Mis on bilansi kvaliteediklass (G-klass)?

Kiire vastus

A Balance Quality Grade (G-klass) on rahvusvaheline standardne klassifikatsioon ISO 21940-11 (endine ISO 1940-1), mis määratleb maksimaalse lubatud jääkide sisalduse tasakaalutus jäiga rootori puhul. G-arv tähistab rootori raskuskeskme nihkumise maksimaalset kiirust mm/s. Tavalised klassid: G 6.3 üldiste masinate (pumbad, ventilaatorid, mootorid) jaoks, G 2.5 turbiinide ja täppisseadmete jaoks, G 1.0 spindlite ja turbolaadurite lihvimiseks. Lubatud tasakaalustamatuse valem: Uiga = 9549 × G × m / n (g-mm), kus m = mass (kg), n = kiirus (RPM).

A Tasakaalu kvaliteediklass, mida tavaliselt nimetatakse "G-klassiks", on standardiseeritud klassifikatsioon, mis on määratletud ISO 21940-11 (mis asendas ISO 1940-1), mis määrab kindlaks maksimaalse lubatud jääkmäära. tasakaalutus jäiga rootori puhul. G-klass määratleb, kui täpselt rootor peab olema tasakaalustatud - see ei ole paigaldatud masina vibratsiooni mõõtmine, vaid rootori enda kvaliteedispetsifikatsioon, mis põhineb selle massil ja maksimaalsel töökiirusel.

Tähe "G" järel olev number tähistab rootori massikeskme nihke maksimaalset lubatud kiirust, mida väljendatakse millimeetrites sekundis (mm/s). Näiteks G 6,3 tähendab, et erieksentrilisuse (eiga) ja nurkkiirus (ω) ei tohi ületada 6,3 mm/s. G 2.5 piirab seda kiirust 2,5 mm/s. Mida väiksem on number G, seda kitsam on tasakaalustustolerants - see tähendab suuremat täpsust ja väiksemat lubatavat jääktasakaalustamatust.

Mida G-number füüsiliselt tähendab

G-väärtus tähistab rootori raskuskeskme maksimaalset lubatud kiirust geomeetrilise pöörlemistelje suhtes maksimaalse töökiiruse juures. G 6,3 tähendab, et raskuskese võib liikuda pöörlemistelje suhtes maksimaalselt 6,3 mm/s. Kuna tsentrifugaaljõud on proportsionaalne selle kiiruse ruuduga, siis isegi väike G-klassi vähendamine vähendab oluliselt dünaamilisi laagrikoormusi.

G-klassi süsteemi eesmärk

Enne G-klassi süsteemi kehtestamist olid tasakaalustamise spetsifikatsioonid ebamäärased - "tasakaalusta nii hästi kui võimalik" või "tasakaalusta, kuni see on sujuv". ISO G-klassi süsteem asendas selle ebaselguse universaalse, kontrollitava standardiga. See annab tootjatele, teenindusinseneridele ja lõppkasutajatele kogu maailmas ühise keele. Peamised eesmärgid on järgmised:

1. Tasakaalustamata vibratsiooni piiramine vastuvõetava tasemeni

Tasakaalustamatus tekitab tsentrifugaaljõudu, mis suureneb pöörlemiskiiruse ruuduga. Need jõud põhjustavad vibratsiooni, müra, väsimuskoormust ja lõpuks mehaanilisi rikkeid. G-klassi määramisega piirab insener need jõud tasemeni, mida masina laagrid, tihendid ja konstruktsioon suudavad ohutult taluda kogu ettenähtud kasutusaja jooksul.

2. Laagrite dünaamiliste koormuste minimeerimine

Laagrid on komponendid, mida tasakaalustamatus kõige otsesemalt mõjutab. Jääva tasakaalustamatusest tulenev tsükliline radiaalkoormus mõjub veeremielementidele ja jooksuradadele väsimuskoormusena. Laagrite eluiga (L10) on pöördvõrdeline rakendatud koormuse kuupmeetrile - seega isegi tagasihoidlik tasakaalustamata jõu vähendamine võib oluliselt pikendada laagri kasutusiga. Mootori rootori tasakaalustamine G 16-lt G 6,3-le kahekordistab tavaliselt laagri L10 eluiga; tasakaalustamine kuni G 2,5 võib seda neljakordistada.

