Balance Quality Grade (G-Grade): Definition, formål og anvendelse
Hvad er en Balance Quality Grade (G-Grade)?
A Balance Quality Grade, G-grade er en standardiseret klassificering, der er defineret i standarderne ISO 1940-1 og ISO 21940-11, og som angiver den maksimalt tilladte restubalance for en rotor. Med andre ord angiver G-graden, hvor præcist en rotor skal afbalanceres. Den måler ikke direkte vibrationsniveauer, men definerer snarere en ubalancetolerance baseret på rotorens masse og maksimale driftshastighed.
Tallet efter bogstavet G (f.eks. G6.3, G2.5) svarer til den maksimale vibrationshastighed for rotorens massemidtpunkt, udtrykt i millimeter pr. sekund (mm/s). For eksempel betyder klasse G6.3, at rotorens massemidtpunkt ikke bør opleve vibrationer, der overstiger 6,3 mm/s ved maksimal driftshastighed, mens den strengere klasse G2.5 begrænser denne hastighed til 2,5 mm/s. Jo lavere G-tallet er, jo strengere er kravene til afbalancering: mindre ubalancetolerance og højere afbalanceringspræcision.
Formålet med G-klassesystemet
G-grade-systemet blev udviklet for at etablere en universel standard, der definerer, hvor godt en rotor skal være afbalanceret. I stedet for vage udsagn som “rotoren skal være godt afbalanceret” kan ingeniører angive et præcist, verificerbart mål som “balance til G6.3”. Denne standard giver et fælles sprog for producenter, serviceteknikere og kunder og sikrer, at udstyret opfylder de nødvendige pålideligheds- og sikkerhedsstandarder. Hovedformålene med G-klassesystemet er:
Begrænsning af vibrationer fra ubalance til acceptable niveauer. Ubalance forårsager centrifugalkræfter og vibrationer, der kan føre til støj, udmattelsessvigt og ulykker. Ved at anvende standardbalancekvaliteter kan disse vibrationer kontrolleres inden for sikre grænser.
Minimerer dynamiske belastninger på lejer og forlænger deres levetid. Kontinuerlige vibrationer virker på lejer som en hammer og fremskynder deres slitage. Ved at begrænse ubalancen med den nødvendige G-grad reduceres de kræfter, der virker på lejerne, hvilket forlænger deres levetid.
Sikrer sikker rotordrift ved maksimal designhastighed. Jo højere omdrejningshastighed, jo stærkere er effekten af selv en lille ubalance. En streng balancegrad garanterer, at rotoren ikke vil opleve destruktive vibrationer ved driftshastigheden. Dette er især vigtigt for højhastighedsmaskiner (turbiner, kompressorer osv.), hvor for stor ubalance kan føre til svigt.
Tilvejebringelse af et klart, målbart acceptkriterium. At have en G-grade standard gør det muligt at verificere under fremstilling og reparation, om det krævede balanceniveau er opnået. Hvis den resterende ubalance efter afbalanceringen ikke overstiger den tilladte værdi for den givne G-klasse, anses rotoren for at have bestået inspektionen. Denne tilgang forvandler afbalancering fra en kunst til en præcis videnskab med verificerbare kriterier.
Hvordan bestemmes balancekvalitetskarakterer?
ISO-standarder indeholder anbefalinger til valg af G-grader for hundredvis af typiske rotorer og maskiner. Standardtabellerne (f.eks. ISO 1940-1, som nu er erstattet af ISO 21940-11) viser anbefalede G-grader for forskellige udstyrskategorier. Valget af en bestemt klasse afhænger af flere faktorer:
Maskintype og formål. En højhastighedsturbine eller præcisionsspindel kræver meget mere præcis afbalancering (lavere G) end en landbrugsmaskine med lav hastighed. Konstruktører overvejer, hvor følsom en given maskintype er over for vibrationer, og hvilke konsekvenser ubalance kan have.
Rotormasse og dimensioner. Lettere rotorer er generelt mere følsomme over for ubalance og kan have strengere krav. Rotormassen indgår direkte i beregningen af den tilladte ubalance - en tungere rotor kan “tolerere” en noget større absolut ubalance uden at øge vibrationerne sammenlignet med en lettere.
Maksimal rotationshastighed. Dette er en af nøglefaktorerne: Jo højere hastighed, jo strengere skal balancen være. For den samme ubalancestørrelse øges kræfterne proportionalt med kvadratet på rotationshastigheden. Derfor vælges en lavere G-klasse til højhastighedsrotorer for at kompensere for hastighedseffekten.
Bærende struktur og monteringsforhold. En rotor monteret på fleksible (elastiske) understøtninger kræver typisk mere omhyggelig afbalancering end en på et stift fundament, da et fleksibelt system dæmper vibrationer mindre effektivt. For eksempel kan der gælde forskellige kvaliteter (G16 vs. G40) for den samme krumtapaksel, afhængigt af om motoren er monteret på elastiske vibrationsisolatorer eller stift.
