Βαθμός ποιότητας ισορροπίας (G-Grade): Ορισμός, σκοπός και εφαρμογή
Τι είναι ο βαθμός ποιότητας ισορροπίας (G-Grade);
A Βαθμός ποιότητας ισορροπίας, που συνήθως αναφέρεται ως “G-Grade”, είναι μια τυποποιημένη ταξινόμηση που ορίζεται στα πρότυπα ISO 1940-1 και ISO 21940-11 και προσδιορίζει τη μέγιστη επιτρεπόμενη υπολειπόμενη ανισορροπία για έναν δρομέα. Με άλλα λόγια, ο βαθμός G υποδεικνύει με πόση ακρίβεια πρέπει να ζυγοσταθμίζεται ένας ρότορας. Δεν μετράει άμεσα τα επίπεδα κραδασμών, αλλά μάλλον ορίζει μια ανοχή ανισορροπίας με βάση τη μάζα και τη μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας του ρότορα.
Ο αριθμός που ακολουθεί το γράμμα G (π.χ. G6.3, G2.5) αντιστοιχεί στη μέγιστη ταχύτητα δόνησης του κέντρου μάζας του ρότορα, εκφρασμένη σε χιλιοστά ανά δευτερόλεπτο (mm/s). Για παράδειγμα, ο βαθμός G6.3 σημαίνει ότι το κέντρο μάζας του ρότορα δεν πρέπει να υφίσταται κραδασμούς που υπερβαίνουν τα 6,3 mm/s στη μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας, ενώ ο αυστηρότερος βαθμός G2.5 περιορίζει την ταχύτητα αυτή στα 2,5 mm/s. Όσο μικρότερος είναι ο αριθμός G, τόσο αυστηρότερες είναι οι απαιτήσεις εξισορρόπησης: μικρότερη ανοχή ανισορροπίας και μεγαλύτερη ακρίβεια εξισορρόπησης.
Ο σκοπός του συστήματος G-Grade
Το σύστημα G-grade αναπτύχθηκε για να καθιερώσει ένα παγκόσμιο πρότυπο που καθορίζει πόσο καλά πρέπει να είναι ισορροπημένος ένας ρότορας. Αντί για ασαφείς δηλώσεις όπως “ο ρότορας πρέπει να είναι καλά ζυγοσταθμισμένος”, οι μηχανικοί μπορούν να καθορίζουν έναν ακριβή, επαληθεύσιμο στόχο, όπως “ζυγοστάθμιση σύμφωνα με το G6.3”. Αυτό το πρότυπο παρέχει μια κοινή γλώσσα για τους κατασκευαστές, τους μηχανικούς σέρβις και τους πελάτες, διασφαλίζοντας ότι ο εξοπλισμός πληροί τα απαιτούμενα πρότυπα αξιοπιστίας και ασφάλειας. Οι κύριοι στόχοι του συστήματος G-grade είναι οι εξής:
Περιορισμός των κραδασμών από την ανισορροπία σε αποδεκτά επίπεδα. Η ανισορροπία προκαλεί φυγόκεντρες δυνάμεις και δονήσεις που μπορεί να οδηγήσουν σε θόρυβο, βλάβες λόγω κόπωσης και ατυχήματα. Με την εφαρμογή τυποποιημένων βαθμίδων ζυγοστάθμισης, οι δονήσεις αυτές μπορούν να ελεγχθούν εντός ασφαλών ορίων.
Ελαχιστοποίηση των δυναμικών φορτίων στα ρουλεμάν και παράταση της διάρκειας ζωής τους. Οι συνεχείς δονήσεις επιδρούν στα ρουλεμάν σαν σφυρί, επιταχύνοντας τη φθορά τους. Με τον περιορισμό της ανισορροπίας μέσω του απαιτούμενου βαθμού G, οι δυνάμεις που ασκούνται στα έδρανα μειώνονται, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής τους.
Εξασφάλιση ασφαλούς λειτουργίας του ρότορα στη μέγιστη ταχύτητα σχεδιασμού. Όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα περιστροφής, τόσο ισχυρότερη είναι η επίδραση ακόμη και μικρής ανισορροπίας. Ένας αυστηρός βαθμός ζυγοστάθμισης εγγυάται ότι ο ρότορας δεν θα παρουσιάσει καταστροφικές δονήσεις στην ταχύτητα λειτουργίας του. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για μηχανές υψηλών ταχυτήτων (τουρμπίνες, συμπιεστές κ.λπ.), όπου η υπερβολική ανισορροπία μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη.
