ISO 1940-2 — Pogreške balansiranja (sada ISO 21940-14)
Povijesni standard za procjenu grešaka balansiranja krutih rotora — sustavnih, slučajno promjenjivih i skalarnih izvora pogrešaka u procesu balansiranja. Povučen je i zamijenjen normom ISO 21940-14:2012. Sam rječnik balansiranja definiran je u ISO 21940-2 (ranije ISO 1925) i sažet je u nastavku.
Inženjeri Vibromere i dalje se pozivaju na taksonomiju pogrešaka ISO 1940-2 pri rješavanju problema preostale neuravnoteženosti koja se zadržava nakon korekcije prijenosnim instrumentima poput Balanset-1A.
Ključni pojmovi za uravnoteženje na prvi pogled
Najvažnije definicije iz ISO rječnika balansiranja — ISO 21940-2 (ranije ISO 1925) — pojmovi koje svaki praktičar balansiranja mora poznavati
Potpuni terminološki priručnik
Svi glavni pojmovi iz rječnika balansiranja, ISO 21940-2 (ranije ISO 1925), organizirani po kategorijama
| Termin | Definicija | Značaj |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Tijelo sposobno za rotaciju oko definirane osi. U kontekstu balansiranja, uključuje bilo koju rotirajuću komponentu: osovine, impelere, armature, bubnjeve, vretena. | Temeljni objekt uravnoteženja. Svi ostali pojmovi opisuju svojstva rotora ili zahvate na njemu. |
| Rotor Kruti rotor | Rotor čija se neravnoteža može ispraviti u bilo koje dvije proizvoljne ravnine, a nakon korekcije, preostala neravnoteža se ne mijenja značajno ni pri jednoj brzini do maksimalne radne brzine. | Utvrđuje da ISO 1940-1 (Primjenjuje se sustav G-razreda). Balansiranje pri maloj brzini na stroju u radionici je valjano. Velika većina industrijskih rotora je kruta. |
| Rotor Fleksibilni rotor | Rotor koji se elastično deformira pri svojoj radnoj brzini tako da se mijenja stanje neuravnoteženosti. Mora se korigirati pri ili blizu radne brzine u više od dvije ravnine. | Zahtijeva ISO 21940-12. Brze turbine, veliki generatori, višestupanjski kompresori. Potrebna je specijalizirana oprema za balansiranje velike brzine. |
| Rotor Os osovine | Prava linija koja spaja središta ležajnih rukavaca. Geometrijska os rotacije. | Referentna os za sva mjerenja neuravnoteženosti. Radijalno odstupanje rukavaca utječe na točnost mjerenja. |
| Rotor Glavna os inercije | Os oko koje bi se rotor slobodno okretao bez stvaranja centrifugalne sile ili momenta. Poklapa se s osi vratila za savršeno uravnotežen rotor. | Neusklađenost između glavne osi i osi vratila je neravnoteža. Cilj svake korekcije je poravnanje ove dvije osi. |
| Rotor Središte mase (težište) | Točka u kojoj se može smatrati da je cijela masa rotora koncentrirana. Za uravnoteženi rotor, leži točno na osi osovine. | Statička neuravnoteženost = središte mase pomaknuto od osi vratila. Specifična neuravnoteženost (e) = udaljenost tog pomaka. |
| Rotor Radna brzina | Maksimalna brzina vrtnje pri kojoj rotor radi u svojoj predviđenoj primjeni. | Kritično za izračun tolerancije: Upo = (9 549 × G × M) / n. Uvijek koristite radnu brzinu, a ne brzinu uravnoteženja. |
| Rotor Kritična brzina | Brzina rotacije pri kojoj sustav rotora i ležaja doživljava rezonancu, što rezultira znatno pojačanim vibracijama. | Određuje klasifikaciju krutih/fleksibilnih rotora. Kruti rotor radi znatno ispod prve kritične brzine savijanja. |
| Termin | Definicija | Formula / Jedinice |
|---|---|---|