Eksempler på almindelige balancekvalitetsklasser
| G-klasse | Maks. Hastighed (mm/s) | Typiske anvendelser |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Bilhjul og -fælge; krumtapaksler til forbrændingsmotorer med lav hastighed (lavt omdrejningstal). |
| G 16 | 16 mm/s | Dele til knusere og landbrugsmaskiner; drivaksler (kardanaksler); store komponenter til maskiner til generelle formål med moderate krav. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Standardkvalitet til det meste industrielle udstyr: elmotorrotorer, pumpehjul, ventilatorer, lavhastighedsturbokompressorer, generelle procesmaskiner. G6.3 er en af de mest almindeligt specificerede kvaliteter. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Højhastigheds- og højpræcisionsrotorer: gas- og dampturbiner, turbokompressorrotorer, drev til værktøjsmaskiner, højpræcisionsspindler og elektriske højhastighedsmaskiner. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Meget præcis afbalancering til præcisionsmekanismer: drev til slibemaskiner, små højhastigheds-elektromotorer og turboladere til biler. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Højeste afbalanceringspræcision til usædvanligt følsomme enheder med høj hastighed: gyroskoper, præcisionsspindler (f.eks. til præcisionsbearbejdning eller mikroelektronikudstyr), harddiskdrev og andre komponenter, der kræver minimal vibration. |
Bemærk: Hastighedsværdien i mm/s i klassebetegnelsen svarer til produktet af den specifikke excentricitet og vinkelhastigheden: G = eom-ω. G-tallet angiver således grænsehastigheden for det forskudte massemidtpunkts bevægelse under rotordrift. I praksis kan valget af klasse variere med et niveau op eller ned afhængigt af specifikke krav og driftsforhold.
Beregning af tilladt restubalance
Når du kender den krævede G-grad, kan du beregne den maksimalt tilladte restubalance - den mængde ubalance, der kan være tilbage efter afbalancering uden at overskride den specificerede grad. ISO-standarden giver følgende formel:
Uom (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
Hvor:
- Uom - tilladt restubalance i gram-millimeter (g-mm)
- G — balancekvalitetsklasse (mm/s)
- m - Rotormasse (kg)
- n - Maksimal driftshastighed (RPM)
Eksempel: For en rotor med en masse på 100 kg, der roterer med en maksimal hastighed på 3000 RPM, og som skal afbalanceres til klasse G6.3, er den tilladte restubalance:
Uom = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
Det betyder, at en samlet ubalance på ca. 2005 g-mm er tilladt for denne rotor uden at overskride G6.3. I praksis fordeles denne resterende ubalance mellem korrektionsplanerne. Ved (dynamisk) afbalancering i to planer er den beregnede Uom fordeles ligeligt eller proportionalt med rotorkonfigurationen mellem flyene. Dermed får afbalanceringsteknikeren et specifikt numerisk mål, der skal nås.
Praktisk afbalancering og udstyr
For at opnå den krævede balancegrad i praksis bruges specialudstyr. Under produktionsforhold anvendes der typisk stationære afbalanceringsmaskiner, hvor rotoren drejes og korrigeres, indtil den resterende ubalance falder til normen for den valgte G-klasse.
Men under feltforhold (f.eks. når der opstår vibrationer i en allerede installeret ventilator eller pumpe) kan der bruges bærbare afbalanceringsinstrumenter. Et eksempel er Balanset-1A enhed - en bærbar to-kanals vibrometer-afbalanceringsenhed. Den muliggør dynamisk afbalancering i et eller to planer direkte på udstyret in situ (på stedet, uden at fjerne rotoren).
Fig. 1: Balanset-1A bærbar vibrometer-balancer forbundet med en bærbar computer. Denne kompakte enhed indeholder et elektronisk målemodul, to vibrationssensorer og et lasertachometer, hvor kontrol og beregning af ubalance udføres af pc-software.
Fig. 1: Vinduet til beregning af afbalanceringstolerance i Balanset-softwaren. Programmet har en indbygget lommeregner, der automatisk beregner den tilladte restubalance i henhold til ISO 1940-standarderne baseret på rotormasse, driftshastighed og den valgte G-klasse.
Enheden tilsluttes en bærbar computer, måler vibrationer og ubalancefase ved hjælp af sensorer og en optisk omdrejningstæller, hvorefter softwaren automatisk beregner de nødvendige korrektionsvægte. Blandt funktionerne i Balanset-1A er automatisk beregning af tilladt ubalance i henhold til ISO 1940 (G-grader) - enheden bestemmer selv, hvilket vibrationsniveau der skal reduceres for at opnå f.eks. klasse G6.3 eller G2.5.
Moderne afbalanceringsinstrumenter som Balanset-1A gør det hurtigere og mere pålideligt at opnå den ønskede afbalanceringsgrad. Ved hjælp af standard G-terminologi og indbyggede toleranceberegninger kender ingeniører og teknikere nøjagtigt kriteriet for en vellykket afbalancering. Standardiseringen af balancekvaliteten gennem G-grader har således muliggjort et fælles sprog til at beskrive, hvor “glat” en bestemt rotor skal fungere, og til at opnå dette niveau af vibrationssikkerhed ved hjælp af metoder, der er forståelige og kontrollerbare i hele verden.
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 