มาตรฐาน ISO 10816-1 และการนำไปใช้ในทางปฏิบัติของเครื่องมือสำหรับการวินิจฉัยการสั่นสะเทือนโดยใช้ระบบ Balanset-1A

บทคัดย่อ

รายงานฉบับนี้นำเสนอการวิเคราะห์อย่างครอบคลุมเกี่ยวกับข้อกำหนดด้านกฎระเบียบระหว่างประเทศสำหรับสภาพการสั่นสะเทือนของอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่กำหนดไว้ในมาตรฐาน ISO 10816-1 และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง รายงานนี้ทบทวนวิวัฒนาการของการมาตรฐานตั้งแต่ ISO 2372 จนถึงมาตรฐานปัจจุบัน ISO 20816 อธิบายความหมายทางกายภาพของพารามิเตอร์ที่วัดได้ และอธิบายวิธีการประเมินความรุนแรงของสภาพการสั่นสะเทือน ให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับการนำไปใช้ในทางปฏิบัติของกฎเหล่านี้โดยใช้ระบบบาลานซ์และวินิจฉัยแบบพกพา Balanset-1A รายงานนี้ประกอบด้วยคำอธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับคุณลักษณะทางเทคนิคของเครื่องมือ, อัลกอริทึมการปฏิบัติการในโหมดไวบ์โรมิเตอร์และบาลานซ์, และคำแนะนำทางวิชาการสำหรับการวัดเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามเกณฑ์ความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยสำหรับเครื่องจักรหมุน.

บทที่ 1. พื้นฐานทางทฤษฎีของการวินิจฉัยการสั่นสะเทือนและพัฒนาการของการกำหนดมาตรฐาน

1.1. ลักษณะทางกายภาพของการสั่นสะเทือนและการเลือกพารามิเตอร์การวัด

การสั่นสะเทือน ในฐานะพารามิเตอร์การวินิจฉัย เป็นตัวบ่งชี้ที่ให้ข้อมูลมากที่สุดเกี่ยวกับสภาวะไดนามิกของระบบกลไก ต่างจากอุณหภูมิหรือความดัน ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้เชิงรวมและมักตอบสนองต่อข้อบกพร่องด้วยความล่าช้า สัญญาณการสั่นสะเทือนให้ข้อมูลเกี่ยวกับแรงที่กระทำอยู่ภายในกลไกในเวลาจริง

มาตรฐาน ISO 10816-1 เช่นเดียวกับมาตรฐานก่อนหน้านั้น มีพื้นฐานมาจากการวัดความเร็วของการสั่นสะเทือน การเลือกวิธีนี้ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ แต่เป็นผลมาจากลักษณะทางพลังงานของความเสียหาย ความเร็วของการสั่นสะเทือนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพลังงานจลน์ของมวลที่สั่นสะเทือน และด้วยเหตุนี้จึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเค้นจากความล้าที่เกิดขึ้นในชิ้นส่วนของเครื่องจักร.

การวินิจฉัยการสั่นสะเทือนใช้พารามิเตอร์หลักสามตัว ซึ่งแต่ละตัวมีขอบเขตการใช้งานของตัวเอง:

การกระจัดจากการสั่นสะเทือน (การกระจัด): ความกว้างของการสั่นที่วัดเป็นไมโครเมตร (µm) ค่าพารามิเตอร์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับเครื่องจักรที่มีความเร็วต่ำ (ต่ำกว่า 600 รอบต่อนาที) และสำหรับการประเมินระยะห่างในตลับลูกปืนแกนหมุน ซึ่งมีความสำคัญในการป้องกันการสัมผัสระหว่างโรเตอร์กับสเตเตอร์ ในบริบทของ ISO 10816-1 การเคลื่อนที่มีการใช้อย่างจำกัดเนื่องจากที่ความถี่สูง แม้การเคลื่อนที่เพียงเล็กน้อยก็สามารถสร้างแรงทำลายได้.

ความเร็วการสั่นสะเทือน (ความเร็ว): ความเร็วของจุดผิวที่วัดเป็นมิลลิเมตรต่อวินาที (มม./วินาที) นี่คือพารามิเตอร์สากลสำหรับช่วงความถี่ตั้งแต่ 10 ถึง 1000 เฮิรตซ์ ซึ่งครอบคลุมข้อบกพร่องทางกลหลัก: ความไม่สมดุล, การไม่ตรงแนว, และความหลวม ISO 10816 ใช้ความเร็วการสั่นสะเทือนเป็นเกณฑ์การประเมินหลัก มาตรฐานนี้ระบุค่า RMS (รากที่สองของค่าเฉลี่ยกำลังสอง) ซึ่งเป็นลักษณะของพลังงานเฉลี่ยของการสั่นสะเทือน.

การเร่งการสั่นสะเทือน (การเร่ง): อัตราการเปลี่ยนแปลงของความเร็วการสั่นสะเทือนที่วัดเป็นเมตรต่อวินาทียกกำลังสอง (ม./วิน.²) หรือหน่วย g (1 g = 9.81 ม./วิน.²) การเร่งความเร็วเป็นตัวบ่งชี้แรงเฉื่อยและมีความไวต่อกระบวนการที่มีความถี่สูง (ตั้งแต่ 1000 Hz ขึ้นไป) เช่น ข้อบกพร่องของตลับลูกปืนในระยะเริ่มต้น ปัญหาการกัดกันของเฟือง และข้อบกพร่องทางไฟฟ้าในมอเตอร์.

1.2. บริบททางประวัติศาสตร์: จาก ISO 2372 ถึง ISO 20816

การทำความเข้าใจข้อกำหนดในปัจจุบันจำเป็นต้องวิเคราะห์พัฒนาการในอดีต การวิวัฒนาการของมาตรฐานการสั่นสะเทือนครอบคลุมระยะเวลามากกว่าห้าทศวรรษ:

รายงานฉบับนี้มุ่งเน้นที่มาตรฐาน ISO 10816-1 และ ISO 10816-3 เนื่องจากเอกสารเหล่านี้เป็นเครื่องมือหลักในการทำงานสำหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรมประมาณ 90% ที่ได้รับการวินิจฉัยด้วยเครื่องมือพกพา เช่น Balanset-1A.

