Комплексний аналіз ISO 20816-3: вимірювання, оцінка та інструментальна реалізація за допомогою системи Balanset-1A

Короткий виклад

У промисловій сфері відбулася значна зміна парадигми в стандартизації моніторингу стану обладнання. Впровадження стандарту ISO 20816-3:2022 є консолідацією та модернізацією попередніх методологій, зокрема об'єднанням оцінки вібрації корпусу (раніше ISO 10816-3) та вібрації обертового валу (раніше ISO 7919-3) в єдину, цілісну структуру. Цей звіт містить вичерпний аналіз ISO 20816-3, розбираючи його розділи, нормативні додатки та фізичні принципи. Крім того, він містить детальну технічну оцінку портативного аналізатора вібрації та балансира Balanset-1A, демонструючи, як цей конкретний прилад сприяє дотриманню суворих вимог стандарту. Завдяки синтезу теорії обробки сигналів, принципів машинобудування та практичних операційних процедур, цей документ служить остаточним керівництвом для інженерів з надійності, які прагнуть узгодити свої стратегії моніторингу стану з кращими світовими практиками, використовуючи доступні високоточні прилади.

Частина I: Теоретична основа стандарту ISO 20816-3

1.1 Еволюція стандартів вібрації: зближення ISO 10816 та ISO 7919

Історія стандартизації вібрації характеризується поступовим переходом від фрагментарних, специфічних для окремих компонентів рекомендацій до цілісної оцінки обладнання. Історично оцінка промислового обладнання була розділена на дві частини. Серія стандартів ISO 10816 була зосереджена на вимірюванні нерухомих деталей, а саме корпусів підшипників і опор, за допомогою акселерометрів або датчиків швидкості. Навпаки, серія стандартів ISO 7919 стосувалася вібрації обертових валів відносно їх підшипників, в основному з використанням безконтактних вихрострумових датчиків.

Таке розділення часто призводило до діагностичної неоднозначності. Машина могла демонструвати прийнятну вібрацію корпусу (зона A згідно з ISO 10816) і одночасно страждати від небезпечного биття валу або нестабільності (зона C/D згідно з ISO 7919), особливо в сценаріях із важкими корпусами або підшипниками з плівковою мастильною плівкою, де шлях передачі енергії вібрації послаблюється. ISO 20816-3 вирішує цю дихотомію, замінюючи як ISO 10816-3:2009, так і ISO 7919-3:2009.1 Інтегруючи ці перспективи, новий стандарт визнає, що енергія вібрації, що генерується динамічними силами ротора, проявляється по-різному в конструкції машини залежно від жорсткості, маси та коефіцієнтів демпфірування. Отже, для оцінки відповідності тепер потрібна подвійна перспектива: оцінка як абсолютної вібрації конструкції, так і, де це доречно, відносного руху валу.

Система Balanset-1A з'являється на цьому ринку як інструмент, призначений для об'єднання цих областей вимірювання. Її архітектура, яка підтримує як п'єзоелектричні акселерометри для вимірювання корпусу, так і входи прямого напруги для лінійних датчиків переміщення, відображає філософію подвійної природи серії ISO 20816.3 Ця конвергенція спрощує набір інструментів техніка, дозволяючи одному приладу виконувати комплексні оцінки, які тепер вимагаються єдиним стандартом.

1.2 Сфера застосування та застосовність: визначення ландшафту промислового машинобудування

У розділі 1 стандарту ISO 20816-3 ретельно визначено межі його застосування. Цей стандарт не є універсальним; він спеціально розроблений для промислових машин з номінальною потужністю понад 15 кВт і робочою швидкістю від 120 об/хв до 30 000 об/хв.1 Такий широкий діапазон робочих параметрів охоплює переважну більшість критично важливих активів у секторах виробництва, енергетики та нафтохімії.

