Omfattande analys av ISO 20816-3: Mätning, utvärdering och instrumentell implementering via Balanset-1A-systemet

Sammanfattning

Industrilandskapet har genomgått en betydande paradigmförändring när det gäller standardiseringen av övervakning av maskiners hälsa. Införandet av ISO 20816-3:2022 innebär en konsolidering och modernisering av tidigare metoder, särskilt genom att utvärderingen av husvibrationer (tidigare ISO 10816-3) och vibrationer i roterande axlar (tidigare ISO 7919-3) slås samman till ett enda, sammanhängande ramverk. Denna rapport ger en uttömmande analys av ISO 20816-3, med en genomgång av dess kapitel, normativa bilagor och fysiska principer. Dessutom innehåller den en detaljerad teknisk utvärdering av den bärbara vibrationsanalysatorn och balanseringsenheten Balanset-1A, som visar hur detta specifika instrument underlättar efterlevnaden av standardens stränga krav. Genom en syntes av signalbehandlingsteori, maskintekniska principer och praktiska driftsprocedurer fungerar detta dokument som en definitiv guide för tillförlitlighetsingenjörer som vill anpassa sina strategier för tillståndsövervakning till globala bästa praxis med hjälp av tillgängliga, högprecisa instrument.

Del I: Den teoretiska ramen för ISO 20816-3

1.1 Utvecklingen av vibrationsstandarder: Konvergensen mellan ISO 10816 och ISO 7919

Historien om standardisering av vibrationer kännetecknas av en gradvis övergång från fragmenterade, komponent-specifika riktlinjer till en helhetsbedömning av maskiner. Historiskt sett var bedömningen av industriella maskiner uppdelad i två delar. ISO 10816-serien fokuserade på mätning av icke-roterande delar – specifikt lagerhus och socklar – med hjälp av accelerometrar eller hastighetsgivare. ISO 7919-serien behandlade däremot vibrationer i roterande axlar i förhållande till deras lager, främst med hjälp av beröringsfria virvelströmsprober.

Denna åtskillnad ledde ofta till diagnostisk tvetydighet. En maskin kunde uppvisa acceptabla vibrationer i höljet (zon A enligt ISO 10816) samtidigt som den drabbades av farlig axelavvikelse eller instabilitet (zon C/D enligt ISO 7919), särskilt i scenarier med tunga höljen eller vätskefilmslager där vibrationsenergins överföringsväg dämpas. ISO 20816-3 löser denna dikotomi genom att ersätta både ISO 10816-3:2009 och ISO 7919-3:2009.1 Genom att integrera dessa perspektiv erkänner den nya standarden att den vibrationsenergi som genereras av rotordynamiska krafter manifesteras olika i maskinstrukturen beroende på styvhet, massa och dämpningsförhållanden. Följaktligen kräver en kompatibel utvärdering nu ett dubbelt perspektiv: att bedöma både strukturens absoluta vibrationer och, i tillämpliga fall, axelns relativa rörelse.

Balanset-1A-systemet introduceras i detta sammanhang som ett verktyg utformat för att överbrygga dessa mätdomäner. Dess arkitektur, som stöder både piezoelektriska accelerometrar för husmätningar och direktspänningsingångar för linjära förskjutningssensorer, speglar den dubbla filosofin i ISO 20816-serien.3 Denna konvergens förenklar teknikerns verktygslåda, vilket gör det möjligt att med ett enda instrument utföra de omfattande bedömningar som nu krävs enligt den enhetliga standarden.

1.2 Omfattning och tillämplighet: Definition av industrimaskiner

Kapitel 1 i ISO 20816-3 definierar noggrant gränserna för dess tillämpning. Standarden är inte allomfattande, utan är specifikt kalibrerad för industrimaskiner med en effekt på över 15 kW och driftshastigheter mellan 120 r/min och 30 000 r/min.1 Detta breda driftsområde täcker de allra flesta kritiska tillgångar inom tillverknings-, kraftproduktions- och petrokemiska sektorerna.