3. Ohutu töö tagamine maksimaalsel projekteeritud kiirusel

Tasakaalustamatusest tulenev tsentrifugaaljõud on võrdeline ω² - kiiruse kahekordistamine neljakordistab samast tasakaalustamatusest tuleneva jõu. Rootor, mis on 1500 pöörlemissagedusel vastuvõetavalt tasakaalustatud, võib 3000 pöörlemissagedusel tekitada ohtlikke vibratsioone. G-klassi süsteem arvestab seda, võttes tolerantsi arvutamisel arvesse kiirust, tagades, et rootor on ohutu maksimaalsel nimipöörlemiskiirusel.

4. Selge, mõõdetava vastuvõtukriteeriumi esitamine

G-klass muudab "tasakaalu kvaliteedi" subjektiivsest hinnangust objektiivseks, mõõdetavaks kriteeriumiks, mille alusel saab hinnata, kas see on positiivne või negatiivne. Pärast tasakaalustamist võrreldakse järelejäänud tasakaalustamatust arvutatud tolerantsiga. Kui mõõdetud väärtus jääb alla piirväärtuse, on rootor läbitud. See on oluline tootmise kvaliteedikontrolli, lepinguliste spetsifikatsioonide, garantiinõuete ja regulatiivsete nõuete täitmise seisukohast.

Lubatud jääktasakaalustamatuse arvutamine

G-klassi süsteemi tuum on võime arvutada iga rootori jaoks konkreetne numbriline tasakaalustamatuse tolerants. G-klassi järgi tuletatakse kaks põhilist suurust:

Spetsiifiline tasakaalustamatus (lubatud ekstsentrilisus)

Lubatud spetsiifiline tasakaalustamatus (ekstsentrilisus)
eiga = (9549 × G) / n
eiga µm (mikromeetrites), G mm/s, n RPM. Konstant 9549 = 60×1000/(2π)

Spetsiifiline tasakaalustamatus (eiga) tähistab rootori raskuskeskme maksimaalset lubatud nihet pöörlemisteljest mikromeetrites. See sõltub ainult G-klassist ja kiirusest - mitte rootori massist. Seetõttu on see kasulik eri suurusega rootorite tasakaalukvaliteedi võrdlemiseks.

Lubatud jääksaldo kokku

Lubatud jääksaldo kokku
Uiga = eiga × m = (9549 × G × m) / n
Uiga g-mm, G mm/s, m kg, n RPM

Lubatud jääktasakaalustamatuse kogusumma (Uiga) on tegelik eesmärk, mille tasakaalustustehnik peab saavutama. Seda väljendatakse g-mm (grammimillimeetrites) - jääktasakaalustamata massi ja selle kauguse korrutisena pöörlemisteljest. See on arv, mis kuvatakse tasakaalustusmasinal ja mida võrreldakse tolerantsiga.

Jääktasakaalust tulenev tsentrifugaaljõud

Tsentrifugaaljõud tolerantsi piiril
F = m × eiga × ω² = Uiga × ω² / 10⁶
F njuutonites, eiga meetrites, ω = 2π×n/60 rad/s. Jagatakse 10⁶-ga, kui Uiga g-mm

See valem näitab tegelikku dünaamilist jõudu, mida laagrid peavad taluma lubatud jääktasakaalustamatusest töökiirusel. See on kasulik, et kontrollida, kas laagri nimikoormus on piisav, ja mõista G-klassi spetsifikatsiooni tegelikku mõju.

