ISO 1940-2 - Грешки при балансиране (сега ISO 21940-14)
Историческият стандарт за оценяване на грешките при балансиране на твърди ротори — систематични, случайно променливи и скаларни източници на грешки в процеса на балансиране. Отменен и заменен от ISO 21940-14:2012. Самата терминология за балансиране е определена в ISO 21940-2 (преди ISO 1925) и е обобщена по-долу.
Инженерите на Vibromera все още се позовават на таксономията на грешките по ISO 1940-2 при отстраняване на остатъчен дисбаланс, който продължава да съществува след корекция с преносими уреди като Balanset-1A.
Ключови балансиращи термини с един поглед
Най-важните определения от терминологията за балансиране по ISO — ISO 21940-2 (преди ISO 1925) — термините, които всеки специалист по балансиране трябва да познава
Пълен справочник по терминология
Всички основни термини от терминологията за балансиране, ISO 21940-2 (преди ISO 1925), организирани по категории
| Срок | Определение | Значение |
|---|---|---|
| Ротор Ротор | Тяло, способно да се върти около определена ос. В контекста на балансиране включва всеки въртящ се компонент: валове, работни колела, котви, барабани, шпиндели. | Основната цел на балансирането. Всички други термини описват свойствата на ротора или действията върху него. |
| Ротор Твърд ротор | Ротор, чийто дисбаланс може да бъде коригиран във всякакви две произволни равнини, като след корекцията остатъчният дисбаланс не се променя значително при каквато и да е скорост до максималната работна скорост. | Определя, че ISO 1940-1 (G-клас система) се прилага. Балансирането при ниска скорост на машина в цех е валидно. По-голямата част от промишлените ротори са твърди. |
| Ротор Гъвкав ротор | Ротор, който се деформира еластично при работната си скорост, така че състоянието му на дисбаланс се променя. Трябва да се коригира при или близко до работната скорост в повече от две равнини. | Изисква ISO 21940-12. Високоскоростни турбини, големи генератори, многостъпални компресори. Необходимо е специализирано оборудване за балансиране на високоскоростни турбини. |
| Ротор Ос на вала | Правата линия, свързваща центровете на лагерните шийки. Геометричната ос на въртене. | Референтната ос за всички измервания на дисбаланс. Биенето на шиповете влияе върху точността на измерването. |
| Ротор Главна ос на инерция | Оста, около която роторът би се въртял свободно, без да създава центробежна сила или момент. Съвпада с оста на вала за перфектно балансиран ротор. | Несъответствие между главната ос и оста на вала е дисбаланс. Всяка корекция има за цел да подравни тези две оси. |
| Ротор Център на масата (гравитация) | Точката, в която цялата маса на ротора може да се счита за концентрирана. За балансиран ротор, тя лежи точно върху оста на вала. | Статичен дисбаланс = CoM, изместен от оста на вала. Специфичен дисбаланс (e) = разстояние на изместване. |
| Ротор Скорост на обслужване | Максималната скорост на въртене, с която роторът работи при предназначението си. | Критично за изчисляване на толеранса: Uper = (9 549 × G × M) / n. Винаги използвайте работна скорост, а не балансираща скорост. |
| Ротор Критична скорост | Скорост на въртене, при която системата ротор-лагер изпитва резонанс, което води до силно усилени вибрации. | Определя класификацията твърд/гъвкав. Твърдият ротор работи доста под първата критична скорост на огъване. |
| Срок | Определение | Формула / Единици |
|---|---|---|
| Дисбаланс Дисбаланс | Условие, при което главната ос на инерция не съвпада с оста на въртене. Предизвиква центробежна сила, пропорционална на масата, ексцентричността и скоростта на квадрат. | U = m × r (g·mm или kg·m) |
| Дисбаланс Статичен дисбаланс | Главна ос, успоредна на оста на въртене, но изместена. Еквивалентна на единична маса с един радиус. Открива се без въртене (остриета като на нож). Синфазна вибрация на лагера. | Коригирано в 1 равнина |
| Дисбаланс Моментен дисбаланс | Главната ос пресича оста на въртене в центъра на масата, но е наклонена. Две равни, противоположни тежки точки в различни равнини създават люлеещ момент. Забелязва се само по време на въртене. | Коригирано в 2 равнини |