Den utrustning som specifikt omfattas inkluderar:

• Ångturbiner och generatorer: Enheter med en uteffekt på högst 40 MW omfattas av detta. Större enheter (över 40 MW) omfattas normalt av ISO 20816-2, såvida de inte drivs med andra hastigheter än de synkrona nätfrekvenserna (1500, 1800, 3000 eller 3600 varv/min).6
• Rotationskompressorer: Inklusive både centrifugala och axiella konstruktioner som används inom processindustrin.
• Industriella gasturbiner: Specifikt sådana med en effekt på 3 MW eller mindre. Större gasturbiner är uppdelade i separata delar av standarden på grund av sina unika termiska och dynamiska egenskaper.1
• Pumps: Centrifugalpumpar som drivs av elmotorer är en central del av denna grupp.
• Elmotorer: Motorer av alla typer ingår, förutsatt att de är flexibelt kopplade. Styvkopplade motorer bedöms ofta som en del av det drivna maskinsystemet eller enligt specifika underklausuler.
• Fläktar och blåsmaskiner: Avgörande för HVAC och industriell processluftbehandling.6

Undantag: Det är lika viktigt att förstå vad som inte ingår. Maskiner med fram- och återgående massor (som kolvkompressorer) genererar vibrationsprofiler som domineras av stötar och varierande vridmoment, vilket kräver den specialiserade analys som finns i ISO 20816-8. På samma sätt omfattas vindkraftverk, som arbetar under mycket varierande aerodynamiska belastningar, av ISO 10816-21.7 Balanset-1A:s specifika konstruktionsegenskaper, såsom dess rotationshastighetsmätningsområde på 150 till 60 000 rpm 8, stämmer perfekt överens med standardens omfattning på 120–30 000 rpm, vilket säkerställer att instrumentet kan övervaka hela spektrumet av tillämpliga maskiner.

1.3 Maskinklassificeringssystem: Fysiken bakom stödstyvhet

En viktig innovation som behållits från tidigare standarder är klassificeringen av maskiner baserat på stödstyvhet. ISO 20816-3 delar in maskiner i grupper inte bara efter storlek, utan också efter dynamiskt beteende.

1.3.1 Gruppindelning efter makt och storlek

Standarden delar in maskiner i två huvudgrupper för att tillämpa lämpliga allvarlighetsgränser:

• Grupp 1: Stora maskiner med en nominell effekt över 300 kW eller elektriska maskiner med en axelhöjd över 315 mm. Dessa maskiner har vanligtvis massiva rotorer och genererar betydande dynamiska krafter.9
• Grupp 2: Medelstora maskiner med en nominell effekt mellan 15 kW och 300 kW, eller elektriska maskiner med axelhöjder mellan 160 mm och 315 mm.10

1.3.2 Stödflexibilitet: Rigiditet kontra flexibilitet

Skillnaden mellan “stela” och “flexibla” stöd är en fråga om fysik, inte bara om konstruktionsmaterial. Ett stöd anses vara styvt i en specifik mätriktning om den första naturliga frekvensen (resonans) för det kombinerade maskin-stöd-systemet är betydligt högre än den huvudsakliga exciteringsfrekvensen (vanligtvis rotationshastigheten). Mer specifikt bör den naturliga frekvensen vara minst 25% högre än driftshastigheten. Flexibla stöd har däremot naturliga frekvenser som kan ligga nära eller under driftshastigheten, vilket leder till resonansförstärkning eller isoleringseffekter.10

Denna skillnad är avgörande eftersom flexibla stöd naturligtvis tillåter högre vibrationsamplituder för samma mängd intern exciterande kraft (obalans). Därför är de tillåtna vibrationsgränserna för flexibla stöd generellt högre än för styva stöd. Balanset-1A underlättar bestämningen av stödets egenskaper genom dess fasmätningsfunktioner. Genom att utföra ett uppkörnings- eller utkörningstest (med hjälp av diagramfunktionen “RunDown” som nämns i programvaruspecifikationerna 11) kan en analytiker identifiera resonanstoppar. Om en topp uppstår inom driftsområdet är stödet dynamiskt flexibelt; om responsen är platt och linjär upp till driftshastigheten är det styvt. Denna diagnostiska funktion gör det möjligt för användaren att välja rätt utvärderingstabell i ISO 20816-3, vilket förhindrar falska larm eller missade fel.