| Neravnoteža Neravnoteža | Stanje u kojem glavna os inercije nije poklopljena s osi vrtnje. Uzrokuje centrifugalnu silu proporcionalnu masi, ekscentričnosti i kvadratu brzine. | U = m × r (g·mm ili kg·m) |
| Neravnoteža Statička neravnoteža | Glavna os paralelna je s osi vrtnje, ali pomaknuta. Ekvivalentna je jednoj masi na jednom radijusu. Može se otkriti bez vrtnje (na noževima). Vibracije ležaja su u fazi. | Ispravljeno u 1 ravnina |
| Neravnoteža Spregnuta neuravnoteženost | Glavna os siječe os vrtnje u središtu mase, ali je nagnuta. Dvije jednake i suprotne teške točke u različitim ravninama stvaraju moment ljuljanja. Može se otkriti samo pri vrtnji. | Ispravljeno u 2 ravnine |
| Neravnoteža Dinamička neravnoteža | Opći slučaj: glavna os nije ni paralelna s osi vrtnje niti je siječe. Kombinacija statičke i spregnute neuravnoteženosti. Najčešće stanje u praksi. | Ispravljeno u 2 ravnine |
| Neravnoteža Specifična neuravnoteženost | Omjer neravnoteže i mase rotora. Predstavlja ekscentricitet - pomak središta mase od osi vratila. Omogućuje usporedbu kvalitete kod različitih veličina rotora. | e = U / M (µm ili g·mm/kg) |
| Neravnoteža Preostala neravnoteža | Neravnoteža koja ostaje u rotoru nakon procesa balansiranja. Ne smije prelaziti dopuštenu vrijednost (Upo) za navedeno G-ocjena. | Urez ≤ Upo |
| Neravnoteža Početna neravnoteža | Neuravnoteženost rotora kako je primljen, prije bilo kakve korekcije balansiranja. Mjeri se pri prvom pokretanju. | Osnova za postupak uravnoteženja |
| Neravnoteža Vektor neravnoteže | Veličina i kutni položaj neravnoteže u danoj ravnini. Predstavljen kao polarni vektor s amplitudom (g·mm) i faznim kutom (°). | U∠θ (g·mm na ° od reference) |
| Termin | Definicija | Praktične napomene |
|---|---|---|
| Proces balansiranje | Postupak provjere i podešavanja raspodjele mase rotora tako da preostala neravnoteža bude unutar određene tolerancije. | Iterativno: mjerenje → izračunavanje → ispravljanje → provjera. |
| Proces Korekcijska ravnina | Ravnina okomita na os rotora u kojoj se dodaje ili oduzima masa. Fizički dostupno mjesto za postavljanje utega. | Može se razlikovati od ravnina tolerancije (ležaja) - potrebna je geometrijska konverzija. |
| Proces Ravnina tolerancije | Ravnina u kojoj je određen dopušteni debalans - obično ravnina ležaja. Debalans ovdje izravno utječe na opterećenja ležaja. | Upo je određen za ravnine tolerancije; mora se pretvoriti u ravnine korekcije. |
| Proces Korekcijska masa | Fizička masa (težina) dodana ili oduzeta s rotora pod određenim radijusom i kutom unutar korekcijske ravnine. | Dodano: pričvršćivanje kopčom, pričvršćivanje vijcima, zavarivanje, epoksidna smola. Uklonjeno: bušenje, glodanje, brušenje. |
| Proces Probna težina | Poznata masa privremeno pričvršćena na rotor pod poznatim radijusom i kutom tijekom postupka balansiranja. Koristi se za određivanje odziva rotora (koeficijent utjecaja). | Metoda probnog utega Balanset-1A: pokretanje → dodavanje probnog utega → pokretanje → softver izračunava korekciju. |
| Proces Koeficijent utjecaja | Promjena vibracijskog odziva (amplitude i faze) u mjernoj točki uzrokovana jediničnom neuravnoteženošću na određenom mjestu. Karakterizira osjetljivost rotora i ležajeva. | Izračunato iz probnih utega. Balansiranje u dvije ravnine zahtijeva matricu utjecaja 2×2. |