| Дисбаланс Динамичен дисбаланс | Общ случай: главна ос, която не е нито успоредна на, нито пресича оста на въртене. Комбинация от статично и двойствено състояние. Най-често срещаното условие в реалния свят. | Коригирано в 2 равнини |
| Дисбаланс Специфичен дисбаланс | Съотношение на дисбаланса към масата на ротора. Представлява ексцентричността — изместването на центъра на масата спрямо оста на вала. Позволява сравнение на качеството при различни размери на ротора. | e = U / M (µm или g·mm/kg) |
| Дисбаланс Остатъчен дисбаланс | Дисбалансът, оставащ в ротора след процеса на балансиране, не трябва да надвишава допустимата стойност (Uper) за посоченото G-клас. | Ures ≤ Uper |
| Дисбаланс Първоначален дисбаланс | Дисбалансът на ротора, както е получен, преди каквато и да е корекция на балансирането. Измерен при първото пускане. | Базова линия за процедурата по балансиране |
| Дисбаланс Вектор на дисбаланса | Големината и ъгловото положение на дисбаланса в дадена равнина. Представени като полярен вектор с амплитуда (g·mm) и фазов ъгъл (°). | U∠θ (g·mm при ° от реф.) |
| Срок | Определение | Практически бележки |
|---|---|---|
| Процес Балансиране | Процесът на проверка и регулиране на разпределението на масата на ротора, така че остатъчният дисбаланс да е в рамките на определен толеранс. | Итеративно: измерване → изчисляване → коригиране → проверка. |
| Процес Корекционна равнина | Равнина, перпендикулярна на оста на ротора, в която се добавя или премахва маса. Физически достъпното място за поставяне на тежестта. | Може да се различава от равнините на толеранс (лагери) — изисква геометрично преобразуване. |
| Процес Равнина на толеранс | Равнината, в която е посочен допустимият дисбаланс — обикновено равнината на лагера. Дисбалансът тук влияе пряко върху натоварванията на лагера. | Uper е зададено за равнини на толеранс; трябва да се преобразува в равнини за корекция. |
| Процес Корекционна маса | Физическата маса (тегло), добавена към или отнета от ротора под определен радиус и ъгъл в равнината на корекция. | Добавено: закрепване с щипки, закрепване с болтове, заваряване, епоксидна смола. Премахнато: пробиване, фрезоване, шлайфане. |
| Процес Пробно тегло | Известна маса, временно прикрепена към ротора под известен радиус и ъгъл по време на процедурата по балансиране. Използва се за определяне на реакцията на ротора (коефициент на влияние). | Методът с пробно тегло Balanset-1A: изпълнение → прикрепяне на пробно тегло → изпълнение → софтуерът изчислява корекцията. |
| Процес Коефициент на влияние | Промяната във вибрационния отклик (амплитуда и фаза) в точка на измерване, причинена от дисбаланс на устройството на определено място. Характеризира чувствителността на лагерите на ротора. | Изчислено от пробни тегла. Балансирането в две равнини изисква матрица на влияние 2×2. |
| Процес Балансиране в една равнина | Процедура за коригиране на статичния дисбаланс в една корекционна равнина. Подходяща за къси (дисковидни) ротори с L/D < 0,5. | Balanset-1A Режим F2. Един сензор, една равнина. |
| Процес Двуравнинно балансиране | Процедура за коригиране както на статичния, така и на дисбаланса на сдвояването в две корекционни равнини. Необходима за удължени ротори или когато дисбалансът на сдвояването е значителен. | Balanset-1A Режим F3. Два сензора, две равнини. |
| Процес Балансиране на тримера | Финално балансиране, извършено на сглобен ротор, за компенсиране на дисбаланс, причинен от монтажа (биене на съединителя, допуски за сглобяване). | Често се извършва на място на инсталираната машина. |
| Процес Разделяне на теглото | Разпределяне на изчислена коригираща маса между две съседни достъпни места (напр. два отвора за болтове или позиции на лопатките), когато точното ъглово положение не е достъпно. | Balanset-1A осигурява автоматично изчисление на разделяне на теглото. |
| Срок | Определение | Сравнение |
|---|---|---|
| Машина Балансираща машина | Устройство, което измерва дисбаланса в ротор (големина и ъглово положение), така че разпределението на масата да може да се коригира. | Работни (стационарни) или полеви (преносими като Balanset-1A). |