Παροχή ενός σαφούς, μετρήσιμου κριτηρίου αποδοχής. Η ύπαρξη ενός προτύπου ποιότητας G επιτρέπει την επαλήθευση κατά τη διάρκεια της κατασκευής και της επισκευής του κατά πόσον έχει επιτευχθεί το απαιτούμενο επίπεδο ισορροπίας. Εάν η υπολειπόμενη ανισορροπία μετά την εξισορρόπηση δεν υπερβαίνει την επιτρεπόμενη τιμή για τη συγκεκριμένη κατηγορία G, ο ρότορας θεωρείται ότι έχει περάσει τον έλεγχο. Αυτή η προσέγγιση μετατρέπει την εξισορρόπηση από τέχνη σε ακριβή επιστήμη με επαληθεύσιμα κριτήρια.
Πώς καθορίζονται οι βαθμοί ποιότητας ισορροπίας;
Τα πρότυπα ISO περιέχουν συστάσεις για την επιλογή των βαθμών G για εκατοντάδες τυπικούς ρότορες και μηχανές. Οι πίνακες των προτύπων (π.χ. ISO 1940-1, που αντικαταστάθηκε τώρα από το ISO 21940-11) απαριθμούν τις συνιστώμενες βαθμίδες G για διάφορες κατηγορίες εξοπλισμού. Η επιλογή ενός συγκεκριμένου βαθμού εξαρτάται από διάφορους παράγοντες:
Τύπος και σκοπός του μηχανήματος. Μια τουρμπίνα υψηλής ταχύτητας ή ένας άξονας ακριβείας απαιτεί πολύ πιο ακριβή εξισορρόπηση (χαμηλότερο G) από έναν γεωργικό μηχανισμό χαμηλής ταχύτητας. Οι σχεδιαστές εξετάζουν πόσο ευαίσθητος είναι ένας συγκεκριμένος τύπος μηχανής στους κραδασμούς και ποιες συνέπειες μπορεί να έχει η ανισορροπία.
Μάζα και διαστάσεις ρότορα. Οι ελαφρύτεροι ρότορες είναι γενικά πιο ευαίσθητοι στην ανισορροπία και μπορεί να έχουν αυστηρότερες απαιτήσεις. Η μάζα του ρότορα υπεισέρχεται άμεσα στον υπολογισμό της επιτρεπόμενης ανισορροπίας - ένας βαρύτερος ρότορας μπορεί να “ανεχθεί” κάπως μεγαλύτερη απόλυτη ανισορροπία χωρίς αύξηση των κραδασμών σε σύγκριση με έναν ελαφρύτερο.
Μέγιστη ταχύτητα περιστροφής. Αυτός είναι ένας από τους βασικούς παράγοντες: όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα, τόσο αυστηρότερη πρέπει να είναι η ισορροπία. Για το ίδιο μέγεθος ανισορροπίας, οι δυνάμεις αυξάνονται αναλογικά με το τετράγωνο της ταχύτητας περιστροφής. Επομένως, επιλέγεται χαμηλότερη βαθμίδα G για ρότορες υψηλής ταχύτητας για να αντισταθμιστεί το φαινόμενο της ταχύτητας.
Δομή στήριξης και συνθήκες τοποθέτησης. Ένας ρότορας τοποθετημένος σε εύκαμπτα (ελαστικά) στηρίγματα απαιτεί συνήθως πιο προσεκτική εξισορρόπηση από ό,τι ένας ρότορας σε άκαμπτο θεμέλιο, καθώς ένα εύκαμπτο σύστημα αποσβένει τους κραδασμούς λιγότερο αποτελεσματικά. Για παράδειγμα, για τον ίδιο στροφαλοφόρο άξονα μπορεί να ισχύουν διαφορετικοί βαθμοί (G16 έναντι G40), ανάλογα με το αν ο κινητήρας είναι τοποθετημένος σε ελαστικά υποστυλώματα απομόνωσης κραδασμών ή άκαμπτα.
