Fan Balancing
(Information used from GOST 31350-2007 “VIBRATION. INDUSTRIAL FANS. REQUIREMENTS FOR PRODUCED VIBRATION AND BALANCING QUALITY” — an interstate standard developed from ISO 14694:2003 “Industrial fans — Specifications for balance quality and vibration levels”)
Source note: this page is based on the fan vibration and balance quality requirements equivalent to ISO 14694:2003 and related interstate (GOST) adoptions of ISO standards, whose designations differ from the original ISO publication numbers. Where older ISO 1940-1 terminology appears, the current balance quality standard is ISO 21940-11 (formerly ISO 1940-1).
Vibration Vibracije koje proizvodi ventilator jedna su od njegovih najvažnijih tehničkih karakteristika. Označava kvalitetu dizajna i izrade proizvoda. Pojačane vibracije mogu ukazivati na nepravilnu ugradnju ventilatora, pogoršanje njegovog tehničkog stanja itd. Zbog toga se vibracije ventilatora obično mjere prilikom prijemnih testova, prilikom ugradnje prije puštanja u rad, kao i prilikom izvođenja programa praćenja stanja mašine. Podaci o vibracijama ventilatora se također koriste u dizajnu njegovih potpornih i povezanih sistema (kanala). Mjerenja vibracija se obično izvode s otvorenim usisnim i ispusnim otvorima, ali treba napomenuti da vibracije ventilatora mogu značajno varirati s promjenama u aerodinamici protoka zraka, brzini rotacije i drugim karakteristikama.
GOST ISO 10816-1-97 (ISO 10816-1:1995), GOST ISO 10816-3-2002 (ISO 10816-3:1998), and GOST 31351-2007 (ISO 14695:2003) establish measurement methods and define vibration sensor locations. If vibration measurements are carried out to assess their impact on the duct or fan base, the measurement points are chosen accordingly.
Mjerenja vibracija ventilatora mogu biti skupa, a ponekad njihova cijena znatno premašuje cijenu proizvodnje samog proizvoda. Stoga, sva ograničenja na vrijednosti pojedinačnih diskretnih komponenti vibracija ili parametara vibracija u frekvencijskim opsezima treba uvesti samo kada prekoračenje ovih vrijednosti ukazuje na kvar ventilatora. Broj mernih tačaka vibracija takođe treba da bude ograničen na osnovu nameravane upotrebe rezultata merenja. Obično je dovoljno izmjeriti vibracije na nosačima ventilatora da bi se procijenilo vibraciono stanje ventilatora.
Osnova je ono na šta je ventilator montiran i ono što obezbeđuje neophodnu podršku za ventilator. Masa i krutost podloge se biraju kako bi se spriječilo pojačanje vibracije koja se prenosi kroz nju.
Nosači su dvije vrste:
- usklađena podrška: Sistem potpore ventilatora dizajniran tako da je prva prirodna frekvencija oslonca znatno niža od radne frekvencije rotacije ventilatora. Prilikom određivanja stepena usklađenosti nosača treba uzeti u obzir elastične umetke između ventilatora i noseće konstrukcije. Usklađenost nosača se osigurava kačenjem ventilatora na opruge ili postavljanjem nosača na elastične elemente (opruge, gumeni izolatori, itd.). Prirodna frekvencija sistema ovjesa – ventilatora je obično manja od 25% frekvencije koja odgovara minimalnoj brzini rotacije testiranog ventilatora.
- kruti oslonac: Sistem nosača ventilatora dizajniran tako da je prva prirodna frekvencija oslonca znatno viša od radne frekvencije rotacije. Krutost baze ventilatora je relativna. Treba ga uzeti u obzir u poređenju sa krutošću ležajeva mašine. Omjer vibracija kućišta ležaja i vibracija baze karakterizira utjecaj poklapanja baze. Baza se može smatrati krutom i dovoljno masivnom ako je amplituda osnovne vibracije (u bilo kojem smjeru) u blizini nogu mašine ili potpornog okvira manja od 25% od maksimalnog rezultata mjerenja vibracija dobivenog na najbližem nosaču ležaja (u bilo kojem smjeru).
Budući da se masa i krutost privremene podloge na koju je ventilator montiran tokom tvorničkih ispitivanja mogu značajno razlikovati od uvjeta ugradnje na mjestu rada, granične vrijednosti fabričkih uvjeta odnose se na uskopojasne vibracije u frekventnom opsegu rotacije, a za testiranje ventilatora na licu mesta – do širokopojasnih vibracija, određivanje ukupnog vibracijskog stanja mašine. Mjesto rada je krajnje mjesto ugradnje ventilatora, za koje su definirani radni uvjeti.
Kategorije obožavatelja (BV-kategorije)
Ventilatori se kategoriziraju na osnovu karakteristika njihove namjenjirane upotrebe, klase tačnosti balansiranja, i preporučene vrijednosti granica parametara vibracija. Dizajn i namjena ventilatora su kriteriji koji omogućavaju klasifikaciju mnogih tipova ventilatora prema prihvatljivim imbalance vrijednosti i nivoi vibracija (BV-kategorije).
U tabeli 1 prikazane su kategorije kojima se ventilatori mogu pripisati na osnovu uslova njihove primene, s obzirom na dozvoljene vrednosti neravnoteže i nivoe vibracija. Kategoriju ventilatora određuje proizvođač.