| Машина Машина с меки лагери | Окачването е много гъвкаво. Роторът се върти над естествената честота на окачването. Измерва физическото изместване. Трябва да се калибрира за всяка геометрия на ротора. | По-рядко срещано днес. По-ниска цена, но операторът трябва да калибрира отново за всеки ротор. Сензор за изместване. |
| Машина Машина с твърди лагери | Окачването е много твърдо. Роторът се върти под собствената честота на окачването. Сензорите измерват центробежната сила директно. Постоянно калибрирано — приема широка гама от ротори без специфична настройка за ротора. | Доминиращ тип в съвременната индустрия. По-гъвкава, по-бърза настройка. Сензор за сила. |
| Машина Полеви балансьор | Преносим инструмент, използван за балансиране на ротори на място (инсталирани в машината) без разглобяване. Използва сензори за вибрации и тахометър. Метод с пробно тегло. | Balanset-1A (2-канален) и Balanset-4 (4-канален). Вграден калкулатор за толеранс по ISO 1940. |
| Машина Дорник (Арбор) | Вал или адаптер, върху който е монтиран ротор за балансиране на машина. Трябва да е точно концентричен и да има незначително биене. | Ексцентричността на дорника е основен източник на систематична грешка при балансиране. Проверено чрез индексен тест. |
| Срок | Определение | Формула / Стандарт |
|---|---|---|
| Качество Степен на качество на баланса (G) | Класификация, определяща максимално допустимата скорост на центъра на масата на ротора. G = eper × ω. Оценките образуват логаритмична скала с коефициент 2,5. | G 0,4 … G 4000 Дефинирано в ISO 1940-1 |
| Качество Допустим остатъчен дисбаланс (Uper) | Максимален остатъчен дисбаланс, допустим за посочения клас G, маса на ротора и работна скорост. Критерият за приемане. | Uper = (9549 × G × M) / n |
| Качество Толеранс на баланс | Диапазонът, в който трябва да попада остатъчният дисбаланс, за да се отговори на зададеното изискване за качество. Равно на Uper. | Зададено за всяка равнина след разпределението |
| Качество Коефициент на намаляване на дисбаланса (URR) | Съотношението на началния дисбаланс към остатъчния дисбаланс след един цикъл на корекция. Показва ефективността на балансиращата машина/процедура. | URR = Uначален / Uостатъчен Типично: 5–50× |
| Измерване Фазов ъгъл | Ъгловото положение на вектора на дисбаланса спрямо референтна маркировка на ротора (измерена с тахометър). В комбинация с амплитудата определя пълния вектор на дисбаланса. | ° (градуси, 0–360) |
| Измерване Скорост на вибрациите (RMS) | Средноквадратична стойност на скоростта на вибрациите в корпуса на лагера. Стандартният параметър за измерване за оценка на състоянието на машината на ISO 10816. | мм/с RMS (10–1000 Hz) |
| Измерване Индексен тест | Процедура за проверка: завъртете ротора на определен ъгъл (напр. 180°) спрямо опорите на машината и измерете отново. Открива грешки в дорника и приспособлението. | Изисква се за официална проверка съгласно ISO 1940-1, глава 10 |
| Измерване Минимално постижим остатъчен дисбаланс (Umar) | Най-ниският остатъчен дисбаланс, постижим на дадена балансираща машина за конкретен ротор. Определя се от чувствителността на машината, нивото на шум и състоянието на лагерите. | Umar трябва да бъде ≤ Uper за да е машината подходяща за необходимия клас G. |
Какво е ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mechanical vibration — Balance quality requirements of rigid rotors — Part 2: Balance errors) беше международният стандарт за идентифициране, оценяване и отчитане на грешките, възникващи при балансиране на твърди ротори — от дисбаланс на дорника и задвижващия вал до биене на компонентите и разсейване на показанията на уредите. Той е отменен и заменен от ISO 21940-14:2012 (Mechanical vibration — Rotor balancing — Part 14: Procedures for assessing balance errors), който разширява същите процедури и към ротори с гъвкаво поведение. Забележка: той често се бърка с терминологията за балансиране vocabulary — това е различен стандарт, ISO 21940-2 (преди ISO 1925), чиято терминология тази страница обобщава по-долу.