Παραδείγματα κοινών βαθμών ποιότητας ισορροπίας
| Βαθμού G | Max. Ταχύτητα (mm/s) | Τυπικές εφαρμογές |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Τροχοί και ζάντες αυτοκινήτων- στροφαλοφόροι άξονες για κινητήρες εσωτερικής καύσης χαμηλών στροφών. |
| G 16 | 16 mm/s | Εξαρτήματα για θραυστήρες και γεωργικά μηχανήματα- άξονες κίνησης (άξονες καρντάν)- μεγάλα εξαρτήματα μηχανών γενικής χρήσης με μέτριες απαιτήσεις. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Τυπική ποιότητα για τον περισσότερο βιομηχανικό εξοπλισμό: ρότορες ηλεκτροκινητήρων, πτερωτές αντλιών, ανεμιστήρες, στροβιλοσυμπιεστές χαμηλών ταχυτήτων, γενικά μηχανήματα διεργασιών. Το G6.3 είναι μία από τις πιο συχνά προδιαγραφόμενες ποιότητες. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Στροφείς υψηλής ταχύτητας και υψηλής ακρίβειας: αεριοστρόβιλοι και ατμοστρόβιλοι, στροβιλοσυμπιεστές, κινητήρες εργαλειομηχανών, άτρακτοι υψηλής ακρίβειας και ηλεκτρικές μηχανές υψηλής ταχύτητας. |
| Γ 1.0 | 1,0 mm/s | Πολύ ακριβής εξισορρόπηση για μηχανισμούς ακριβείας: κινητήρες μηχανών λείανσης, μικροί ηλεκτροκινητήρες υψηλής ταχύτητας και υπερσυμπιεστές αυτοκινήτων. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Υψηλότερη ακρίβεια εξισορρόπησης για εξαιρετικά ευαίσθητες και ταχύτατες συσκευές: γυροσκόπια, άξονες ακριβείας (π.χ. για μηχανουργικές κατεργασίες ακριβείας ή εξοπλισμό μικροηλεκτρονικής), σκληροί δίσκοι και άλλα εξαρτήματα που απαιτούν ελάχιστες δονήσεις. |
Σημείωση: Η τιμή της ταχύτητας σε mm/s στην ονομασία του βαθμού αντιστοιχεί στο γινόμενο της ειδικής εκκεντρότητας και της γωνιακής ταχύτητας: G = eανά-ω. Έτσι, ο αριθμός G υποδεικνύει την οριακή ταχύτητα μετακίνησης του μετατοπισμένου κέντρου μάζας κατά τη λειτουργία του ρότορα. Στην πράξη, η επιλογή του βαθμού μπορεί να διαφέρει κατά ένα επίπεδο προς τα πάνω ή προς τα κάτω, ανάλογα με τις ειδικές απαιτήσεις και τις συνθήκες λειτουργίας.
Υπολογισμός Επιτρεπόμενης Υπολειμματικής Ανισορροπίας
Γνωρίζοντας την απαιτούμενη βαθμίδα G, μπορείτε να υπολογίσετε τη μέγιστη επιτρεπόμενη υπολειπόμενη ανισορροπία - το ποσό της ανισορροπίας που μπορεί να παραμείνει μετά την εξισορρόπηση χωρίς να υπερβεί την καθορισμένη βαθμίδα. Το πρότυπο ISO παρέχει τον ακόλουθο τύπο:
Uανά (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
Οπου:
- Uανά - επιτρεπόμενη υπολειπόμενη ανισορροπία σε γραμμάρια-χιλιοστά (g-mm)
- G — βαθμός ποιότητας ζυγοστάθμισης (mm/s)
- m - μάζα ρότορα (kg)
- n - μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας (RPM)
Παράδειγμα: Για ένα δρομέα μάζας 100 kg, που περιστρέφεται με μέγιστη ταχύτητα 3000 στροφών ανά λεπτό, ο οποίος πρέπει να ζυγοσταθμιστεί σύμφωνα με τον βαθμό G6.3, η επιτρεπόμενη υπολειπόμενη ανισορροπία είναι:
Uανά = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
Αυτό σημαίνει ότι επιτρέπεται συνολική ανισορροπία περίπου 2005 g-mm για αυτόν τον δρομέα χωρίς να υπερβαίνει το G6.3. Στην πράξη, αυτή η εναπομένουσα ανισορροπία κατανέμεται μεταξύ των επιπέδων διόρθωσης. Για εξισορρόπηση δύο επιπέδων (δυναμική), το υπολογισμένο Uανά κατανέμεται μεταξύ των επιπέδων εξίσου ή αναλογικά με τη διαμόρφωση του δρομέα. Έτσι, ο τεχνικός εξισορρόπησης λαμβάνει έναν συγκεκριμένο αριθμητικό στόχο προς επίτευξη.