บทที่ 2. การวิเคราะห์อย่างละเอียดของวิธีการตามมาตรฐาน ISO 10816-1

2.1. ขอบเขตและข้อจำกัด

ISO 10816-1 ใช้สำหรับการวัดการสั่นสะเทือนที่ดำเนินการบนชิ้นส่วนของเครื่องจักรที่ไม่หมุน (เช่น ตัวเรือนแบริ่ง, ขาตั้ง, โครงรองรับ) มาตรฐานนี้ไม่ครอบคลุมถึงการสั่นสะเทือนที่เกิดจากเสียงรบกวน และไม่ครอบคลุมถึงเครื่องจักรที่มีการเคลื่อนที่กลับไปกลับมา (ซึ่งครอบคลุมโดย ISO 10816-6) ที่สร้างแรงเฉื่อยเฉพาะเนื่องจากหลักการการทำงานของมัน.

ประเด็นสำคัญคือ มาตรฐานนี้ควบคุมการวัดในสถานที่จริง — ภายใต้สภาวะการทำงานจริง ไม่ใช่เพียงแค่บนแท่นทดสอบเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าขีดจำกัดต่าง ๆ ได้คำนึงถึงอิทธิพลของฐานรากจริง การเชื่อมต่อท่อ และสภาวะโหลดการทำงานจริงด้วย.

2.2. การจำแนกประเภทอุปกรณ์

องค์ประกอบสำคัญของระเบียบวิธีนี้คือการแบ่งเครื่องจักรทั้งหมดออกเป็นประเภทต่างๆ การนำข้อจำกัดของประเภท IV ไปใช้กับเครื่องจักรประเภท I อาจทำให้วิศวกรมองข้ามสภาวะอันตรายได้ ในขณะที่การนำข้อจำกัดของประเภท I ไปใช้กับเครื่องจักรประเภท IV อาจนำไปสู่การหยุดทำงานของอุปกรณ์ที่ยังทำงานได้ดีโดยไม่จำเป็น.

ตาราง 2.1. การจำแนกประเภทเครื่องจักรตามมาตรฐาน ISO 10816-1

ปัญหาการระบุประเภทของฐานราก (แข็ง vs. ยืดหยุ่น)

มาตรฐานกำหนดให้ฐานรากมีความแข็งหากความถี่ธรรมชาติครั้งแรกของระบบ "เครื่องจักร–ฐานราก" อยู่เหนือความถี่กระตุ้นหลัก (ความถี่การหมุน) ฐานรากจะมีความยืดหยุ่นหากความถี่ธรรมชาติของมันอยู่ต่ำกว่าความถี่การหมุน.

ในทางปฏิบัติ หมายถึง:

• เครื่องจักรที่ถูกยึดด้วยสลักเกลียวกับพื้นคอนกรีตขนาดใหญ่ในโรงงานมักจะเป็นเครื่องจักรที่อยู่ในประเภทที่มีฐานรากแข็งแรงมั่นคง.
• เครื่องจักรที่ติดตั้งบนตัวกันสั่นสะเทือน (สปริง แผ่นยาง) หรือบนโครงเหล็กเบา (เช่น โครงสร้างชั้นบน) จัดอยู่ในประเภทที่มีฐานที่ยืดหยุ่น.
• เครื่องจักรทางกายภาพเดียวกันสามารถเปลี่ยนคลาสได้หากถูกย้ายจากฐานหนึ่งไปยังอีกฐานหนึ่ง — สิ่งนี้สำคัญมากที่ต้องจำเมื่อย้ายอุปกรณ์.

2.3. เขตการประเมินการสั่นสะเทือน

แทนที่จะใช้การประเมินแบบสองขั้ว "ดี/ไม่ดี" มาตรฐานนี้เสนอมาตราส่วนสี่ระดับที่สนับสนุนการบำรุงรักษาตามสภาพ:

2.4. ค่าขีดจำกัดการสั่นสะเทือน

ตารางด้านล่างสรุปค่าขีดจำกัดของความเร็วการสั่นสะเทือน RMS (มม./วินาที) ตามภาคผนวก B ของมาตรฐาน ISO 10816-1 ค่าเหล่านี้เป็นค่าที่ได้จากการทดลองและใช้เป็นแนวทางในกรณีที่ไม่มีข้อมูลจากผู้ผลิต.

ตาราง 2.2. ค่าขอบเขตโซน (ISO 10816-1 ภาคผนวก B)

การเปรียบเทียบทางสายตา: ขอบเขตโซนตามประเภทเครื่องจักร

การตีความเชิงวิเคราะห์. พิจารณาค่า 4.5 มม./วินาที สำหรับเครื่องจักรขนาดเล็ก (คลาส I) นี่คือขอบเขตของสภาวะฉุกเฉิน (C/D) ซึ่งจำเป็นต้องหยุดการทำงานสำหรับเครื่องจักรขนาดกลาง (Class II) นี่คือจุดกึ่งกลางของโซน "ต้องให้ความสนใจ" สำหรับเครื่องจักรขนาดใหญ่บนฐานที่แข็งแรง (Class III) นี่คือเพียงขอบเขตระหว่างโซน "ยอมรับได้" และ "ไม่ยอมรับได้" สำหรับเครื่องจักรบนฐานที่ยืดหยุ่น (Class IV) นี่คือระดับการสั่นสะเทือนในการทำงานปกติ (โซน B) การเปลี่ยนแปลงนี้แสดงให้เห็นถึงความเสี่ยงของการใช้ขีดจำกัดทั่วไปโดยไม่มีการจำแนกประเภทอย่างเหมาะสม.

