ציון איכות איזון (G-Grade): הגדרה, מטרה ויישום
מהו ציון איכות איזון (G-Grade)?
א דירוג איכות איזון, המכונה בדרך כלל “G-Grade”, הוא סיווג סטנדרטי המוגדר בתקני ISO 1940-1 ו-ISO 21940-11, המפרט את חוסר האיזון השיורי המרבי המותר עבור רוטור. במילים אחרות, ה-G-grade מציין את רמת הדיוק הנדרשת לאיזון הרוטור. הוא אינו מודד ישירות את רמות הרטט, אלא מגדיר סובלנות חוסר איזון בהתבסס על מסת הרוטור ומהירות הפעולה המרבית שלו.
המספר המופיע לאחר האות G (לדוגמה, G6.3, G2.5) מתאים למהירות הרטט המרבית של מרכז המסה של הרוטור, המוצגת במילימטרים לשנייה (mm/s). לדוגמה, דרגה G6.3 פירושה שמרכז המסה של הרוטור לא צריך לחוות רטט העולה על 6.3 mm/s במהירות הפעלה מרבית, בעוד שהדרגה המחמירה יותר G2.5 מגבילה מהירות זו ל-2.5 mm/s. ככל שמספר ה-G נמוך יותר, כך דרישות האיזון מחמירות יותר: סובלנות קטנה יותר לחוסר איזון ודיוק איזון גבוה יותר.
מטרת מערכת G-Grade
מערכת דירוג G פותחה כדי לקבוע תקן אוניברסלי המגדיר את רמת האיזון הנדרשת של הרוטור. במקום אמירות מעורפלות כמו “הרוטור חייב להיות מאוזן היטב”, מהנדסים יכולים לציין יעד מדויק וניתן לאימות, כגון “איזון ל-G6.3”. תקן זה מספק שפה משותפת ליצרנים, מהנדסי שירות ולקוחות, ומבטיח שהציוד עומד בתקני האמינות והבטיחות הנדרשים. המטרות העיקריות של מערכת דירוג G הן:
הגבלת הרטט מחוסר איזון לרמות מקובלות. חוסר איזון גורם לכוחות צנטריפוגליים ולרטט העלולים להוביל לרעש, לכשלים עקב עייפות ולתאונות. על ידי יישום דרגות איזון סטנדרטיות, ניתן לשלוט ברטט זה בתוך גבולות בטוחים.
מזעור עומסים דינמיים על מיסבים והארכת חיי השירות שלהם. רטט מתמשך פועל על מיסבים כמו פטיש, ומאיץ את בלאי שלהם. על ידי הגבלת חוסר האיזון באמצעות דרגת G הנדרשת, הכוחות הפועלים על המיסבים מצטמצמים, מה שמאריך את אורך חייהם.
הבטחת פעולה בטוחה של הרוטור במהירות התכנון המרבית. ככל שמהירות הסיבוב גבוהה יותר, כך השפעת חוסר האיזון, אפילו הקטן ביותר, חזקה יותר. דרגת איזון קפדנית מבטיחה שהרוטור לא יחווה רעידות הרסניות במהירות ההפעלה שלו. זה חשוב במיוחד עבור מכונות במהירות גבוהה (טורבינות, מדחסים וכו'), שבהן חוסר איזון מוגזם עלול להוביל לכשל.
מתן קריטריון קבלה ברור ומדיד. קיום תקן G מאפשר לאמת במהלך הייצור והתיקון האם הושג רמת האיזון הנדרשת. אם חוסר האיזון הנותר לאחר האיזון אינו עולה על הערך המותר עבור דרגת G נתונה, הרוטור נחשב כעומד בדרישות הבדיקה. גישה זו הופכת את האיזון מאמנות למדע מדויק עם קריטריונים ניתנים לאימות.
כיצד נקבעים ציוני איכות של איזון?
תקני ISO מכילים המלצות לבחירת דרגות G למאות רוטורים ומכונות טיפוסיים. הטבלאות הסטנדרטיות (לדוגמה, ISO 1940-1, שהוחלפה כעת על ידי ISO 21940-11) מפרטות את דרגות ה-G המומלצות עבור קטגוריות ציוד שונות. הבחירה בדרגה ספציפית תלויה במספר גורמים:
סוג המכונה ומטרתה. טורבינה במהירות גבוהה או ציר מדויק דורשים איזון מדויק הרבה יותר (G נמוך יותר) מאשר מנגנון חקלאי במהירות נמוכה. מעצבים שוקלים עד כמה סוג מכונה מסוים רגיש לתנודות ומהן ההשלכות של חוסר איזון.
