使用 Balanset-1A 系統進行 ISO 10816-1 標準與振動診斷的儀器實施
對國際振動嚴重度要求、區域分類方法論以及使用便攜式動平衡設備進行實際測量的全面分析。
快速參考：振動嚴重度 — ISO 10816-1（附錄 B）
| 公差帶 | 第一類 小型機器 ≤15 kW |
第二類 中型 15–75 kW |
第三類 大型，剛性基礎 |
第四類 大型，柔性基礎 |
|---|---|---|---|---|
| A — 良好 | < 0.71 | < 1.12 | < 1.80 | < 2.80 |
| B — 可接受 | 0.71 – 1.80 | 1.12 – 2.80 | 1.80 – 4.50 | 2.80 – 7.10 |
| C — 不滿意 | 1.80 – 4.50 | 2.80 – 7.10 | 4.50 – 11.20 | 7.10 – 18.00 |
| D — 不可接受 | > 4.50 | > 7.10 | > 11.20 | > 18.00 |
快速參考：振動嚴重度 — ISO 10816-3（工業機器）
| 公差帶 | 第 1 組（>300 kW） 剛性基礎 |
第 1 組（>300 kW） 彈性基礎 |
第 2 組 (15–300 kW) 剛性基礎 |
第 2 組 (15–300 kW) 彈性基礎 |
|---|---|---|---|---|
| A — 良好 | < 2.3 | < 3.5 | < 1.4 | < 2.3 |
| B — 可接受 | 2.3 – 4.5 | 3.5 – 7.1 | 1.4 – 2.8 | 2.3 – 4.5 |
| C — 不滿意 | 4.5 – 7.1 | 7.1 – 11.0 | 2.8 – 4.5 | 4.5 – 7.1 |
| D — 不可接受 | > 7.1 | > 11.0 | > 4.5 | > 7.1 |
摘要
This report presents a comprehensive analysis of international regulatory requirements for the vibration condition of industrial equipment defined in ISO 10816-1 and its derivative standards. The document reviews the evolution of standardization from ISO 2372 to the current ISO 20816, explains the physical meaning of the measured parameters, and describes the methodology for evaluating the severity of vibration conditions. Special attention is given to the practical implementation of these rules using the portable balancing and diagnostic system Balanset-1A. The report contains a detailed description of the technical characteristics of the instrument, algorithms of its operation in vibrometer and balancing modes, and methodological guidelines for performing measurements to ensure compliance with reliability and safety criteria for rotating machinery.
第 1 章。振動診斷的理論基礎與標準化的演進
1.1. 振動的物理性質與測量參數的選擇
作為診斷參數，振動是機械系統動態狀態最具資訊量的指標。與溫度或壓力等積分指標不同，後者通常對故障反應延遲，振動信號即時攜帶關於機制內部作用力的資訊。
ISO 10816-1 標準與其前身一樣，基於測量振動速度。此選擇並非偶然，而是源於損壞的能量性質。振動速度與振動質量的動能成正比，因此與機器組件中產生的疲勞應力成正比。
振動診斷使用三個主要參數，每個參數都有其應用領域：
Vibration displacement (Displacement): The oscillation amplitude measured in micrometers (µm). This parameter is critical for low-speed machines (below 600 rpm) and for evaluating clearances in journal bearings, where it is important to prevent rotor-to-stator contact. In the context of ISO 10816-1, displacement has limited use because at high frequencies even small displacements can generate destructive forces.
Vibration velocity (Velocity): The surface point velocity measured in millimeters per second (mm/s). This is the universal parameter for the frequency range from 10 to 1000 Hz, which covers the main mechanical defects: unbalance, misalignment, and looseness. ISO 10816 adopts vibration velocity as the primary assessment criterion. The standard specifies the RMS (root mean square) value, which characterizes the average energy of vibration.
Vibration acceleration (Acceleration): The rate of change of vibration velocity measured in meters per second squared (m/s²) or in g units (1 g = 9.81 m/s²). Acceleration characterizes inertial forces and is most sensitive to high-frequency processes (from 1000 Hz and above), such as early-stage rolling bearing defects, gear mesh problems, and electrical faults in motors.