Tabela 1 – Kategorije ventilatora
| Uslovi prijave | Primjeri | Potrošnja energije, kW | BV-kategorija |
| Stambeni i poslovni prostori | Ventilatori na stropu i potkrovlju, klima uređaji za prozore | ≤ 0,15 | BV-1 |
| > 0,15 | BV-2 | ||
| Zgrade i poljoprivredne prostorije | Ventilatori za sisteme ventilacije i klimatizacije; Ventilatori u serijskoj opremi | ≤ 3.7 | BV-2 |
| > 3.7 | BV-3 | ||
| Industrijski procesi i proizvodnja energije | Ventilatori u zatvorenim prostorima, rudnicima, transporterima, bojlerima, aerotunelima, sistemima za čišćenje gasa | ≤ 300 | BV-3 |
| > 300 | vidi ISO 10816-3 | ||
| Transport, uključujući pomorska plovila | Obožavatelji na lokomotivama, kamionima i automobilima | ≤ 15 | BV-3 |
| > 15 | BV-4 | ||
| Tuneli | Ventilatori za ventilaciju metroa, tunela, garaža | ≤ 75 | BV-3 |
| > 75 | BV-4 | ||
| Bilo koji | BV-4 | ||
| Petrohemijska proizvodnja | Ventilatori za odvođenje opasnih gasova, a koriste se u drugim tehnološkim procesima | ≤ 37 | BV-3 |
| > 37 | BV-4 | ||
| Proizvodnja kompjuterskih čipova | Ventilatori za stvaranje čistih soba | Bilo koji | BV-5 |
| Notes
1 This standard only considers fans with power less than 300 kW. The vibration assessment of fans with greater power is according to ISO 10816-3. However, standard series electric motors can have a rated power of up to 355 kW. Fans with such electric motors should be accepted according to this standard.
2 Table 1 does not apply to large diameter (usually from 2800 to 12500 mm) low-speed light axial fans used in heat exchangers, cooling towers, etc. The balancing accuracy class for such fans should be G16, and the fan category – BV-3
|
|||
When purchasing individual rotor elements (wheels or impellers) for subsequent installation on the fan, the balancing accuracy class of these elements (see table 2) should be followed, and when purchasing the fan as a whole, the results of factory vibration tests (table 4) and on-site vibration (table 5) should also be considered. Usually, these characteristics are agreed upon, so the choice of fan can be made based on its BV-category.
The category established in table 1 is typical for the normal use of fans, but in justified cases, the customer may request a fan of a different BV-category. It is recommended to specify the fan’s BV-category, balancing accuracy class, and acceptable vibration levels in the equipment supply contract.
A separate agreement between the customer and the manufacturer can be concluded regarding the fan installation conditions, so that the factory testing of the assembled fan considers the planned installation conditions at the operating site. In the absence of such an agreement, there are no restrictions on the type of base (rigid or compliant) for factory tests.
Fan Balancing
General Provisions
Proizvedač ventilatora je odgovoran za balansiranje ventilatore prema relevantnom regulatornom dokumentu. Ovaj standard se temelji na zahtjevima ISO 1940-1. Balansiranje se obično provodi na izuzetno osjetljivim, posebno dizajniranim mašina za balansiranje, što omogućava preciznu procjenu rezidualnog neuravnoteženja.
Fan Balancing Accuracy Classes
The balancing accuracy classes for fan wheels are applied in accordance with table 2. The fan manufacturer can perform balancing for several elements in assembly, which may include, in addition to the wheel, the shaft, coupling, pulley, etc. In addition, individual assembly elements may require balancing.
Table 2 – Balancing Accuracy Classes
|
Fan Category
|
Rotor (Wheel) Balancing Accuracy Class
|
|
BV-1
|
G16
|
|
BV-2
|
G16
|
|
BV-3
|
G6.3
|
|
BV-4
|
G2.5
|
|
BV-5
|
G1.0
|
|
Note: Fans of category BV-1 can include small size fans weighing less than 224 g, for which it is difficult to maintain the specified balancing accuracy. In this case, the uniformity of mass distribution relative to the fan’s axis of rotation should be ensured by the manufacturing technology.
|
|
Fan Vibration Measurement
Measurement Requirements
General Provisions
Figures 1 – 4 show some possible measurement points and directions on each fan bearing. The values given in table 4 relate to measurements in the direction perpendicular to the axis of rotation. The number and location of measurement points for both factory tests and on-site measurements are determined at the manufacturer’s discretion or by agreement with the customer. It is recommended to measure on the bearings of the fan wheel shaft (impeller). If this is not possible, the sensor should be installed in a place where the shortest mechanical connection between it and the bearing is ensured. The sensor should not be mounted on unsupported panels, the fan housing, enclosure elements, or other places not directly connected to the bearing (such measurement results can be used, but not for assessing the fan’s vibrational state, but for obtaining information about the vibration transmitted to the duct or base – see ISO 14695 (GOST 31351) and ISO 5348.
