ISO 1940-2 - Balance Errors (nu ISO 21940-14)
Den historiske standard for vurdering af balancefejl for stive rotorer — systematiske, tilfældigt variable og skalare fejlkilder i afbalanceringsprocessen. Trukket tilbage og erstattet af ISO 21940-14:2012. Selve afbalanceringsvokabularet er defineret i ISO 21940-2 (tidligere ISO 1925) og er opsummeret nedenfor.
Overblik over centrale balanceringstermer
De vigtigste definitioner fra ISO's afbalanceringsvokabular — ISO 21940-2 (tidligere ISO 1925) — de termer, enhver afbalanceringspraktiker skal kende
Komplet terminologireference
Alle væsentlige termer fra afbalanceringsvokabularet, ISO 21940-2 (tidligere ISO 1925), organiseret efter kategori
| Begreb | Definition | Betydning |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Et legeme, der kan rotere om en defineret akse. I forbindelse med afbalancering omfatter det enhver roterende komponent: aksler, impeller, ankere, tromler, spindler. | Det grundlæggende formål med balancering. Alle andre udtryk beskriver egenskaber ved eller handlinger på rotoren. |
| Rotor Stiv rotor | En rotor hvis ubalance kan korrigeres i to vilkårlige planer, og efter korrektion ændrer den resterende ubalance sig ikke væsentligt ved nogen hastighed op til den maksimale driftshastighed. | Bestemmer, at ISO 1940-1 (G-kvalitetssystem) gælder. Afbalancering ved lav hastighed på en værkstedsmaskine er gyldig. Langt de fleste industrielle rotorer er stive. |
| Rotor Fleksibel rotor | En rotor, der deformeres elastisk ved sin driftshastighed, således at dens ubalancetilstand ændres. Skal korrigeres ved eller nær driftshastighed i mere end to planer. | Kræver ISO 21940-12. Højhastighedsturbiner, store generatorer, flertrinskompressorer. Specialiseret højhastighedsbalanceringsudstyr er nødvendigt. |
| Rotor Akselakse | Den rette linje, der forbinder lejetappenes centre. Den geometriske rotationsakse. | Referenceaksen for alle ubalancemålinger. Udløb af journaler påvirker målenøjagtigheden. |
| Rotor Hovedinertiens akse | Den akse, omkring hvilken rotoren ville rotere frit uden at producere centrifugalkraft eller moment. Falder sammen med akselaksen for en perfekt afbalanceret rotor. | Uoverensstemmelsen mellem hovedaksen og akselaksen er ubalance. Al korrektion har til formål at justere disse to akser. |
| Rotor Massecentrum (tyngdekraft) | Det punkt, hvor hele rotormassen kan betragtes som koncentreret. For en afbalanceret rotor ligger det præcist på akselaksen. | Statisk ubalance = CoM forskudt fra akselaksen. Specifik ubalance (e) = forskydningsafstand. |
| Rotor Servicehastighed | Den maksimale rotationshastighed, som rotoren arbejder med i dens tilsigtede anvendelse. | Kritisk for toleranceberegning: Upr. = (9 549 × G × M) / n. Brug altid servicehastighed, ikke balancehastighed. |
| Rotor Kritisk hastighed | En rotationshastighed, hvorved et rotorlejesystem oplever resonans, hvilket resulterer i stærkt forstærket vibration. | Bestemmer klassificeringen af stiv/fleksibel. En stiv rotor fungerer et godt stykke under den første kritiske bøjningshastighed. |
| Begreb | Definition | Formel / Enheder |
|---|---|---|
| Ubalance Ubalance | En tilstand, hvor inertiens hovedakse ikke falder sammen med rotationsaksen. Forårsager en centrifugalkraft, der er proportional med masse, excentricitet og hastighed i anden potens. | U = m × r (g·mm eller kg·m) |
| Ubalance Statisk ubalance | Hovedakse parallel med rotationsaksen, men forskudt. Svarende til en enkelt masse ved en enkelt radius. Detekterbar uden rotation (knivsæg). Lejesvingninger i fase. | Rettet i 1 plan |
| Ubalance Ubalance i parforholdet | Hovedaksen skærer rotationsaksen i massemidtpunktet, men er vippet. To lige store, modsatrettede tunge pletter i forskellige planer skaber et vippemoment. Kun detekterbart under rotation. | Rettet i 2 planer |