Πρακτική εξισορρόπηση και εξοπλισμός
Για να επιτευχθεί ο απαιτούμενος βαθμός ισορροπίας στην πράξη, χρησιμοποιείται εξειδικευμένος εξοπλισμός. Σε συνθήκες κατασκευής, χρησιμοποιούνται συνήθως σταθερές μηχανές ζυγοστάθμισης, όπου ο ρότορας περιστρέφεται και διορθώνεται μέχρι η υπολειπόμενη ανισορροπία να πέσει στον κανόνα για τον επιλεγμένο βαθμό G.
Ωστόσο, σε συνθήκες πεδίου (π.χ. όταν εμφανίζονται κραδασμοί σε έναν ήδη εγκατεστημένο ανεμιστήρα ή αντλία), μπορούν να χρησιμοποιηθούν φορητά όργανα εξισορρόπησης. Ένα παράδειγμα είναι το Balanset-1A συσκευή-φορητό δονησιόμετρο-εξισορροπητή δύο καναλιών. Επιτρέπει τη δυναμική εξισορρόπηση ενός ή δύο επιπέδων απευθείας στον εξοπλισμό επί τόπου (επί τόπου, χωρίς αφαίρεση του ρότορα).
Σχήμα 1: Φορητό δονησιόμετρο Balanset-1A συνδεδεμένο με φορητό υπολογιστή. Αυτή η συμπαγής συσκευή περιλαμβάνει μια ηλεκτρονική μονάδα μέτρησης, δύο αισθητήρες κραδασμών και ένα στροφόμετρο λέιζερ, ενώ ο έλεγχος και ο υπολογισμός της ανισορροπίας πραγματοποιούνται από λογισμικό Η/Υ.
Σχ. 1: Παράθυρο υπολογισμού ανοχής εξισορρόπησης στο λογισμικό Balanset. Το πρόγραμμα περιλαμβάνει έναν ενσωματωμένο υπολογιστή που υπολογίζει αυτόματα την επιτρεπόμενη υπολειπόμενη ανισορροπία σύμφωνα με τα πρότυπα ISO 1940 με βάση τη μάζα του ρότορα, την ταχύτητα λειτουργίας και την επιλεγμένη βαθμίδα G.
Η συσκευή συνδέεται σε έναν φορητό υπολογιστή, μετρά τους κραδασμούς και τη φάση ανισορροπίας με αισθητήρες και ένα οπτικό στροφόμετρο, και στη συνέχεια το λογισμικό υπολογίζει αυτόματα τα απαιτούμενα διορθωτικά βάρη. Μεταξύ των χαρακτηριστικών του Balanset-1A είναι ο αυτόματος υπολογισμός της επιτρεπόμενης ανισορροπίας σύμφωνα με το ISO 1940 (βαθμοί G) - η ίδια η συσκευή καθορίζει σε ποιο επίπεδο πρέπει να μειωθεί η δόνηση για να επιτευχθεί, για παράδειγμα, βαθμός G6,3 ή G2,5.
Τα σύγχρονα όργανα ζυγοστάθμισης, όπως το Balanset-1A, καθιστούν την επίτευξη του απαιτούμενου βαθμού ζυγοστάθμισης ταχύτερη και πιο αξιόπιστη. Χρησιμοποιώντας την τυποποιημένη ορολογία του βαθμού G και τους ενσωματωμένους υπολογισμούς ανοχής, οι μηχανικοί και οι τεχνικοί γνωρίζουν ακριβώς το κριτήριο για την επιτυχή ζυγοστάθμιση. Έτσι, η τυποποίηση της ποιότητας ζυγοστάθμισης μέσω των βαθμών G επέτρεψε μια κοινή γλώσσα για την περιγραφή του πόσο “ομαλά” πρέπει να λειτουργεί ένας συγκεκριμένος ρότορας και την επίτευξη αυτού του επιπέδου αξιοπιστίας κραδασμών με μεθόδους που είναι κατανοητές και επαληθεύσιμες παγκοσμίως.
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 