ISO 1940-2 — Balance Errors (nyní ISO 21940-14)
Historická norma pro hodnocení chyb vyvážení tuhých rotorů — systematických, náhodně proměnných a skalárních zdrojů chyb v procesu vyvažování. Byla zrušena a nahrazena normou ISO 21940-14:2012. Samotný slovník vyvažování je definován v ISO 21940-2 (dříve ISO 1925) a je shrnut níže.
Inženýři Vibromera se i dnes odkazují na klasifikaci chyb podle ISO 1940-2 při řešení potíží se zbytkovou nevyvážeností přetrvávající po korekci přenosnými přístroji, jako je Balanset-1A.
Klíčové pojmy vyvažování v kostce
Nejdůležitější definice ze slovníku ISO vyvažování — ISO 21940-2 (dříve ISO 1925) — termíny, které musí znát každý specialista na vyvažování
Kompletní terminologický přehled
Všechny hlavní pojmy ze slovníku vyvažování, ISO 21940-2 (dříve ISO 1925), uspořádané podle kategorií
| Termín | Definice | Význam |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Těleso schopné otáčení kolem definované osy. V kontextu vyvažování zahrnuje jakoukoli rotující součást: hřídele, oběžná kola, kotvy, bubny, vřetena. | Základní cíl vyvažování. Všechny ostatní termíny popisují vlastnosti rotoru nebo působení na něj. |
| Rotor Tuhý rotor | Rotor, jehož nevyváženost lze korigovat ve dvou libovolných rovinách a po korekci se zbytková nevyváženost významně nemění při žádných otáčkách až do maximálních provozních otáček. | Určuje, že ISO 1940-1 (Platí systém stupně G). Vyvažování při nízkých otáčkách na dílenském stroji je platné. Velká většina průmyslových rotorů je tuhá. |
| Rotor Flexibilní rotor | Rotor, který se při provozní rychlosti elasticky deformuje tak, že se mění jeho stav nevyváženosti. Musí být korigován při provozní rychlosti nebo v její blízkosti ve více než dvou rovinách. | Vyžaduje normu ISO 21940-12. Vysokorychlostní turbíny, velké generátory, vícestupňové kompresory. Je vyžadováno specializované vysokorychlostní vyvažovací zařízení. |
| Rotor Osa hřídele | Přímka spojující středy ložiskových čepů. Geometrická osa otáčení. | Referenční osa pro všechna měření nevyváženosti. Házení čepů ovlivňuje přesnost měření. |
| Rotor Hlavní osa setrvačnosti | Osa, kolem které by se rotor volně otáčel bez vytváření odstředivé síly nebo momentu. U dokonale vyváženého rotoru se shoduje s osou hřídele. | Nesoulad mezi hlavní osou a osou hřídele je nevyváženost. Veškerá korekce má za cíl sladit tyto dvě osy. |
| Rotor Těžiště (střed hmotnosti) | Bod, kde lze považovat celou hmotnost rotoru za soustředěnou. U vyváženého rotoru leží přesně na ose hřídele. | Statická nevyváženost = těžiště posunuté od osy hřídele. Měrná nevyváženost (e) = vzdálenost posunutí. |
| Rotor Provozní rychlost | Maximální otáčky, při kterých rotor pracuje v zamýšleném použití. | Kritické pro výpočet tolerance: Uper = (9 549 × G × M) / n. Vždy používejte provozní rychlost, nikoli vyvažovací rychlost. |
| Rotor Kritická rychlost | Rychlost otáčení, při které systém rotoru a ložisek zažívá rezonanci, která má za následek značně zesílené vibrace. | Určuje klasifikaci tuhý/pružný rotor. Tuhý rotor pracuje hluboko pod první kritickou ohybovou rychlostí. |
| Termín | Definice | Vzorec / Jednotky |
|---|---|---|
| Nevyváženost Nevyváženost | Stav, kdy hlavní osa setrvačnosti není totožná s osou otáčení. Způsobuje odstředivou sílu úměrnou hmotnosti, excentricitě a druhé mocnině rychlosti. | U = m × r (g·mm nebo kg·m) |
| Nevyváženost Statická nevyváženost | Hlavní osa rovnoběžná s osou rotace, ale posunutá. Ekvivalent jedné hmoty o jednom poloměru. Detekovatelné bez rotace (ostření nože). Vibrace v ložiskách ve stejné fázi. | Opraveno v 1 rovina |
| Nevyváženost Momentová nevyváženost | Hlavní osa protíná osu rotace v těžišti, ale je nakloněna. Dvě stejně velké, protilehlé těžké body v různých rovinách vytvářejí kývavý moment. Detekovatelný pouze při otáčení. | Opraveno v 2 roviny |