Del II: Mätmetodik och fysik

Kapitel 4 i ISO 20816-3 fastställer strikta procedurkrav för datainsamling. Giltigheten av alla utvärderingar beror helt och hållet på mätningens noggrannhet.

2.1 Instrumentfysik: Val av givare och respons

Standarden föreskriver användning av instrument som kan mäta bredbands-effektivvärdet (r.m.s.) för vibrationshastigheten. Frekvensresponsen måste vara plan över ett intervall på minst 10 Hz till 1 000 Hz för allmänna maskiner.12 För maskiner med lägre hastighet (som arbetar under 600 r/min) måste den nedre gränsen för frekvensresponsen sträcka sig ner till 2 Hz för att fånga upp de grundläggande rotationskomponenterna.

Balanset-1A Teknisk överensstämmelse:
Vibrationsanalysatorn Balanset-1A är konstruerad med dessa specifika krav i åtanke. Dess specifikationer anger ett vibrationsfrekvensområde på 5 Hz till 550 Hz för standarddrift, med alternativ för att utöka mätkapaciteten.8 Den nedre gränsen på 5 Hz är avgörande; den säkerställer överensstämmelse för maskiner som kör så långsamt som 300 rpm, vilket täcker de allra flesta industriella tillämpningar. Den övre gränsen på 550 Hz täcker de kritiska övertonerna (1x, 2x, 3x, etc.) och bladpassfrekvenserna för de flesta standardpumpar och fläktar. Dessutom är enhetens noggrannhet klassad till 5% av full skala, vilket uppfyller de metrologiska krav som ställs i ISO 2954 (Krav på instrument för mätning av vibrationsintensitet).8

Standarden skiljer mellan två primära mätningstyper, som båda stöds av Balanset-1A-ekosystemet:

• Seismiska givare (accelerometrar): Dessa mäter absoluta vibrationer i huset. De är känsliga för kraftöverföring genom lagerpedestalen. Balanset-1A-satsen innehåller två enkelaxliga accelerometrar (vanligtvis ADXL-serien eller piezoelektrisk teknik) med magnetiska fästen.14
• Beröringsfria givare (närhetssensorer): Dessa mäter relativ axelförskjutning. De är nödvändiga för maskiner med vätskefilmsklädda lager där axeln rör sig inom spelrummet.

2.2 Fördjupning: Relativ axelvibration och sensorintegration

Medan ISO 20816-3 fokuserar starkt på vibrationer i höljet, behandlar bilaga B uttryckligen relativa vibrationer i axeln. Detta kräver användning av virvelströmsgivare (närhetsgivare). Dessa sensorer fungerar genom att generera ett radiofrekvensfält (RF) som inducerar virvelströmmar i den ledande axelytan. Impedansen hos givarspolen förändras med avståndet mellan spolarna, vilket ger en spänningsutgång som är proportionell mot förskjutningen.15

Integrering av virvelströmsprober med Balanset-1A:
En unik egenskap hos Balanset-1A är dess anpassningsförmåga till dessa sensorer. Enheten levereras främst med accelerometrar, men ingångarna kan konfigureras för “linjärt” läge för att ta emot spänningssignaler från tredjepartsproximitetsgivare (proximitors).3