2.5. เกณฑ์การประเมินสองประการ: ค่าสัมบูรณ์เทียบกับค่าการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์

ISO 10816-1 กำหนดเกณฑ์การประเมินอิสระสองประการที่ควรนำมาใช้พร้อมกัน:

เกณฑ์ที่ I — ขนาดการสั่นสะเทือน: ความเร็วการสั่นสะเทือน RMS บรอดแบนด์สัมบูรณ์เมื่อเทียบกับขีดจำกัดของโซน นี่คือเกณฑ์หลักที่อธิบายไว้ในตารางข้างต้น.

เกณฑ์ที่ II — การเปลี่ยนแปลงของการสั่นสะเทือน: การเปลี่ยนแปลงที่มีนัยสำคัญ (เพิ่มขึ้นหรือลดลง) ในระดับการสั่นสะเทือนเมื่อเทียบกับค่าพื้นฐานที่กำหนดไว้ โดยไม่คำนึงว่าระดับสัมบูรณ์จะข้ามขอบเขตของโซนหรือไม่ การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของระดับการสั่นสะเทือนมากกว่า 25% อาจบ่งชี้ถึงข้อบกพร่องที่กำลังพัฒนา แม้ว่าเครื่องจักรจะยังคงอยู่ในโซน B ก็ตาม ในทางกลับกัน การลดลงอย่างกะทันหันอาจบ่งชี้ว่าข้อต่อเสียหายหรือชิ้นส่วนใดชิ้นหนึ่งหักออก.

บทที่ 3. ภาพรวมทั้งหมดของมาตรฐาน ISO 10816 / 20816

มาตรฐาน ISO 10816 ได้รับการเผยแพร่เป็นชุดหลายส่วน โดยส่วนที่ 1 ให้กรอบการทำงานทั่วไปและส่วนต่อๆ ไปจะกำหนดข้อกำหนดเฉพาะสำหรับเครื่องจักรประเภทต่างๆ การเข้าใจว่าส่วนใดที่ใช้กับอุปกรณ์เฉพาะของคุณเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการประเมินที่ถูกต้อง.

ตาราง 3.0. รายการทั้งหมดของส่วน ISO 10816 และส่วนที่แทนที่ด้วย ISO 20816

3.1. ISO 7919 ซีรีส์ (การสั่นสะเทือนของเพลา) — ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของ ISO 20816

ในขณะที่ ISO 10816 มุ่งเน้นเฉพาะการสั่นสะเทือนของตัวเรือนแบริ่งเท่านั้น ISO 7919 ซีรีส์ที่ทำงานควบคู่กันจะกล่าวถึงการสั่นสะเทือนของเพลาที่วัดโดยใช้หัววัดแบบไม่สัมผัส (เซ็นเซอร์กระแสไหลวน) สำหรับเครื่องจักรหมุนที่สำคัญ เช่น กังหันไอน้ำขนาดใหญ่ กังหันก๊าซ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การสั่นสะเทือนสัมพัทธ์ของเพลาเป็นพารามิเตอร์ที่ให้ข้อมูลมากกว่าเนื่องจากวัดการเคลื่อนที่ของโรเตอร์ภายในระยะห่างของแบริ่งโดยตรง.

การรวมกันของสองชุดมาตรฐานนี้ใน ISO 20816 สะท้อนให้เห็นถึงความเข้าใจในปัจจุบันว่าการตรวจสอบสภาพอย่างครอบคลุมของเครื่องจักรที่มีความสำคัญต้องการทั้งการวัดการสั่นสะเทือนของตัวเครื่อง (สำหรับการประเมินโครงสร้าง) และการวัดการสั่นสะเทือนของแกนหมุน (สำหรับการประเมินพลวัตของโรเตอร์).

3.2. มาตรฐานระหว่างประเทศที่เกี่ยวข้อง

ISO 10816 ไม่ได้มีอยู่เพียงลำพัง มาตรฐานที่เกี่ยวข้องหลายฉบับได้กำหนดข้อกำหนดของเซ็นเซอร์ คุณภาพการบาลานซ์ และวิธีการวัด:

3.3. ความสัมพันธ์ระหว่างคุณภาพการบาลานซ์ตาม ISO 1940 และโซนการสั่นสะเทือน ISO 10816

หนึ่งในคำถามที่พบบ่อยที่สุดในการปฏิบัติงานคือคุณภาพของสมดุล (ค่า G ตามมาตรฐาน ISO 1940) มีความสัมพันธ์กับโซนการสั่นสะเทือนใน ISO 10816 อย่างไร แม้ว่าจะไม่มีสูตรทางคณิตศาสตร์ที่เชื่อมโยงกันโดยตรง (ความสัมพันธ์ขึ้นอยู่กับค่าความแข็งของตลับลูกปืน มวลของเครื่องจักร และพลศาสตร์ของฐานรองรับ) แต่ก็มีค่าความสัมพันธ์ทั่วไปดังนี้:

• สมดุลเกรด G2.5 (ทั่วไปสำหรับพัดลม, ปั๊ม, มอเตอร์) โดยทั่วไปสามารถบรรลุโซน A หรือ B บนเครื่องจักรที่ติดตั้งอย่างถูกต้อง.
• เกรดสมดุล G6.3 (เครื่องจักรทั่วไป) โดยทั่วไปจะได้ระดับโซน B แต่สำหรับโครงสร้างที่แข็งเกร็งและน้ำหนักเบาอาจอยู่ในโซน C.
• เกรดสมดุล G16 (อุปกรณ์การเกษตร, เครื่องบด) โดยทั่วไปสอดคล้องกับโซน C หรือแย่กว่าตามมาตรฐาน ISO 10816.

ระบบ Balanset-1A สามารถบรรลุคุณภาพความสมดุล G2.5 และดีกว่า ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการปฏิบัติตามข้อกำหนดของ ISO 10816 โซน A.

บทที่ 4. รายละเอียดเฉพาะของเครื่องจักรอุตสาหกรรม: ISO 10816-3

ในขณะที่ ISO 10816-1 กำหนดกรอบทั่วไป ในทางปฏิบัติแล้ว หน่วยอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ (ปั๊ม, พัดลม, คอมเพรสเซอร์ที่มีกำลังไฟฟ้ามากกว่า 15 กิโลวัตต์) ถูกควบคุมโดยส่วนที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นคือส่วนที่ 3 ของมาตรฐาน (ISO 10816-3) เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องเข้าใจความแตกต่างนี้เพราะ Balanset-1A มักถูกใช้เพื่อปรับสมดุลพัดลมและปั๊มที่ครอบคลุมในส่วนนี้.