До обладнання, на яке поширюється дія цього положення, належать:

• Парові турбіни та генератори: Тут розглядаються агрегати з потужністю не більше 40 МВт. Більш потужні агрегати (понад 40 МВт) зазвичай підпадають під дію стандарту ISO 20816-2, якщо вони не працюють на частотах, відмінних від синхронних частот мережі (1500, 1800, 3000 або 3600 об/хв).6
• Роторні компресори: Включаючи як відцентрові, так і осьові конструкції, що використовуються в переробній промисловості.
• Промислові газові турбіни: Зокрема, ті, що мають потужність 3 МВт або менше. Більші газові турбіни виділені в окремі частини стандарту через їх унікальні теплові та динамічні характеристики.1
• Насоси: Центробіжні насоси, що приводяться в дію електродвигунами, є основною складовою цієї групи.
• Електродвигуни: Включаються двигуни будь-якого типу, за умови, що вони з'єднані гнучко. Двигуни з жорстким з'єднанням часто оцінюються як частина системи приводної машини або відповідно до конкретних підпунктів.
• Вентилятори та повітродувки: Критично важливо для систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC) та промислової обробки повітря.6

Виключення: Не менш важливо розуміти, що виключається. Машини з поршневими масами (наприклад, поршневі компресори) генерують профілі вібрації, в яких переважають удари та мінливі крутні моменти, що вимагає спеціалізованого аналізу, передбаченого стандартом ISO 20816-8. Аналогічно, вітрові турбіни, які працюють під дією дуже мінливих аеродинамічних навантажень, охоплюються стандартом ISO 10816-21.7 Специфічні конструктивні особливості Balanset-1A, такі як діапазон вимірювання швидкості обертання від 150 до 60 000 об/хв 8, ідеально відповідають діапазону стандарту 120–30 000 об/хв, що гарантує здатність приладу контролювати весь спектр відповідного обладнання.

1.3 Системи класифікації машин: фізика жорсткості опори

Важливою інновацією, збереженою з попередніх стандартів, є класифікація машин на основі жорсткості опори. ISO 20816-3 поділяє машини на групи не тільки за розміром, але й за динамічною поведінкою.

1.3.1 Класифікація груп за потужністю та розміром

Стандарт класифікує машини на дві основні групи для застосування відповідних обмежень щодо ступеня небезпеки:

• Група 1: Великі машини з номінальною потужністю понад 300 кВт або електричні машини з висотою валу понад 315 мм. Ці машини зазвичай мають масивні ротори і генерують значні динамічні сили.9
• Група 2: Середньорозмірне обладнання з номінальною потужністю від 15 до 300 кВт або електричні машини з висотою валу від 160 до 315 мм.10

1.3.2 Гнучкість підтримки: жорстка проти гнучкої

Розрізнення між “жорсткими” та “гнучкими” опорами є питанням фізики, а не лише будівельного матеріалу. Опора вважається жорсткою в певному напрямку вимірювання, якщо перша власна частота (резонанс) комбінованої системи «машина-опора» значно вища за основну частоту збудження (зазвичай швидкість обертання). Зокрема, власна частота повинна бути щонайменше на 25% вищою за робочу швидкість. На відміну від цього, гнучкі опори мають власні частоти, які можуть бути близькими до робочої швидкості або нижчими за неї, що призводить до посилення резонансу або ефектів ізоляції.10

Ця відмінність є надзвичайно важливою, оскільки гнучкі опори природно допускають більшу амплітуду вібрації при однаковій внутрішній збуджувальній силі (дисбалансі). Тому допустимі межі вібрації для гнучких опор, як правило, вищі, ніж для жорстких опор. Balanset-1A полегшує визначення характеристик опор завдяки своїм можливостям вимірювання фази. Виконуючи тест на розгін або гальмування (використовуючи функцію діаграми “RunDown”, згадану в технічних характеристиках програмного забезпечення 11), аналітик може визначити резонансні піки. Якщо пік виникає в робочому діапазоні, опора є динамічно гнучкою; якщо реакція є рівною та лінійною до робочої швидкості, опора є жорсткою. Ця діагностична можливість дозволяє користувачеві вибрати правильну таблицю оцінки в ISO 20816-3, запобігаючи помилковим спрацьовуванням або пропущеним несправностям.