| Proces Balansiranje u jednoj ravnini | Postupak ispravljanja statičke neravnoteže u jednoj korekcijskoj ravnini. Prikladno za kratke (diskutaste) rotore s L/D < 0,5. | Balanset-1A F2 način rada. Jedan senzor, jedna ravnina. |
| Proces Balansiranje u dvije ravnine | Postupak ispravljanja statičke i spregnute neuravnoteženosti u dvjema korekcijskim ravninama. Potreban za izdužene rotore ili kada je spregnuta neuravnoteženost značajna. | Balanset-1A F3 način rada. Dva senzora, dvije ravnine. |
| Proces Balansiranje trima | Završno, fino podešavanje balansiranja izvedeno na sastavljenom rotoru kako bi se kompenzirala neravnoteža uzrokovana montažom (odstupanje spojnice, tolerancije dosjeda). | Često se izvodi na terenu na instaliranom stroju. |
| Proces Raspodjela korekcijske mase | Raspodjela izračunate korekcijske mase između dva susjedna dostupna mjesta (npr. dva otvora za vijke ili položaja lopatice) kada točan kutni položaj nije dostupan. | Balanset-1A omogućuje automatski izračun podjele težine. |
| Termin | Definicija | Usporedba |
|---|---|---|
| Stroj Stroj za balansiranje | Uređaj koji mjeri neravnotežu u rotoru (veličinu i kutni položaj) kako bi se mogla ispraviti raspodjela mase. | U radionici (stacionarni) ili na terenu (prijenosni poput Balanset-1A). |
| Stroj Stroj s mekim ležajevima | Ovjes je vrlo fleksibilan. Rotor se okreće iznad prirodne frekvencije ovjesa. Mjeri fizički pomak. Mora se kalibrirati za svaku geometriju rotora. | Danas manje uobičajeno. Niži trošak, ali operater mora ponovno kalibrirati svaki rotor. Osjetnik pomaka. |
| Stroj Stroj s tvrdim ležajevima | Ovjes je vrlo krut. Rotor se okreće ispod prirodne frekvencije ovjesa. Senzori izravno mjere centrifugalnu silu. Trajno kalibriran - prihvaća širok raspon rotora bez specifičnog podešavanja rotora. | Dominantni tip u modernoj industriji. Svestranije, brže postavljanje. Osjetnik sile. |
| Stroj Uređaj za balansiranje na terenu | Prijenosni instrument koji se koristi za balansiranje rotora na licu mjesta (ugrađenih u stroj) bez rastavljanja. Koristi senzore vibracija i tahometar. Metoda probnog utega. | Balanset-1A (2-kanalni) i Balanset-4 (4-kanalni). Ugrađen kalkulator tolerancije ISO 1940. |
| Stroj Trn (Arbor) | Osovina ili adapter na koji je rotor montiran radi balansiranja na stroju. Mora biti točno koncentričan i imati zanemarivo odstupanje. | Ekscentricitet trna glavni je izvor sustavne pogreške pri balansiranju. Provjerava se indeksnim testom. |
| Termin | Definicija | Formula / Norma |
|---|---|---|
| Kvaliteta Klasa kvalitete uravnoteženosti (G) | Klasifikacija koja specificira maksimalnu dopuštenu brzinu središta mase rotora. G = epo × ω. Ocjene tvore logaritamsku skalu s faktorom 2,5. | G 0,4 … G 4000 Definirano u ISO 1940-1 |
| Kvaliteta Dopuštena zaostala neravnoteža (Upo) | Maksimalna dopuštena preostala neravnoteža za specificirani G-grad, masu rotora i radnu brzinu. Kriterij prihvatljivosti. | Upo = (9549 × G × M) / n |
| Kvaliteta Tolerancija ravnoteže | Raspon unutar kojeg se mora nalaziti preostala neravnoteža kako bi se zadovoljio zadani zahtjev kvalitete. Jednako je Upo. | Određeno po ravnini nakon dodjele |
| Kvaliteta Omjer smanjenja neravnoteže (URR) | Omjer početne neravnoteže i preostale neravnoteže nakon jednog ciklusa korekcije. Označava učinkovitost stroja/postupka balansiranja. | URR = Upočetni / Urezidualni Tipično: 5–50× |