為何使用 RMS？ ISO 10816-1 focuses on broadband vibration in the range 10–1000 Hz. The instrument must integrate the energy of all oscillations within this band and output a single RMS value. Using RMS instead of peak value is justified because RMS characterizes the total power of the oscillatory process over time, which is more relevant for evaluating thermal and fatigue impact on the mechanism. The mathematical relationship is: VRMS = V峰值 / √2 適用於純正弦波訊號，但實務上真實振動是多頻率的疊加，使得 RMS 成為唯一正確的能源指標。
1.2. 歷史背景：從 ISO 2372 到 ISO 20816
理解當前需求需要分析其歷史發展。振動標準的演進跨越了五十多年：
本報告聚焦於 ISO 10816-1 與 ISO 10816-3，因為這些文件是約 90% 使用 Balanset-1A 等便攜式儀器進行診斷的工業設備的主要工作工具。
第二章. ISO 10816-1 方法論詳細分析
2.1. 範圍與限制
ISO 10816-1 適用於在機器非旋轉部件（軸承座、機腳、支撐框架）上進行的振動測量。該標準不適用於由聲學噪聲引起的振動，也不涵蓋往復式機器（由 ISO 10816-6 涵蓋），因為往復式機器因其工作原理會產生特定的慣性力。
一個關鍵方面是該標準規範現場測量——即在實際運行條件下，而不僅是在試驗台上。這意味著限值考慮了實際基礎、管道連接和運行負荷條件的影響。
主要限制： ISO 10816-1 提供 一般指導方針。其附錄 B 中的區間限值為基於累積經驗的建議值。當有製造商特定的振動限值時，應優先採用。標準明確指出，表格中的數值適用於不存在特定標準的情況。
2.2. 設備分類
方法論的一個關鍵要素是將所有機器劃分為不同類別。將 IV 類限值應用於 I 類機器可能會導致工程師錯過危險狀況，而反之則可能導致健康設備的不當停機。
表 2.1. 根據 ISO 10816-1 的機器分類
| 級別 | 說明 | 典型機器 | 基礎類型 |
|---|---|---|---|
| 第一類 | 與總成結構連接的發動機和機器的個別部件。小型機器。 | 15 kW 以下的電動機。小型泵、輔助驅動裝置。 | 任意 |
| 第二類 | 無特殊基礎的中型機器。 | 15–75 kW 電動機。安裝在剛性基礎上的 300 kW 以下發動機。泵、風機。 | 通常為剛性 |
| 第三類 | 大型原動機及其他帶有旋轉質量的大型機器。 | 渦輪機、發電機、高功率泵（>75 kW）。 | 剛性 |
| 第四類 | 大型原動機及其他帶有旋轉質量的大型機器。 | 汽輪發電機、燃氣渦輪機（>10 MW）。 | 柔性 |
基礎類型識別問題（剛性 vs. 柔性）
The standard defines a foundation as rigid if the first natural frequency of the "machine–foundation" system is above the main excitation frequency (rotational frequency). A foundation is flexible if its natural frequency is below the rotational frequency.
實際上這意味著：
- 螺栓固定在大型混凝土車間地板上的機器通常屬於剛性基礎類別。
- 安裝在隔振器（彈簧、橡膠墊）或輕型鋼框架（例如上層結構）上的機器屬於柔性基礎類別。
- 同一台物理機器若從一種基礎移至另一種基礎，其類別可能會改變——在搬遷設備時務必記住這一點。
常見錯誤： Many engineers assume that any steel structure is "rigid." In reality, a machine on a steel mezzanine typically has a flexible support because the mezzanine's natural frequency is often below the machine's running speed. Always verify by checking the natural frequency of the support structure.
2.3. 振動評估區域
Instead of a binary "good/bad" evaluation, the standard offers a four-zone scale that supports condition-based maintenance:
A 區 — 良好
新投運機器或大修後的振動水平。這是表示動平衡優良且安裝正確的參考狀態。
B 區 — 可接受
適合無限制長期運轉的機器。振動水平高於理想狀態但不威脅可靠性。無需採取行動。
C 區 — 不可接受
不適合長期連續運轉的機器。軸承和密封件加速劣化。在下次維護窗口前，應在加強監控下有限時間運轉。
D 區 — 無法接受
可能導致災難性故障的振動水平。必須立即停機。繼續運轉將導致設備嚴重損壞、安全隱患以及對相鄰系統的連帶損壞。
2.4. 振動限值
The table below summarizes the limit values of RMS vibration velocity (mm/s) according to Annex B of ISO 10816-1. These values are empirical and serve as guidelines if the manufacturer's specifications are not available.