• Spänningsingång: De flesta industriella närhetssensorer ger ut en negativ likspänning (t.ex. -24 V matning, 200 mV/mil skala). Balanset-1A gör det möjligt för användare att ange anpassade känslighetskoefficienter (t.ex. mV/µm) i fönstret “Inställningar” (F4-tangenten).3
• DC-offsetborttagning: Närhetssensorer har en hög likspänning (förspänning) med en liten växelströmssignal ovanpå. Programvaran Balanset-1A har en funktion för att filtrera bort likspänningen och isolera den dynamiska vibrationssignalen för analys mot gränsvärdena i ISO 20816-3.3
• Linjäritet och kalibrering: Programvaran gör det möjligt för användaren att definiera kalibreringsfaktorer (t.ex. Kprl1 = 0,94 mV/µm) som säkerställer att avläsningen på laptopskärmen exakt motsvarar den fysiska förskjutningen av axeln.3 Denna funktion är oumbärlig vid tillämpning av kriterierna i bilaga B, som anges i mikrometer förskjutning snarare än millimeter per sekund hastighet.

2.3 Fysiken bakom montering: Säkerställa datakvalitet

ISO 20816-3 betonar att metoden för montering av sensorn inte får försämra mätningens noggrannhet. Den monterade sensorns resonansfrekvens måste vara betydligt högre än det frekvensområde som är av intresse.

• Bultmontering: Guldstandarden, med högsta frekvensrespons (upp till 10 kHz+).
• Magnetisk montering: En praktisk kompromiss för bärbar datainsamling.

Balanset-1A använder ett magnetiskt monteringssystem med en hållfasthet på 60 kgf (kilogramkraft).17 Denna höga klämkraft är avgörande. En svag magnet ger upphov till en “studsande” effekt eller ett mekaniskt lågpassfilter, vilket dämpar högfrekventa signaler kraftigt. Med 60 kgf är kontaktstyvheten tillräcklig för att pressa den monterade resonansen långt över det 1000 Hz-intervall som är av intresse för ISO 20816-3, vilket säkerställer att de insamlade uppgifterna är en korrekt återgivning av maskinens beteende och inte en artefakt från fästmetoden.12

2.4 Signalbehandling: RMS kontra toppvärde

Standarden specificerar användningen av effektivvärdet (RMS) för icke-roterande delar. RMS-värdet är ett mått på den totala energin i vibrationssignalen och är direkt relaterat till den utmattningsbelastning som maskinens komponenter utsätts för.

Ekvation för RMS:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

För axelvibrationer (bilaga B) använder standarden topp-till-topp-förskjutning (S_pp), vilket representerar den totala fysiska förflyttningen av axeln inom lagerspelet.

S_pp = S_max − S_min

Balanset-1A-bearbetning:
Balanset-1A utför dessa matematiska omvandlingar internt. ADC (analog-till-digital-omvandlare) samplar den råa signalen, och programvaran beräknar RMS-hastigheten för husmätningar och topp-till-topp-förskjutningen för axelmätningar. Avgörande är att den beräknar bredbandsvärdet (totalt), som summerar energin över hela frekvensspektrumet (t.ex. 10–1000 Hz). Detta “totala” värde är det primära talet som används för att kategorisera maskinen i zon A, B, C eller D. Dessutom har enheten FFT-funktioner (Fast Fourier Transform), vilket gör det möjligt för analytikern att se de enskilda frekvenskomponenterna (1x, 2x, övertoner) som utgör det totala RMS-värdet, vilket underlättar diagnosen av vibrationskällan.8

2.5 Bakgrundsvibrationer: Utmaningen med signal-brusförhållandet

En viktig, ofta förbisedd aspekt av ISO 20816-3 är hanteringen av bakgrundsvibrationer – vibrationer som överförs till maskinen från externa källor (t.ex. intilliggande maskiner, golvibrationer) när maskinen är stoppad.

Regeln: Om bakgrundsvibrationen överstiger 25% av den vibration som mäts när maskinen är i drift, eller 25% av gränsen mellan zon B och C, krävs kraftiga korrigeringar, annars kan mätningen anses ogiltig.18 Tidigare versioner av standarder hänvisade ofta till en “en tredjedelsregel”, men ISO 20816-3 skärper denna logik.