| Nevyváženost Dynamická nevyváženost | Obecný případ: hlavní osa není ani rovnoběžná s osou rotace, ani ji neprotíná. Kombinace statické a momentové nevyváženosti. Nejběžnější reálný stav. | Opraveno v 2 roviny |
| Nevyváženost Specifická nevyváženost | Poměr nevyváženosti k hmotnosti rotoru. Představuje excentricitu – posunutí těžiště od osy hřídele. Umožňuje porovnání kvality u různých velikostí rotorů. | e = U / M (µm nebo g·mm/kg) |
| Nevyváženost Zbytková nevyváženost | Nevyváženost zbývající v rotoru po vyvažování nesmí překročit přípustnou hodnotu (Uper) pro zadané třída G. | Ures ≤ Uper |
| Nevyváženost Počáteční nevyváženost | Nevyváženost rotoru v přijatém stavu před jakoukoli korekcí vyvážení. Měřeno při prvním spuštění. | Výchozí bod pro vyvažovací postup |
| Nevyváženost Vektor nevyváženosti | Velikost a úhlová poloha nevyváženosti v dané rovině. Znázorněno jako polární vektor s amplitudou (g·mm) a fázovým úhlem (°). | U∠θ (g·mm při ° od referenční značky) |
| Termín | Definice | Praktické poznámky |
|---|---|---|
| Proces Vyvažování | Proces kontroly a seřizování rozložení hmotnosti rotoru tak, aby zbytková nevyváženost byla v rámci stanovené tolerance. | Iterativní: měření → výpočet → korekce → ověření. |
| Proces Korekční rovina | Rovina kolmá k ose rotoru, ve které se přidává nebo odebírá hmotnost. Fyzicky dostupné místo pro umístění závaží. | Může se lišit od tolerančních (ložiskových) rovin – vyžaduje geometrický převod. |
| Proces Toleranční rovina | Rovina, ve které je specifikována přípustná nevyváženost – obvykle rovina ložiska. Nevyváženost zde přímo ovlivňuje zatížení ložiska. | Uper je specifikováno pro toleranční roviny; musí být převedeno na korekční roviny. |
| Proces Korekční hmotnost | Fyzická hmotnost (váha) přidaná k rotoru nebo odebraná z rotoru v určitém poloměru a úhlu v rámci korekční roviny. | Přidáno: přilepení, přišroubování, svařování, epoxid. Odstraněno: vrtání, frézování, broušení. |
| Proces Zkušební závaží | Známá hmotnost dočasně připojená k rotoru v známém poloměru a úhlu během vyvažování. Používá se k určení odezvy rotoru (koeficient vlivu). | Metoda zkušebního závaží Balanset-1A: spuštění → připojení zkušebního závaží → spuštění → software vypočítá korekci. |
| Proces Koeficient vlivu | Změna vibrační odezvy (amplitudy a fáze) v bodě měření způsobená nevyvážeností jednotky v určitém místě. Charakterizuje citlivost rotor-ložiskového systému. | Vypočteno z běhů zkušebního závaží. Vyvažování ve dvou rovinách vyžaduje matici vlivu 2×2. |
| Proces Vyvažování v jedné rovině | Postup korekce statické nevyváženosti v jedné korekční rovině. Vhodný pro krátké (kotoučové) rotory s L/D < 0,5. | Balanset-1A Režim F2. Jeden senzor, jedna rovina. |
| Proces Vyvažování ve dvou rovinách | Postup korekce statické i spřažené nevyváženosti ve dvou korekčních rovinách. Vyžadováno pro prodloužené rotory nebo v případě, že je spřažená nevyváženost významná. | Balanset-1A Režim F3. Dva senzory, dvě roviny. |
| Proces Jemné dolaďovací vyvažování | Konečné, jemné vyvážení provedené na smontovaném rotoru za účelem kompenzace nevyváženosti způsobené montáží (házení spojky, tolerance uložení). | Často se provádí v terénu na instalovaném stroji. |
| Proces Dělení hmotnosti | Rozložení vypočítané korekční hmotnosti mezi dvě sousední přístupná místa (např. dva otvory pro šrouby nebo polohy lopatek), pokud přesná úhlová poloha není přístupná. | Balanset-1A poskytuje automatický výpočet rozdělení hmotnosti. |
| Termín | Definice | Srovnání |
|---|---|---|
| Stroj Vyvažovací stroj | Zařízení, které měří nevyváženost rotoru (velikost a úhlovou polohu), aby bylo možné korigovat rozložení hmotnosti. | Dílenské (stacionární) nebo polní (přenosné např. Balanset-1A). |