מסת הרוטור ומידותיו. רוטורים קלים יותר הם בדרך כלל רגישים יותר לחוסר איזון ועשויים להיות כפופים לדרישות מחמירות יותר. מסת הרוטור נכנסת ישירות לחישוב חוסר האיזון המותר — רוטור כבד יותר יכול “לסבול” חוסר איזון מוחלט גדול יותר מבלי להגביר את הרטט בהשוואה לרוטור קל יותר.
מהירות סיבוב מרבית. זהו אחד הגורמים המרכזיים: ככל שהמהירות גבוהה יותר, כך האיזון חייב להיות קפדני יותר. עבור אותה עוצמת חוסר איזון, הכוחות גדלים באופן יחסי לריבוע מהירות הסיבוב. לכן, עבור רוטורים במהירות גבוהה נבחר דירוג G נמוך יותר כדי לפצות על השפעת המהירות.
מבנה תומך ותנאי הרכבה. רוטור המותקן על תומכים גמישים (אלסטיים) דורש בדרך כלל איזון זהיר יותר מאשר רוטור המותקן על בסיס קשיח, מכיוון שמערכת גמישה מונעת רעידות בצורה פחות יעילה. לדוגמה, דרגות שונות (G16 לעומת G40) עשויות לחול על אותו גל ארכובה, בהתאם לשאלה האם המנוע מותקן על מבודדי רעידות אלסטיים או על בסיס קשיח.
דוגמאות לציוני איכות איזון נפוצים
| G-דרגה | מהירות מרבית (מ"מ/שנייה) | יישומים אופייניים |
|---|---|---|
| G 40 | 40 מ"מ/שנייה | גלגלי רכב וחישוקי גלגלים; גל ארכובה למנועי בעירה פנימית במהירות נמוכה (סל"ד נמוך). |
| G 16 | 16 מ"מ/שנייה | חלקים למגרסות ולמכונות חקלאיות; פירים (פירים קרדניים); רכיבים גדולים של מכונות לשימוש כללי עם דרישות בינוניות. |
| G 6.3 | 6.3 מ"מ/שנייה | דרגה סטנדרטית עבור רוב הציוד התעשייתי: רוטורים של מנועים חשמליים, אימפלרים של משאבות, מאווררים, מגדשי טורבו במהירות נמוכה, מכונות לתהליכים כלליים. G6.3 היא אחת הדרגות הנפוצות ביותר. |
| G 2.5 | 2.5 מ"מ/שנייה | רוטורים במהירות גבוהה ובדיוק גבוה: טורבינות גז וקיטור, רוטורים של מגדש טורבו, מנועי כלי עבודה, צירים בדיוק גבוה ומכונות חשמליות במהירות גבוהה. |
| G 1.0 | 1.0 מ"מ/שנייה | איזון מדויק ביותר למנגנונים מדויקים: מנועי מכונות השחזה, מנועים חשמליים קטנים ומהירים ומגדשי טורבו לרכב. |
| G 0.4 | 0.4 מ"מ/שנייה | דיוק איזון מרבי עבור מכשירים רגישים במיוחד ומהירים במיוחד: ג'ירוסקופים, צירים מדויקים (למשל, לעיבוד מדויק או ציוד מיקרואלקטרוניקה), כונני דיסק קשיח ורכיבים אחרים הדורשים רטט מינימלי. |
הערה: ערך המהירות במ"מ/שנייה בסימון הדרגה תואם את תוצר האקסצנטריות הספציפית ומהירות הזוויתית: G = eלְכָל·ω. לפיכך, המספר G מציין את מהירות הגבול של תנועת מרכז המסה המוזז במהלך פעולת הרוטור. בפועל, בחירת הדרגה עשויה להשתנות בדרגה אחת למעלה או למטה, בהתאם לדרישות הספציפיות ולתנאי ההפעלה.