Частина II: Методологія вимірювання та фізика

У розділі 4 стандарту ISO 20816-3 викладено суворі процедурні вимоги до збору даних. Валідність будь-якої оцінки повністю залежить від точності вимірювань.

2.1 Фізика приладів: вибір перетворювача та його реакція

Стандарт вимагає використання приладів, здатних вимірювати середньоквадратичну швидкість вібрації в широкому діапазоні частот. Частотна характеристика повинна бути рівною в діапазоні від 10 Гц до 1000 Гц для загального машинного обладнання.12 Для машин з нижчою швидкістю (що працюють нижче 600 об/хв) нижня межа частотної характеристики повинна поширюватися до 2 Гц, щоб охопити основні компоненти обертання.

Технічна відповідність Balanset-1A:
Аналізатор вібрації Balanset-1A розроблений з урахуванням цих конкретних вимог. Його технічні характеристики передбачають діапазон частот вібрації від 5 Гц до 550 Гц для стандартних операцій, з можливістю розширення вимірювальних можливостей.8 Нижня межа 5 Гц є критичною; вона забезпечує відповідність для машин, що працюють на швидкості до 300 об/хв, що охоплює переважну більшість промислових застосувань. Верхня межа 550 Гц охоплює критичні гармоніки (1x, 2x, 3x тощо) та частоти проходження лопатей для більшості стандартних насосів і вентиляторів. Крім того, точність пристрою оцінюється в 5% від повної шкали, що відповідає метрологічним вимогам ISO 2954 (Вимоги до приладів для вимірювання інтенсивності вібрації).8

Стандарт розрізняє два основних типи вимірювань, обидва з яких підтримуються екосистемою Balanset-1A:

• Сейсмічні перетворювачі (акселерометри): Вони вимірюють абсолютну вібрацію корпусу. Вони чутливі до передачі сили через опорний постамент. Комплект Balanset-1A включає два одноосьові акселерометри (зазвичай на основі технології серії ADXL або п'єзоелектричні) з магнітними кріпленнями.14
• Безконтактні датчики (датчики наближення): Вони вимірюють відносне зміщення вала. Вони є необхідними для машин з підшипниками на плівці рідини, де вал рухається в межах зазору.

2.2 Детальний аналіз: відносна вібрація валу та інтеграція датчиків

У той час як ISO 20816-3 в основному зосереджується на вібрації корпусу, Додаток B чітко розглядає відносну вібрацію валу. Це вимагає використання вихрострумових датчиків (датчиків наближення). Ці датчики працюють шляхом генерації радіочастотного (RF) поля, яке індукує вихрові струми в провідній поверхні валу. Імпеданс котушки датчика змінюється залежно від відстані зазору, створюючи вихідну напругу, пропорційну зміщенню.15

Інтеграція зондів вихрового струму з Balanset-1A:
Унікальною особливістю Balanset-1A є його адаптованість до цих датчиків. Хоча пристрій в основному постачається з акселерометрами, його входи можна налаштувати на “лінійний” режим для прийому сигналів напруги від драйверів датчиків наближення (проксиміторів) сторонніх виробників.3

• Вхідна напруга: Більшість промислових датчиків наближення видають негативну напругу постійного струму (наприклад, -24 В, шкала 200 мВ/міл). Balanset-1A дозволяє користувачам вводити власні коефіцієнти чутливості (наприклад, мВ/мкм) у вікні “Налаштування” (клавіша F4).3
• Усунення зміщення постійного струму: Датчики наближення мають велику напругу розриву постійного струму (зсув) з невеликим сигналом коливань змінного струму. Програмне забезпечення Balanset-1A включає функцію “Remove DC” (Видалити постійний струм) для фільтрації напруги розриву, ізолюючи динамічний сигнал коливань для аналізу відповідно до обмежень ISO 20816-3.3
• Лінійність і калібрування: Програмне забезпечення дозволяє користувачеві визначати калібрувальні коефіцієнти (наприклад, Kprl1 = 0,94 мВ/мкм), забезпечуючи точну відповідність показань на екрані ноутбука фізичному переміщенню валу.3 Ця функція є незамінною при застосуванні критеріїв Додатка B, які вказані в мікрометрах переміщення, а не в міліметрах на секунду швидкості.