| Mjerenje Fazni kut | Kutni položaj vektora neravnoteže u odnosu na referentnu oznaku na rotoru (mjereno tahometrom). U kombinaciji s amplitudom definira potpuni vektor neravnoteže. | ° (stupnjevi, 0–360) |
| Mjerenje Brzina vibracije (RMS) | Srednja kvadratna vrijednost brzine vibracija na kućištu ležaja. Standardni mjerni parametar za procjenu stanja stroja prema ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Mjerenje Indeksni test | Postupak provjere: rotor se zakrene za definirani kut (npr. 180°) u odnosu na nosače stroja i ponovno izmjeri. Otkriva pogreške trna i pričvrsnog sredstva. | Potrebno za formalnu provjeru prema ISO 1940-1, poglavlje 10 |
| Mjerenje Minimalna dostižna preostala neravnoteža (Umar) | Najniža preostala neravnoteža koju je moguće postići na danom stroju za balansiranje za određeni rotor. Određuje se osjetljivošću stroja, pragom šuma i uvjetima ležaja. | Umar mora biti ≤ Upo da bi stroj bio prikladan za potrebni G-razred. |
Što je ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mehaničke vibracije — Zahtjevi kvalitete balansiranja krutih rotora — Dio 2: Greške balansiranja) bio je međunarodni standard za identifikaciju, procjenu i uzimanje u obzir pogrešaka koje nastaju pri balansiranju krutih rotora — od neuravnoteženosti trna i pogonskog vratila do izbijanja komponenata i raspršenja instrumentacije. Povučen je i zamijenjen ISO 21940-14:2012 (Mehaničke vibracije — Balansiranje rotora — 14. dio: Postupci za ocjenjivanje pogrešaka balansiranja), koji proširuje iste postupke na rotore s fleksibilnim ponašanjem. Napomena: često se zamjenjuje s pojmovnikom balansiranja — to je drugi standard, ISO 21940-2 (ranije ISO 1925), čiju terminologiju ova stranica sažima u nastavku.
Kada inženjer u Njemačkoj specificira "dinamičku korekciju neuravnoteženosti na G 6.3 u dvije ravnine", tehničar u Japanu mora točno razumjeti što se traži — isto stanje rotora, isti postupak balansiranja i isti kriterij prihvaćanja. ISO terminologija balansiranja — ISO 21940-2 (ranije ISO 1925) — to omogućuje pružanjem jedinstvene, međunarodno usuglašene terminologije za cijelo područje.
Nasuprot tome, sam ISO 1940-2 nije bio ni rječnik ni specifikacija tolerancije — bavio se pogreškama balansiranja. Klasificirao je izvore pogrešaka procesa balansiranja kao sustavna (mogu se procijeniti veličina i kut — npr. neuravnoteženost trna ili pogonskog vratila, radijalno i aksijalno izbijanje, klinovi i utori za klin, preostali magnetizam, pogreške ponovnog sastavljanja i instrumentacije), slučajno promjenjive (olabavljeni dijelovi, zarobljene tekućine, toplinska deformacija, otpor zraka) i skalarna (može se procijeniti samo najveća veličina, kut je neodrediv — npr. zazori dosjeda i proizvodne tolerancije), te je dao postupke za njihovu procjenu i uzimanje u obzir kako bi preostala neuravnoteženost doista ostala unutar dopuštene vrijednosti Upo iz ISO 1940-1 (sada ISO 21940-11). Njegov nasljednik, ISO 21940-14, zadržava upravo tu ulogu unutar serije ISO 21940.
Detaljna analiza pojmova
Razlika između krutog i fleksibilnog
Ovo je najvažnija klasifikacija u balansiranju. Razlika određuje sve: koji se standard primjenjuje, koja je oprema potrebna, koliko je ravnina potrebno i kojom brzinom se balansiranje mora izvršiti.