Muutujad Viide

SümbolNimiÜhikKirjeldus
GTasakaalu kvaliteediklassmm/sToode eiga-ω; määratleb ISO-klassi (nt 6.3, 2.5, 1.0).
eigaLubatud spetsiifiline tasakaalustamatusµmMaksimaalne CG nihkumine pöörlemisteljest
UigaLubatud jääktasakaalustamatusg · mmTasakaalustamatuse kogutolerants = eiga × mass
mRootori masskgTasakaalustatava rootori kogumass
nMaksimaalne teeninduskiirusPöörlemiskiirusSuurim kiirus, millega rootor töötab.
ωNurkkiirusrad/s= 2π × n / 60
FTsentrifugaaljõudNDünaamiline jõud, mis tuleneb jääktasakaalustamatusest kiirusel

Kuidas valida õige G-klass

ISO standard annab soovitusi sadade rootoritüüpide kohta, kuid praktikas sõltub valik mitmest omavahel seotud tegurist:

Masina tüüp ja rakendus

Standardis on rootorid rühmitatud rakenduste kaupa ja iga rühma jaoks on soovitatud G-klassi (vt eespool esitatud ISO tabelit). Suure kiirusega turbiin vajab palju tihedamat tasakaalu (G 2,5 või G 1,0) kui aeglase kiirusega põllumajandusmehhanism (G 16 või G 40). Projekteerija arvestab, kui tundlik on masin vibratsiooni suhtes ja millised oleksid tasakaalustamatusest tingitud rikke tagajärjed.

Rootori kiirus

Kiirus on kõige olulisem tegur. Sama G-klassi puhul on lubatud tasakaalustamatus (Uiga) väheneb lineaarselt koos kiirusega. Rootoril, mille pöörlemiskiirus on 6000 pööret minutis, on poole väiksem tolerants kui sama rootori puhul, mille pöörlemiskiirus on 3000 pööret minutis. Kiirete rootorite (turbiinid, turbolaadurid, lihvimispindlid) puhul muutub tolerants äärmiselt väikeseks, mis nõuab spetsiaalseid tasakaalustamisseadmeid ja -menetlusi.

Laagri tüüp ja toetuse jäikus

Paindlikele (elastsetele) tugedele paigaldatud rootor nõuab tavaliselt rangemat tasakaalu kui jäigale alusele paigaldatud rootor, sest paindlik süsteem kannab vibratsiooni kergemini edasi. Sama väntvõll võib nõuda G 16 elastsetel alustel, kuid G 40 jäikadel alustel. Samamoodi võivad vedelikukilega laagritel olevad rootorid taluda suuremat tasakaalustamatust kui veeremitelementidega laagritel olevad rootorid, kuna õlikile on summutav.

Keskkonna- ja ohutusnõuded

Seadmed, mis töötavad inimeste läheduses (HVAC, meditsiiniseadmed), müratundlikes keskkondades või ohutuse seisukohalt olulistes rakendustes (energiatootmine, lennundus, avamerelennundus), võivad nõuda rangemat tasakaalustamist, kui standard soovitab rootoritüübi jaoks. Mõnel tööstusharul (naftakeemia, energiatootmine) on oma standardid (API, IEEE), mis sätestavad ISO-st rangemad piirid.

Tööstusspetsiifilised soovitused

Tööstus / rakendusTüüpiline G-klassMärkused
Energiatootmine (turbiinid)G 1,0 - G 2,5API 612/617 sätestab sageli isegi rangemad nõuded kui ISO
Nafta / kemikaalid (pumbad, kompressorid)G 2.5 - G 6.3API 610 pumbad sageli G 2.5 või tihedamini
HVAC (ventilaatorid, ventilaatorid, ventilatsiooniseadmed)G 6.3Müratundlikud seadmed võivad vajada G 2.5
Tselluloos ja paber (rullid, kuivatid)G 6.3 - G 16Suured aeglased rullid; suur mass kompenseerib väiksemat täpsust
Kaevandamine ja mineraalid (purustid, sõelad)G 16 - G 40Raske keskkond; mõõdukas täpsus vastuvõetav
Autotööstus (rattad, veovõllid)G 16 - G 40NVH nõuded võivad olla rangemad kui ISO miinimumnõuded
Tööpingid (spindlid, ajamid)G 1,0 - G 2,5Pinna kvaliteet sõltub spindli tasakaalust
Meresõidukid (sõukruviõlad, mootorid)G 6.3 - G 40Kohaldatakse klassifikatsiooniühingu eeskirju (DNV, Lloyd's, ABS).
Tuuleenergia (rootoripõlvikud, generaatorid)G 6.3Tera sammu tasakaalustamatus, mida käsitletakse eraldi rummu tasakaalustatusest
Lennundus (turboventilaatorid, güroskoopid)G 0,4 - G 2,5Äärmiselt ranged; sõjalised standardid (MIL-STD) võivad olla ülimuslikud ISO standardite suhtes.