2.3 Фізика монтажу: забезпечення достовірності даних

ISO 20816-3 підкреслює, що спосіб кріплення датчика не повинен погіршувати точність вимірювання. Резонансна частота встановленого датчика повинна бути значно вищою за діапазон частот, що цікавить.

• Кріплення штифтів: Золотий стандарт, що забезпечує найвищу частотну характеристику (до 10 кГц+).
• Магнітне кріплення: Практичний компроміс для портативного збору даних.

Balanset-1A використовує магнітну систему кріплення з силою утримання 60 кгс (кілограм-сила).17 Ця висока сила затиску має вирішальне значення. Слабкий магніт створює ефект “відскоку” або механічний фільтр нижніх частот, що сильно послаблює високочастотні сигнали. З силою 60 кгс жорсткість контакту достатня, щоб підняти резонанс значно вище діапазону 1000 Гц, що цікавить для ISO 20816-3, гарантуючи, що зібрані дані є справжнім відображенням поведінки машини, а не артефактом методу кріплення.12

2.4 Обробка сигналу: середньоквадратичне значення проти пікового значення

Стандарт визначає використання середньоквадратичної швидкості (RMS) для нерухомих деталей. Значення RMS є мірою загальної енергії, що міститься у вібраційному сигналі, і безпосередньо пов'язане з навантаженням на деталі машини, що виникає внаслідок втоми матеріалу.

Рівняння для RMS:

V_rms = √((1/T) ∫₀^Т v²(t) dt)

Для вібрації валу (Додаток Б) стандарт використовує амплітуду з піку до піку (S_стор.), що представляє собою загальний фізичний зсув вала в межах зазору підшипника.

S_стор. = S_Макс. − S_хв

Обробка Balanset-1A:
Balanset-1A виконує ці математичні перетворення внутрішньо. АЦП (аналого-цифровий перетворювач) відбирає зразки необробленого сигналу, а програмне забезпечення обчислює середньоквадратичну швидкість для вимірювань корпусу та зміщення від піку до піку для вимірювань валу. Важливо, що він обчислює широкосмугове значення (загальне), яке підсумовує енергію по всьому частотному спектру (наприклад, 10-1000 Гц). Це значення “Загальне” є основним числом, яке використовується для класифікації машини за зонами A, B, C або D. Крім того, пристрій надає можливості FFT (швидкого перетворення Фур'є), що дозволяє аналітику бачити окремі частотні компоненти (1x, 2x, гармоніки), які складають загальне значення RMS, допомагаючи в діагностиці джерела вібрації.8

2.5 Фонова вібрація: проблема співвідношення сигнал/шум

Важливим, але часто недооціненим аспектом стандарту ISO 20816-3 є обробка фонової вібрації — вібрації, що передається на машину з зовнішніх джерел (наприклад, сусідніх машин, вібрації підлоги) під час зупинки машини.

Правило: Якщо фонова вібрація перевищує 25% вібрації, виміряної під час роботи машини, або 25% межі між зоною B і C, необхідні серйозні корективи, інакше вимірювання може бути визнано недійсним.18 Попередні версії стандартів часто посилалися на правило “одна третина”, але ISO 20816-3 посилює цю логіку.