4.1. กลุ่มเครื่องจักรในมาตรฐาน ISO 10816-3

ต่างจากสี่ประเภทในภาคที่ 1 ภาคที่ 3 แบ่งเครื่องจักรออกเป็นสองกลุ่มหลัก:

กลุ่มที่ 1: เครื่องจักรขนาดใหญ่ที่มีกำลังงานพิกัดมากกว่า 300 กิโลวัตต์ หรือเครื่องจักรไฟฟ้าที่มีความสูงของเพลามากกว่า 315 มิลลิเมตร ที่ทำงานด้วยความเร็วระหว่าง 120 รอบต่อนาที ถึง 15,000 รอบต่อนาที.

กลุ่มที่ 2: เครื่องจักรขนาดกลางที่มีกำลังไฟฟ้าที่กำหนดตั้งแต่ 15 กิโลวัตต์ ถึง 300 กิโลวัตต์ หรือเครื่องจักรไฟฟ้าที่มีความสูงของเพลาตั้งแต่ 160 มิลลิเมตร ถึง 315 มิลลิเมตร ที่ความเร็วในการทำงานระหว่าง 120 รอบต่อนาที ถึง 15,000 รอบต่อนาที.

4.2. ขีดจำกัดการสั่นสะเทือนในมาตรฐาน ISO 10816-3

ขีดจำกัดขึ้นอยู่กับประเภทของฐานราก (แข็ง / ยืดหยุ่น) ซึ่งยังคงเป็นคำจำกัดความเดียวกันกับในภาคที่ 1.

ตาราง 4.1. ขีดจำกัดการสั่นสะเทือนตามมาตรฐาน ISO 10816-3 (RMS, มม./วินาที)

การสังเคราะห์ข้อมูล. การเปรียบเทียบตารางใน ISO 10816-1 และ ISO 10816-3 แสดงให้เห็นว่า ISO 10816-3 มีข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่าสำหรับเครื่องจักรกำลังปานกลาง (กลุ่ม 2) ที่ติดตั้งบนฐานรากแข็ง โดยขีดจำกัดของโซน D ถูกกำหนดไว้ที่ 4.5 มิลลิเมตรต่อวินาที ซึ่งสอดคล้องกับขีดจำกัดสำหรับ Class I ในภาค 1 นี่เป็นการยืนยันแนวโน้มที่มีขีดจำกัดเข้มงวดมากขึ้นสำหรับอุปกรณ์ที่ทันสมัย รวดเร็ว และมีน้ำหนักเบาเมื่อใช้ Balanset-1A เพื่อวินิจฉัยพัดลมขนาด 45 kW บนพื้นคอนกรีต คุณควรให้ความสนใจกับคอลัมน์ "กลุ่ม 2 / แข็ง" ในตารางนี้ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงไปยังโซนฉุกเฉินเกิดขึ้นที่ 4.5 มิลลิเมตรต่อวินาที.

4.3. ข้อกำหนดเพิ่มเติมของ ISO 10816-3

ISO 10816-3 เพิ่มข้อกำหนดที่สำคัญนอกเหนือจากขีดจำกัดของโซนพื้นฐาน:

• การทดสอบการยอมรับ: สำหรับเครื่องจักรที่ติดตั้งใหม่หรือซ่อมแซมแล้ว การสั่นสะเทือนควรอยู่ในโซน A หากอยู่ในโซน B ควรทำการตรวจสอบเพื่อหาสาเหตุ.
• สัญญาณเตือนการปฏิบัติการ: มาตรฐานแนะนำให้ตั้งค่าระดับการเตือนภัยสองระดับ — ALERT (โดยทั่วไปที่ขอบเขต B/C) และ DANGER (ที่ขอบเขต C/D) ซึ่งสามารถนำไปใช้ในระบบตรวจสอบอย่างต่อเนื่องได้.
• สภาวะชั่วคราว: มาตรฐานนี้ยอมรับว่าในระหว่างการเริ่มต้นและปิดระบบ การสั่นสะเทือนอาจเกินขีดจำกัดของสภาวะคงที่ชั่วคราว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผ่านความเร็ววิกฤต (การสั่นพ้อง).
• เครื่องจักรแบบเชื่อมต่อ: สำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานร่วมกัน (เช่น ชุดมอเตอร์-ปั๊ม) ควรประเมินเครื่องจักรแต่ละเครื่องแยกกันโดยใช้ขีดจำกัดที่เหมาะสมกับการจัดกลุ่มของเครื่องจักรนั้น.

บทที่ 5. สถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์ของระบบ Balanset-1A

ในการดำเนินการตามข้อกำหนดของ ISO 10816/20816 คุณจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่ให้ผลการวัดที่แม่นยำและสามารถทำซ้ำได้ และตรงกับช่วงความถี่ที่ต้องการ ระบบ Balanset-1A ที่พัฒนาโดย Vibromera เป็นโซลูชันแบบบูรณาการที่รวมฟังก์ชันของเครื่องวิเคราะห์การสั่นสะเทือนสองช่องสัญญาณและเครื่องมือปรับสมดุลในสนามเข้าไว้ด้วยกัน.

5.1. ช่องทางการวัดและเซ็นเซอร์

ระบบ Balanset-1A มีช่องทางการวัดการสั่นสะเทือนอิสระสองช่อง (X1 และ X2) ซึ่งช่วยให้สามารถวัดพร้อมกันที่จุดสองจุดหรือในสองระนาบได้.

ประเภทของเซ็นเซอร์. ระบบใช้เครื่องวัดความเร่ง (ตัวแปลงสัญญาณการสั่นสะเทือนที่วัดความเร่ง) ซึ่งเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสมัยใหม่ เนื่องจากเครื่องวัดความเร่งให้ความน่าเชื่อถือสูง ช่วงความถี่กว้าง และความเป็นเชิงเส้นที่ดี.

