnetiska baser. Se till att magneten sitter ordentligt fast på ytan. Färg eller rost under magneten fungerar som en dämpare och minskar högfrekventa avläsningar.
• Upprätthåll ortogonalitet: utför mätningar i vertikal (V), horisontell (H) och axiell (A) riktning. Balanset-1A har två kanaler, så du kan till exempel mäta V och H samtidigt vid ett stöd.

5.2. Vibrometermod (F5)

Balanset-1A-programvaran har ett särskilt läge för ISO 10816-utvärdering.

• Kör programmet.
• Tryck på F5 (eller klicka på knappen “F5 – Vibrometer” i gränssnittet). Ett fönster med flerkanalig vibrometer öppnas.
• Tryck på F9 (Kör) för att starta datainsamlingen.

Indikatoranalys.

• RMS (totalt): Instrumentet visar den totala RMS-vibrationshastigheten (V1s, V2s). Detta är det värde som du jämför med standardens tabellerade gränsvärden.
• 1× Vibration: Instrumentet extraherar vibrationsamplituden vid rotationsfrekvensen.

Om RMS-värdet är högt (zon C/D) men 1×-komponenten är låg, är problemet inte obalans. Det kan vara ett lagerfel, kavitation (för en pump) eller elektromagnetiska problem. Om RMS är nära 1×-värdet (till exempel RMS = 10 mm/s, 1× = 9,8 mm/s) dominerar obalansen och balansering kommer att minska vibrationerna med cirka 95%.

5.3. Spektralanalys (FFT)

Om den totala vibrationen överskrider gränsvärdet (zon C eller D) måste du identifiera orsaken. F5-läget innehåller en flik med diagram.

Spektrum. Spektrumet visar amplituden i förhållande till frekvensen.

• En dominerande topp vid 1× (rotationsfrekvens) indikerar obalans.
• Toppar vid 2×, 3× indikerar felinriktning eller glapp.
• Högfrekventa “brus” eller en skog av övertoner indikerar defekter i rullager.
• Bladets passagefrekvens (antal blad × varvtal) indikerar aerodynamiska problem i en fläkt eller hydrauliska problem i en pump.

Balanset-1A tillhandahåller dessa visualiseringar, vilket förvandlar den från en enkel “överensstämmelsemätare” till ett komplett diagnostiskt verktyg.

Kapitel 6. Balansering som korrigeringsmetod: Praktisk användning av Balanset-1A

När diagnostik (baserad på 1× dominans i spektrumet) indikerar obalans som den huvudsakliga orsaken till överskridandet av gränsvärdet i ISO 10816, är nästa steg balansering. Balanset-1A implementerar influenskoefficientmetoden (tre-körningsmetoden).

6.1. Balanseringsteori

Obalans uppstår när rotorns tyngdpunkt inte sammanfaller med dess rotationsaxel. Detta orsakar en centrifugalkraft. F = m · r · ω² som genererar vibrationer vid rotationsfrekvensen. Målet med balanseringen är att lägga till en korrigeringsmassa (vikt) som producerar en kraft som är lika stor och motsatt i riktning som obalanskraften.

6.2. Balanseringsprocedur för ett plan

Använd denna procedur för smala rotorer (fläktar, remskivor, skivor).

Inställningar.

• Montera vibrationssensorn (kanal 1) vinkelrätt mot rotationsaxeln.
• Ställ in lasertakometern och placera en reflekterande tejpmarkering på rotorn.
• I programmet väljer du F2 – Enkelplan.

Körning 0 – Initial.

• Starta rotorn. Tryck på F9. Instrumentet mäter den initiala vibrationen (amplitud och fas).
• Exempel: 8,5 mm/s vid 120°.

Körning 1 – Provvikt.

• Stanna rotorn.
• Montera en provvikt med känd massa (till exempel 10 g) på en valfri plats.
• Starta rotorn. Tryck på F9. Instrumentet registrerar förändringen i vibrationsvektorn.
• Exempel: 5,2 mm/s vid 160°.