Процедурна реалізація за допомогою Balanset-1A:

1. Технічний спеціаліст встановлює датчики Balanset-1A на машину, коли вона зупинена.
2. У режимі “Віброметр” (клавіша F5) реєструється середньоквадратичний рівень фону.13
3. Машина запускається і доводиться до навантаження. Реєструється робочий RMS.
4. Проводиться порівняння. Якщо робочий рівень становить 4,0 мм/с, а фон – 1,5 мм/с (37,5%), фон є занадто високим. Здатність Balanset-1A виконувати спектральне віднімання (перегляд спектру фону порівняно з працюючою машиною) допомагає визначити, чи знаходиться фон на певній частоті (наприклад, 50 Гц від сусіднього компресора), яку аналітик може ігнорувати або фільтрувати в умі.

Частина III: Критерії оцінки – серце стандарту

Розділ 6 становить основу стандарту ISO 20816-3 і містить логіку прийняття рішень щодо прийнятності обладнання.

3.1 Критерій I: Величина вібрації та зонування

Стандарт оцінює інтенсивність вібрації на основі максимальної величини, що спостерігається на корпусах підшипників. Для полегшення прийняття рішень він визначає чотири зони оцінки:

• Зона А: Вібрація нововведених в експлуатацію машин. Це “золотий стандарт”. Машина в цій зоні знаходиться в ідеальному механічному стані.
• Зона Б: Машини, які вважаються придатними для безперебійної тривалої експлуатації. Це типовий “зелений” діапазон роботи.
• Зона С: Машини, які вважаються непридатними для тривалої безперервної експлуатації. Як правило, машина може експлуатуватися протягом обмеженого періоду, доки не з'явиться відповідна можливість для вжиття коригувальних заходів (технічного обслуговування). Це стан “Жовтий” або “Тривога”.
• Зона D: Значення вібрації в цій зоні зазвичай вважаються достатньо серйозними, щоб спричинити пошкодження машини. Це стан “червоний” або “відключення”.5

Таблиця 1: Спрощені межі зони ISO 20816-3 (середньоквадратична швидкість, мм/с) для груп 1 і 2

Група машин	Тип фундаменту	Межа зони A/B	Межа зони B/C	Межа зони C/D
Група 1 (>300 кВт)	Жорсткий	2.3	4.5	7.1
	Гнучкий	3.5	7.1	11.0
Група 2 (15-300 кВт)	Жорсткий	1.4	2.8	4.5
	Гнучкий	2.3	4.5	7.1

Примітка: Ці значення взяті з додатка А до стандарту і є загальними рекомендаціями. Для конкретних типів машин можуть бути встановлені інші обмеження.

Впровадження Balanset-1A:
Програмне забезпечення Balanset-1A не просто відображає цифри, а й надає користувачеві контекстну допомогу. Користувач повинен вибрати клас, а функція “Звіти” програмного забезпечення дозволяє документувати ці значення відповідно до стандарту. Коли технік вимірює вібрацію 5,0 мм/с на насосі потужністю 50 кВт (група 2) на жорсткому фундаменті, показник Balanset-1A явно перевищує межу зони C/D (4,5 мм/с), що вказує на необхідність негайного вимкнення та ремонту.

3.2 Критерій II: Зміна величини вібрації

Мабуть, найважливішим досягненням серії 20816 є формалізоване акцентування уваги на зміні вібрації, незалежно від абсолютних обмежень.

Правило 25%: ISO 20816-3 встановлює, що зміна величини вібрації, яка перевищує 25% межі зони B/C (або 25% попереднього значення в стаціонарному режимі), повинна вважатися значною, навіть якщо абсолютне значення залишається в межах зони A або B.20

Наслідки:
Розглянемо вентилятор, що працює стабільно зі швидкістю 2,0 мм/с (зона B). Якщо вібрація раптово збільшується до 2,8 мм/с, технічно вона все ще знаходиться в зоні B (для деяких класів) або тільки входить в зону C. Однак це збільшення на 40%. Таке раптове зміщення часто вказує на конкретний режим відмови: тріщина в компоненті ротора, зміщення балансувального вага або тертя. Ігнорування цього факту, оскільки “все ще в межах норми”, може призвести до катастрофічної відмови.