Когато инженер в Германия зададе „корекция на динамичния дисбаланс до G 6.3 в две равнини“, техник в Япония трябва да разбере точно какво се изисква — същото състояние на ротора, същата процедура за балансиране и същият критерий за приемане. Терминологията за балансиране по ISO — ISO 21940-2 (преди ISO 1925) — прави това възможно, като предоставя единен, международно съгласуван речник за цялата област.
За разлика от това самият ISO 1940-2 не беше нито речник, нито спецификация за допуски — той се занимаваше с грешки при балансиране. Той класифицира източниците на грешки в процеса на балансиране като систематични (величината и ъгълът могат да бъдат оценени — напр. дисбаланс на дорник или карданен вал, радиално и аксиално биене, шпонки и шпонкови канали, остатъчен магнетизъм, грешки при повторен монтаж и инструментални грешки), случайно променливи (разхлабени части, задържани течности, топлинна деформация, аеродинамично съпротивление) и скаларни (може да се оцени само максималната величина, ъгълът е неопределим — напр. монтажни хлабини и производствени допуски), и даде процедури за тяхната оценка и отчитане, така че остатъчният дисбаланс действително да остане в допустимата стойност Uper от ISO 1940-1 (сега ISO 21940-11). Неговият наследник, ISO 21940-14, запазва точно тази роля в серията ISO 21940.
Подробен анализ на термините
Разграничението между твърдо и гъвкаво
Това е най-важната класификация при балансирането. Разграничението определя всичко: кой стандарт се прилага, какво оборудване е необходимо, колко равнини са необходими и с каква скорост трябва да се извърши балансирането.
Ротор, чийто дисбаланс може да бъде коригиран във всякакви две произволни равнини и след корекцията остатъчният дисбаланс не се променя значително при каквато и да е скорост до максималната работна скорост. Практически тест: ако първото огъване критична скорост е значително над максималната работна скорост (обикновено > 1,5× или повече), роторът е твърд.
Ротор, който се деформира еластично при работната си скорост, така че състоянието му на небалансираност се променя. Трябва да бъде балансиран при или близко до работната скорост в повече от две равнини. Отнася се за: големи турбогенератори, многостъпални високоскоростни компресори, дълги ролки на хартиени машини с висока скорост. Обхванати от ISO 21940-12.
По-голямата част от промишлените ротори – електродвигатели, вентилатори, помпи, маховици, валове – са твърди ротори. Системата G-клас на ISO 1940-1 се прилага директно за твърди ротори.
Трите вида дисбаланс
Речникът (ISO 21940-2) определя три основни типа въз основа на геометричната връзка между главната ос на инерция и оста на въртене. Разбирането им е съществено за избора на правилната процедура за балансиране:
- Статичен дисбаланс произвежда сила — и двата лагера вибрират във фаза при 1× RPM. Роторът може да се открие като небалансиран без въртене (гравитацията го разкрива на остриета). Достатъчна е една корекционна равнина. Типично за тесни дискови ротори (L/D < 0,5): тесни шайби, вентилаторни колела, тънки маховици.
- Моментен дисбаланс произвежда момент — лагерите вибрират на 180° извън фаза при 1× об/мин. Нетната сила е нула (центърът на масата е върху оста), но две равни и противоположни тежки точки в различни аксиални позиции създават люлееща се двойка. Открива се само при въртене. Изисква две корекционни равнини.
- Динамичен дисбаланс = статично + комбинирано от двойка. Общият случай за всички реални ротори, които не са идеално симетрични. Налице са както сила, така и момент. Лагерите вибрират с честота 1×, без нито да са синфазни, нито точно на 180° извън фаза. Изисква двуравнинно балансиране.
Специфичен дисбаланс и връзката G-клас
Специфичен дисбаланс (e = U/M) е ключовият показател, който позволява универсално сравнение на качеството на баланса. Ротор с тегло 5 kg с дисбаланс 50 g·mm има e = 10 µm. Ротор с тегло 500 kg с дисбаланс 5 000 g·mm също има e = 10 µm — идентично качество на баланса въпреки разликата в масата от 100×.