| Stroj Stroj s měkkými ložisky | Odpružení je velmi pružné. Rotor se otáčí nad vlastní frekvencí odpružení. Měří výchylku (vibrační posunutí). Musí být kalibrováno pro každou geometrii rotoru. | Dnes méně běžné. Nižší náklady, ale obsluha musí provádět rekalibraci pro každý rotor. Snímání výchylky. |
| Stroj Stroj s tvrdými ložisky | Odpružení je velmi tuhé. Rotor se otáčí pod vlastní frekvencí odpružení. Snímače měří odstředivou sílu přímo. Trvale kalibrované – umožňuje práci se širokou škálou rotorů bez nutnosti specifického nastavení rotoru. | Dominantní typ v moderním průmyslu. Všestrannější, rychlejší nastavení. Snímání síly. |
| Stroj Terénní vyvažovačka | Přenosný přístroj používaný k vyvažování rotorů in situ (instalovaných ve stroji) bez demontáže. Používá vibrační senzory a otáčkoměr. Metoda zkušebního závaží. | Balanset-1A (2kanálový) a Balanset-4 (4kanálový). Vestavěná kalkulačka tolerancí ISO 1940. |
| Stroj Trn (upínací trn) | Hřídel nebo adaptér, na kterém je rotor namontován pro vyvažování na stroji. Musí být přesně soustředný a mít zanedbatelné házení. | Excentricita trnu je hlavním zdrojem systematické chyby vyvažování. Ověřeno indexovým testem. |
| Termín | Definice | Vzorec / Standard |
|---|---|---|
| Kvalita Třída kvality vyvážení (G) | Klasifikace specifikující maximální přípustnou rychlost těžiště rotoru. G = eper × ω. Třídy tvoří logaritmickou stupnici s faktorem 2,5. | G 0,4 … G 4000 Definováno v ISO 1940-1 |
| Kvalita Přípustná zbytková nevyváženost (Uper) | Maximální přípustná zbytková nevyváženost pro specifikovaný stupeň G, hmotnost rotoru a provozní otáčky. Přijímací kritérium. | Uper = (9549 × G × M) / n |
| Kvalita Tolerance vyvážení | Rozsah, ve kterém musí zůstat zbytková nevyváženost, aby byly splněny stanovené požadavky na kvalitu. Rovná se Uper. | Specifikováno pro každou rovinu po alokaci |
| Kvalita Poměr redukce nevyváženosti (URR) | Poměr počáteční nevyváženosti k zbytkové nevyváženosti po jednom korekčním cyklu. Ukazuje účinnost vyvažovacího stroje/postupu. | URR = Upočáteční / Uzbytková Typické: 5–50× |
| Měření Fázový úhel | Úhlová poloha vektoru nevyváženosti vzhledem k referenční značce na rotoru (měřeno otáčkoměrem). V kombinaci s amplitudou definuje celkový vektor nevyváženosti. | ° (stupně, 0–360) |
| Měření Rychlost vibrací (RMS) | Střední kvadratická hodnota rychlosti vibrací na ložiskovém tělese. Standardní měřicí parametr pro posouzení stavu stroje podle ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Měření Indexový test | Postup ověřování: otočte rotor o definovaný úhel (např. 180°) vzhledem k podpěrám stroje a proveďte nové měření. Detekuje chyby trnu a upínacího přípravku. | Vyžadováno pro formální ověření dle normy ISO 1940-1, kapitola 10 |
| Měření Minimální dosažitelná zbytková nevyváženost (Umar) | Nejnižší zbytková nevyváženost dosažitelná na daném vyvažovacím stroji pro konkrétní rotor. Určena citlivostí stroje, šumovou hladinou a stavem ložisek. | Umar musí být ≤ Uper aby byl stroj vhodný pro požadovanou třídu G. |
Co je norma ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mechanické vibrace — Požadavky na kvalitu vyvážení tuhých rotorů — Část 2: Chyby vyvážení) byla mezinárodní norma pro identifikaci, hodnocení a zohlednění chyb, které vznikají při vyvažování tuhých rotorů — od nevyváženosti trnu a hnací hřídele po házení součástí a rozptyl přístrojů. Byla zrušena a nahrazena normou ISO 21940-14:2012 (Mechanické vibrace — Vyvažování rotorů — Část 14: Postupy pro hodnocení chyb vyvážení), která rozšiřuje stejné postupy i na rotory s pružným chováním. Poznámka: často je zaměňována se slovníkem vyvažování vocabulary — to je jiná norma, ISO 21940-2 (dříve ISO 1925), jejíž terminologii tato stránka shrnuje níže.