Beräkning och korrigering.

• Programmet beräknar automatiskt massan och vinkeln för korrigeringsvikten.
• Instrumentet kan till exempel ge följande instruktion: “Lägg till 15 g i en vinkel på 45° från provviktspositionen.”
• Balanset-funktionerna stöder delade vikter: om du inte kan placera vikten på den beräknade platsen delar programmet upp den i två vikter för montering, till exempel på fläktblad.

Körning 2 – Verifiering.

• Installera den beräknade korrigeringsvikten (ta bort provvikten om programmet kräver det).
• Starta rotorn och kontrollera att restvibrationerna har sjunkit till zon A eller B enligt ISO 10816 (till exempel under 2,8 mm/s).

6.3. Balansering i två plan

Långa rotorer (axlar, krossrummor) kräver dynamisk balansering i två korrigeringsplan. Förfarandet är liknande men kräver två vibrationssensorer (X1, X2) och tre körningar (Initial, Provvikt i plan 1, Provvikt i plan 2). Använd F3-läget för detta förfarande.

Kapitel 7. Praktiska scenarier och tolkning (fallstudier)

Scenario 1: Industriell frånluftsfläkt (45 kW)

Sammanhang. Fläkten är installerad på ett tak på fjäderliknande vibrationsdämpare.

Klassificering. ISO 10816-3, grupp 2, flexibel grund.

Mätning. Balanset-1A i F5-läge visar RMS = 6,8 mm/s.

Analys.

• Enligt tabell 3.1 är gränsen mellan B och C för “Flexibel” 4,5 mm/s och gränsen mellan C och D är 7,1 mm/s.

Slutsats. Fläkten arbetar i zon C (begränsad drift) och närmar sig nödzonen D.

Diagnostik. Spektrumet visar en stark 1×-topp.

Åtgärd. Balansering krävs. Efter balansering med Balanset-1A sjönk vibrationsnivån till 1,2 mm/s (zon A). Felet kunde förhindras.

Scenario 2: Panna matningspump (200 kW)

Sammanhang. Pumpen är fast monterad på ett massivt betongfundament.

Klassificering. ISO 10816-3, grupp 2, fast fundament.

Mätning. Balanset-1A visar RMS = 5,0 mm/s.

Analys.

• Enligt tabell 3.1 är C/D-gränsen för “Styv” 4,5 mm/s.

Slutsats. Pumpen arbetar i zon D (nödläge). Ett värde på 5,0 mm/s är redan oacceptabelt för fast montering.

Diagnostik. Spektrumet visar en serie övertoner och en hög brusnivå. 1×-toppen är låg.

Åtgärd. Balansering hjälper inte. Problemet ligger troligen i lagren eller kavitationen. Pumpen måste stängas av för mekanisk inspektion.

Kapitel 8. Slutsats

ISO 10816-1 och dess specialiserade del 3 utgör en grundläggande bas för att säkerställa industriell utrustnings tillförlitlighet. Övergången från subjektiv uppfattning till kvantitativ bedömning av vibrationshastighet (RMS, mm/s) gör det möjligt för ingenjörer att objektivt klassificera maskinens skick och planera underhåll baserat på det faktiska tillståndet.

Instrumentell implementering av dessa standarder med hjälp av Balanset-1A-systemet har visat sig vara effektiv. Instrumentet ger metrologiskt noggranna mätningar i intervallet 5–550 Hz (vilket helt täcker standardkraven för de flesta maskiner) och erbjuder den funktionalitet som krävs för att identifiera orsakerna till förhöjda vibrationer (spektralanalys) och eliminera dem (balansering).

För driftföretag är implementering av regelbunden övervakning baserad på ISO 10816-metoden och instrument som Balanset-1A en direkt investering i att minska driftskostnaderna. Förmågan att skilja zon B från zon C hjälper till att undvika både förtida reparationer av friska maskiner och katastrofala fel orsakade av att kritiska vibrationsnivåer ignoreras.

Slut på rapporten