表 2.2. 區間邊界值 (ISO 10816-1 附錄 B)
| 區域邊界 | I 類 (mm/s) | II 類 (mm/s) | III 類 (mm/s) | IV 類 (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 |
視覺比較：各機器類別的區間邊界
分析解釋。 Consider the value 4.5 mm/s. For small machines (Class I) this is the boundary of the emergency condition (C/D), which requires shutdown. For medium-sized machines (Class II) this is the middle of the "requires attention" zone. For large machines on a rigid foundation (Class III) this is only the boundary between "satisfactory" and "unsatisfactory" zones. For machines on a flexible foundation (Class IV) this is a normal operating vibration level (Zone B). This progression demonstrates the risk of using universal limits without proper classification.
2.5. 兩項評估準則：絕對值與相對變化
ISO 10816-1 定義了兩項應同時應用的獨立評估準則：
準則 I — 振動幅值： 與區域限值比較的絕對寬頻 RMS 振動速度。這是上述表格中描述的主要準則。
準則 II — 振動變化： 相對於既定基線的振動水平顯著變化（增加或減少），無論絕對水平是否跨越區域邊界。即使機器仍處於 B 區，振動水平突然變化超過 25% 可能表示故障正在發展。相反，突然下降可能表示聯軸器失效或部件斷裂。
實用提示： 始終在調試或維護後記錄基線振動水平。隨時間趨勢分析振動資料通常比單點測量更有價值。Balanset-1A 軟體允許儲存測量結果以供比較。
第 3 章。ISO 10816 / 20816 系列完整概述
ISO 10816 標準以多部分系列形式發布，其中第 1 部分提供一般框架，後續部分定義不同機器類型的特定要求。了解哪一部分適用於您的特定設備對於正確評估至關重要。
表 3.0. ISO 10816 各部分及其 ISO 20816 替代標準完整清單
| ISO 10816 部分 | 機器類型 / 範圍 | 被取代（ISO 20816） | 關鍵參數 |
|---|---|---|---|
| 10816-1:1995 | 所有機器的一般指南 | 20816-1:2016 | 速度 RMS，10–1000 Hz |
| 10816-2:2009 | 陸上功率 >50 MW 的汽輪機與發電機 | 20816-2:2017 | 速度 RMS + 位移峰峰值 |
| 10816-3:2009 | 功率 >15 kW、轉速 120–15,000 rpm 的工業機器（風機、泵、壓縮機、馬達） | 20816-3:2022 | 速度 RMS，10–1000 Hz |
| 10816-4:2009 | 渦輪機驅動組，不包括航空衍生產品 | 20816-4:2018 | 速度 RMS + 位移 |
| 10816-5:2000 | 功率 >1 MW 或轉速 >600 rpm 的液力機器（水輪機、泵） | 20816-5:2018 | 速度 RMS + 位移 |
| 10816-6:1995 | 功率 >100 kW 的往復式機器 | 20816-8:2018 | 速度 RMS（修改帶） |
| 10816-7:2009 | 旋轉動力泵（包括離心泵、混流泵） | 20816-7（開發中） | 速度 RMS，10–1000 Hz |
| 10816-8:2014 | 往復式壓縮機系統 | 20816-8:2018 | 速度 RMS |
3.1. ISO 7919 系列（軸振動）— 現為 ISO 20816 的一部分
While ISO 10816 focused exclusively on housing vibration, the parallel ISO 7919 series addressed shaft vibration measured using non-contact proximity probes (eddy current sensors). For critical rotating machinery such as large steam turbines, gas turbines, and generators, shaft relative vibration is often the more informative parameter because it directly measures the motion of the rotor within its bearing clearances.