Figure 1. Location of a three-coordinate sensor for a horizontally mounted axial fan
Figure 2. Location of a three-coordinate sensor for a single-suction radial fan
Figure 3. Location of a three-coordinate sensor for a double-suction radial fan
Figure 4. Location of a three-coordinate sensor for a vertically mounted axial fan
Measurements in the horizontal direction should be carried out at a right angle to the shaft axis. Measurements in the vertical direction should be carried out at a right angle to the horizontal measurement direction and perpendicular to the fan shaft. Measurements in the longitudinal direction should be carried out parallel to the shaft axis.
Measurements using inertia-type sensors
All vibration values specified in this standard refer to measurements taken using inertia-type sensors, the signal of which reproduces the movement of the bearing housing.
The sensors used can be either accelerometers or velocity sensors. Particular attention should be paid to the correct attachment of sensors: without gaps on the support surface, without swings and resonances. The size and mass of the sensors and the attachment system should not be excessively large to avoid significant changes in the measured vibration. The total error caused by the method of sensor attachment and calibration of the measuring system should not exceed +/- 10% of the measured value.
Measurements using non-contact sensors
By agreement between the user and the manufacturer, requirements for the maximum allowable shaft displacement (see ISO 7919-1) within sliding bearings may be established. The corresponding measurements can be carried out using non-contact sensors.
In this case, the measuring system determines the displacement of the shaft surface relative to the bearing housing. It is obvious that the allowable amplitude of displacements should not exceed the value of the bearing clearance. The clearance value depends on the size and type of bearing, the load (radial or axial), and the measurement direction (some bearing designs have an elliptical hole, for which the clearance in the horizontal direction is greater than in the vertical direction). The variety of factors that need to be considered does not allow setting uniform shaft displacement limits, but some recommendations are presented in table 3. The values given in this table represent a percentage of the total radial clearance value in the bearing in each direction.
Table 3 – Maximum Relative Shaft Displacement within the Bearing
| Fan Vibrational State | Maximum Recommended Displacement, Percentage of Clearance Value (Along Any Axis) |
| Commissioning/Satisfactory State | Less than 25% |
| Warning | +50% |
| Shutdown | +70% |
| 1) Radial and axial clearance values for a specific bearing should be obtained from its supplier. | |
The given values take into account “false” displacements of the shaft surface. These “false” displacements appear in the measurement results because, in addition to the shaft vibration, mechanical runouts also affect these results if the shaft is bent or has an out-of-round shape. When using a non-contact sensor, the measurement results will also include electrical runouts determined by the magnetic and electrical properties of the shaft material at the measurement point. It is believed that during the commissioning and subsequent normal operation of the fan, the range of the sum of mechanical and electrical runouts at the measurement point should not exceed the larger of two values: 0.0125 mm or 25% of the measured displacement value. Runouts are determined by slowly rotating the shaft (at a speed of 25 to 400 rpm), when the effect of forces caused by imbalance on the rotor is negligible. To meet the established runout tolerance, additional shaft machining may be required. Non-contact sensors should, if possible, be mounted directly on the bearing housing.
The given limit values apply only to a fan operating in its nominal mode. If the fan design allows operation with variable rotational speed, higher vibration levels are possible at other speeds due to the inevitable influence of resonances.
If the fan design allows changing the blade positions relative to the airflow at the intake port, the given values should be applied for conditions with the blades fully open. It should be noted that airflow stall, especially noticeable at large blade angles relative to the intake airflow, can lead to increased vibration levels.
Fan Support System
The vibrational state of fans after installation is determined considering the support stiffness. A support is considered rigid if the first natural frequency of the “fan – support” system exceeds the rotational speed. Usually, when mounted on large concrete foundations, the support can be considered rigid, and when mounted on vibration isolators – compliant. A steel frame, often used for mounting fans, can belong to either of the two support types. In case of doubt about the fan support type, calculations or tests can be carried out to determine the system’s first natural frequency. In some cases, the fan support should be considered rigid in one direction and compliant in another.
Limits of Allowable Fan Vibration during Factory Tests
The limit vibration levels given in table 4 apply to assembled fans. They relate to narrow-band vibration velocity measurements at bearing supports for the rotational frequency used during factory tests.
Table 4 – Limit Vibration Values during Factory Tests
| Fan Category | Limit RMS Vibration Velocity, mm/s | |
| Rigid Support | Usklađena podrška | |
| BV-1 | 9.0 | 11.2 |
| BV-2 | 3.5 | 5.6 |
| BV-3 | 2.8 | 3.5 |
| BV-4 | 1.8 | 2.8 |
| BV-5 | 1.4 | 1.8 |
| Notes
1 Pravila za pretvaranje jedinica brzine vibracije u jedinice pomaka ili ubrzanja za uskopojasne vibracije navedena su u Dodatku A.
2 Vrijednosti u ovoj tabeli odnose se na nazivno opterećenje i nazivnu frekvenciju rotacije ventilatora koji radi u režimu s otvorenim ulaznim lopaticama. Granične vrijednosti za ostale uvjete opterećenja treba dogovoriti između proizvođača i kupca, ali se preporučuje da one ne prelaze tabelarne vrijednosti više od 1,6 puta.
|
||
Granice dozvoljenih vibracija ventilatora tokom testiranja na licu mesta
Vibracije bilo kojeg ventilatora na mjestu rada ne zavise samo od njegovog kvaliteta balansiranja. Faktori vezani za ugradnju, kao što su masa i krutost sistema nosača, također će imati utjecaj. Stoga proizvođač ventilatora nije odgovoran za nivo vibracija ventilatora na mjestu rada osim ako to nije navedeno u ugovoru.
