Kvaliteta ravnoteže (G-razred): Definicija, svrha i primjena
Što je ocjena kvalitete ravnoteže (G-ocjena)?
A Balance Quality Grade, općenito nazivan “G-razred”, je standardizirana klasifikacija definirana u normama ISO 1940-1 i ISO 21940-11 koja određuje maksimalno dopuštenu preostalu neuravnoteženost rotora. Drugim riječima, G-razred označava koliko precizno rotor mora biti uravnotežen. Ne mjeri izravno razine vibracija, već definira toleranciju neuravnoteženosti na temelju mase rotora i maksimalne radne brzine.
Broj koji slijedi slovo G (npr. G6.3, G2.5) odgovara maksimalnoj brzini vibracija središta mase rotora, izraženoj u milimetrima u sekundi (mm/s). Na primjer, razred G6.3 znači da središte mase rotora ne smije doživjeti vibraciju veću od 6,3 mm/s pri maksimalnoj radnoj brzini, dok stroži razred G2,5 ograničava tu brzinu na 2,5 mm/s. Što je niži G-broj, to su stroži zahtjevi za balansiranje: manja tolerancija neuravnoteženosti i veća preciznost balansiranja.
Svrha G-Grade sustava
Sustav G-grade razvijen je kako bi se uspostavio univerzalni standard koji definira koliko dobro rotor mora biti uravnotežen. Umjesto nejasnih izjava poput “rotor mora biti dobro uravnotežen”, inženjeri mogu odrediti precizni, provjerljivi cilj, primjerice “uravnoteženje do G6.3”. Ovaj standard osigurava zajednički jezik proizvođačima, servisnim inženjerima i kupcima, jamčeći da oprema zadovoljava potrebne standarde pouzdanosti i sigurnosti. Glavni ciljevi sustava G-grade su:
Ograničavanje vibracija uzrokovanih neuravnoteženošću na prihvatljive razine. Neravnoteža uzrokuje centrifugalne sile i vibracije koje mogu dovesti do buke, zamora materijala i nesreća. Primjenom standardnih razreda uravnoteženja te se vibracije mogu kontrolirati unutar sigurnih granica.
Minimiziranje dinamičkih opterećenja na ležajevima i produljenje njihovog vijeka trajanja. Kontinuirana vibracija djeluje na ležajeve poput čekića, ubrzavajući njihovo trošenje. Ograničavanjem neravnoteže na potrebni G-grad, sile koje djeluju na ležajeve se smanjuju, produžujući njihov vijek trajanja.
Osiguravanje sigurnog rada rotora pri maksimalnoj projektiranoj brzini. Što je veća brzina rotacije, to je jači učinak čak i male neuravnoteženosti. Strog razred uravnoteženja jamči da rotor pri radnoj brzini neće doživjeti razorne vibracije. To je osobito važno za visokobrzinske strojeve (turbine, kompresore itd.), gdje prekomjerna neuravnoteženost može dovesti do kvara.
Osiguravanje jasnog, mjerljivog kriterija prihvaćanja. Posjedovanje standarda G-grade omogućuje provjeru tijekom proizvodnje i popravka je li postignuta potrebna razina uravnoteženja. Ako preostali neuravnoteženost nakon balansiranja ne prelazi dopuštenu vrijednost za dotični G-grade, rotor se smatra prošlim inspekciju. Ovaj pristup pretvara balansiranje iz umjetnosti u preciznu znanost s provjerljivim kriterijima.
Kako se određuju ocjene kvalitete ravnoteže?
ISO standardi sadrže preporuke za odabir G-razreda za stotine tipičnih rotora i strojeva. Standardne tablice (npr. ISO 1940-1, sada zamijenjena standardom ISO 21940-11) navode preporučene G-razrede za različite kategorije opreme. Odabir određenog razreda ovisi o nekoliko čimbenika:
Vrsta i namjena stroja. Visokobrzinska turbina ili precizni vreteno zahtijevaju znatno preciznije balansiranje (niži G) nego sporokretni poljoprivredni mehanizam. Projektanti uzimaju u obzir koliko je određena vrsta stroja osjetljiva na vibracije i kakve posljedice može imati neuravnoteženost.
Masa rotora i dimenzije. Lakši rotori općenito su osjetljiviji na neuravnoteženost i mogu imati strože zahtjeve. Masa rotora izravno utječe na izračun dopuštene neuravnoteženosti – težak rotor može podnijeti nešto veću apsolutnu neuravnoteženost bez povećanja vibracija u usporedbi s lakšim rotorom.
Maksimalna brzina rotacije. Ovo je jedan od ključnih čimbenika: što je veća brzina, to mora biti stroži balans. Za istu veličinu neuravnoteženosti sile se povećavaju proporcionalno kvadratu brzine rotacije. Stoga se za visokobrzinske rotore odabire niži G-razred kako bi se kompenzirao učinak brzine.
Nosiva konstrukcija i uvjeti montaže. Rotor montiran na fleksibilnim (elastičnim) potporama obično zahtijeva pažljivije balansiranje nego onaj na krutoj osnovi, budući da fleksibilni sustav manje učinkovito prigušuje vibracije. Na primjer, različite klase (G16 naspram G40) mogu se primijeniti na istu radilicu ovisno o tome je li motor montiran na elastičnim antivibracijskim izolatorima ili kruto.