將這兩個系列統一為 ISO 20816 反映了現代的理解，即關鍵機器的全面狀態監測需要軸承座振動（用於結構評估）和軸振動（用於轉子動力學評估）。
3.2. 相關國際標準
ISO 10816 並非孤立存在。幾項配套標準定義了感測器規格、平衡品質和測量方法：
| 標準 | 標題 / 範圍 | 與 ISO 10816 的相關性 |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 | Balance quality requirements of rotating rigid bodies | Defines permissible residual unbalance (G grades: G0.4 to G4000). Directly linked to achievable vibration levels per ISO 10816. |
| ISO 2954 | 振動測量儀器的要求 | 規定根據 ISO 10816 使用的儀器的準確度和頻率響應。 |
| ISO 5348 | Mechanical mounting of accelerometers | 定義正確的感測器安裝，以確保根據 ISO 10816 進行有效測量。 |
| ISO 13373-1/2 | Condition monitoring of machines — vibration | 提供與 ISO 10816 評估並用的資料擷取和頻譜分析技術指南。 |
| ISO 10816-21 | 配備變速箱的水平軸風力渦輪機 | 風能應用的特定振動限值。 |
| ISO 14694 | 風機的平衡品質要求 | 風機特定的平衡等級（BV-1 至 BV-5），補充 ISO 10816-3 振動區域。 |
3.3. ISO 1940 平衡品質與 ISO 10816 振動區域的關係
One of the most common questions in practice is how the balance quality grade (G value per ISO 1940) relates to the vibration zones in ISO 10816. While no exact mathematical formula links them (the relationship depends on bearing stiffness, machine mass, and support dynamics), there is a general correlation:
- 平衡等級 G2.5（風機、泵、馬達的典型等級）在正確安裝的機器上通常可達到 A 區或 B 區。
- 平衡等級 G6.3（一般機械）通常可達到 B 區，但在剛性輕型結構中可能處於 C 區。
- 平衡等級 G16（農業設備、破碎機）通常對應 ISO 10816 的 C 區或更差。
Balanset-1A 系統可達到 G2.5 及更好的平衡品質，這直接有助於滿足 ISO 10816 A 區要求。
第 4 章。工業機械之特定規範：ISO 10816-3
雖然 ISO 10816-1 定義了通用框架，但在實際操作中，大多數工業單元（15 kW 以上的泵、風機、壓縮機）受標準更具體的第三部分（ISO 10816-3）管轄。理解這一差異很重要，因為 Balanset-1A 經常用於平衡該部分涵蓋的風機和泵。
4.1. ISO 10816-3 中的機械分組
與第一部分的四個類別不同，第三部分將機器分為兩個主要組別：
第 1 組：額定功率超過 300 kW 的大型機械，或軸伸高度大於 315 mm 的電機，運轉速度介於 120 rpm 至 15,000 rpm 之間。
第 2 組：額定功率介於 15 kW 至 300 kW 的中型機械，或軸伸高度介於 160 mm 至 315 mm 的電機，運轉速度介於 120 rpm 至 15,000 rpm 之間。
適用範圍註記： ISO 10816-3 明確排除已由其他部分涵蓋的機械：汽輪機（第 2 部分）、燃氣渦輪機（第 4 部分）、水力機械（第 5 部分）以及往復式機械（第 6 部分）。它亦排除運轉速度低於 120 rpm 或高於 15,000 rpm 的機械。
4.2. ISO 10816-3 中的振動限值
限值取決於基礎類型（剛性 / 柔性），其定義與第 1 部分相同。
表 4.1. 依據 ISO 10816-3 的振動限值 (RMS, mm/s)
| 狀態（區域） | 第 1 組（>300 kW）剛性 | 第 1 組（>300 kW）柔性 | 第 2 組（15–300 kW）剛性 | 第 2 組（15–300 kW）柔性 |
|---|---|---|---|---|
| A（新機） | < 2.3 | < 3.5 | < 1.4 | < 2.3 |
| B（長期運轉） | 2.3 – 4.5 | 3.5 – 7.1 | 1.4 – 2.8 | 2.3 – 4.5 |
| C（有限運轉） | 4.5 – 7.1 | 7.1 – 11.0 | 2.8 – 4.5 | 4.5 – 7.1 |
| D（損壞） | > 7.1 | > 11.0 | > 4.5 | > 7.1 |
資料綜合。 Comparing ISO 10816-1 and ISO 10816-3 tables shows that ISO 10816-3 imposes stricter requirements on medium-power machines (Group 2) on rigid foundations. The boundary of Zone D is set at 4.5 mm/s, which coincides with the limit for Class I in Part 1. This confirms the trend toward stricter limits for modern, faster, and lighter equipment. When using Balanset-1A to diagnose a 45 kW fan on a concrete floor, you should focus on the "Group 2 / Rigid" column of this table, where the transition to the emergency zone occurs at 4.5 mm/s.