การรวมสัญญาณ. เนื่องจากมาตรฐาน ISO 10816 กำหนดให้ต้องประเมินความเร็วการสั่นสะเทือน (มม./วินาที) สัญญาณจากเครื่องวัดความเร่งจึงต้องถูกอินทิเกรตในฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ ขั้นตอนนี้ถือเป็นขั้นตอนสำคัญในการประมวลผลสัญญาณ และคุณภาพของเครื่องแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัลมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง.

ช่วงการวัด. เครื่องมือนี้วัดความเร็วการสั่นสะเทือน (RMS) ในช่วงตั้งแต่ 0.05 ถึง 100 มม./วินาที ช่วงนี้ครอบคลุมโซนการประเมินทั้งหมดตามมาตรฐาน ISO 10816 (ตั้งแต่โซน A 45 มม./วินาที สำหรับเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่สุด).

5.2. ลักษณะความถี่และความแม่นยำ

ลักษณะทางมาตรวิทยาของ Balanset-1A เป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐานอย่างสมบูรณ์.

ช่วงความถี่. เวอร์ชันพื้นฐานของเครื่องมือทำงานในช่วงความถี่ 5 Hz – 550 Hz. ขีดจำกัดล่างที่ 5 Hz (300 rpm) ยังสูงกว่าข้อกำหนดมาตรฐาน ISO 10816 ที่ 10 Hz และรองรับการวินิจฉัยของเครื่องจักรความเร็วต่ำ.ขีดจำกัดบนที่ 550 Hz ครอบคลุมถึงฮาร์มอนิกที่ 11 สำหรับเครื่องจักรที่มีความถี่การหมุน 3000 รอบต่อนาที (50 Hz) ซึ่งเพียงพอสำหรับการตรวจจับความไม่สมดุล (1×), การไม่ตรงแนว (2×, 3×), และความหลวม. สามารถขยายช่วงความถี่ได้ถึง 1000 Hz ตามต้องการ ซึ่งครอบคลุมทุกข้อกำหนดมาตรฐานอย่างสมบูรณ์.

ความแม่นยำของแอมพลิจูด. ค่าความผิดพลาดในการวัดแอมพลิจูดคือ ±5% ของค่าเต็มสเกล สำหรับงานตรวจสอบการทำงานทั่วไป ซึ่งขอบเขตของโซนอาจแตกต่างกันเป็นร้อยเปอร์เซ็นต์ ความแม่นยำนี้ถือว่าเพียงพอมาก.

ความแม่นยำของเฟส. เครื่องมือวัดมุมเฟสด้วยความแม่นยำ ±1 องศา แม้ว่าเฟสจะไม่ถูกควบคุมโดยมาตรฐาน ISO 10816 แต่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อขั้นตอนการปรับสมดุล.

5.3. ช่องสัญญาณมาตรวัดรอบ

ชุดอุปกรณ์ประกอบด้วยเครื่องวัดความเร็วรอบแบบเลเซอร์ (เซ็นเซอร์แสง) ที่ทำหน้าที่สองประการ: วัดความเร็วรอบของโรเตอร์ (RPM) ตั้งแต่ 150 ถึง 60,000 รอบต่อนาที (ในบางรุ่นสูงถึง 100,000 รอบต่อนาที) ทำให้สามารถระบุได้ว่าการสั่นสะเทือนนั้นสอดคล้องกับความถี่การหมุน (1×) หรือไม่สอดคล้อง;และสร้างสัญญาณเฟสอ้างอิง (เครื่องหมายเฟส) สำหรับการเฉลี่ยแบบซิงโครนัสและการคำนวณมุมมวลการแก้ไขระหว่างการถ่วงสมดุล.

5.4. การเชื่อมต่อและการจัดวาง

ชุดมาตรฐานประกอบด้วยสายเซ็นเซอร์ยาว 4 เมตร (สามารถเลือกเป็น 10 เมตรได้) ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยระหว่างการวัดในสถานที่ สายเคเบิลที่ยาวช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถอยู่ห่างจากชิ้นส่วนเครื่องจักรที่หมุนได้ ซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยในอุตสาหกรรมสำหรับการทำงานกับอุปกรณ์ที่หมุน.

ตาราง 5.1. ข้อกำหนดหลักของ Balanset-1A เทียบกับข้อกำหนดของ ISO 10816

บทที่ 6. วิธีการวัดและการประเมินตามมาตรฐาน ISO 10816 โดยใช้เครื่อง Balanset-1A

6.1. การเตรียมการสำหรับการวัด

ระบุเครื่องจักร. กำหนดประเภทหรือกลุ่มของเครื่องจักร (ตามบทที่ 2 และ 4 ของรายงานนี้) ตัวอย่างเช่น "พัดลมขนาด 45 กิโลวัตต์บนฐานรองกันสั่นสะเทือน" จัดอยู่ในกลุ่ม 2 (ISO 10816-3) โดยมีฐานรากแบบยืดหยุ่น.

การติดตั้งซอฟต์แวร์. ติดตั้งไดร์เวอร์และซอฟต์แวร์ Balanset-1A จากไดร์ฟ USB ที่ให้มา ต่อหน่วยเชื่อมต่อเข้ากับพอร์ต USB ของแลปท็อป.

ติดตั้งเซ็นเซอร์. ติดตั้งเซ็นเซอร์บนตัวเรือนตลับลูกปืน — ไม่ใช่บนฝาครอบบางๆ, ที่ป้องกัน, หรือตัวเรือนโลหะแผ่น ใช้ฐานแม่เหล็กและตรวจสอบให้แน่ใจว่าแม่เหล็กติดแน่นบนพื้นผิวที่สะอาดและเรียบ สีหรือสนิมใต้แม่เหล็กจะทำหน้าที่เป็นตัวหน่วงและลดการอ่านค่าความถี่สูง รักษาความเป็นฉาก: ทำการวัดในแนวตั้ง (V), แนวนอน (H), และแนวแกน (A) ที่แต่ละตลับลูกปืนBalanset-1A มีสองช่องสัญญาณ ดังนั้นคุณสามารถวัด V และ H ได้พร้อมกันที่จุดรองรับเดียว.