| Ubalance Dynamisk ubalance | Det generelle tilfælde: hovedaksen hverken parallel med eller skærer rotationsaksen. Kombination af statisk og rotationspar. Den mest almindelige tilstand i den virkelige verden. | Rettet i 2 planer |
| Ubalance Specifik ubalance | Forholdet mellem ubalance og rotormasse. Repræsenterer excentriciteten — forskydningen af massemidtpunktet fra akselaksen. Muliggør kvalitetssammenligning på tværs af forskellige rotorstørrelser. | e = U / M (µm eller g·mm/kg) |
| Ubalance Resterende ubalance | Den ubalance, der er tilbage i en rotor efter afbalanceringsprocessen. Må ikke overstige den tilladte værdi (Upr.) for den angivne G-klasse. | Ures ≤ Upr. |
| Ubalance Indledende ubalance | Ubalancen i en rotor som modtaget, før nogen form for balanceringskorrektion. Målt ved første kørsel. | Basis for afbalanceringsproceduren |
| Ubalance Ubalancevektor | Størrelsen og vinkelpositionen af ubalance i et givet plan. Repræsenteret som en polarvektor med amplitude (g·mm) og fasevinkel (°). | U∠θ (g·mm ved ° fra ref.) |
| Begreb | Definition | Praktiske noter |
|---|---|---|
| Proces Afbalancering | Processen med at kontrollere og justere massefordelingen af en rotor, således at den resterende ubalance er inden for en specificeret tolerance. | Iterativ: mål → beregn → korriger → verificer. |
| Proces Korrektionsplan | Et plan vinkelret på rotoraksen, hvor masse tilføjes eller fjernes. Det fysisk tilgængelige sted til vægtplacering. | Kan afvige fra toleranceplaner (lejeplaner) — kræver geometrisk konvertering. |
| Proces Toleranceplan | Det plan, hvori den tilladte ubalance er specificeret – typisk lejeplanet. Ubalance påvirker her direkte lejebelastninger. | Upr. er angivet for toleranceplaner; skal konverteres til korrektionsplaner. |
| Proces Korrektionsmasse | Den fysiske masse (vægt), der tilføjes til eller fjernes fra rotoren ved en specifik radius og vinkel inden for korrektionsplanet. | Tilføjet: clip-on, bolt-on, svejsning, epoxy. Fjernet: boring, fræsning, slibning. |
| Proces Prøvevægt | En kendt masse, der midlertidigt er fastgjort til rotoren ved en kendt radius og vinkel under afbalanceringsproceduren. Bruges til at bestemme rotorens respons (påvirkningskoefficient). | Balanset-1A prøvevægtmetoden: kørsel → vedhæft prøve → kørsel → software beregner korrektion. |
| Proces Indflydelseskoefficient | Ændringen i vibrationsrespons (amplitude og fase) ved et målepunkt forårsaget af en enhedsubalance på et specifikt sted. Karakteriserer rotorlejefølsomhed. | Beregnet ud fra prøvevægtskørsler. Toplansbalancering kræver en 2×2-påvirkningsmatrix. |
| Proces Enkeltplansbalancering | Procedure til korrigering af statisk ubalance i ét korrektionsplan. Velegnet til korte (skivelignende) rotorer med L/D < 0,5. | Balanset-1A F2-tilstand. Én sensor, ét plan. |
| Proces To-plans balancering | Procedure til korrigering af både statisk og koblingsubalance i to korrektionsplaner. Kræves for aflange rotorer eller når koblingsubalancen er betydelig. | Balanset-1A F3-tilstand. To sensorer, to planer. |
| Proces Trimbalancering | En sidste, finbalancerende justering udført på en samlet rotor for at kompensere for samlingsintroduceret ubalance (koblingskast, pasningstolerancer). | Udføres ofte i marken på den installerede maskine. |
| Proces Vægtdeling | Fordeling af en beregnet korrektionsmasse mellem to tilstødende tilgængelige steder (f.eks. to bolthuller eller bladpositioner), når den nøjagtige vinkelposition ikke er tilgængelig. | Balanset-1A tilbyder automatisk vægtfordelingsberegning. |
| Begreb | Definition | Sammenligning |
|---|---|---|
| Maskine Balanceringsmaskine | En enhed, der måler ubalance i en rotor (størrelse og vinkelposition), så massefordelingen kan korrigeres. | Butiksbaseret (stationær) eller feltbaseret (bærbar som f.eks. Balanset-1A). |