4.3. ISO 10816-3 的額外要求
ISO 10816-3 在基本分區限值之外，增加了重要的規定：
- 驗收測試： 對於新安裝或維修後的機械，振動應位於 A 區。若落入 B 區，建議進行調查以確定原因。
- 運轉警報： 標準建議設定兩個警報層級 — 警告（通常位於 B/C 邊界）與危險（位於 C/D 邊界）。這些可實施於連續監測系統中。
- 瞬態條件： 標準承認在啟動與停機期間，振動可能會暫時超過穩態限值，特別是在通過臨界速度（共振）時。
- 耦合機械： 對於耦合設備（例如馬達-泵浦組），每部機械應使用符合其分組分類的限值進行個別評估。
第 5 章。Balanset-1A 系統的硬體架構
To implement the requirements of ISO 10816/20816, you need an instrument that provides accurate and repeatable measurements and matches the required frequency ranges. The Balanset-1A system developed by Vibromera is an integrated solution that combines the functions of a two-channel vibration analyzer and a field balancing instrument.
5.1. 測量通道與感測器
Balanset-1A 系統具有兩個獨立的振動測量通道（X1 和 X2），允許在兩個點或兩個平面上同時進行測量。
感測器類型。 該系統使用加速規（測量加速度的振動變送器）。這是現代工業標準，因為加速規提供高可靠性、寬頻率範圍和良好的線性度。
信號積分。 由於 ISO 10816 要求評估振動速度（mm/s），加速規的信號會在硬體或軟體中進行積分。這是一個關鍵的信號處理步驟，且類比至數位轉換器的品質扮演著關鍵角色。
測量範圍。 The instrument measures vibration velocity (RMS) in the range from 0.05 to 100 mm/s. This range fully covers all ISO 10816 evaluation zones (from Zone A < 0.71 to Zone D > 45 mm/s for the largest machines).
5.2. 頻率特性與精度
Balanset-1A 的計量特性完全符合標準要求。
頻率範圍。 儀器的基本版本運作於 5 Hz – 550 Hz 頻帶。5 Hz（300 rpm）的下限甚至超過 ISO 10816 標準要求的 10 Hz，並支援低速機械的診斷。550 Hz 的上限涵蓋至轉頻為 3000 rpm（50 Hz）機械的 11 次諧波，足以檢測不平衡（1×）、不對心（2×, 3×）以及鬆動。可選配將頻率範圍擴展至 1000 Hz，完全涵蓋所有標準要求。
振幅精度。 振幅測量誤差為滿量程的 ±5%。對於運轉監測任務而言，由於分區邊界差異達數百倍，此精度已綽綽有餘。
相位精度。 儀器測量相位角的精度為 ±1 度。雖然 ISO 10816 未規範相位，但它在動平衡校正程序中至關重要。
5.3. 轉速計通道
The kit includes a laser tachometer (optical sensor) that performs two functions: measures rotor speed (RPM) from 150 to 60,000 rpm (in some versions up to 100,000 rpm), making it possible to identify whether vibration is synchronous with rotational frequency (1×) or asynchronous; and generates a reference phase signal (phase mark) for synchronous averaging and calculating correction mass angles during balancing.
5.4. 連接與佈局
標準套件包含 4 公尺長的感測器電纜（可選 10 公尺）。這提高了現場測量時的安全性。長電纜讓操作員能與旋轉機件保持安全距離，符合操作旋轉設備的工業安全要求。
表 5.1. Balanset-1A 關鍵規格與 ISO 10816 要求之比較
| 參數 | ISO 10816 要求 | Balanset-1A 規格 | 符合性 |
|---|---|---|---|
| 測量參數 | 振動速度，RMS | 速度 RMS（由加速度積分而得） | ✓ |
| 頻率範圍 | 10–1000 Hz | 5–1000 Hz | ✓ |
| 測量範圍 | 0.71–45 mm/s（分區範圍） | 0.2–80 mm/s | ✓ |
| 通道數量 | 至少 1 | 2 通道同步 | ✓ |
| 振幅精度 | 依據 ISO 2954：±10% | ±5% | ✓（超出） |
| RPM 測量 | 未指定 | 150–60,000 rpm | 額外功能 |
第 6 章。使用 Balanset-1A 進行測量方法與 ISO 10816 評估
6.1. 測量準備
識別機器。 Determine the machine class or group (according to Chapters 2 and 4 of this report). For example, a "45 kW fan on vibration isolators" belongs to Group 2 (ISO 10816-3) with a flexible foundation.