Аналіз тенденцій Balanset-1A:
Balanset-1A підтримує цей критерій завдяки функціям “Відновлення сеансу” та архівування.21 Зберігаючи сеанси вимірювань, інженер з надійності може накласти поточні дані на історичні базові показники. Якщо графік “Загальна вібрація” показує стрибкоподібну зміну, інженер застосовує Критерій II. Функція “Відновити останню сесію” є особливо корисною в цьому випадку, оскільки вона дозволяє користувачеві відтворити точний стан машини за попередній місяць, щоб перевірити, чи не було перевищено поріг 25%.

3.3 Експлуатаційні обмеження: налаштування СИГНАЛІВ ТА ВИМКНЕНЬ

Стандарт містить вказівки щодо встановлення автоматизованих систем захисту:

• СИГНАЛ ТРИВОГИ: Попередження про досягнення визначеного значення вібрації або про значну зміну. Рекомендоване значення зазвичай становить базове значення + 25% межі зони B/C.
• ПОДОРОЖ: Для ініціювання негайних дій (вимикання). Зазвичай встановлюється на межі зони C/D або трохи вище, залежно від механічної цілісності машини.19

Хоча Balanset-1A є портативним пристроєм, а не постійною системою захисту (як стійка Bently Nevada), він використовується для перевірки та калібрування цих рівнів спрацьовування. Технічні фахівці використовують Balanset-1A для вимірювання вібрації під час контрольованого нарощування або індукованого тесту на дисбаланс, щоб гарантувати, що постійна система моніторингу спрацьовує при правильних фізичних рівнях вібрації, передбачених стандартом ISO 20816-3.

Частина IV: Система Balanset-1A – детальний технічний огляд

Щоб зрозуміти, як Balanset-1A служить інструментом забезпечення відповідності, необхідно проаналізувати його технічну архітектуру.

4.1 Архітектура апаратного забезпечення

Balanset-1A складається з централізованого модуля USB-інтерфейсу, який обробляє аналогові сигнали від датчиків перед надсиланням оцифрованих даних на ноутбук-хост.

• Модуль ADC: Серцем системи є аналого-цифровий перетворювач з високою роздільною здатністю. Цей модуль визначає точність вимірювання. Balanset-1A обробляє сигнали з точністю ±5%, що є достатнім для польової діагностики.8
• Фазовий еталон (тахометр): Дотримання вимог стандарту ISO 20816-3 часто вимагає фазового аналізу для розрізнення дисбалансу та нерівномірності. Balanset-1A використовує лазерний тахометр з діапазоном до 1,5 метра і частотою обертання до 60 000 об/хв.17 Цей оптичний датчик запускає обчислення фазового кута з точністю до ±1 градуса.
• Потужність і портативність: Пристрій живиться від USB (5 В) і є іскробезпечним, що часто є проблемою для аналізаторів, які живляться від мережі. Весь комплект важить приблизно 4 кг, що робить його справжнім “польовим” приладом, придатним для підйому на риштування, щоб дістатися до вентиляторів.8

4.2 Можливості програмного забезпечення: більше, ніж прості вимірювання

Програмне забезпечення, що поставляється разом з Balanset-1A, перетворює необроблені дані в корисну інформацію, що відповідає стандартам ISO.

• Аналіз спектру FFT: Стандарт згадує “специфічні частотні компоненти”. Balanset-1A відображає швидке перетворення Фур'є, розбиваючи складну форму хвилі на складові синусоїдальні хвилі. Це дозволяє користувачеві побачити, чи високе значення RMS обумовлене 1x (дисбаланс), 100x (зачеплення шестерень) або несинхронними піками (дефекти підшипників).21
• Полярні графіки: Для балансування та векторного аналізу програмне забезпечення будує графік векторів вібрації на полярному графіку. Ця візуалізація є критично важливою при застосуванні методів коефіцієнтів впливу для балансування.
• Калькулятор допусків ISO 1940: ISO 20816-3 стосується меж вібрації, а ISO 1940 – якості балансування (класи G). Програмне забезпечення Balanset-1A має вбудований калькулятор, в який користувач вводить масу та швидкість обертання ротора, а система обчислює допустимий залишковий дисбаланс у грамах-міліметрах. Це заповнює прогалину між “вібрація занадто висока” (ISO 20816) та “ось скільки ваги потрібно видалити” (ISO 1940).11