| Maskine Blødlejemaskine | Affjedringen er meget fleksibel. Rotoren kører over affjedringens naturlige frekvens. Måler fysisk forskydning. Skal kalibreres for hver rotorgeometri. | Mindre almindeligt i dag. Lavere omkostninger, men operatøren skal kalibrere pr. rotor. Forskydningsregistrering. |
| Maskine Hårdlejemaskine | Affjedringen er meget stiv. Rotoren kører under affjedringens naturlige frekvens. Sensorer måler centrifugalkraften direkte. Permanent kalibreret — accepterer en bred vifte af rotorer uden rotorspecifik opsætning. | Dominerende type i moderne industri. Mere alsidig, hurtigere opsætning. Kraftregistrering. |
| Maskine Feltbalancer | Bærbart instrument, der bruges til at afbalancere rotorer in situ (installeret i maskinen) uden adskillelse. Bruger vibrationssensorer og en tachometer. Prøvevægtmetode. | Balanset-1A (2-kanals) og Balanset-4 (4-kanals). Indbygget ISO 1940 toleranceberegner. |
| Maskine Dorn (Arbor) | En aksel eller adapter, hvorpå en rotor er monteret til afbalancering på en maskine. Skal være nøjagtigt koncentrisk og have ubetydeligt kast. | Dornens excentricitet er en væsentlig kilde til systematisk afbalanceringsfejl. Bekræftet ved indekstest. |
| Begreb | Definition | Formel / Standard |
|---|---|---|
| Kvalitet Balancekvalitetsklasse (G) | En klassificering, der specificerer den maksimalt tilladte hastighed for rotorens massemidtpunkt. G = epr. × ω. Karakterer danner en logaritmisk skala med faktor 2,5. | G 0,4 … G 4000 Defineret i ISO 1940-1 |
| Kvalitet Tilladt restubalance (Upr.) | Maksimal tilladt restubalance for den specificerede G-klasse, rotormasse og driftshastighed. Acceptkriteriet. | Upr. = (9549 × G × M) / n |
| Kvalitet Balancetolerance | Det interval, inden for hvilket den resterende ubalance skal ligge for at opfylde det specificerede kvalitetskrav. Lig med Upr.. | Specificeret pr. plan efter allokering |
| Kvalitet Ubalancereduktionsforhold (URR) | Forholdet mellem initial ubalance og resterende ubalance efter én korrektionscyklus. Angiver effektiviteten af afbalanceringsmaskinen/proceduren. | URR = Uførste / Uresterende Typisk: 5–50× |
| Måling Fasevinkel | Vinkelpositionen af ubalancevektoren i forhold til et referencemærke på rotoren (målt med omdrejningstæller). Kombineret med amplitude defineres den komplette ubalancevektor. | ° (grader, 0–360) |
| Måling Vibrationshastighed (RMS) | Rodmiddelkvadratværdien af vibrationshastigheden ved et lejehus. Standardmåleparameteren til vurdering af maskinens tilstand pr. ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Måling Indekstest | Verifikationsprocedure: Drej rotoren en defineret vinkel (f.eks. 180°) i forhold til maskinunderstøtningerne og mål igen. Registrerer dorn- og fiksturfejl. | Kræves til formel verifikation i henhold til ISO 1940-1 kap. 10 |
| Måling Minimum opnåelig restubalance (Umar) | Den laveste mulige restubalance på en given afbalanceringsmaskine for en specifik rotor. Bestemmes af maskinens følsomhed, støjniveau og lejeforhold. | Umar skal være ≤ Upr. for at maskinen er egnet til den krævede G-klasse. |
Hvad er ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mekanisk vibration — Krav til balancekvalitet for stive rotorer — Del 2: Balancefejl) var den internationale standard for at identificere, vurdere og tage højde for de fejl, der opstår ved afbalancering af stive rotorer — fra dorn- og drivakselubalance til komponentkast og instrumentspredning. Den er trukket tilbage og erstattet af ISO 21940-14:2012 (Mekanisk vibration — Rotorafbalancering — Del 14: Procedurer til vurdering af balancefejl), som udvider de samme procedurer til rotorer med fleksibel opførsel. Bemærk: den forveksles ofte med afbalancerings vocabulary — det er en anden standard, ISO 21940-2 (tidligere ISO 1925), hvis terminologi denne side opsummerer nedenfor.