Když inženýr v Německu specifikuje „korekci dynamické nevyváženosti na G 6.3 ve dvou rovinách“, technik v Japonsku musí přesně rozumět tomu, co je požadováno — stejný stav rotoru, stejný postup vyvažování a stejné akceptační kritérium. Slovník ISO vyvažování — ISO 21940-2 (dříve ISO 1925) — to umožňuje tím, že poskytuje jednotnou, mezinárodně dohodnutou terminologii pro celý obor.
Samotná ISO 1940-2 naproti tomu nebyla ani slovníkem, ani specifikací tolerancí — zabývala se balance errors. Klasifikovala zdroje chyb procesu vyvažování jako systematic (lze vyhodnotit velikost i úhel — např. nevyváženost trnu nebo hnací hřídele, radiální a axiální házení, klíny a drážky pro pera, zbytkový magnetismus, chyby opětovné montáže a instrumentace), náhodně proměnné (volné části, zachycené kapaliny, tepelné deformace, aerodynamický odpor) a scalar (lze odhadnout pouze maximální velikost, úhel je neurčitý — např. montážní vůle a výrobní tolerance), a poskytovala postupy pro jejich hodnocení a zohlednění tak, aby zbytková nevyváženost skutečně zůstala v rámci přípustné hodnoty Uper z ISO 1940-1 (nyní ISO 21940-11). Její nástupce ISO 21940-14 si v rámci řady ISO 21940 ponechává přesně tuto roli.
Podrobná analýza termínů
Rozdíl mezi tuhým a flexibilním
Toto je nejdůležitější klasifikace při vyvažování. Toto rozlišení určuje vše: která norma se použije, jaké vybavení je potřeba, kolik rovin je potřeba a jakou rychlostí je nutné vyvažování provádět.
Rotor, jehož nevyváženost lze korigovat ve dvou libovolných rovinách a po korekci se zbytková nevyváženost významně nemění při žádné rychlosti až do maximální provozní rychlosti. Praktický test: pokud první ohyb kritická rychlost je výrazně nad maximální provozní rychlostí (obvykle > 1,5× nebo více), je rotor tuhý.
Rotor, který se při provozní rychlosti elasticky deformuje tak, že se mění jeho stav nevyváženosti. Musí být vyvážen na provozní rychlosti nebo v její blízkosti ve více než dvou rovinách. Platí pro: velké turbogenerátory, vícestupňové vysokorychlostní kompresory, dlouhé válce papírenských strojů s vysokou rychlostí. Zahrnuto normou ISO 21940-12.
Velká většina průmyslových rotorů – elektromotorů, ventilátorů, čerpadel, setrvačníků, hřídelí – jsou tuhé rotory. ISO 1940-1 Systém třídy G se vztahuje přímo na tuhé rotory.
Tři typy nevyváženosti
Slovník (ISO 21940-2) definuje tři základní typy na základě geometrického vztahu mezi hlavní osou setrvačnosti a osou otáčení. Pochopení těchto typů je nezbytné pro volbu správného postupu vyvažování:
- Statická nevyváženost produkuje síla — obě ložiska vibrují ve fázi při 1× ot./min. Rotor lze detekovat jako nevyvážený i bez otáčení (gravitace ho odhalí na ostřích nožů). Stačí jedna korekční rovina. Typické pro úzké kotoučové rotory (L/D < 0,5): úzké řemenice, oběžná kola ventilátorů, tenké setrvačníky.
- Momentová nevyváženost produkuje moment — ložiska vibrují fázově o 180° při 1× ot./min. Výsledná síla je nulová (těžiště je na ose), ale dvě stejná a protilehlá těžká místa v různých axiálních polohách vytvářejí kyvadlový pár. Detekovatelné pouze při otáčení. Vyžaduje dvě korekční roviny.
- Dynamická nevyváženost = statická + párová síla dohromady. Obecný případ pro všechny reálné rotory, které nejsou dokonale symetrické. Je přítomna jak síla, tak moment. Ložiska vibrují rychlostí 1×, ani nejsou ve fázi, ani nejsou přesně o 180° mimo fázi. Vyžaduje vyvážení ve dvou rovinách.