Tabela 5 daje preporučene granične vrijednosti (u jedinicama brzine vibracije za širokopojasne vibracije na kućištima ležajeva) za normalan rad ventilatora u različitim kategorijama.
Tabela 5 – Granične vrijednosti vibracija na mjestu rada
| Fan Vibrational State | Fan Category | Limit RMS Vibration Velocity, mm/s | |
| Rigid Support | Usklađena podrška | ||
| Puštanje u rad | BV-1 | 10 | 11.2 |
| BV-2 | 5.6 | 9.0 | |
| BV-3 | 4.5 | 6.3 | |
| BV-4 | 2.8 | 4.5 | |
| BV-5 | 1.8 | 2.8 | |
| Warning | BV-1 | 10.6 | 14.0 |
| BV-2 | 9.0 | 14.0 | |
| BV-3 | 7.1 | 11.8 | |
| BV-4 | 4.5 | 7.1 | |
| BV-5 | 4.0 | 5.6 | |
| Shutdown | BV-1 | __1) | __1) |
| BV-2 | __1) | __1) | |
| BV-3 | 9.0 | 12.5 | |
| BV-4 | 7.1 | 11.2 | |
| BV-5 | 5.6 | 7.1 | |
| 1) Nivo gašenja za ventilatore kategorija BV-1 i BV-2 utvrđuje se na osnovu dugotrajne analize rezultata mjerenja vibracija. | |||
Vibracije novih ventilatora koji se puštaju u rad ne bi trebalo da prelaze nivo „puštanja u rad“. Kako ventilator radi, očekuje se da će se njegov nivo vibracija povećati zbog procesa habanja i kumulativnog efekta faktora koji utiču. Takvo povećanje vibracija je općenito prirodno i ne bi trebalo izazvati zabrinutost dok ne dostigne nivo „upozorenja“.
Po dostizanju nivoa „upozoravajuće“ vibracije, potrebno je istražiti uzroke povećane vibracije i odrediti mjere za njeno smanjenje. Rad ventilatora u ovom stanju treba biti pod stalnim nadzorom i ograničen na vrijeme potrebno za identifikaciju mjera za uklanjanje uzroka povećane vibracije.
Ako nivo vibracija dostigne nivo „gašenja“, odmah se moraju preduzeti mere za otklanjanje uzroka povećane vibracije, u suprotnom, ventilator treba zaustaviti. Odlaganje dovođenja nivoa vibracija na prihvatljivu razinu može dovesti do oštećenja ležaja, pukotina na rotoru i na mjestima zavarivanja kućišta ventilatora, što u konačnici rezultira uništenjem ventilatora.
Prilikom procjene vibracijskog stanja ventilatora, bitno je pratiti promjene nivoa vibracija tokom vremena. Iznenadna promjena nivoa vibracija ukazuje na potrebu za hitnim mjerama pregleda i održavanja ventilatora. Prilikom praćenja promjena vibracija, prijelazne procese uzrokovane, na primjer, zamjenom maziva ili postupcima održavanja ne treba uzeti u obzir.
Uticaj skupštinske procedure
Osim točkova, ventilatori uključuju i druge rotirajuće elemente koji mogu uticati na nivo vibracija ventilatora: pogonske remenice, remenje, spojnice, rotore motora ili druge pogonske uređaje. Ako uvjeti narudžbe zahtijevaju isporuku ventilatora bez pogonskog uređaja, može biti nepraktično da proizvođač provodi testove sklopa kako bi odredio nivoe vibracija. U tom slučaju, čak i ako je proizvođač izbalansirao kotač ventilatora, nema sigurnosti da će ventilator raditi nesmetano dok se osovina ventilatora ne spoji na pogon i cijela mašina se testira na vibracije tokom puštanja u rad.
Obično, nakon montaže, potrebno je dodatno balansiranje kako bi se nivo vibracija smanjio na prihvatljiv nivo. Za sve nove ventilatore kategorija BV-3, BV-4 i BV-5 preporuča se mjerenje vibracija montirane mašine prije puštanja u rad. Ovo će uspostaviti osnovnu liniju i odrediti dalje mjere održavanja.
Proizvođači ventilatora nisu odgovorni za utjecaj na vibracije dijelova pogona instaliranih nakon tvorničkog testiranja.
Alati za mjerenje vibracija i kalibracija
Measurement Tools
Korišteni mjerni alati i mašine za balansiranje moraju biti verificirani i ispunjavati zahtjeve zadatka. Interval između verifikacija određen je preporukama proizvođača za merne (testne) alate. Stanje mjernih alata mora osigurati njihov normalan rad tokom cijelog perioda testiranja.
Osoblje koje radi sa mjernim alatima mora imati dovoljno vještina i iskustva da otkrije potencijalne kvarove i pogoršanje kvaliteta mjernih alata.
Kalibracija
Svi mjerni alati moraju biti kalibrirani u skladu sa standardima. Složenost postupka kalibracije može varirati od jednostavne fizičke inspekcije do kalibracije cijelog sistema. Korektivne mase koje se koriste za određivanje preostale neravnoteže prema ISO 1940-1 mogu se koristiti i za kalibraciju mjernih alata.