Kahe tasandi tasakaalustamine - tolerantsuse jaotamine

Kogu lubatud tasakaalustamatus Uiga mis on arvutatud G-klassi valemi alusel, on jaoks kogu rootor. Praktikas tasakaalustatakse enamik rootoreid kahes korrigeerimistasandis (dünaamiline tasakaalustamine), seega tuleb tolerants jaotada tasandite vahel.

ISO suunised tolerantsi jaotamise kohta

  • Sümmeetrilised rootorid (CG umbes keskpunktis): Jagage Uiga võrdselt kahe tasandi vahel. Kumbki tasand saab Uiga/2.
  • Asümmeetrilised rootorid (CG nihkub ühe otsa suunas): Jaotada proportsionaalselt laagri vahemaad keskpunktist. Suurema osa tolerantsist saab keskmisele punktile kõige lähemal asuv tasapind.
  • Ühe tasapinna tasakaalustamine: Kogu Uiga kohaldatakse ühtse parandustasandi suhtes. See on asjakohane kitsaste kettakujuliste rootorite puhul (L/D < 0,5), kus paariline tasakaalustamatus on ebaoluline.
Oluline: Ärge kahekordistage sallivust

Tavaline viga on arvutada Uiga ja seejärel kohaldatakse seda väärtust iga tasand, mis kahekordistab tõhusalt kogutolerantsi. Õige lähenemine: Uiga on kogusumma; jagage see tasandite vahel. Iga lennuk saab Uiga/2 sümmeetrilise rootori puhul.

Töötatud näited

Näide 1: tsentrifugaalpumba tiivik

Antud: Pumba tiivik, mass = 12 kg, töökiirus = 2950 RPM, nõutav klass G 6.3.

1. samm - konkreetne tasakaalustamatus: eiga = 9549 × 6.3 / 2950 = 20,4 µm

2. samm - täielik tolerantsus: Uiga = 20.4 × 12 = 245 g-mm

Samm 3 - Tasapinna kohta (sümmeetriline): 245 / 2 = 122 g-mm lennuki kohta

4. samm - korrigeerimiskaal: Parandusraadiuse R = 100 mm korral: kaal = 122 / 100 = 1,22 grammi maksimaalselt ühe lennuki kohta

5. samm - tsentrifugaaljõud: ω = 2π × 2950/60 = 308,9 rad/s. F = 245 × 10-⁶ × 308.9² = 23.4 N - hästi kandevõime piires.

Näide 2: Suur tööstuslik ventilaator

Antud: Ventilaatori rootor, mass = 85 kg, töökiirus = 1480 RPM, nõutav klass G 6.3.

1. samm - konkreetne tasakaalustamatus: eiga = 9549 × 6.3 / 1480 = 40,6 µm

2. samm - täielik tolerantsus: Uiga = 40.6 × 85 = 3,455 g-mm

3. samm - Lennuki kohta: 3,455 / 2 = 1,728 g-mm tasandi kohta

4. samm - korrigeerimiskaal: R = 400 mm juures: kaal = 1728 / 400 = 4,3 grammi maksimaalselt ühe lennuki kohta.

Praktiline märkus: Seda ventilaatorit saab kohapeal tasakaalustada, kasutades Balanset-1A kaasaskantav tasakaalustaja koos paigaldatud rootoriga. Seade arvutab automaatselt G 6,3 tolerantsi rootorimassi ja kiiruse alusel.

