Stupeň kvality vyvážení (G-Grade): Definice, účel a použití
Co je to stupeň kvality vyvážení (G-Grade)?
A Stupeň kvality vyvážení, běžně označovaná jako “třída G”, je standardizovaná klasifikace definovaná v normách ISO 1940-1 a ISO 21940-11, která určuje maximální přípustnou zbytkovou nevyváženost rotoru. Jinými slovy, třída G udává, jak přesně musí být rotor vyvážen. Neměří přímo úroveň vibrací, ale spíše definuje toleranci nevyváženosti na základě hmotnosti rotoru a jeho maximálních provozních otáček.
Číslo za písmenem G (např. G6.3, G2.5) odpovídá maximální rychlosti kmitání středu hmotnosti rotoru vyjádřené v milimetrech za sekundu (mm/s). Například stupeň G6.3 znamená, že při maximální provozní rychlosti by vibrace středu hmoty rotoru neměly překročit 6,3 mm/s, zatímco přísnější stupeň G2.5 omezuje tuto rychlost na 2,5 mm/s. Čím nižší je číslo G, tím přísnější jsou požadavky na vyvážení: menší tolerance nevyváženosti a vyšší přesnost vyvážení.
Účel systému G-Grade
Systém třídy G byl vyvinut za účelem stanovení univerzálního standardu definujícího, jak dobře musí být rotor vyvážen. Místo vágních prohlášení typu “rotor musí být dobře vyvážen” mohou konstruktéři stanovit přesný, ověřitelný cíl, například “vyvážení podle G6,3”. Tato norma poskytuje společný jazyk pro výrobce, servisní techniky a zákazníky a zajišťuje, že zařízení splňuje požadované standardy spolehlivosti a bezpečnosti. Hlavními cíli systému třídy G jsou:
Omezení vibrací z nevyváženosti na přijatelnou úroveň. Nevyváženost způsobuje odstředivé síly a vibrace, které mohou vést k hluku, únavovým poruchám a nehodám. Použitím standardních stupňů vyvážení lze tyto vibrace regulovat v bezpečných mezích.
Minimalizace dynamického zatížení ložisek a prodloužení jejich životnosti. Nepřetržité vibrace působí na ložiska jako kladivo a urychlují jejich opotřebení. Omezením nevyváženosti prostřednictvím požadované třídy G se snižují síly působící na ložiska, čímž se prodlužuje jejich životnost.
Zajištění bezpečného provozu rotoru při maximálních konstrukčních otáčkách. Čím vyšší je rychlost otáčení, tím silnější je účinek i malé nevyváženosti. Přísný stupeň vyvážení zaručuje, že při provozních otáčkách rotoru nedojde k destruktivním vibracím. To je důležité zejména u vysokootáčkových strojů (turbíny, kompresory atd.), kde může nadměrná nevyváženost vést k poruše.
Stanovení jasného a měřitelného kritéria přijatelnosti. Standard třídy G umožňuje během výroby a oprav ověřit, zda bylo dosaženo požadované úrovně vyvážení. Pokud zbytková nevyváženost po vyvážení nepřekročí přípustnou hodnotu pro danou třídu G, má se za to, že rotor prošel kontrolou. Tento přístup mění vyvažování z umění v přesnou vědu s ověřitelnými kritérii.
Jak se určují známky kvality zůstatků?
Normy ISO obsahují doporučení pro výběr tříd G pro stovky typických rotorů a strojů. Tabulky norem (např. ISO 1940-1, nyní nahrazená normou ISO 21940-11) uvádějí doporučené stupně G pro různé kategorie zařízení. Výběr konkrétní třídy závisí na několika faktorech:
Typ a účel stroje. Rychloběžná turbína nebo přesné vřeteno vyžaduje mnohem přesnější vyvážení (nižší G) než pomaloběžný zemědělský mechanismus. Konstruktéři zvažují, jak je daný typ stroje citlivý na vibrace a jaké důsledky může mít nevyvážení.
Hmotnost a rozměry rotoru. Lehčí rotory jsou obecně citlivější na nevyváženost a mohou mít přísnější požadavky. Hmotnost rotoru přímo vstupuje do výpočtu přípustné nevyváženosti - těžší rotor může “snést” poněkud větší absolutní nevyváženost, aniž by se zvýšily vibrace ve srovnání s lehčím rotorem.
Maximální rychlost otáčení. To je jeden z klíčových faktorů: čím vyšší je rychlost, tím přísnější musí být vyvážení. Při stejné velikosti nevyvážení se síly zvyšují úměrně kvadrátu otáček. Proto se pro vysokorychlostní rotory volí nižší stupeň G, aby se kompenzoval vliv otáček.
Nosná konstrukce a podmínky montáže. Rotor namontovaný na pružných (elastických) podpěrách obvykle vyžaduje pečlivější vyvažování než rotor na pevném základu, protože pružný systém méně účinně tlumí vibrace. Například pro stejný klikový hřídel mohou platit různé stupně (G16 vs. G40) v závislosti na tom, zda je motor namontován na pružných izolátorech vibrací, nebo na pevných.
