ISO 21940-13: Kriterien und Sicherheitsvorkehrungen für das In-Situ-Auswuchten von mittleren und großen Rotoren
ISO 21940-13 ist die internationale Fachnorm, die die praktische Kunst des Auswuchtens eines Rotors in seinen eigenen Lagern und seiner Tragstruktur regelt, also genau dort, wo die Maschine steht, Auswuchten vor Ort oder im Feld. Sein vollständiger Titel lautet “Mechanische Schwingungen - Auswuchten von Rotoren - Teil 13: Kriterien und Schutzmaßnahmen für das In-situ-Auswuchten von mittleren und großen Rotoren”.” Wo ein engagierter Auswuchtmaschine nicht verwendet werden kann - weil der Rotor zu groß ist, der Ausbau zu kostspielig ist oder er sich nur unter realen Betriebsbedingungen falsch verhält - wird in diesem Teil erläutert, wann Auswuchten die richtige Wahl ist und wie es sicher durchgeführt werden kann. Er ergänzt die auf Toleranz ausgerichtete ISO 21940-11 (starre Rotoren) und ISO 21940-12 (flexible Rotoren), indem sie sich mit den Gegebenheiten der Arbeit an einer laufenden, installierten Maschine auseinandersetzen.
1. Anwendungsbereich und Anwendbarkeit
Die Norm enthält Leitlinien und Schutzmaßnahmen für das In-situ-Auswuchten mittlerer und großer Rotoren, das durchgeführt wird, während der Rotor in seinen eigenen Lagern und seiner Tragstruktur verbleibt - normalerweise an seinem endgültigen Einsatzort. In der Praxis werden die gleichen In-situ-Prinzipien angewandt, unabhängig davon, ob sich der Rotor wie folgt verhält starr oder flexibel in seinem installierten Zustand: Es ist die Dynamik des Ganzen Rotor-Lager-System, und nicht der Rotor an sich, der die Vorgehensweise vorgibt. Das Dokument richtet sich an Techniker, Ingenieure und Manager, die eine Auswuchtkampagne im Feld entscheiden, planen und sicher durchführen müssen.
2. Kriterien: Wann ein In-Situ-Ausgleich gerechtfertigt ist
Das Auswuchten von Feldern ist nicht automatisch die Lösung für alle Fälle von hohen Vibration, und dieses Kapitel liefert einen Entscheidungsrahmen. In der Norm werden mehrere Szenarien genannt, in denen eine In-situ-Bilanzierung der richtige Weg ist:
- Die Beseitigung ist unpraktisch oder unwirtschaftlich: Das Zerlegen einer großen Turbine, eines Generators oder eines Ventilatorrotors für eine Werksauswuchtung kann unerschwinglich oder einfach nicht machbar sein.
- Eine Unwucht tritt nur im Dienst auf: Eine gewisse Unwucht entsteht durch Bedingungen, die nur dann bestehen, wenn die Maschine läuft. thermische Verformung, aerodynamische Kräfte, oder Prozessablagerungen, wie z. B. Ablagerungen und Produkte, die sich an einem Ventilatorflügel festsetzen. Eine Betriebswaage kann dies nicht reproduzieren.
- Endgültiger Zuschnitt nach dem Wiedereinbau: ein Rotor, der in einer Werkstatt ausgewuchtet wurde, kann noch eine Trimmbalance nach dem Wiedereinbau in die Maschine, um die bei der Montage auftretenden kleinen Verschiebungen aufzufangen.
Entscheidend ist, dass die Norm zunächst bestätigt, dass die starken Vibrationen tatsächlich durch folgende Faktoren verursacht werden Unwucht - und nicht durch Fehlausrichtung, Resonanz, oder mechanische Lose, die eine Unwuchtsignatur nachahmen oder verstärken. Das Hinzufügen von Gewichten zu einer falsch ausgerichteten oder schwingenden Maschine verschwendet Zeit und kann die Situation verschlimmern.
3. Verfahren und Methodik
Dieser Abschnitt ist eine schrittweise Anleitung zur Ausführung des Auftrags. Zunächst werden die Anforderungen an die Instrumentierung festgelegt: ein Mehrkanal Schwingungsanalysator Amplituden- und Phasenmessung, ein oder mehrere Schwingungsaufnehmer (wellenbezogene Näherungssonden und/oder im Gehäuse montierte Beschleunigungsaufnehmer), und eine Phasenreferenzsensor - typischerweise ein Fototacho oder Laserdrehzahlmesser - auf der Welle eine Markierung für die einmalige Umdrehung anzubringen.