Näide 3: Autoturbolaadur

Antud: Turbiiniratas, mass = 0,8 kg, maksimaalne kiirus = 90 000 pööret minutis, nõutav klass G 1,0.

1. samm - konkreetne tasakaalustamatus: eiga = 9549 × 1.0 / 90000 = 0,106 µm - umbes 100 nanomeetrit!

2. samm - täielik tolerantsus: Uiga = 0.106 × 0.8 = 0,085 g-mm

3. samm - korrigeerimiskaal: R = 20 mm juures: kaal = 0,085 / 20 = 0,004 grammi (4 milligrammi!) maksimaalselt ühe lennuki kohta.

Praktiline märkus: Selline äärmiselt tihe tolerants nõuab spetsiaalseid kiirkaalutusmasinaid, mille lahutusvõime on alla milligrammi. Sellisel täpsusastmel kasutatakse tavaliselt materjali eemaldamist (lihvimine/puurimine), mitte kaalude lisamist.

Ajalooline taust - ISO 1940-1 kuni ISO 21940-11

G-klassi süsteem on arenenud läbi mitme iteratsiooni:

  • VDI 2060 (1966): Algne Saksa standard, millega kehtestati tasakaalukvaliteedi klasside kontseptsioon. Välja töötatud Verein Deutscher Ingenieure (Saksa Inseneride Liit) poolt.
  • ISO 1940 (1973, rev. 1986, 2003): VDI 2060 kontseptsiooni rahvusvaheline vastuvõtmine. ISO 1940-1:2003 "Mehaaniline vibratsioon - Tasakaalukvaliteedi nõuded rootoritele konstantses (jäigas) olekus" sai G-klasside ülemaailmseks standardiks.
  • ISO 21940-11:2016: Praegune standard. Osa ulatuslikust ISO 21940 sarjast, mis hõlmab kõiki rootori tasakaalustamise aspekte. Osa 11 käsitleb konkreetselt tasakaalustamise kvaliteedinõudeid ja asendab ISO 1940-1. G-klassi väärtused ja rakendustabelid jäävad sisuliselt samaks; peamised muudatused on redaktsioonilised ja struktuurilised.

Vaatamata ametlikule asendamisele on "ISO 1940" endiselt kõige sagedamini kasutatav viide tööstusalastes vestlustes, ostuspetsifikaatides ja seadmete käsiraamatutes. Mõlemad nimetused viitavad samale G-klassi süsteemile.

Tavalised vead G-astmete rakendamisel

Viga 1: Tasakaalustuskiiruse kasutamine teeninduskiiruse asemel

G-klassi hälve tuleb arvutada, kasutades järgmist valemit maksimaalne teeninduskiirus (töökiirus), mitte tasakaalustusmasina kiirus. Paljud rootorid tasakaalustatakse madalamal pöörlemiskiirusel kui nende töökiirus. Tasakaalustamiskiiruse kasutamine valemis annab tegelike töötingimuste jaoks liiga väikese tolerantsi. . Balanset-1A tarkvara võimaldab selle vea vältimiseks sisestada teeninduskiiruse eraldi tasakaalustuskiirusest.

Viga 2: G-klassi segiajamine vibratsioonitasemega

G 6,3 EI tähenda, et paigaldatud masin vibreerib kiirusega 6,3 mm/s. G-väärtus on omadus ainult rootor, mõõdetuna või arvutatuna vabakehatolerantsina. Paigaldatud masina vibratsioon sõltub paljudest täiendavatest teguritest: laagri seisund, joondamine, struktuuriline loomulikud sagedused, summutamine ja muud. Rootor, mis on tasakaalustatud G 6,3 suhtes, võib ühes masinas tekitada 1 mm/s vibratsiooni ja teises masinas 4 mm/s, sõltuvalt paigaldusest.

Viga 3: Hinne liigne määratlemine

G 1.0 määramine aeglase kiirusega ventilaatorile, mis vajab ainult G 6.3, on aja- ja raharaiskamine. Tihedamad klassid nõuavad rohkem tasakaalustamisiteraatoreid, täpsemaid seadmeid ja pikemat tasakaalustamisaega. Määrake rakendusele sobiv klass - vajalikust parem tasakaalustamine annab vähenevat tulu, suurendades samas kulusid.