Procedurmässig implementering med Balanset-1A:

1. Teknikern placerar Balanset-1A-sensorerna på maskinen medan den är avstängd.
2. Med hjälp av läget “Vibrometer” (F5-tangenten) registreras bakgrundens RMS-nivå.13
3. Maskinen startas och belastas. Den operativa RMS registreras.
4. En jämförelse görs. Om driftsnivån är 4,0 mm/s och bakgrunden var 1,5 mm/s (37,5%) är bakgrunden för hög. Balanset-1A:s förmåga att utföra spektral subtraktion (visa spektrumet för bakgrunden jämfört med den igångvarande maskinen) hjälper till att identifiera om bakgrunden ligger på en specifik frekvens (t.ex. 50 Hz från en närliggande kompressor) som kan ignoreras eller filtreras bort mentalt av analytikern.

Del III: Utvärderingskriterier – standardens kärna

Kapitel 6 utgör kärnan i ISO 20816-3 och innehåller beslutslogiken för maskiners godtagbarhet.

3.1 Kriterium I: Vibrationsstyrka och zonindelning

Standarden utvärderar vibrationernas svårighetsgrad utifrån den maximala magnitud som observerats vid lagerhusen. För att underlätta beslutsfattandet definieras fyra utvärderingszoner:

• Zon A: Vibrationer hos nyinstallerade maskiner. Detta är “guldstandarden”. En maskin i detta område är i perfekt mekaniskt skick.
• Zon B: Maskiner som anses acceptabla för obegränsad långvarig drift. Detta är det typiska “gröna” driftsområdet.
• Zon C: Maskiner som anses otillräckliga för långvarig kontinuerlig drift. I allmänhet kan maskinen användas under en begränsad period tills ett lämpligt tillfälle för åtgärd (underhåll) uppstår. Detta är tillståndet “Gult” eller “Larm”.
• Zon D: Vibrationsvärden i detta område anses normalt vara tillräckligt allvarliga för att orsaka skador på maskinen. Detta är det “röda” eller “utlösande” tillståndet.5

Tabell 1: Förenklade ISO 20816-3 zonbegränsningar (hastighet RMS, mm/s) för grupp 1 och 2

Maskingrupp	Grundtyp	Gräns mellan zon A och B	Gräns mellan zon B och C	Zon C/D-gräns
Grupp 1 (>300 kW)	Stel	2.3	4.5	7.1
	Flexibel	3.5	7.1	11.0
Grupp 2 (15–300 kW)	Stel	1.4	2.8	4.5
	Flexibel	2.3	4.5	7.1

Obs! Dessa värden är hämtade från bilaga A i standarden och utgör allmänna riktlinjer. Specifika maskintyper kan ha andra gränsvärden.

Balanset-1A Implementering:
Balanset-1A-programvaran visar inte bara ett tal, utan hjälper användaren i sitt sammanhang. Användaren måste välja klass, men programvarans rapportfunktion gör det möjligt att dokumentera dessa värden i förhållande till standarden. När en tekniker mäter en vibration på 5,0 mm/s på en 50 kW-pump (grupp 2) på ett styvt fundament, överskrider Balanset-1A-avläsningen tydligt gränsen för zon C/D (4,5 mm/s), vilket indikerar ett omedelbart behov av avstängning och reparation.

3.2 Kriterium II: Förändring i vibrationsamplitud

Den kanske mest betydande förbättringen i 20816-serien är den formaliserade betoningen på förändringen i vibration, oberoende av absoluta gränser.

25%-regeln: ISO 20816-3 anger att en förändring i vibrationsamplituden som överstiger 25% av gränsen mellan zon B och C (eller 25% av det tidigare stabila värdet) ska betraktas som signifikant, även om det absoluta värdet förblir inom zon A eller B.20

Konsekvenser:
Tänk dig en fläkt som arbetar stadigt med 2,0 mm/s (zon B). Om vibrationen plötsligt ökar till 2,8 mm/s ligger den fortfarande tekniskt sett i zon B (för vissa klasser) eller precis på gränsen till zon C. Det är dock en ökning med 40%. En sådan plötslig förändring indikerar ofta ett specifikt fel: en spricka i en rotorkomponent, en förskjuten balansvikt eller termisk friktion. Att ignorera detta med motiveringen att “det fortfarande ligger inom det gröna området” kan leda till katastrofala fel.