Dokumentacija
Balancing
Na zahtjev, ako je predviđeno uslovima ugovora, korisniku se može dostaviti izvještaj o ispitivanju balansiranja ventilatora, koji se preporučuje da sadrži sljedeće informacije:
– Naziv proizvođača mašine za balansiranje, broj modela;
– Vrsta ugradnje rotora: između nosača ili konzolno;
– Metoda balansiranja: statička ili dinamička;
– Masa rotirajućih delova sklopa rotora;
– Rezidualnog neuravnoteženja u svakom korekcijske ravnine (use our kalkulator rezidualnog disbalansa (ISO 21940-11) za utvrđivanje dozvoljenih vrijednosti);
– Dozvoljena rezidualna neravnoteža u svakoj ravni korekcije;
– Klasa tačnosti balansiranja;
– Kriterijumi prihvatanja: prihvaćeno/odbijeno;
– Potvrda o balansiranju (ako je potrebno).
– Naziv proizvođača mašine za balansiranje, broj modela;
– Vrsta ugradnje rotora: između nosača ili konzolno;
– Metoda balansiranja: statička ili dinamička;
– Masa rotirajućih delova sklopa rotora;
– Rezidualnog neuravnoteženja u svakom korekcijske ravnine (use our kalkulator rezidualnog disbalansa (ISO 21940-11) za utvrđivanje dozvoljenih vrijednosti);
– Dozvoljena rezidualna neravnoteža u svakoj ravni korekcije;
– Klasa tačnosti balansiranja;
– Kriterijumi prihvatanja: prihvaćeno/odbijeno;
– Potvrda o balansiranju (ako je potrebno).
Vibration
Na zahtjev, ako je predviđeno uslovima ugovora, kupcu se može dostaviti izvještaj o testiranju vibracija ventilatora, koji se preporučuje da sadrži sljedeće informacije:
– Korišteni mjerni alati;
– Način pričvršćivanja senzora vibracija;
– Radni parametri ventilatora (protok vazduha, pritisak, snaga);
– Frekvencija rotacije ventilatora;
– Vrsta nosača: kruta ili usklađena;
– Izmjerene vibracije:
1) Položaji senzora vibracija i mjerne ose,
2) mjerne jedinice i referentni nivoi vibracija,
3) opseg frekvencija mjerenja (uski ili široki frekvencijski opseg);
– Dozvoljeni nivo(i) vibracija;
– Izmjereni nivo(i) vibracija;
– Kriterijumi prihvatanja: prihvaćeno/odbijeno;
– Certifikat o nivou vibracija (ako je potrebno).
– Korišteni mjerni alati;
– Način pričvršćivanja senzora vibracija;
– Radni parametri ventilatora (protok vazduha, pritisak, snaga);
– Frekvencija rotacije ventilatora;
– Vrsta nosača: kruta ili usklađena;
– Izmjerene vibracije:
1) Položaji senzora vibracija i mjerne ose,
2) mjerne jedinice i referentni nivoi vibracija,
3) opseg frekvencija mjerenja (uski ili široki frekvencijski opseg);
– Dozvoljeni nivo(i) vibracija;
– Izmjereni nivo(i) vibracija;
– Kriterijumi prihvatanja: prihvaćeno/odbijeno;
– Certifikat o nivou vibracija (ako je potrebno).
METODE BALANSIRANJA VENTILATORA NA MAŠINI ZA BALANSIRANJE
B.1. Direktan pogon ventilatora
B.1.1. Opće odredbe
The fan wheel, which is mounted directly on the motor shaft during assembly, should be balanced according to the same rule for accounting for the keyway effect as for the motor shaft.
Motors from previous years of production could be balanced using a full keyway. Currently, motor shafts are balanced using a half-keyway, as prescribed by ISO 8821 (adopted as GOST 31322), and marked with the letter H (see ISO 8821).
B.1.2. Motors Balanced with a Full Keyway
The fan wheel, mounted on the motor shaft balanced with a full keyway, should be balanced without a key on a tapered arbor.
B.1.3. Motors Balanced with a Half-Keyway
For the fan wheel mounted on the motor shaft balanced with a half-keyway, the following options are possible:
a) if the wheel has a steel hub, cut a keyway in it after balancing;
b) balance on a tapered arbor with a half-key inserted into the keyway;
c) balance on an arbor with one or more keyways (see B.3), using full keys.
a) if the wheel has a steel hub, cut a keyway in it after balancing;
b) balance on a tapered arbor with a half-key inserted into the keyway;
c) balance on an arbor with one or more keyways (see B.3), using full keys.
B.2. Fans Driven by Another Shaft
Where possible, all rotating elements, including the fan shaft and pulley, should be balanced as a single unit. If this is impractical, balancing should be performed on an arbor (see B.3) using the same keyway accounting rule as for the shaft.
B.3. Arbor
The arbor on which the fan wheel is mounted during balancing must meet the following requirements:
a) be as light as possible;
b) be in a balanced state, ensured by appropriate maintenance and regular inspections;
c) preferably be tapered to reduce errors associated with eccentricity, resulting from the tolerances of the hub hole and arbor dimensions. If the arbor is tapered, the true position of the correction planes relative to the bearings should be considered in the imbalance calculations.
a) be as light as possible;
b) be in a balanced state, ensured by appropriate maintenance and regular inspections;
c) preferably be tapered to reduce errors associated with eccentricity, resulting from the tolerances of the hub hole and arbor dimensions. If the arbor is tapered, the true position of the correction planes relative to the bearings should be considered in the imbalance calculations.