Når en ingeniør i Tyskland specificerer "dynamisk ubalancekorrektion til G 6.3 i to planer," skal en tekniker i Japan forstå præcis, hvad der kræves — den samme rotortilstand, den samme afbalanceringsprocedure og det samme acceptkriterium. ISO's afbalanceringsvokabular — ISO 21940-2 (tidligere ISO 1925) — gør dette muligt ved at levere et enkelt, internationalt aftalt vokabular for hele området.
ISO 1940-2 selv var derimod hverken en ordbog eller en tolerancespecifikation — den behandlede balance errors. Den klassificerede fejlkilderne i afbalanceringsprocessen som systematic (størrelse og vinkel kan evalueres — f.eks. ubalance i dorn eller drivaksel, radial- og aksialkast, kiler og notgange, restmagnetisme, genmontering og instrumentfejl), tilfældigt variable (løse dele, indesluttede væsker, termisk deformation, vindtab) og scalar (kun den maksimale størrelse kan estimeres, vinklen er ubestemt — f.eks. tilpasningsfrigang og produktionstolerancer), og gav procedurer til at vurdere dem og tage dem i betragtning, så restubalancen reelt forbliver inden for den tilladelige værdi Upr. fra ISO 1940-1 (nu ISO 21940-11). Dens efterfølger, ISO 21940-14, bevarer præcis denne rolle inden for ISO 21940-serien.
Detaljeret termanalyse
Sondringen mellem rigid og fleksibel
Dette er den absolut vigtigste klassificering inden for afbalancering. Sondringen bestemmer alt: hvilken standard der gælder, hvilket udstyr der er nødvendigt, hvor mange planer der kræves, og med hvilken hastighed afbalanceringen skal udføres.
En rotor, hvis ubalance kan korrigeres i to vilkårlige planer, og hvis restubalance efter korrektion ikke ændrer sig væsentligt ved nogen hastighed op til den maksimale driftshastighed. Praktisk prøve: hvis den første bøjning kritisk hastighed er et godt stykke over den maksimale driftshastighed (typisk > 1,5× eller mere), er rotoren stiv.
En rotor, der deformeres elastisk ved sin driftshastighed, således at dens ubalancerede tilstand ændres. Skal være afbalanceret ved eller nær driftshastighed i mere end to planer. Gælder for: Store turbogeneratorer, flertrins højhastighedskompressorer, lange papirruller ved høj hastighed. Dækket af ISO 21940-12.
Langt størstedelen af industrielle rotorer — elmotorer, ventilatorer, pumper, svinghjul, aksler — er stive rotorer. ISO 1940-1 G-grade-systemet gælder direkte for stive rotorer.
De tre typer ubalance
Vokabularet (ISO 21940-2) definerer tre grundlæggende typer baseret på det geometriske forhold mellem hovedinertiaksen og rotationsaksen. Det er afgørende at forstå disse for at vælge den korrekte afbalanceringsprocedure:
- Statisk ubalance producerer en kraft — begge lejer vibrerer i fase ved 1× omdr./min. Rotoren kan detekteres som ubalanceret uden rotation (tyngdekraften afslører det på knivsæggene). Ét korrektionsplan er tilstrækkeligt. Typisk for smalle, skivelignende rotorer (L/D < 0,5): smalle remskiver, ventilatorhjul, tynde svinghjul.
- Parret ubalance producerer en moment — lejer vibrerer 180° ud af fase ved 1× omdr./min. Nettokraften er nul (massemidtpunktet er på aksen), men to lige store og modsatrettede tunge punkter i forskellige aksiale positioner skaber et vippepar. Kan kun detekteres under rotation. Kræver to korrektionsplaner.
- Dynamisk ubalance = statisk + par kombineret. Det generelle tilfælde for alle reelle rotorer, der ikke er perfekt symmetriske. Både kraft og moment er til stede. Lejer vibrerer ved 1× uden hverken faseforhold eller præcis 180° ude af faseforhold. Kræver toplansbalancering.