6.2. โหมดไวโบรมิเตอร์ (F5)

ซอฟต์แวร์ Balanset-1A มีโหมดเฉพาะสำหรับการประเมินตามมาตรฐาน ISO 10816 ให้รันโปรแกรม กด F5 (หรือคลิกที่ปุ่ม "F5 - Vibrometer" ในหน้าต่างโปรแกรม) จากนั้นกด F9 (Run) เพื่อเริ่มการเก็บข้อมูล.

การวิเคราะห์ตัวชี้วัด:

• อาร์เอ็มเอส (รวม): เครื่องมือแสดงค่าความเร็วการสั่นสะเทือน RMS โดยรวม (V1s, V2s) นี่คือค่าที่คุณเปรียบเทียบกับขีดจำกัดที่ระบุในตารางมาตรฐาน.
• 1 ครั้ง การสั่น: เครื่องมือนี้ทำการสกัดค่าแอมพลิจูดการสั่นที่ความถี่การหมุน (ส่วนประกอบซิงโครนัส).

หากค่า RMS สูง (โซน C/D) แต่ค่าส่วนประกอบ 1× ต่ำ ปัญหาไม่ได้เกิดจากการไม่สมดุล อาจเป็นความผิดปกติของตลับลูกปืน การเกิดโพรงอากาศ (สำหรับปั๊ม) หรือปัญหาทางแม่เหล็กไฟฟ้าหากค่า RMS ใกล้เคียงกับค่า 1× (ตัวอย่างเช่น RMS = 10 มม./วินาที, 1× = 9.8 มม./วินาที) ความไม่สมดุลจะมีอิทธิพลเหนือกว่า และการปรับสมดุลจะช่วยลดการสั่นสะเทือนได้ประมาณ 95%.

6.3. การวิเคราะห์สเปกตรัม (FFT)

หากการสั่นสะเทือนโดยรวมเกินขีดจำกัด (โซน C หรือ D) คุณต้องระบุสาเหตุ โหมด F5 มีแท็บแผนภูมิพร้อมการแสดงสเปกตรัม FFT.

• ยอดที่เด่นชัดที่ 1× (ความถี่การหมุน) บ่งชี้ถึงความไม่สมดุล.
• ค่าสูงสุดที่ 2×, 3× บ่งชี้ถึงการไม่ตรงแนวหรือความหลวม.
• เสียง "รบกวน" ความถี่สูงหรือเสียงฮาร์โมนิกที่ดังเป็นกลุ่มบ่งชี้ถึงข้อบกพร่องของตลับลูกปืนแบบกลิ้ง.
• ความถี่ในการผ่านของใบพัด (จำนวนใบพัด × รอบต่อนาที) บ่งชี้ถึงปัญหาทางอากาศพลศาสตร์ในพัดลมหรือปัญหาทางไฮดรอลิกในปั๊ม.
• 2× ความถี่ของสาย (100 Hz หรือ 120 Hz) บ่งชี้ถึงข้อผิดพลาดทางไฟฟ้าในมอเตอร์ (ความเยื้องศูนย์ของสเตเตอร์, แท่งโรเตอร์ที่หัก).

Balanset-1A ให้การแสดงผลเหล่านี้ ซึ่งเปลี่ยนจาก "เครื่องวัดการปฏิบัติตาม" แบบง่าย ๆ ให้กลายเป็นเครื่องมือวินิจฉัยที่สมบูรณ์.

6.4. จุดวัดและทิศทาง

ISO 10816-1 แนะนำให้วัดการสั่นสะเทือนในสามทิศทางที่ตั้งฉากกันที่ตำแหน่งตลับลูกปืนแต่ละตำแหน่ง สำหรับเครื่องจักรทั่วไปที่มีตลับลูกปืนสองตำแหน่ง หมายถึงจุดวัดสูงสุดหกจุด (3 ทิศทาง × 2 ตลับลูกปืน) ในทางปฏิบัติ การวัดที่สำคัญที่สุดคือ:

• แนวตั้ง (V): ไวต่อความไม่สมดุล (unbalance) มากที่สุด โดยทั่วไปจะให้ค่าสูงสุดเนื่องจากตลับลูกปืนมีความแข็งน้อยกว่าในทิศทางแนวตั้ง.
• แนวนอน (H): ไวต่อการไม่ตรงแนวและการหลวม การสั่นสะเทือนในแนวนอนที่เกินกว่าการสั่นสะเทือนในแนวตั้งอย่างมีนัยสำคัญมักบ่งชี้ถึงฐานที่อ่อนหรือสลักที่หลวม.
• แกน (A): การสั่นสะเทือนในแนวแกนที่สูงขึ้น (มากกว่า 50% ของการสั่นสะเทือนในแนวรัศมี) บ่งชี้ถึงการไม่ตรงแนว เพลาโค้งงอ หรือโรเตอร์ที่แขวนไม่สมดุล.

ค่าการอ่านสูงสุดจากทุกจุดวัดและทิศทางมักถูกใช้สำหรับการประเมินตามมาตรฐาน ISO 10816 ควรบันทึกการวัดทั้งหมดเพื่อการวิเคราะห์แนวโน้มเสมอ.

บทที่ 7 การปรับสมดุลเป็นวิธีการแก้ไข: การใช้งานจริงของ Balanset-1A

เมื่อการวินิจฉัย (โดยอิงจากการครอบงำ 1 เท่าในสเปกตรัม) บ่งชี้ว่าความไม่สมดุลเป็นสาเหตุหลักของการเกินขีดจำกัด ISO 10816 ขั้นตอนต่อไปคือการปรับสมดุล Balanset-1A ใช้การวิเคราะห์ด้วยสัมประสิทธิ์อิทธิพล (วิธีสามรอบ).