Balanset-1A Trendanalys:
Balanset-1A uppfyller detta kriterium genom sina funktioner för “sessionåterställning” och arkivering.21 Genom att spara mätningssessioner kan en tillförlitlighetsingenjör överlagra aktuella data med historiska baslinjer. Om grafen “Total vibration” visar en stegvis förändring tillämpar ingenjören kriterium II. Funktionen “Återställ senaste session” är särskilt användbar här, eftersom den gör det möjligt för användaren att återkalla det exakta maskinläget från föregående månad för att verifiera om tröskelvärdet 25% har överskridits.

3.3 Driftsgränser: Inställning av LARM och UTKOPPLINGAR

Standarden ger vägledning för inställning av automatiska skyddssystem:

• LARM: För att varna om att ett definierat vibrationsvärde har uppnåtts eller att en betydande förändring har inträffat. Den rekommenderade inställningen är vanligtvis basvärdet + 25% för gränsen mellan zon B och C.
• RESA: För att initiera omedelbara åtgärder (avstängning). Detta ställs vanligtvis in vid gränsen mellan zon C och D eller något högre, beroende på maskinens mekaniska integritet.19

Balanset-1A är en bärbar enhet och inte ett permanent skyddssystem (som ett Bently Nevada-rack), men den används för att verifiera och kalibrera dessa utlösningsnivåer. Tekniker använder Balanset-1A för att mäta vibrationer under en kontrollerad upprampning eller ett inducerat obalansprov för att säkerställa att det permanenta övervakningssystemet utlöses vid de korrekta fysiska vibrationsnivåer som föreskrivs i ISO 20816-3.

Del IV: Balanset-1A-systemet – teknisk fördjupning

För att förstå hur Balanset-1A fungerar som ett efterlevnadsverktyg måste man analysera dess tekniska arkitektur.

4.1 Hårdvaruarkitektur

Balanset-1A består av en centraliserad USB-gränssnittsmodul som bearbetar analoga signaler från sensorer innan digitaliserade data skickas till en värddator.

• ADC-modul: Systemets hjärta är en högupplöst analog-till-digital-omvandlare. Denna modul avgör mätningens precision. Balanset-1A hanterar signaler för att ge en noggrannhet på ±5%, vilket är tillräckligt för fältdiagnostik.8
• Fasreferens (varvräknare): För att uppfylla kraven i ISO 20816-3 krävs ofta fasanalys för att skilja mellan obalans och felinriktning. Balanset-1A använder en lasertakometer med en räckvidd på upp till 1,5 meter och en kapacitet på 60 000 varv per minut.17 Denna optiska sensor utlöser fasvinkelberäkningen med en noggrannhet på ±1 grad.
• Kraft och bärbarhet: Enheten drivs via USB (5 V) och är i sig säker från jordslingor som ofta drabbar nätdrivna analysatorer. Hela satsen väger cirka 4 kg, vilket gör den till ett verkligt “fältinstrument” som är lämpligt för att klättra upp på portaler för att nå fläktar.8

4.2 Programvarans funktioner: Mer än bara enkel mätning

Programvaran som medföljer Balanset-1A omvandlar rådata till användbar information som uppfyller ISO-standarder.

• FFT-spektrumanalys: Standarden nämner “specifika frekvenskomponenter”. Balanset-1A visar Fast Fourier Transform, som bryter ner den komplexa vågformen i dess beståndsdelar, sinusvågor. Detta gör det möjligt för användaren att se om det höga RMS-värdet beror på 1x (obalans), 100x (kugghjulsingrepp) eller icke-synkrona toppar (lagerfel).21
• Polära grafer: För balansering och vektoranalys plottar programvaran vibrationsvektorer på en polär plot. Denna visualisering är avgörande när man tillämpar inflytandekoefficientmetoder för balansering.
• ISO 1940 Toleransberäknare: Medan ISO 20816-3 behandlar vibrationsgränser, behandlar ISO 1940 balanseringskvalitet (G-grader). Programvaran Balanset-1A har en inbyggd kalkylator där användaren matar in rotorns massa och hastighet, varefter systemet beräknar den tillåtna restobalansen i gram-millimeter. Detta överbryggar klyftan mellan “vibrationerna är för höga” (ISO 20816) och “här är hur mycket vikt som ska avlägsnas” (ISO 1940).11

4.3 Sensorkompatibilitet och ingångskonfiguration

Som framgår av forskningsutdraget är förmågan att kommunicera med olika typer av sensorer avgörande.