Specifická nevyváženost a vazba na stupeň kvality G
Specifická nevyváženost (e = U/M) je klíčová metrika, která umožňuje univerzální srovnání kvality vyvážení. Rotor o hmotnosti 5 kg s nevyvážeností 50 g·mm má e = 10 µm. Rotor o hmotnosti 500 kg s nevyvážeností 5 000 g·mm má také e = 10 µm – identická kvalita vyvážení i přes 100násobný rozdíl hmotnosti.
třída G rozšiřuje to začleněním rychlosti: G = e × ω, čímž se získá jedno číslo (mm/s), které charakterizuje kvalitu vyvážení nezávisle na hmotnosti i rychlosti. Toto je základ ISO 1940-1 toleranční systém.
Korekční roviny vs. toleranční roviny
Slovník rozlišuje zásadní rozdíl, který se v praxi často přehlíží:
- Toleranční roviny = roviny ložisek, kde jsou vibrace a dynamické zatížení nejkritičtější. Přípustná nevyváženost Uper je zde specifikováno.
- Korekční roviny = fyzicky přístupná místa, kam lze umístit závaží (náboj ventilátoru, koncové kroužky motoru, osazení hřídele). Často v jiných axiálních polohách než ložiska.
Převod Uper z tolerančních rovin na korekční roviny vyžaduje znalost geometrie rotoru. U asymetrických nebo konzolových rotorů může tato konverze významně změnit tolerance pro jednotlivé roviny. Balanset-1A tuto konverzi provede automaticky při zadání rozměrů rotoru.
Typy vyvažovacích strojů
Dva základní typy strojů odrážejí různé fyzikální principy měření:
- Měkké ložisko: Vlastní frekvence odpružení hluboko pod provozní rychlostí → měření stroje výchylka. Vyžaduje kalibraci pro každý nový rotor. Historicky významné; používání klesá.
- Tvrdé ložisko: Vlastní frekvence odpružení výrazně nad provozní rychlostí → měření stroje síla. Trvale kalibrovaný – umožňuje použití různých rotorů bez individuální kalibrace. Dominantní moderní typ.
Přístroje pro vyvažování pole, jako například Balanset-1A používají jiný princip: nejsou to "stroje" ve smyslu ISO, ale jako měřicí systém používají vlastní ložiska a podpěru rotoru a k určení korekce využívají metodu zkušebního závaží (koeficient vlivu) bez nutnosti použití specializovaného vyvažovacího stroje.
Křížový odkaz: Kde se každý termín používá
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Používá všechny termíny tolerance a kvality – třída G, Uper, tolerance vyvážení, zbytková nevyváženost. Primární konzument této slovní zásoby.
ISO 14694: Používá terminologii rotorů (tuhých), terminologii nevyváženosti a rozšiřuje ji o kategorie použití BV specifické pro ventilátory, třídy vyvážení a tabulky limitů vibrací.
ISO 10816 / ISO 20816: Používá měřicí termíny – rychlost vibrací, efektivní hodnota (RMS), měřicí body ložiskového tělesa.
ISO 21940-12: Rozšiřuje flexibilní definici rotoru o vícerychlostní a vícerovinné postupy.
API 610 / API 617: Ropné normy odkazují na třídy G dle normy ISO 1940 a terminologii pro nevyváženost pro specifikace čerpadel a kompresorů.
Přechod ISO 1940-2 → ISO 21940-14
ISO 21940-14:2012 formálně zrušila a nahradila ISO 1940-2:1997, kterou technicky reviduje — hlavní změnou je rozšíření použitelnosti na rotory s pružným chováním. Slovník vyvažování prošel samostatnou cestou: ISO 1925 byla revidována jako ISO 21940-2. Číslování ISO 21940 odráží integraci do komplexní řady ISO 21940 pokrývající všechny aspekty vyvažování rotorů. Stará označení se v odborné literatuře stále hojně objevují.
Oficiální norma: ISO 21940-14:2012 (nahrazuje ISO 1940-2) v ISO Store →
Často kladené otázky – ISO 1940-2
Chyby vyvážení, přechod na ISO 21940 a terminologie vyvažování
▸ Co je norma ISO 1940-2?
▸ Jaký je rozdíl mezi statickou a dynamickou nevyvážeností?
▸ Jaký je rozdíl mezi tuhým a pružným rotorem?
▸ Co je to zbytková nevyváženost?
▸ Jaký je rozdíl mezi korekční rovinou a toleranční rovinou?
▸ Vyvažovací stroj s měkkými vs. tvrdými ložisky?
▸ Co je specifická nevyváženost (excentricita)?
Související glosářové články
Mluvte jazykem – se správnými nástroji
Vyvažovače Vibromera přímo implementují slovník ISO: výběr stupně G, vektory nevyváženosti, korekční roviny, porovnání reziduí a přípustných hodnot – vše v jednom přenosném přístroji.
Procházet vyvažovací zařízení →