If it is necessary to use a cylindrical arbor, it should have a keyway cut into it, into which a full key is inserted to transmit the torque from the arbor to the fan wheel.
Another option is to cut two keyways on opposite ends of the shaft diameter, allowing the use of the reverse balancing method. This method involves the following steps. First, measure the wheel imbalance by inserting a full key into one keyway and a half-key into the other. Then rotate the wheel 180° relative to the arbor and measure its imbalance again. The difference between the two imbalance values is due to the residual imbalance of the arbor and the universal drive joint. To obtain the true rotor imbalance value, take half the difference of these two measurements.
SOURCES OF FAN VIBRATION
There are many sources of vibration within the fan, and vibration at certain frequencies can be directly linked to specific design features of the machine. This appendix only covers the most common vibration sources observed in most types of fans. The general rule is that any looseness in the support system causes deterioration in the fan’s vibrational state.
Fan Imbalance
Ovo je primarni izvor vibracija ventilatora; karakterizira ga prisutnost komponente vibracija na frekvenciji rotacije (prva harmonic). Uzrok neuravnoteženja je što je os rotirajuće mase ekscentrična ili nagnuta prema osi rotacije. To može biti uzrokovano nejednolikom raspodjelom mase, zbrajanjem tolerancija na dimenzijama rupe glavčine i vratila, savijanjem vratila, ili kombinacijom tih čimbenika. Vibracije uzrokovane neuravnoteženjem djeluju uglavnom u radijalnom smjeru.
Temporary shaft bending can result from uneven mechanical heating – due to friction between rotating and stationary elements – or electrical nature. Permanent bending can result from changes in material properties or misalignment of the shaft and fan wheel when the fan and motor are separately mounted.
During operation, the fan wheel imbalance can increase due to particle deposition from the air. When operating in an aggressive environment, imbalance can result from uneven erosion or corrosion of the wheel.
Imbalance can be corrected by additional balancing in the appropriate planes, but before performing the balancing procedure, the sources of imbalance should be identified, eliminated, and the machine’s vibrational stability checked.
Fan and Motor Misalignment
This defect can occur when the motor and fan shafts are connected via a belt drive or flexible coupling. Misalignment can sometimes be identified by characteristic vibration frequency components, usually the first and second harmonics of the rotational frequency. In the case of parallel misalignment of the shafts, vibration primarily occurs in the radial direction, while if the shafts intersect at an angle, longitudinal vibration may become dominant.
If the shafts are connected at an angle and rigid couplings are used, alternating forces begin to act in the machine, causing increased wear of the shafts and couplings. This effect can be significantly reduced by using flexible couplings.
Fan Vibration Due to Aerodynamic Excitation
Pobudu vibracija može uzrokovati interakcija rotora ventilatora sa stacionarnim elementima konstrukcije, kao što su vodiće lopatice, motor ili oslonci ležajeva, nepravilne vrijednosti zazora, ili neodgovarajuće projektirana struktura usisa i ispuha. Karakteristična svojstva tih izvora su pojava periodičnih vibracija povezanih s frekvencijom rotacije rotora, na pozadini slučajnih fluktuacija u interakciji lopatica rotora sa zrakom. Vibracije se mogu promatrati na harmonicima frekvencije lopatice, što je proizvod frekvencije rotacije rotora i broja lopatica rotora.
Aerodynamic instability of the airflow, caused by its stall from the blade surface and subsequent vortex formation, causes broadband vibration, the spectrum shape of which changes depending on the fan’s load.
Aerodynamic noise is characterized by the fact that it is not related to the wheel’s rotational frequency and can occur at subharmonics of the rotational frequency (i.e., at frequencies below the rotational frequency). In this case, significant vibration of the fan housing and ducts can be observed.
If the aerodynamic system of the fan is poorly matched with its characteristics, sharp impacts may occur in it. These impacts are easily distinguishable by ear and are transmitted as impulses to the fan support system.
If the above-mentioned causes lead to blade vibration, its nature can be investigated by installing sensors in different parts of the structure.
Fan Vibration Due to Whirl in the Oil Layer
Whirls that may occur in the lubrication layer of sliding bearings are observed at a characteristic frequency slightly below the rotor’s rotational frequency unless the fan operates at a speed exceeding the first critical. In the latter case, oil wedge instability will be observed at the first critical speed, and sometimes this effect is called resonant whirl.
Sources of Electrical Nature Fan Vibration
Uneven heating of the motor rotor can cause it to bend, leading to imbalance (manifesting at the first harmonic).
In the case of an asynchronous motor, the presence of a component at a frequency equal to the rotational frequency multiplied by the number of rotor plates indicates defects related to the stator plates, and vice versa, components at a frequency equal to the rotational frequency multiplied by the number of rotor plates indicate defects related to the rotor plates.
Many vibration components of electrical nature are characterized by their immediate disappearance when the power supply is turned off.
Fan Vibration Due to Belt Drive Excitation
Generally, there are two types of problems related to belt drives: when the drive’s operation is influenced by external defects and when the defects are in the belt itself.