• Accelerometrar: Standardgivarna. Systemet integrerar accelerationssignalen (g) till hastighet (mm/s) eller dubbelintegrerar till förskjutning (µm) beroende på vald vy. Denna integration hanteras digitalt för att minimera brusdrift.
• Virvelströmsprober: Systemet accepterar 0–10 V eller liknande analoga ingångar. Användaren måste konfigurera transformationskoefficienten i inställningarna. En standardprob från Bently Nevada kan till exempel ha en skalfaktor på 200 mV/mil (7,87 V/mm). Användaren anger denna känslighet och Balanset-1A-programvaran skalar den inkommande spänningen för att visa förskjutningen i mikrometer, vilket möjliggör direkt jämförelse med bilaga B i ISO 20816-3.3.

Del V: Operativt genomförande: Från diagnostik till dynamisk balansering

Detta avsnitt beskriver en standardprocedur (SOP) för tekniker som använder Balanset-1A för att säkerställa överensstämmelse med ISO 20816-3.

5.1 Steg 1: Baslinjemätning och klassificering

Teknikern närmar sig en 45 kW centrifugalfläkt.

• Klassificering: Effekt > 15 kW, < 300 kW. Det är grupp 2. Fundamentet är bultat i betong (styvt).
• Begränsningsbestämning: Enligt ISO 20816-3 bilaga A (grupp 2, styv) är gränsen mellan zon B och C 2,8 mm/s.
• Mått: Sensorerna monteras med magnetiska baser. Balanset-1A-läget “Vibrometer” är aktiverat.
• Resultat: Mätvärdet är 6,5 mm/s. Detta är område C/D. Åtgärder måste vidtas.

5.2 Steg 2: Diagnostisk analys

Använda Balanset-1A FFT-funktionen:

• Spektrumet visar en dominerande topp vid körhastigheten (1x RPM).
• Fasanalysen visar en stabil fasvinkel.
• Diagnos: Statisk obalans. (Om fasen var instabil eller höga övertoner förekom, skulle felinriktning eller glapp misstänkas).

5.3 Steg 3: Balanseringsproceduren (på plats)

Eftersom diagnosen är obalans använder teknikern Balanset-1A:s balanseringsläge. Standarden kräver att vibrationerna reduceras till nivåerna i zon A eller B.

5.3.1 Tre-körningsmetoden (påverkanskoefficienter)

Balanset-1A automatiserar den vektormatematik som krävs för balansering.

• Körning 0 (initial): Mät amplituden A₀ och fas φ₀ av den ursprungliga vibrationen.
• Körning 1 (provvikt): En känd massa M_rättegång läggs till i en godtycklig vinkel. Systemet mäter den nya vibrationsvektorn (A₁, φ₁).

Beräkning: Programvaran beräknar inflytandekoefficienten α, som representerar rotorns känslighet för massförändringar.

α = (V₁ − V₀) / M_rättegång

Korrektion: Systemet beräknar den erforderliga korrigeringsmassan M_korr för att upphäva den initiala vibrationen.

M_korr = − V₀ / α

Körning 2 (verifiering): Provvikten avlägsnas och den beräknade korrigeringsvikten läggs till. Den kvarvarande vibrationen mäts.

.11

5.4 Steg 4: Verifiering och rapportering

Efter balansering sjunker vibrationen till 1,2 mm/s.
Kontrollera: 1,2 mm/s är < 1,4 mm/s. Maskinen befinner sig nu i zon A.