Příklady běžných stupňů kvality vyvážení
| G-Grade | Max. Rychlost (mm/s) | Typické aplikace |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Kola a ráfky automobilů; klikové hřídele pro pomaloběžné (nízkootáčkové) spalovací motory. |
| G 16 | 16 mm/s | Díly pro drtiče a zemědělské stroje; hnací hřídele (kardanové hřídele); velké součásti strojů pro všeobecné použití se středními požadavky. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Standardní třída pro většinu průmyslových zařízení: rotory elektromotorů, oběžná kola čerpadel, ventilátory, nízkootáčkové turbokompresory, všeobecné procesní stroje. G6.3 je jednou z nejčastěji specifikovaných tříd. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Vysokorychlostní a vysoce přesné rotory: plynové a parní turbíny, rotory turbokompresorů, pohony obráběcích strojů, vysoce přesná vřetena a vysokorychlostní elektrické stroje. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Velmi přesné vyvažování pro přesné mechanismy: pohony brusek, malé vysokorychlostní elektromotory a automobilová turbodmychadla. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Nejvyšší přesnost vyvažování pro mimořádně citlivá a rychlá zařízení: gyroskopy, přesná vřetena (např. pro přesné obrábění nebo mikroelektronická zařízení), pevné disky a další komponenty vyžadující minimální vibrace. |
Poznámka: Hodnota rychlosti v mm/s v označení třídy odpovídá součinu měrné excentricity a úhlové rychlosti: G = eza-ω. Číslo G tedy udává mezní rychlost pohybu posunutého těžiště při provozu rotoru. V praxi se volba stupně může lišit o jeden stupeň nahoru nebo dolů v závislosti na konkrétních požadavcích a provozních podmínkách.
Výpočet přípustné zbytkové nevyváženosti
Znáte-li požadovaný stupeň G, můžete vypočítat maximální přípustnou zbytkovou nevyváženost - velikost nevyváženosti, která může zůstat po vyvážení, aniž by byl překročen stanovený stupeň. Norma ISO uvádí následující vzorec:
Uza (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [ot/min]
Kde:
- Uza - přípustná zbytková nevyváženost v gram-milimetrech (g-mm)
- G — třída jakosti vyvážení (mm/s)
- m - hmotnost rotoru (kg)
- n - maximální provozní otáčky (ot./min.)
Příklad: Pro rotor o hmotnosti 100 kg, který se otáčí maximální rychlostí 3000 otáček za minutu a který musí být vyvážen podle třídy G6.3, je přípustná zbytková nevyváženost:
Uza = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
To znamená, že pro tento rotor je povolena celková nevyváženost přibližně 2005 g-mm, aniž by byla překročena hodnota G6.3. V praxi je tato zbytková nevyváženost rozložena mezi korekční roviny. Pro dvourovinné (dynamické) vyvážení se vypočtené Uza je rozdělena mezi roviny rovnoměrně nebo úměrně konfiguraci rotoru. Vyvažovací technik tak dostane konkrétní číselný cíl, kterého má dosáhnout.
Praktické vyvažování a vybavení
K dosažení požadovaného stupně vyvážení v praxi se používají specializovaná zařízení. Ve výrobních podmínkách se obvykle používají stacionární vyvažovací stroje, kde se rotor roztáčí a koriguje, dokud zbytková nevyváženost neklesne na normu pro zvolený stupeň G.
V provozních podmínkách (např. při vibracích již instalovaného ventilátoru nebo čerpadla) lze však použít přenosné vyvažovací přístroje. Příkladem je např. Balanset-1A zařízení - přenosný dvoukanálový vibrometr-váha. Umožňuje jednorovinné nebo dvourovinné dynamické vyvažování přímo na zařízení in-situ (na místě, bez demontáže rotoru).
Obr. 1: Přenosný vibrometr-váha Balanset-1A připojený k notebooku. Toto kompaktní zařízení obsahuje elektronický měřicí modul, dva snímače vibrací a laserový tachometr, přičemž řízení a výpočet nevyváženosti provádí software v počítači.
Obr. 1: Okno pro výpočet tolerance vyvážení v softwaru Balanset. Program obsahuje vestavěný kalkulátor, který automaticky vypočítá přípustnou zbytkovou nevyváženost podle norem ISO 1940 na základě hmotnosti rotoru, provozních otáček a zvoleného stupně G.
Zařízení se připojí k notebooku, pomocí senzorů a optického tachometru změří vibrace a fázi nevyváženosti, načež software automaticky vypočítá potřebné korekční váhy. Mezi funkce zařízení Balanset-1A patří automatický výpočet přípustné nevyváženosti podle normy ISO 1940 (stupně G) - zařízení samo určí, na jakou úroveň je třeba vibrace snížit, aby bylo dosaženo například stupně G6,3 nebo G2,5.
Moderní vyvažovací přístroje, jako je Balanset-1A, umožňují dosáhnout požadovaného stupně vyvážení rychleji a spolehlivěji. Pomocí standardní terminologie třídy G a zabudovaných výpočtů tolerancí znají inženýři a technici přesně kritéria pro úspěšné vyvážení. Standardizace kvality vyvážení prostřednictvím tříd G tak umožnila vytvořit společný jazyk pro popis toho, jak “hladce” by měl konkrétní rotor pracovat, a dosáhnout této úrovně spolehlivosti vibrací pomocí metod, které jsou srozumitelné a ověřitelné po celém světě.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 