חישוב חוסר איזון שיורי מותר
בידיעת דרגת ה-G הנדרשת, ניתן לחשב את חוסר האיזון המרבי המותר – כמות חוסר האיזון שעשויה להישאר לאחר האיזון מבלי לחרוג מהדרגה שצוינה. תקן ISO מספק את הנוסחה הבאה:
יולְכָל (g·mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
אֵיפֹה:
- יולְכָל — חוסר איזון שיורי מותר בגרם-מ"מ (g·mm)
- ג' — דירוג איכות איזון (מ"מ/שנייה)
- m — מסת הרוטור (ק"ג)
- n — מהירות פעולה מרבית (סל"ד)
דוּגמָה: עבור רוטור עם מסה של 100 ק"ג, המסתובב במהירות מרבית של 3000 סל"ד, אשר חייב להיות מאוזן לדרגה G6.3, חוסר האיזון השיורי המותר הוא:
יולְכָל = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 ג'מ"מ
משמעות הדבר היא שניתן לאפשר חוסר איזון כולל של כ-2005 g·mm עבור רוטור זה מבלי לחרוג מ-G6.3. בפועל, חוסר איזון שיורי זה מופץ בין מישורי תיקון. עבור איזון דו-מישורי (דינמי), ה-U המחושבלְכָל מחולק בין המטוסים באופן שווה או באופן יחסי לתצורת הרוטור. כך, טכנאי האיזון מקבל יעד מספרי ספציפי שעליו להשיג.
איזון מעשי וציוד
כדי להשיג את דרגת האיזון הנדרשת בפועל, נעשה שימוש בציוד מיוחד. בתנאי ייצור, נעשה בדרך כלל שימוש במכונות איזון נייחות, שבהן הרוטור מסתובב ומתוקן עד שהחוסר איזון השיורי יורד לרמה הנורמלית עבור דרגת G שנבחרה.
עם זאת, בתנאי שטח (למשל, כאשר מתרחשת רטט במאוורר או במשאבה שכבר הותקנו), ניתן להשתמש במכשירי איזון ניידים. דוגמה לכך היא Balanset-1A מכשיר — ויברומטר-מאזן נייד דו-ערוצי. הוא מאפשר איזון דינמי במישור אחד או בשני מישורים ישירות על הציוד במקום (באתר, ללא הסרת הרוטור).
איור 1: מכשיר Balanset-1A נייד למדידת רעידות ואיזון המחובר למחשב נייד. מכשיר קומפקטי זה כולל מודול מדידה אלקטרוני, שני חיישני רעידות ומד מהירות לייזר, כאשר הבקרה וחישוב חוסר האיזון מבוצעים באמצעות תוכנת מחשב.
איור 1: חלון חישוב סובלנות האיזון בתוכנת Balanset. התוכנה כוללת מחשבון מובנה המחשב אוטומטית את חוסר האיזון המותר בהתאם לתקני ISO 1940, בהתבסס על מסת הרוטור, מהירות הפעולה ודרגת G שנבחרה.
המכשיר מתחבר למחשב נייד, מודד את הרטט ואת שלב חוסר האיזון באמצעות חיישנים וטכומטר אופטי, ולאחר מכן התוכנה מחשבת אוטומטית את משקלי התיקון הנדרשים. בין התכונות של Balanset-1A ניתן למצוא חישוב אוטומטי של חוסר איזון מותר על פי תקן ISO 1940 (דרגות G) — המכשיר עצמו קובע לאיזו רמה יש להפחית את הרטט כדי להשיג, למשל, דרגה G6.3 או G2.5.
מכשירי איזון מודרניים כמו Balanset-1A מאפשרים השגת דרגת האיזון הנדרשת במהירות ובאמינות רבה יותר. באמצעות שימוש במונחים סטנדרטיים של דרגת G וחישובי סובלנות מובנים, מהנדסים וטכנאים יודעים בדיוק מהו הקריטריון לאיזון מוצלח. לפיכך, סטנדרטיזציה של איכות האיזון באמצעות דרגות G אפשרה יצירת שפה משותפת לתיאור “חלקות” הפעולה של רוטור ספציפי והשגת רמת אמינות זו של רטט באמצעות שיטות המובנות וניתנות לאימות בכל העולם.
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 