Dokumentation: Teknikern sparar sessionen i Balanset-1A. En rapport genereras som visar spektrumet “före” (6,5 mm/s) och spektrumet “efter” (1,2 mm/s), med tydlig hänvisning till gränsvärdena i ISO 20816-3. Denna rapport fungerar som intyg om överensstämmelse.

Del VI: Särskilda överväganden

6.1 Låghastighetsmaskiner

ISO 20816-3 innehåller särskilda anmärkningar för maskiner som körs under 600 rpm. Vid låga hastigheter blir hastighetssignalerna svaga och förskjutningen blir den dominerande indikatorn på belastning. Balanset-1A hanterar detta genom att låta användaren växla visningsmåttet till förskjutning (µm) eller genom att se till att den lägre frekvensgränsen är inställd på 5 Hz eller lägre (helst 2 Hz) för att fånga upp den primära energin. I “Varningar” i bilaga D till standarden varnas för att enbart förlita sig på hastigheten vid låga hastigheter 23, en nyans som Balanset-1A-användaren måste vara medveten om genom att kontrollera inställningarna för “Lineär” eller lågfrekvensfilter.

6.2 Övergångsförhållanden: Uppstart och avstannande

Vibrationer vid start (övergångsdrift) kan överskrida gränsvärdena för stabil drift på grund av att kritiska hastigheter (resonans) passerar. ISO 20816-3 tillåter högre gränsvärden under dessa övergångsfaser.23

Balanset-1A har en experimentell funktion för att skapa ett “RunDown”-diagram.11 Denna funktion gör det möjligt för teknikern att registrera vibrationsamplituden i förhållande till varvtalet under en utrullning. Dessa data är avgörande för:

• Identifiera kritiska hastigheter (resonans).
• Kontrollera att maskinen passerar resonansen tillräckligt snabbt för att undvika skador.
• Säkerställa att den “höga” vibrationen verkligen är övergående och inte ett permanent tillstånd.

6.3 Bilaga A kontra bilaga B: Den dubbla utvärderingen

En noggrann efterlevnadskontroll kräver ofta båda delarna.

• Bilaga A (Bostäder): Mäter kraftöverföringen till konstruktionen. Bra vid obalans och glapp.
• Bilaga B (axel): Mäter rotordynamik. Bra för instabiliteter, oljevirvlar, torkningsdetektering.

En tekniker som använder Balanset-1A kan använda accelerometrar för att uppfylla kraven i bilaga A och sedan byta ingångar till befintliga Bently Nevada-sonder för att verifiera efterlevnaden av bilaga B på en stor turbin. Balanset-1A:s förmåga att fungera som en “andra åsikt” eller “fältverifierare” för permanenta rackbaserade monitorer är en viktig tillämpning för att uppfylla kraven i båda bilagorna.

Slutsats

Övergången till ISO 20816-3 innebär en mognad inom området vibrationsanalys, vilket kräver en mer nyanserad, fysikbaserad metod för maskinutvärdering. Den går bortom enkla “godkänd/underkänd”-siffror till en nivå där man analyserar stödstyvhet, förändringsvektorer och mätningar i två domäner (hus/axel).

Balanset-1A-systemet uppfyller i hög grad dessa moderna krav. Dess tekniska specifikationer – frekvensområde, noggrannhet och sensorflexibilitet – gör det till en kapabel hårdvaruplattform. Dess verkliga värde ligger dock i dess programvaruflöde, som guidar användaren genom standardens komplexa logik: från korrigering av bakgrundsvibrationer och zonklassificering till den matematiska noggrannheten i balansering av influenskoefficienter. Genom att effektivt kombinera diagnostikfunktionerna hos en spektrumanalysator med den korrigerande kraften hos en dynamisk balanseringsenhet gör Balanset-1A det möjligt för underhållsteam att inte bara identifiera avvikelser från ISO 20816-3 utan också aktivt åtgärda dem, vilket säkerställer lång livslängd och tillförlitlighet för den industriella tillgångsbasen.