軟體安裝。 Install Balanset-1A drivers and software from the supplied USB drive. Connect the interface unit to the laptop's USB port.
安裝感測器。 將感測器安裝於軸承座上 — 切勿安裝於薄蓋、護罩或薄金屬外殼上。使用磁座並確保磁鐵穩固吸附於清潔、平整的表面。磁鐵下方的油漆或鏽蝕會產生阻尼效應並降低高頻讀數。保持正交性：在每個軸承處進行垂直 (V)、水平 (H) 與軸向 (A) 方向的測量。Balanset-1A 具有兩個通道，因此您可以在單一支撐點同時測量 V 與 H。
6.2. 振動計模式 (F5)
Balanset-1A software has a dedicated mode for ISO 10816 evaluation. Run the program, press F5 (or click the "F5 - Vibrometer" button in the interface), then press F9 (Run) to start data acquisition.
指標分析：
- RMS（總值）: The instrument displays overall RMS vibration velocity (V1s, V2s). This is the value you compare with the standard's tabulated limits.
- 1× 振動：儀器會擷取轉動頻率（同步分量）處的振動振幅。
若 RMS 值偏高（C/D 區）但 1× 分量偏低，則問題並非不平衡。可能是軸承故障、空蝕（針對泵浦）或電磁問題。若 RMS 值接近 1× 值（例如，RMS = 10 mm/s，1× = 9.8 mm/s），則不平衡佔主導地位，進行動平衡校正可將振動降低約 95%。
6.3. 頻譜分析 (FFT)
若整體振動超過限值（C 區或 D 區），必須找出原因。F5 模式包含一個「圖表」分頁，可顯示 FFT 頻譜。
- 1×（轉動頻率）處的主峰表示不平衡。
- 2×、3× 處的峰值表示不對心或鬆動。
- High-frequency "noise" or a forest of harmonics indicates rolling bearing defects.
- 葉片通過頻率（葉片數 × rpm）表示風機的空力問題或泵浦的水力問題。
- 2× 線頻（100 Hz 或 120 Hz）表示馬達的電氣故障（定子偏心、轉子斷條）。
Balanset-1A provides these visualizations, which turns it from a simple "compliance meter" into a full diagnostic tool.
6.4. 測點與方向
ISO 10816-1 建議在每個軸承位置沿三個相互垂直的方向測量振動。對於典型的雙軸承機器，這意味著最多六個測點（3 個方向 × 2 個軸承）。實務上，最重要的測量項目為：
- 垂直方向 (V)： 對不平衡最敏感。通常讀數最高，因為軸承在垂直方向的剛性較低。
- 水平方向 (H)： 對不對心和鬆動敏感。若水平振動顯著高於垂直振動，通常表示軟腳或螺栓鬆動。
- 軸向 (A)： 軸向振動偏高（超過徑向振動的 50%）表示不對心、軸彎曲或懸臂轉子不平衡。
ISO 10816 評估通常採用所有測點與方向中最高的讀數。務必記錄所有測量值以供趨勢分析使用。
第 7 章 動平衡校正作為校正方法：Balanset-1A 的實務應用
When diagnostics (based on 1× dominance in the spectrum) indicate unbalance as the main cause of ISO 10816 limit exceedance, the next step is balancing. Balanset-1A implements the influence coefficient method (three-run method).