Specifik ubalance og G-grade-forbindelsen
Specifik ubalance (e = U/M) er den vigtigste metrik, der muliggør universel sammenligning af balancekvalitet. En 5 kg rotor med 50 g·mm ubalance har e = 10 µm. En 500 kg rotor med 5000 g·mm ubalance har også e = 10 µm - identisk balancekvalitet trods 100× masseforskel.
Den G-klasse udvider dette ved at inkorporere hastighed: G = e × ω, hvilket giver et enkelt tal (mm/s), der karakteriserer balancekvaliteten uafhængigt af både masse og hastighed. Dette er grundlaget for ISO 1940-1 tolerancesystem.
Korrektionsplaner vs. toleranceplaner
Vokabularet skelner kritisk mellem noget, som ofte overses i praksis:
- Toleranceplaner = lejeplanerne, hvor vibrationer og dynamiske belastninger er mest kritiske. Tilladelig ubalance Upr. er angivet her.
- Korrektionsplaner = fysisk tilgængelige steder, hvor vægte kan placeres (ventilatornav, motorenderinge, akselskuldre). Ofte i andre aksiale positioner end lejerne.
Konvertering af Upr. fra toleranceplaner til korrektionsplaner kræver kendskab til rotorgeometri. For asymmetriske eller overhængende rotorer kan denne konvertering ændre tolerancerne pr. plan betydeligt. Balanset-1A håndterer denne konvertering automatisk, når rotordimensioner indtastes.
Afbalanceringsmaskinetyper
De to grundlæggende maskintyper afspejler forskellige fysiske måleprincipper:
- Blødbærende: Affjedringens naturlige frekvens langt under driftshastighed → maskinmålinger forskydning. Kræver kalibrering for hver ny rotor. Historisk betydningsfuld; faldende brug.
- Hårdbærende: Affjedringens naturlige frekvens langt over driftshastigheden → maskinmålinger kraft. Permanent kalibreret — accepterer forskellige rotorer uden individuel kalibrering. Den dominerende moderne type.
Feltbalanceringsinstrumenter som f.eks. Balanset-1A bruger et andet princip: de er ikke en "maskine" i ISO-forstand, men bruger rotorens egne lejer og understøtning som målesystem og anvender prøvevægtsmetoden (indflydelseskoefficient) til at bestemme korrektionen uden at kræve en dedikeret afbalanceringsmaskine.
Krydsreference: Hvor hvert udtryk bruges
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Anvender alle tolerance- og kvalitetsbegreber — G-kvalitet, Upr., balancetolerance, resterende ubalance. Den primære forbruger af dette ordforråd.
ISO 14694: Bruger rotortermer (stiv), ubalancetermer og udvider med ventilatorspecifikke BV-anvendelseskategorier, balancegrader og tabeller over vibrationsgrænser.
ISO 10816 / ISO 20816: Anvender måleudtryk — vibrationshastighed, RMS, målepunkter for lejehuset.
ISO 21940-12: Udvider fleksibel rotordefinition med procedurer med flere hastigheder og flere planer.
API 610 / API 617: Petroleumstandarder refererer til ISO 1940 G-kvaliteter og ubalanceterminologi for pumpe- og kompressorspecifikationer.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Overgang
ISO 21940-14:2012 har formelt annulleret og erstattet ISO 1940-2:1997, som den udgør en teknisk revision af — den væsentligste ændring er udvidelsen af dens anvendelighed til rotorer med fleksibel opførsel. Afbalanceringsvokabularet fulgte en separat vej: ISO 1925 blev revideret som ISO 21940-2. ISO 21940-nummereringen afspejler integration i den omfattende ISO 21940-serie, som dækker alle aspekter af rotorafbalancering. De gamle betegnelser forekommer stadig udbredt i industrilitteraturen.
Officiel standard: ISO 21940-14:2012 (erstatter ISO 1940-2) i ISO Store →
Ofte stillede spørgsmål — ISO 1940-2
Balancefejl, ISO 21940-overgangen og afbalanceringsterminologi
Relaterede ordlisteartikler
Tal sproget – med de rigtige værktøjer
Vibromera-balancere implementerer ISO-vokabular direkte: G-kvalitetsvalg, ubalancevektorer, korrektionsplaner, sammenligning af residualer og tilladte værdier — alt sammen i ét bærbart instrument.
Gennemse balanceringsudstyr →