Primjeri uobičajenih razreda kvalitete ravnoteže
| G-razred | Maksimalna brzina (mm/s) | Tipične primjene |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Automobilski kotači i felge; radilice za sporotrupne (s niskim brojem okretaja u minuti) motore s unutarnjim izgaranjem. |
| G 16 | 16 mm/s | Dijelovi za drobilice i poljoprivredne strojeve; kardanske osovine; veliki dijelovi općeporabnih strojeva s umjerenim zahtjevima. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Standardni razred za većinu industrijske opreme: rotori električnih motora, radilice pumpi, ventilatori, turbokompresori niske brzine, opća procesna oprema. G6.3 je jedan od najčešće specificiranih razreda. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Rotori visoke brzine i visoke preciznosti: plinske i parne turbine, rotori turbokompresora, pogoni strojeva alata, visokoprecizni vretena i visokobrzinske električne mašine. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Vrlo precizno balansiranje za precizne mehanizme: pogone brusilica, male visokobrzinske električne motore i automobilski turbopunjivače. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Najviša preciznost uravnoteženja za iznimno osjetljive i visokobrzinske uređaje: žiroskope, precizne vretena (npr. za preciznu obradu ili opremu za mikroelektroniku), tvrde diskove i druge komponente koje zahtijevaju minimalne vibracije. |
Napomena: Vrijednost brzine u mm/s u oznaci razreda odgovara proizvodu specifične ekscentričnosti i kutne brzine: G = epo·ω. Dakle, broj G označava ograničnu brzinu pomicanja pomaknutog središta mase tijekom rada rotora. U praksi odabir razreda može se razlikovati za jednu razinu više ili niže ovisno o specifičnim zahtjevima i radnim uvjetima.
Izračun dopuštene preostale neravnoteže
Poznavajući potrebnu razinu G-grade, možete izračunati maksimalno dopušteno preostalo neuravnoteženje — količinu neuravnoteženja koja može ostati nakon balansiranja, a da se ne prekorači navedena razina. ISO standard daje sljedeću formulu:
Upo (g·mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
Gdje:
- Upo — dopušteni preostali neravnotežni pomak u gram-milimetrima (g·mm)
- G — stupanj kvalitete ravnoteže (mm/s)
- m — masa rotora (kg)
- n — maksimalna radna brzina (obrtaji u minuti)
Primjer: Za rotor mase 100 kg koji se rotira pri maksimalnoj brzini od 3000 o/min i mora biti uravnotežen prema razredu G6.3, dopuštena preostala neuravnoteženost iznosi:
Upo = (9549 × 6,3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g·mm
To znači da je za ovaj rotor bez prekoračenja G6.3 dopušten ukupni neuravnoteženost od približno 2005 g·mm. U praksi se ta preostala neuravnoteženost raspoređuje na korektivne ravnine. Za dvoplanovsko (dinamičko) balansiranje, izračunati Upo Raspodijeljena je na ravnine jednako ili proporcionalno konfiguraciji rotora. Tako tehničar za balansiranje dobiva određeni numerički cilj koji treba postići.
Praktično balansiranje i oprema
Za postizanje potrebnog stupnja uravnoteženja u praksi koristi se specijalizirana oprema. U proizvodnim uvjetima obično se koriste stacionarne balansne strojeve, u kojima se rotor vrti i korektira dok preostala neuravnoteženost ne padne na normu za odabrani G-stupanj.
Međutim, u terenskim uvjetima (npr. kada se vibracija javlja na već ugrađenom ventilatoru ili pumpi), mogu se koristiti prijenosni instrumenti za balansiranje. Primjer je Balanset-1A uređaj—prijenosni dvo-kanalni vibrometar-balanser. Omogućuje dinamičko balansiranje u jednoj ili dvjema ravninama izravno na opremi na licu mjesta (na terenu, bez uklanjanja rotora).
Slika 1: Prijenosni vibrometar-balanser Balanset-1A priključen na prijenosno računalo. Ovaj kompaktni uređaj uključuje elektronički mjerni modul, dva senzora vibracija i laserski tahometar, a upravljanje i izračun neuravnoteženosti obavlja se pomoću softvera na računalu.
Slika 1: Prozor za izračun tolerancije u softveru Balanset. Program uključuje ugrađeni kalkulator koji automatski izračunava dopuštenu preostalu neuravnoteženost prema standardu ISO 1940 na temelju mase rotora, radne brzine i odabrane klase G.
Uređaj se povezuje s prijenosnim računalom, mjeri vibracije i fazu neuravnoteženosti pomoću senzora i optičkog tahometra, nakon čega softver automatski izračunava potrebne korekcijske težine. Među značajkama Balanset-1A je automatski izračun dopuštene neuravnoteženosti prema ISO 1940 (G-klase) — sam uređaj određuje na koju razinu vibracije treba smanjiti kako bi se postigao, primjerice, G6.3 ili G2.5 razred.
Moderni instrumenti za balansiranje poput Balanset-1A omogućuju brže i pouzdanije postizanje potrebne razine balansiranja. Korištenjem standardne terminologije G-razreda i ugrađenih izračuna tolerancije, inženjeri i tehničari točno znaju kriterij za uspješno balansiranje. Tako je standardizacija kvalitete balansiranja putem G-razreda omogućila zajednički jezik za opisivanje koliko “glatko” određeni rotor treba raditi i postizanje te razine pouzdanosti vibracija primjenom metoda koje su razumljive i provjerljive diljem svijeta.
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 