7.1. ทฤษฎีสมดุล

ความไม่สมดุลเกิดขึ้นเมื่อจุดศูนย์กลางมวลของโรเตอร์ไม่ตรงกับแกนหมุนของมัน สิ่งนี้ทำให้เกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง F = m · r · ω² ซึ่งสร้างการสั่นสะเทือนที่ความถี่การหมุน เป้าหมายของการปรับสมดุลคือการเพิ่มมวลแก้ไข (น้ำหนัก) ที่สร้างแรงซึ่งมีขนาดเท่ากันและทิศทางตรงข้ามกับแรงไม่สมดุล.

7.2. ขั้นตอนการปรับสมดุลแบบระนาบเดียว

ใช้ขั้นตอนนี้สำหรับโรเตอร์แคบ (พัดลม, รอก, แผ่นดิสก์) เลือกโหมด F2 ในโปรแกรม.

รัน 0 — เริ่มต้น: เริ่มโรเตอร์ กด F9 เครื่องมือจะวัดการสั่นสะเทือนเริ่มต้น (แอมพลิจูดและเฟส) ตัวอย่าง: 8.5 มม./วินาที ที่ 120°.

รัน 1 — น้ำหนักทดลอง: หยุดโรเตอร์ ติดตั้งน้ำหนักทดลองที่มีมวลที่ทราบ (เช่น 10 กรัม) ที่ตำแหน่งใดก็ได้ เริ่มโรเตอร์ กด F9 ตัวอย่าง: 5.2 มม./วินาที ที่ 160°.

การคำนวณและการแก้ไข: โปรแกรมจะคำนวณมวลและมุมของน้ำหนักปรับอัตโนมัติ ตัวอย่างเช่น เครื่องมืออาจสั่งว่า: "เพิ่ม 15 กรัมที่มุม 45° จากตำแหน่งน้ำหนักทดลอง" ฟังก์ชันของ Balanset รองรับน้ำหนักแยก: หากคุณไม่สามารถวางน้ำหนักที่ตำแหน่งที่คำนวณได้ โปรแกรมจะแบ่งออกเป็นสองน้ำหนักสำหรับการติดตั้ง เช่น บนใบพัด.

รัน 2 — การตรวจสอบ: ติดตั้งน้ำหนักปรับแก้ที่คำนวณไว้ (ถอดน้ำหนักทดลองออกหากจำเป็น) เริ่มหมุนโรเตอร์และยืนยันว่าแรงสั่นสะเทือนที่เหลืออยู่ลดลงถึงโซน A หรือ B ตามมาตรฐาน ISO 10816 (เช่น ต่ำกว่า 2.8 มม./วินาที สำหรับกลุ่ม 2 / แบบแข็ง).

7.3. การปรับสมดุลสองระนาบ

โรเตอร์ยาว (เพลา, กลองบด) จำเป็นต้องมีการปรับสมดุลแบบไดนามิกในสองระนาบการแก้ไข ขั้นตอนคล้ายกันแต่ต้องใช้เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนสองตัว (X1, X2) และทำการทดสอบสามรอบ (เริ่มต้น, น้ำหนักทดลองในระนาบที่ 1, น้ำหนักทดลองในระนาบที่ 2) ใช้โหมด F3 สำหรับขั้นตอนนี้.

บทที่ 8. สถานการณ์จริงและการตีความ (กรณีศึกษา)

บทที่ 9 ความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์การสั่นสะเทือน: การเคลื่อนที่, ความเร็ว, ความเร่ง

การเข้าใจความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างพารามิเตอร์การสั่นสะเทือนทั้งสามมีความสำคัญสำหรับการแปลงค่าระหว่างกัน และสำหรับการเข้าใจว่าทำไม ISO 10816 ถึงเลือกความเร็วเป็นมาตรวัดหลัก.

สำหรับการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายที่ความถี่ เอฟ (เฮิรตซ์):

• การเคลื่อนตัว: D = D₀ · sin(2πft), วัดในหน่วยไมโครเมตร (สูงสุดหรือสูงสุดถึงสูงสุด)
• ความเร็ว: V = 2πf · D₀ · cos(2πft), วัดเป็น มม./วินาที
• ความเร่ง: A = (2πf)² · D₀ · sin(2πft), วัดเป็น m/s²

ความสัมพันธ์ที่สำคัญ (สำหรับค่าสูงสุดที่ความถี่ เอฟ):

• วี_{จุดสูงสุด} (มม./วินาที) = π · f · D_หน้า (ไมโครเมตร) / 1000
• ก_{จุดสูงสุด} (ม/วิน²) = 2πf · V_{จุดสูงสุด} (มม./วินาที) / 1000

นี่อธิบายว่าทำไมการกระจัดจึงมีความสำคัญที่ความถี่ต่ำ และการเร่งจึงมีความสำคัญที่ความถี่สูง ในขณะที่ความเร็วให้ภาพรวมของความรุนแรงของการสั่นสะเทือนที่ค่อนข้างเรียบ (ไม่ขึ้นอยู่กับความถี่) ในช่วงความเร็วของเครื่องจักรทั่วไป ค่าความเร็วคงที่แสดงถึงความเค้นคงที่ในโครงสร้างโดยไม่คำนึงถึงความถี่ — นี่คือเหตุผลพื้นฐานที่ ISO 10816 ใช้ความเร็ว.

ตาราง 9.1. ตัวอย่างการแปลงค่าในทางปฏิบัติที่ 50 Hz (3000 รอบต่อนาที)

บทที่ 10 ข้อผิดพลาดในการวัดที่พบบ่อยและวิธีหลีกเลี่ยง

แม้จะใช้เครื่องมือที่ปรับเทียบอย่างถูกต้องเช่น Balanset-1A ก็อาจเกิดข้อผิดพลาดในการวัดได้ ซึ่งอาจนำไปสู่ข้อสรุปที่ไม่ถูกต้อง ต่อไปนี้คือข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุด:

10.1. ข้อผิดพลาดในการติดตั้งเซ็นเซอร์

ปัญหา: เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งบนฝาครอบป้องกัน, ฝาครอบบาง, หรือโครงสร้างหลวมแทนที่ตัวเรือนแบริ่ง ซึ่งอาจทำให้เกิดการอ่านค่าผิดพลาดสูงเนื่องจากการสั่นพ้องเชิงโครงสร้างของฝาครอบ นำไปสู่การหยุดทำงานโดยไม่จำเป็น

สารละลาย: ติดตั้งโดยตรงกับตัวเรือนตลับลูกปืนเสมอ ใช้การติดตั้งแบบแม่เหล็กบนพื้นผิวโลหะที่สะอาดและเรียบ สำหรับพื้นผิวที่มีสีหนาเกิน 0.1 มม. ให้ขูดบริเวณเล็กๆ จนเห็นโลหะเปลือย.