7.1. 動平衡理論
Unbalance occurs when the rotor's center of mass does not coincide with its axis of rotation. This causes a centrifugal force F = m · r · ω² 產生旋轉頻率振動。動平衡校正的目標是增加校正配重，產生大小相等、方向相反於不平衡力的力。
7.2. 單平面動平衡程序
此程序適用於窄轉子（風機、皮帶輪、盤片）。在程式中選擇 F2 模式。
運轉 0 — 初始： 啟動轉子，按下 F9。儀器會測量初始振動（振幅與相位）。例如：120° 處 8.5 mm/s。
運轉 1 — 試重： Stop the rotor, mount a trial weight of known mass (for example, 10 g) at an arbitrary location. Start the rotor, press F9. Example: 5.2 mm/s at 160°.
計算與校正： The program automatically calculates the mass and angle of the correction weight. For example, the instrument may instruct: "Add 15 g at an angle of 45° from the trial weight position." Balanset functions support split weights: if you cannot place the weight at the calculated location, the program splits it into two weights for mounting, for example, on fan blades.
運轉 2 — 驗證： 安裝計算得出的校正配重（若需要則移除試重）。啟動轉子並確認殘餘振動已降至 ISO 10816 的 A 區或 B 區（例如，第 2 組 / 剛性基礎低於 2.8 mm/s）。
7.3. 雙平面動平衡
Long rotors (shafts, crusher drums) require dynamic balancing in two correction planes. The procedure is similar but requires two vibration sensors (X1, X2) and three runs (Initial, Trial weight in Plane 1, Trial weight in Plane 2). Use F3 mode for this procedure.
第 8 章 實務情境與解讀（案例研究）
工業排風機 (45 kW)
上下文： 風機安裝在屋頂的彈簧型隔振器上。
分類： ISO 10816-3，第 2 組，柔性基礎。
測量： Balanset-1A 在 F5 模式下顯示 RMS = 6.8 mm/s。
分析： According to Table 4.1, the B/C boundary for "Flexible" is 4.5 mm/s, and the C/D boundary is 7.1 mm/s. The fan operates in Zone C (limited operation), approaching the emergency Zone D.
診斷： 頻譜顯示強烈的 1× 峰值，確認不平衡為主要來源。
處置： 使用 Balanset-1A 進行動平衡校正。振動降至 1.2 mm/s。
✓ 結果：A 區 (1.2 mm/s) — 避免故障鍋爐給水泵 (200 kW)
上下文： 泵浦剛性安裝在大型混凝土基礎上。
分類： ISO 10816-3，第 2 組，剛性基礎。
測量： Balanset-1A 顯示 RMS = 5.0 mm/s。
分析： According to Table 4.1, the C/D boundary for "Rigid" is 4.5 mm/s. The pump operates in Zone D — emergency condition.
診斷： 頻譜顯示一系列諧波與高噪聲水平。相對於總振動，1× 峰值偏低。
處置： 動平衡校正無助於解決問題。問題可能出在軸承或空蝕。必須停止泵浦進行機械檢查。
✕ 結果：D 區 (5.0 mm/s) — 需立即停機離心式壓縮機 (500 kW)
上下文： 壓縮機安裝於帶有地腳螺栓的混凝土塊基礎上。
分類： ISO 10816-3，第 1 組，剛性基礎。
測量： Balanset-1A 顯示驅動端軸承處垂直方向 RMS = 3.8 mm/s，水平方向 5.1 mm/s。
分析： 根據表 4.1（第 1 組 / 剛性），3.8 mm/s 為 B 區，5.1 mm/s 為 C 區。以水平值為準：機器處於 C 區。
診斷： 頻譜顯示主導的 2× 峰值，且軸向振動偏高。不對心為首要懷疑對象。
處置： 使用雷射工具檢查聯軸器對中。發現 0.12 mm 的角度不對心並校正至 0.03 mm。校正後振動：水平方向 1.9 mm/s。