In the first case, although the belt vibrates, this is due to forcing forces from other sources, so replacing the belt will not produce the desired results. Common sources of such forces are imbalance in the drive system, pulley eccentricity, misalignment, and loosened mechanical connections. Therefore, before changing the belts, vibration analysis should be carried out to identify the excitation source.
If the belts respond to external forcing forces, their vibration frequency will most likely be the same as the excitation frequency. In this case, the excitation frequency can be determined using a stroboscopic lamp, adjusting it so that the belt appears stationary in the lamp’s light.
In the case of a multi-belt drive, unequal belt tension can lead to a significant increase in the transmitted vibration.
Cases where the vibration sources are the belts themselves are related to their physical defects: cracks, hard and soft spots, dirt on the belt surface, missing material from its surface, etc. For V-belts, changes in their width will cause the belt to ride up and down the pulley track, creating vibration due to changing its tension.
If the vibration source is the belt itself, the vibration frequencies are usually the harmonics of the belt’s rotational frequency. In a specific case, the excitation frequency will depend on the nature of the defect and the number of pulleys, including tensioners.
In some cases, the vibration amplitude may be unstable. This is especially true for multi-belt drives.
Mechanical and electrical defects are sources of vibration, which subsequently convert into airborne noise. Mechanical noise can be associated with fan or motor imbalance, bearing noise, axis alignment, duct wall and housing panel vibrations, damper blade vibrations, blade, damper, pipe, and support vibrations, as well as transmission of mechanical vibrations through the structure. Electrical noise is related to various forms of electrical energy conversion: 1) Magnetic forces are determined by the magnetic flux density, the number and shape of the poles, and the geometry of the air gap; 2) Random electrical noise is determined by brushes, arcing, electrical sparks, etc.
Aerodynamic noise can be associated with vortex formation, pressure pulsations, air resistance, etc., and can have both broadband and narrowband nature. Broadband noise can be caused by: a) blades, dampers, and other obstacles in the airflow path; b) fan rotation as a whole, belts, slits, etc.; c) sudden changes in airflow direction or duct cross-section, differences in flow velocities, flow separation due to boundary effects, flow compression effects, etc. Narrowband noise can be caused by: a) resonances (organ pipe effect, string vibrations, panel, structural element vibrations, etc.); b) vortex formation on sharp edges (air column excitation); c) rotations (siren effect, slits, holes, slots on rotating parts).
Udarci nastali kontaktom između različitih mehaničkih elemenata konstrukcije proizvode buku sličnu onoj koju stvaraju udarci čekića, udar groma, rezonantna prazna kutija, itd. Zvukovi udara mogu se čuti od udaraca zubaca zupčanika i neispravnih kleštanja remena. Impulsi udara mogu biti toliko prolazni da je za razlikovanje periodičnih udarnih impulsa od prolaznih procesa potrebna posebna oprema za snimanje velike brzine. Područje u kojem se javljaju mnogi udarni impulsi, superponiranje njihovih vrhova stvara konstantan efekat brujanja.
Ovisnost vibracija o vrsti nosača ventilatora
Pravilan izbor nosača ventilatora ili dizajna temelja neophodan je za njegov nesmetan rad bez problema. Da bi se osiguralo poravnanje rotirajućih komponenti prilikom ugradnje ventilatora, motora i drugih pogonskih uređaja, koristi se čelični okvir ili armirano-betonska baza. Ponekad pokušaj uštede na potpornoj konstrukciji dovodi do nemogućnosti održavanja potrebnog poravnanja komponenti stroja. Ovo je posebno neprihvatljivo kada su vibracije osjetljive na promjene poravnanja, posebno za mašine koje se sastoje od zasebnih dijelova povezanih metalnim zatvaračima.
Na vibracije ventilatora i motora može uticati i temelj na koji se postavlja podloga. Ako je prirodna frekvencija temelja bliska frekvenciji rotacije ventilatora ili motora, temelj će rezonirati tokom rada ventilatora. Ovo se može otkriti mjerenjem vibracija na nekoliko tačaka na temelju, okolnom podu i nosačima ventilatora. Često u uslovima rezonancije, vertikalna komponenta vibracije značajno premašuje horizontalnu. Vibracije se mogu ublažiti tako da se temelj postane čvršći ili poveća njegova masa. Čak i ako se neuravnoteženost i neusklađenost eliminišu, omogućavajući smanjenje sila prisiljavanja, još uvijek mogu postojati značajni preduslovi za vibracije. To znači da ako je ventilator, zajedno sa svojom podrškom, blizu rezonancije, postizanje prihvatljivih vrijednosti vibracija će zahtijevati preciznije balansiranje i preciznije poravnanje osovine nego što je uobičajeno za takve strojeve. Ova situacija je nepoželjna i treba je izbjeći povećanjem mase i/ili krutosti nosača ili betonskog bloka.
Vodič za praćenje i dijagnostiku stanja vibracija
Glavni princip praćenja stanja vibracija mašine (u daljem tekstu stanje) je posmatranje rezultata pravilno planiranih merenja kako bi se identifikovao trend povećanja nivoa vibracija i sagledao iz perspektive potencijalnih problema. Monitoring je primenljiv u situacijama kada se oštećenje sporo razvija, a pogoršanje stanja mehanizma se manifestuje kroz merljive fizičke znakove.