10.2. การจัดประเภทเครื่องจักรผิด

ปัญหา: การนำข้อจำกัด Class I มาใช้กับเครื่องอัดอากาศขนาด 200 กิโลวัตต์ (ซึ่งควรจัดอยู่ในกลุ่ม 2 ตามมาตรฐาน ISO 10816-3) จะทำให้เกิดการแจ้งเตือนล่วงหน้าอย่างไม่เหมาะสม.

สารละลาย: ระบุค่ากำลังไฟฟ้า ความเร็ว และประเภทฐานของเครื่องจักรให้ชัดเจนก่อนเลือกมาตรฐานและกลุ่มที่เหมาะสม.

10.3. การละเลยเงื่อนไขการปฏิบัติการ

ปัญหา: การวัดการสั่นสะเทือนระหว่างการเริ่มต้นหรือที่โหลดบางส่วน ข้อกำหนดของ ISO 10816 ใช้สำหรับการทำงานที่สถานะคงที่ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ.

สารละลาย: ให้เครื่องจักรถึงสมดุลความร้อนและความเร็ว/โหลดการทำงานปกติก่อนทำการบันทึกการวัด. สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า, นี่หมายถึงการดำเนินการอย่างน้อย 15 นาที.

10.4. เสียงรบกวนจากสายไฟและไฟฟ้า

ปัญหา: การเดินสายเซ็นเซอร์คู่ขนานกับสายไฟจะก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้ค่าการวัดสูงเกินจริง โดยเฉพาะที่ความถี่ 50/60 เฮิรตซ์และฮาร์มอนิกส์.

สารละลาย: จัดวางสายเซ็นเซอร์ให้ห่างจากสายไฟ ใช้สายชีลด์เมื่อเป็นไปได้ สายของ Balanset-1A ได้รับการออกแบบให้มีชีลด์ป้องกันสัญญาณรบกวนแล้ว แต่การจัดวางสายอย่างเหมาะสมยังคงมีความสำคัญ.

10.5. การวัดจุดเดียว

ปัญหา: วัดเพียงทิศทางเดียวที่ตลับลูกปืนเดียวแล้วสรุปว่า "เครื่องทำงานปกติ"

สารละลาย: วัดในอย่างน้อยสองทิศทาง (V และ H) ที่แต่ละมุม ใช้ค่าสูงสุดสำหรับการประเมินตามมาตรฐาน ISO 10816 ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างทิศทางอาจบ่งชี้ถึงข้อบกพร่องเฉพาะ (เช่น แนวนอน > แนวตั้ง มักบ่งชี้ถึงความหลวมของโครงสร้าง).

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

สรุป

ISO 10816-1 และส่วนที่ 3 ซึ่งมีความเฉพาะทาง ให้พื้นฐานที่สำคัญสำหรับการรับประกันความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อุตสาหกรรม การเปลี่ยนจากการรับรู้เชิงอัตวิสัยไปสู่การประเมินเชิงปริมาณของความเร็วการสั่นสะเทือน (RMS, มม./วินาที) ช่วยให้วิศวกรสามารถจำแนกสภาพของเครื่องจักรได้อย่างเป็นกลาง และวางแผนการบำรุงรักษาตามข้อมูลจริงแทนที่จะเป็นตารางเวลาที่กำหนดไว้ตามอำเภอใจ.

ระบบการประเมินสี่โซน (A ถึง D) ให้ภาษาที่เข้าใจได้ทั่วโลกสำหรับการสื่อสารสภาพเครื่องจักรระหว่างทีมบำรุงรักษา, ผู้บริหาร, และผู้จัดจำหน่ายเครื่องจักร. เมื่อรวมกับการวิเคราะห์สเปกตรัม, วิธีการนี้ไม่เพียงแต่ช่วยในการตรวจจับปัญหา แต่ยังช่วยในการระบุสาเหตุที่แท้จริง — ความไม่สมดุล, การไม่ตรงแนว, การสึกหรอของแบริ่ง, ความหลวม, และข้อบกพร่องทางไฟฟ้า.

การนำมาตรฐานเหล่านี้ไปใช้โดยอาศัยเครื่องมือวัดระบบ Balanset-1A ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพ. เครื่องมือให้การวัดที่มีความถูกต้องทางมาตรศาสตร์ในช่วง 5–550 Hz (ครอบคลุมข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับเครื่องจักรส่วนใหญ่) และมีฟังก์ชันการทำงานที่จำเป็นเพื่อระบุสาเหตุของการสั่นสะเทือนที่สูงขึ้น (การวิเคราะห์สเปกตรัม) และกำจัดสาเหตุเหล่านั้น (การบาลานซ์).

สำหรับบริษัทที่ดำเนินกิจการ การนำการตรวจสอบตามระเบียบวิธี ISO 10816 และเครื่องมือเช่น Balanset-1A มาใช้เป็นประจำถือเป็นการลงทุนโดยตรงในการลดต้นทุนการดำเนินงาน ความสามารถในการแยกแยะโซน B จากโซน C ช่วยหลีกเลี่ยงการซ่อมแซมเครื่องจักรที่ยังอยู่ในสภาพดีก่อนเวลาอันควร และการเสียหายอย่างรุนแรงที่เกิดจากการละเลยระดับการสั่นสะเทือนที่สำคัญ.

สิ้นสุดรายงาน