✓ 結果：A 區 (1.9 mm/s) — 對中已校正第 9 章 振動參數之間的關係：位移、速度、加速度
了解這三個振動參數之間的數學關係，對於它們之間的轉換以及理解 ISO 10816 為何選擇速度作為主要指標至關重要。
對於頻率為 f (Hz) 的簡諧運動：
- 位移： D = D0 · sin(2πft)，單位為 μm（峰值或峰峰值）
- 速度： V = 2πf · D0 · cos(2πft)，單位為 mm/s
- 加速度： A = (2πf)² · D0 · sin(2πft)，單位為 m/s²
關鍵關係式（針對頻率下的峰值） f):
- V峰值 (mm/s) = π · f · D峰峰值 (p-p) (μm) / 1000
- A峰值 (m/s²) = 2πf · V峰值 (mm/s) / 1000
這解釋了為何位移在低頻時佔主導地位，加速度在高頻時佔主導地位，而速度則在典型的機器轉速範圍內提供相對平坦（與頻率無關）的振動嚴重度表示。恆定的速度值代表結構中的應力恆定，與頻率無關——這就是 ISO 10816 使用速度的根本原因。
表 9.1. 50 Hz（3000 rpm）時的實用轉換範例
| 速度 RMS (mm/s) | 位移 p-p (μm) | 加速度 RMS (m/s²) | ISO 10816-1 區域（II 類） |
|---|---|---|---|
| 1.0 | 9.0 | 0.44 | A 區 |
| 2.8 | 25.2 | 1.24 | B/C 邊界 |
| 4.5 | 40.5 | 2.00 | C 區 |
| 7.1 | 63.9 | 3.15 | C/D 邊界 |
第 10 章. 常見測量誤差及避免方法
即使使用像 Balanset-1A 這樣經過正確校準的儀器，測量誤差也可能導致錯誤的結論。以下是常見的陷阱：
10.1. 感測器安裝誤差
問題： 感測器安裝在護罩、薄蓋板或鬆動的結構上，而非軸承座上。這會因蓋板的結構共振導致虛高的讀數，進而造成不必要的停機。
解決方案： 務必直接安裝在軸承座上。在清潔、平整的金屬表面使用磁吸安裝。對於塗漆厚度超過 0.1 mm 的表面，請刮除一小塊區域露出金屬。
10.2. 機器分類錯誤
問題： 將 I 類限值應用於 200 kW 壓縮機（根據 ISO 10816-3 應為第 2 組）會導致過早報警。
解決方案： Always identify the machine's power rating, speed, and foundation type before selecting the applicable standard and group.
10.3. 忽略運轉條件
問題： 在啟動期間或部分負載下測量振動。ISO 10816 限值適用於正常運轉條件下的穩態運轉。
解決方案： 在記錄測量值之前，讓機器達到熱平衡和正常運轉速度/負載。對於電動機，這通常意味著至少運轉 15 分鐘。
10.4. 電纜與電氣噪聲
問題： 將感測器電纜與電源電纜並行佈線會引入電磁干擾，導致讀數人為升高，特別是在 50/60 Hz 及其諧波處。
解決方案： 將感測器電纜遠離電源電纜佈線。盡可能使用屏蔽電纜。Balanset-1A 的電纜設計上已具備屏蔽功能，但正確的佈線仍然重要。
10.5. 單點測量
問題： Measuring only one direction at one bearing and concluding "the machine is fine."
解決方案： 在每個軸承至少測量兩個方向（V 和 H）。使用最高讀數進行 ISO 10816 評估。方向之間的顯著差異可能表明特定故障（例如，水平 > 垂直通常表示結構鬆動）。
常見問題 (FAQ)
結論
ISO 10816-1 及其專業的第 3 部分為確保工業設備可靠性提供了基礎。從主觀感知過渡到對振動速度（RMS，mm/s）的定量評估，使工程師能夠根據實際數據而非任意計劃來客觀分類機器狀態並規劃維護。
四區評估系統（A 至 D）為維護團隊、管理層和設備供應商之間溝通機器狀態提供了一種普遍理解的語言。結合頻譜分析，此方法不僅能夠檢測問題，還能識別根本原因——不平衡、不對心、軸承磨損、鬆動和電氣故障。
Instrumental implementation of these standards using the Balanset-1A system has proven effective. The instrument provides metrologically accurate measurements in the 5–1000 Hz range (fully covering standard requirements for most machines) and offers the functionality required to identify the causes of elevated vibration (spectral analysis) and eliminate them (balancing).
對於營運公司而言，實施基於 ISO 10816 方法和 Balanset-1A 等儀器的定期監測，是直接投資於降低營運成本。能夠區分 B 區與 C 區有助於避免對健康機器的過早維修，以及因忽視關鍵振動水平而導致的災難性故障。
報告結束