4.3 Сумісність датчиків та конфігурація вхідних даних

Як зазначено в дослідженні фрагментів, ключовим фактором є можливість взаємодії з різними типами датчиків.

• Акселерометри: Стандартні датчики. Система інтегрує сигнал прискорення (g) до швидкості (мм/с) або подвійно інтегрує до переміщення (мкм) залежно від обраного виду. Ця інтеграція здійснюється цифровим способом, щоб мінімізувати дрейф шуму.
• Зонди вихрового струму: Система приймає аналогові входи 0-10 В або подібні. Користувач повинен налаштувати коефіцієнт перетворення в налаштуваннях. Наприклад, стандартний датчик Bently Nevada може мати коефіцієнт масштабування 200 мВ/міл (7,87 В/мм). Користувач вводить цю чутливість, і програмне забезпечення Balanset-1A масштабує вхідну напругу для відображення мікронів зміщення, що дозволяє безпосередньо порівнювати з додатком B до ISO 20816-3.3.

Частина V: Оперативне впровадження: від діагностики до динамічного балансування

У цьому розділі описано стандартну робочу процедуру (SOP) для технічного фахівця, який використовує Balanset-1A, щоб забезпечити відповідність стандарту ISO 20816-3.

5.1 Крок 1: Базові вимірювання та класифікація

Технік підходить до відцентрового вентилятора потужністю 45 кВт.

• Класифікація: Потужність > 15 кВт, < 300 кВт. Це група 2. Фундамент прикручений до бетону (жорсткий).
• Визначення межі: Згідно з ISO 20816-3, додаток A (група 2, жорсткі), межа зони B/C становить 2,8 мм/с.
• Вимірювання: Датчики встановлюються за допомогою магнітних основ. Увімкнено режим “Віброметр” Balanset-1A.
• Результат: Показник становить 6,5 мм/с. Це територія зони C/D. Необхідно вжити заходів.

5.2 Крок 2: Діагностичний аналіз

Використання функції Balanset-1A FFT:

• Спектр показує домінуючий пік при робочій швидкості (1x RPM).
• Аналіз фази показує стабільний фазовий кут.
• Діагноз: Статичний дисбаланс. (Якщо фаза була нестабільною або були присутні високі гармоніки, можна було б запідозрити порушення центрування або ослаблення кріплення).

5.3 Крок 3: Процедура балансування (на місці)

Оскільки діагноз – дисбаланс, технік використовує режим балансування Balanset-1A. Стандарт вимагає зменшення вібрації до рівнів зони A або B.

5.3.1 Метод трьох прогонів (коефіцієнти впливу)

Balanset-1A автоматизує векторну математику, необхідну для балансування.

• Запуск 0 (початковий): Виміряйте амплітуду A₀ і фаза φ₀ від початкової вібрації.
• Пробіг 1 (пробна вага): Відома маса M_{судовий процес} додається під довільним кутом. Система вимірює новий вектор вібрації (A₁, φ₁).

Розрахунок: Програмне забезпечення обчислює коефіцієнт впливу α, який відображає чутливість ротора до зміни маси.

α = (V₁ − V₀) / M_{судовий процес}

Виправлення: Система обчислює необхідну коригувальну масу M_{кореспондент} щоб нівелювати початкову вібрацію.

M_{кореспондент} = − V₀ / α

Запуск 2 (перевірка): Випробовувальна вага знімається, а розрахована коригувальна вага додається. Вимірюється залишкова вібрація.