Vibracije ventilatora, koje nastaju kao rezultat razvoja fizičkih defekata, mogu se pratiti u određenim intervalima, a kada se detektuje povećanje nivoa vibracija, može se povećati frekvencija posmatranja i izvršiti detaljna analiza stanja. U ovom slučaju, uzroci promjena vibracija mogu se identificirati na osnovu analize frekvencije vibracija, koja omogućava određivanje potrebnih mjera i planiranje njihove provedbe mnogo prije nego što šteta postane velika. Obično se mjere smatraju neophodnim kada se nivo vibracija poveća za 1,6 puta ili za 4 dB u odnosu na osnovni nivo.
Program praćenja stanja sastoji se od nekoliko faza, koje se mogu ukratko formulirati na sljedeći način:
- a) identifikovati stanje ventilatora i odrediti osnovni nivo vibracija (može se razlikovati od nivoa dobijenog tokom fabričkih ispitivanja zbog različitih metoda ugradnje, itd.);
- b) odabrati tačke mjerenja vibracija;
- c) odrediti frekvenciju posmatranja (mjerenja);
- d) uspostavi postupak registracije informacija;
- e) odrediti kriterijume za procenu vibracionog stanja ventilatora, granične vrednosti za apsolutne vibracije i promene vibracija, sumirati iskustvo rada sa sličnim mašinama.
Budući da ventilatori obično rade bez problema pri brzinama koje se ne približavaju kritičnoj, nivo vibracija se ne bi trebao značajno mijenjati s malim promjenama brzine ili opterećenja, ali je važno napomenuti da kada ventilator radi s promjenjivom brzinom rotacije, vrijede utvrđene granične vrijednosti vibracija. do maksimalne radne brzine rotacije. Ako se maksimalna brzina rotacije ne može postići unutar utvrđene granice vibracija, to može ukazivati na prisustvo ozbiljnog problema i zahtijevati posebnu istragu.
Neke dijagnostičke preporuke date u Dodatku C zasnovane su na iskustvu rada ventilatora i namijenjene su sekvencijalnoj primjeni prilikom analize uzroka povećane vibracije.
Za kvalitativnu procjenu vibracija određenog ventilatora i utvrđivanje smjernica za daljnje radnje, mogu se koristiti granice zone uvjeta vibracija utvrđene ISO 10816-1.
Očekuje se da će za nove ventilatore nivoi vibracija biti ispod graničnih vrijednosti datih u tabeli 3. Ove vrijednosti odgovaraju granici zone A stanja vibracija prema ISO 10816-1. Preporučene vrijednosti za nivoe upozorenja i isključenja utvrđuju se na osnovu analize prikupljenih informacija o određenim tipovima ventilatora.
INFORMACIJE O USKLAĐENOSTI
REFERENTNI MEĐUNARODNI STANDARDI KOJI SE KAO NORMATIVNE REFERENCE U OVOM STANDARDU
Tabela H.1
|
Oznaka referentnog međudržavnog standarda
|
Oznaka i naziv referentnog međunarodnog standarda i uslovna oznaka njegovog stepena usklađenosti sa referentnim međudržavnim standardom
|
|
GOST ISO 1940-1-2007
|
ISO 1940-1:1986. Vibracije. Zahtjevi za kvalitetu balansiranja krutih rotora. Dio 1. Određivanje dozvoljene neravnoteže (IDT)
|
|
GOST ISO 5348-2002
|
ISO 5348:1999. Vibracije i udarci. Mehanička montaža akcelerometara (IDT)
|
|
GOST ISO 7919-1-2002
|
ISO 7919-1:1996. Vibracije nepovratnih mašina. Mjerenja na rotirajućim vratilima i kriteriji za ocjenjivanje. Dio 1. Opće smjernice (IDT)
|
|
GOST ISO 10816-1-97
|
ISO 10816-1:1995. Vibracije. Procjena stanja mašine mjerenjem vibracija na nerotirajućim dijelovima. Dio 1. Opće smjernice (IDT)
|
|
GOST ISO 10816-3-2002
|
ISO 10816-3:1998. Vibracije. Procjena stanja mašine mjerenjem vibracija na nerotirajućim dijelovima. Dio 3. Industrijske mašine sa nazivnom snagom većom od 15 kW i nazivnom brzinom od 120 do 15000 o/min, mjerenja na licu mjesta (IDT)
|
|
GOST 10921-90
|
ISO 5801:1997. Industrijski ventilatori. Testiranje performansi korištenjem standardiziranih kanala (NEQ)
|
|
GOST 19534-74
|
ISO 1925:2001. Vibracije. Balansiranje. vokabular (NEQ)
|
|
GOST 24346-80
|
ISO 2041:1990. Vibracije i udarci. vokabular (NEQ)
|
|
GOST 31322-2006 (ISO 8821:1989)
|
ISO 8821:1989. Vibracije. Balansiranje. Smjernice za obračunavanje efekta klina kod balansiranja vratila i ugrađenih dijelova (MOD)
|
|
GOST 31351-2007 (ISO 14695:2003)
|
ISO 14695:2003. Industrijski ventilatori. Metode mjerenja vibracija (MOD)
|
|
Napomena: U ovoj tabeli se koriste sledeće uslovne oznake stepena usklađenosti standarda: IDT – identični standardi;
|
|
0 Comments