Die ISO-Norm 21940-13 legt die Kriterien, die Instrumentierung und die Schutzmaßnahmen fest, schreibt aber bewusst nicht die Methode vor, mit der die Korrekturmassen aus den gemessenen Schwingungsdaten berechnet werden, sondern überlässt die Wahl des Algorithmus dem Praktiker. In der Praxis ist die allgemein verwendete Technik die Einflusskoeffizient Methode: Der Analytiker zeichnet den anfänglichen Schwingungsvektor (Amplitude und Phase) auf, fügt eine bekannte Probegewicht an einer bekannten Winkelposition, misst den neuen “Antwort”-Vektor und verwendet dann Vektormathematik zur Berechnung der Masse und des Winkels der gewünschten Korrekturgewicht, je nach Bedarf des Geräts in einer oder in zwei Ebenen. Dies ist genau der Arbeitsablauf, den ein tragbares Instrument automatisiert: die Balanset-1A, ein zweikanaliger Feldauswuchter und -analysator, misst 1× Amplitude und Phase in den Lagern der Maschine bei Betriebsdrehzahl, berechnet die Einflusskoeffizienten und meldet die Ausgleichsmasse und den Winkel für jede Ebene - so kann ein Ingenieur auswuchten und überprüfen, ohne den Rotor auszubauen. A Probegewichtsrechner hilft, das erste Testgewicht vernünftig zu bemessen.
4. Bewertung der Auswuchtqualität - Vibration, nicht Restunwucht
Hier unterscheidet sich die Norm am deutlichsten von der Ladenpraxis. Die Ladenbilanzierung zielt auf die Erfüllung einer bestimmten Restunwucht Toleranz abgeleitet von einer G-Klasse. Das Betriebsauswuchten hat ein eher pragmatisches Ziel: die Reduzierung der Maschinen Betriebsschwingung auf ein akzeptables Niveau. Dementsprechend wird die Abnahme nicht anhand der Restunwucht in g-mm, sondern anhand der endgültigen Schwingungsamplituden beurteilt. Die Norm schreibt vor, dass bei dieser Bewertung die Grenzwerte für Betriebsschwingungen verwendet werden, die in den entsprechenden Normen, auf die sie verweist, festgelegt sind. ISO 7919 für Wellenschwingungen und ISO 10816 für Vibrationen an nicht rotierenden Teilen (beide wurden inzwischen in der modernen ISO 20816 Serie). Das praktische Ziel besteht darin, die 1× Laufgeschwindigkeit Die Komponente wird so weit heruntergefahren, bis der Gesamtpegel der Maschine in einen für den Langzeitbetrieb akzeptablen Bewertungsbereich - Zone A oder B - fällt. Sie können einen Messwert anhand dieser Bereiche mit dem ISO 20816-1 Schwingungszonen-Rechner.
5. Schutzmaßnahmen und Sicherheitsvorkehrungen
Dieses Kapitel ist wohl der Grund für die Existenz der Norm, denn das Auswuchten unter freiem Himmel birgt Gefahren, die es in einer kontrollierten Werkstatt nicht gibt - vor allem das absichtliche Betreiben einer Maschine mit zusätzlichen Testgewichten, die frei geschleudert werden könnten. Die Norm schreibt einen strengen, dokumentierten Sicherheitsansatz vor:
- Zuerst die mechanische Prüfung: Vergewissern Sie sich vor jeder Fahrt, dass alle Befestigungen fest angezogen sind und alle Schutzvorrichtungen angebracht sind.
- Positive Befestigung des Gewichts: Prüf- und Korrekturgewichte müssen sicher befestigt sein - verschweißt, verschraubt oder in speziellen Halterungen -, damit sie nicht zu Geschossen werden können.
- Zone mit kontrolliertem Zugang: ein abgesperrter Sperrbereich um die Maschine bei jedem Testlauf.
- Klare Kommunikation: eindeutige Protokolle zwischen dem Bilanzanalysten und dem Maschinenführer.
- Not-Aus: ein vordefiniertes, geprobtes Abschaltverfahren vor dem ersten Start.
Bei den Geschwindigkeiten und Massen mittlerer und großer Rotoren kann ein weggeschleudertes Gewicht oder eine ungeschützte Kupplung schwere Verletzungen und katastrophale Schäden an der Ausrüstung verursachen.
6. Wichtige Konzepte zum Mitnehmen
- Auswuchten im Feld oder in der Werkstatt: die Norm befasst sich ausschließlich mit dem Auswuchten eines Rotors in der Maschine, Sie korrigieren die gesamte Baugruppe in ihrem tatsächlichen Betriebszustand und nicht auf einer Auswuchtmaschine in einer Werkstatt.
- Das Ziel ist die Reduzierung von Vibrationen: Der Erfolg wird anhand der zulässigen Betriebsschwingungen gemäß ISO 7919 / ISO 10816 (jetzt konsolidiert als ISO 20816) und nicht anhand einer Restunwuchtzahl gemessen.
- Sicherheit geht vor: die absichtliche Hinzufügung von Gewichten zu einem Laufband macht dokumentierte Sicherheitsvorkehrungen unverzichtbar.
- Methode des Einflusskoeffizienten: die universelle In-situ-Technik - Messung des Ausgangsvektors, Hinzufügen eines bekannten Versuchsgewichts, Messung der Reaktion und Lösung der Korrektur mit Hilfe der Vektor-Mathematik.