Viga 4: Täieliku tolerantsuse kohaldamine igale tasandile

Nagu eespool märgitud, on Uiga on kokku rootori tolerants. Kahe tasandi tasakaalustamise korral jagage 2ga (või jaotage proportsionaalselt asümmeetriliste rootorite puhul). Rakendades Uiga igale tasapinnale kahekordistab tegelikku kogutolerantsi, mis võib ületada ettenähtud klassi.

Viga 5: Temperatuuri ja montaažimuutuste eiramine

Mõned rootorid muudavad tasakaalu seisundit külmade (ümbritseva keskkonna) ja kuumade (töö) tingimuste vahel termilise moonutuse, tsentrifugaalkasvu või sobivuse muutuste tõttu. Rootor, mis vastab toatemperatuuril tasakaalustusmasinal G 2.5, võib töötemperatuuril ületada seda tolerantsi. Kriitiliste rootorite puhul on soovitatav teostada kiire tasakaalustamine töötingimustes või nende läheduses.

Viga 6: võtme ja võtmeteede konventsiooni unarusse jätmine

ISO 21940-11 sätestab, et võtmekõrgusega rootori tasakaalustamisel tuleks kasutada poolvõtme konventsiooni (lisada tasakaalustamise ajal võtmekõrgusele poolvõtme, et ühtlustada paigaldatud seisundit). Täisvõtme kasutamine, võtme puudumine või selle konventsiooni eiramine tekitab algse tasakaalustamatuse, mis võib olla märkimisväärne kitsaste G-klasside puhul.

Miks G-klassid on olulised - äritegevus

G-klasside nõuetekohane kasutamine annab mõõdetavat kasu:

  • Laagri eluiga: Laager L10 eluiga on võrdeline (C/P)³, kus P sisaldab tasakaalustamata jõudu. Tasakaalustamatuse vähendamine poole võrra võib suurendada laagri kasutusiga kuni 8× (2³ = 8). See tähendab otseselt hoolduskulude ja seisakute vähenemist.
  • Energiatõhusus: Tasakaalustamatus-indutseeritud vibratsioon hajutab energiat soojusena laagrites, tihendites ja amortisaatorites. Hästi tasakaalustatud rootorid töötavad jahedamalt ja tarbivad vähem energiat - tööstusmootorite energiasääst on tavaliselt 1-3%.
  • Müra vähendamine: Tasakaalustamatusest tulenev vibratsioon kandub läbi konstruktsiooni ja kiirgab müra kujul. Õige G-klassi järgimine on sageli kõige kuluefektiivsem viis täita töökohal kehtivaid müraeeskirju.
  • Standardimine ja koostalitlusvõime: G-klassi süsteem tagab, et tootja A tasakaalustatud rootor vastab samale kvaliteedistandardile kui tootja B tasakaalustatud rootor, mis on oluline ülemaailmsete tarneahelate ja vahetatavate komponentide jaoks.
  • Õigusaktide järgimine: Paljud tööstusharud nõuavad kindlustuse, garantii ja ohutuse sertifitseerimiseks dokumenteeritud tõendeid tasakaalu kvaliteedi kohta. G-klass pakub üldtunnustatud dokumentatsioonistandardit.
Praktilised tasakaalustusseadmed G-klassi nõuetele vastavuse tagamiseks

The Balanset-1A kaasaskantav tasakaalustaja sisaldab sisseehitatud ISO 1940 / ISO 21940-11 tolerantsi kalkulaatorit. Sisestage rootori mass, töökiirus ja soovitud G-klass - tarkvara arvutab automaatselt Uiga, jaotab tolerantsi tasandite vahel ja annab pärast iga tasakaalustamiskäiku selge positiivse/langetamatu tulemuse. Veebileht Balanset-4 laiendab seda võimekust neljakanaliliste mõõtmiste jaoks keerukate tasakaalustamisseadistuste jaoks.

← Tagasi sõnastiku indeksisse