G-клас разширява това чрез включване на скорост: G = e × ω, давайки едно число (mm/s), което характеризира качеството на баланса независимо както от масата, така и от скоростта. Това е основата на системата за толеранс на ISO 1940-1 .
Корекционни равнини срещу равнини на толеранс
Речникът прави критично разграничение, което често се пропуска на практика:
- Равнини на толеранс = равнините на лагерите, където вибрациите и динамичните натоварвания са най-критични. Допустим дисбаланс Uper е посочено тук.
- Корекционни равнини = физически достъпни места, където могат да се поставят тежести (главина на вентилатора, крайни пръстени на двигателя, рамена на вала). Често на различни аксиални позиции от тези на лагерите.
Преобразуване на Uper Преобразуването от равнини на толеранс към корекционни равнини изисква познаване на геометрията на ротора. За асиметрични или надвесени ротори това преобразуване може значително да промени допуските за всяка равнина. Това Balanset-1A обработва това преобразуване автоматично, когато се въведат размерите на ротора.
Видове балансиращи машини
Двата основни типа машини отразяват различни принципи на физически измервания:
- Меко лагеруване: Собствената честота на окачването е доста под работната скорост → машинни мерки изместване. Изисква калибриране за всеки нов ротор. Исторически значимо; намаляваща употреба.
- Твърдо носещи: Собствената честота на окачването е значително по-висока от работната скорост → машинни мерки сила. Постоянно калибриран — приема различни ротори без индивидуално калибриране. Доминиращият съвременен тип.
Инструменти за балансиране на полето, като например Balanset-1A използват различен принцип: те не са "машина" по ISO смисъла, а използват собствените лагери и опора на ротора като измервателна система, прилагайки метода на пробното тегло (коефициент на влияние), за да определят корекцията, без да е необходима специална балансираща машина.
Кръстосана препратка: Къде се използва всеки термин
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Използва всички термини за толеранс и качество — G-клас, Uper, толеранс на баланс, остатъчен дисбаланс. Основният потребител на този речник.
ISO 14694: Използва термините за ротори (твърди), термините за дисбаланс и ги разширява с категории за приложение на BV, специфични за вентилатори, класове на балансиране и таблици с вибрационни ограничения.
ISO 10816 / ISO 20816: Използва термини за измерване — скорост на вибрациите, RMS, точки за измерване на корпуса на лагера.
ISO 21940-12: Разширява гъвкавата дефиниция на ротора с многоскоростни, многоравнинни процедури.
API 610 / API 617: Стандартите за нефтени продукти се позовават на ISO 1940 G-класове и терминология за дисбаланс за спецификациите на помпи и компресори.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Преход
ISO 21940-14:2012 официално отменя и заменя ISO 1940-2:1997, като представлява техническа ревизия на стандарта — основната промяна е разширяването на приложимостта му към ротори с гъвкаво поведение. Терминологията за балансиране следва отделен път: ISO 1925 е ревизиран като ISO 21940-2. Номерацията ISO 21940 отразява интегрирането в цялостната серия ISO 21940, обхващаща всички аспекти на балансирането на ротори. Старите обозначения все още се срещат широко в отрасловата литература.
Официален стандарт: ISO 21940-14:2012 (заменя ISO 1940-2) в ISO Store →
Често задавани въпроси — ISO 1940-2
Грешки при балансиране, преходът към ISO 21940 и терминологията за балансиране
▸ Какво е ISO 1940-2?
▸ Каква е разликата между статичен и динамичен дисбаланс?
▸ Каква е разликата между твърд и гъвкав ротор?
▸ Какво е остатъчен дисбаланс?
▸ Каква е разликата между корекционната равнина и равнината на толеранс?
▸ Машина за балансиране на меки лагери срещу машина за твърди лагери?
▸ Какво е специфичен дисбаланс (ексцентричност)?
Свързани статии за речника
Говорете езика — с правилните инструменти
Балансьорите Vibromera прилагат директно ISO речника: избор на G-градус, вектори на дисбаланс, корекционни равнини, сравнение на остатъци и допустими стойности — всичко в един преносим инструмент.
Прегледайте балансиращото оборудване →