.11

5.4 Крок 4: Перевірка та звітування

Після балансування вібрація знижується до 1,2 мм/с.
Перевірка: 1,2 мм/с < 1,4 мм/с. Машина зараз знаходиться в зоні А.

Документація: Технічний фахівець зберігає сесію в Balanset-1A. Створюється звіт, що показує спектр “до” (6,5 мм/с) і спектр “після” (1,2 мм/с) з чітким посиланням на обмеження ISO 20816-3. Цей звіт слугує сертифікатом відповідності.

Частина VI: Спеціальні міркування

6.1 Низькошвидкісне обладнання

ISO 20816-3 містить спеціальні примітки для машин, що працюють зі швидкістю нижче 600 об/хв. На низьких швидкостях сигнали швидкості стають слабкими, і переміщення стає домінуючим показником напруги. Balanset-1A вирішує цю проблему, дозволяючи користувачеві перемикати метрику дисплея на переміщення (мкм) або забезпечуючи, щоб нижня частота відсічення була встановлена на 5 Гц або нижче (в ідеалі 2 Гц) для захоплення первинної енергії. “Застереження” в додатку D до стандарту застерігають від покладання виключно на швидкість при низьких швидкостях 23, і користувач Balanset-1A повинен бути обізнаний про цю нюансу, перевіряючи налаштування “Лінійний” або фільтри низької частоти.

6.2 Транзитні умови: розбіг і гальмування

Вібрація під час запуску (перехідний режим роботи) може перевищувати граничні значення в стаціонарному режимі через проходження критичних частот (резонанс). Стандарт ISO 20816-3 допускає більш високі граничні значення під час цих перехідних фаз.23

Balanset-1A включає експериментальну функцію діаграми “RunDown”.11 Це дозволяє техніку записувати амплітуду вібрації в залежності від обертів під час гальмування. Ці дані є важливими для:

• Визначення критичних швидкостей (резонанс).
• Перевірка того, що машина проходить через резонанс достатньо швидко, щоб уникнути пошкодження.
• Переконатися, що “висока” вібрація є дійсно тимчасовою, а не постійною.

6.3 Додаток А проти Додатка Б: Подвійна оцінка

Ретельна перевірка відповідності вимогам часто вимагає обох цих заходів.

• Додаток А (Житло): Забезпечує передачу зусилля на конструкцію. Підходить для усунення дисбалансу та люфту.
• Додаток Б (Вал): Вимірює динаміку ротора. Підходить для виявлення нестабільності, завихрення масла, витирання.

Технічний фахівець, який використовує Balanset-1A, може використовувати акселерометри для виконання вимог Додатка А, а потім переключити входи на існуючі датчики Bently Nevada, щоб перевірити відповідність Додатку Б на великій турбіні. Здатність Balanset-1A служити “другою думкою” або “польовим верифікатором” для постійних моніторів на стійках є ключовим застосуванням для виконання вимог обох додатків.

Висновок

Перехід на стандарт ISO 20816-3 означає зрілість у галузі аналізу вібрації, що вимагає більш тонкого, заснованого на фізиці підходу до оцінки обладнання. Він виходить за межі простих оцінок “відповідає/не відповідає” і переходить у сферу аналізу жорсткості опори, векторів змін та вимірювань у двох областях (корпус/валу).

Система Balanset-1A демонструє високий ступінь відповідності цим сучасним вимогам. Її технічні характеристики — діапазон частот, точність і гнучкість датчиків — роблять її потужною апаратною платформою. Однак її справжня цінність полягає в програмному забезпеченні, яке допомагає користувачеві розібратися в складній логіці стандарту: від корекції фонової вібрації і класифікації зон до математичної строгості балансування коефіцієнтів впливу. Ефективно поєднуючи діагностичні можливості спектрального аналізатора з коригувальними можливостями динамічного балансувальника, Balanset-1A дає можливість командам технічного обслуговування не тільки виявляти невідповідність стандарту ISO 20816-3, але й активно виправляти її, забезпечуючи довговічність і надійність промислових активів.