Rotor čija se neravnoteža može ispraviti u bilo koje dvije proizvoljne ravnine i, nakon korekcije, preostala neravnoteža se ne mijenja značajno ni pri jednoj brzini do maksimalne radne brzine. Praktični test: ako prvo savijanje kritična brzina znatno iznad maksimalne radne brzine (obično > 1,5× ili više), rotor je krut.
Rotor koji se elastično deformira pri svojoj radnoj brzini tako da se mijenja njegovo stanje neuravnoteženosti. Mora biti uravnotežen pri radnoj brzini ili blizu nje u više od dvije ravnine. Odnosi se na: veliki turbogeneratori, višestupanjski kompresori velike brzine, dugi valjci papirnog stroja velike brzine. Obuhvaćeno normom ISO 21940-12.
Velika većina industrijskih rotora - elektromotora, ventilatora, pumpi, zamašnjaka, osovina - su kruti rotori. ISO 1940-1 G-grade sustav se primjenjuje izravno na krute rotore.
Tri vrste neravnoteže
Terminologija (ISO 21940-2) definira tri temeljna tipa na temelju geometrijskog odnosa između glavne osi inercije i osi vrtnje. Razumijevanje toga ključno je za odabir ispravnog postupka balansiranja:
- Statička neravnoteža proizvodi sila — oba ležaja vibriraju u fazi pri 1× RPM. Rotor se može detektirati kao neuravnotežen bez rotacije (gravitacija ga otkriva na oštricama noža). Dovoljna je jedna korekcijska ravnina. Tipično za uske rotore nalik disku (L/D < 0,5): uske remenice, impeleri ventilatora, tanki zamašnjaci.
- Spregnuta neuravnoteženost proizvodi moment — ležajevi vibriraju 180° izvan faze pri 1× okretaja u minuti. Neto sila je nula (središte mase je na osi), ali dvije jednake i suprotne teške točke u različitim aksijalnim položajima stvaraju ljuljajući par. Detektira se samo tijekom vrtnje. Zahtijeva dvije korekcijske ravnine.
- Dinamička neravnoteža = statički + par kombinirano. Opći slučaj za sve stvarne rotore koji nisu savršeno simetrični. Prisutni su i sila i moment. Ležajevi vibriraju pri 1× bez odnosa u fazi niti točno 180° izvan faze. Zahtijeva balansiranje u dvije ravnine.
Specifična neuravnoteženost i veza s G-razredom
Specifična neuravnoteženost (e = U/M) je ključna metrika koja omogućuje univerzalnu usporedbu kvalitete ravnoteže. Rotor od 5 kg s debalansom od 50 g·mm ima e = 10 µm. Rotor od 500 kg s debalansom od 5 000 g·mm također ima e = 10 µm - identična kvaliteta ravnoteže unatoč razlici u masi od 100×.
G-ocjena proširuje to uključivanjem brzine: G = e × ω, dajući jedan broj (mm/s) koji karakterizira kvalitetu ravnoteže neovisno o masi i brzini. To je temelj ISO 1940-1 sustav tolerancije.
Korekcijske ravnine u odnosu na ravnine tolerancije
Terminologija povlači ključnu razliku koja se u praksi često propušta:
- Tolerancijske ravnine = ležajne ravnine u kojima su vibracije i dinamička opterećenja najkritičnija. Dopuštena neuravnoteženost Upo je ovdje navedeno.
- Korekcijske ravnine = fizički dostupna mjesta na koja se mogu postaviti utezi (glavčina ventilatora, krajnji prstenovi motora, ramena osovine). Često na različitim aksijalnim položajima od ležajeva.
Pretvaranje Upo Prijelaz s ravnina tolerancije na ravnine korekcije zahtijeva poznavanje geometrije rotora. Za asimetrične ili previsne rotore, ova pretvorba može značajno promijeniti tolerancije po ravnini. Balanset-1A automatski obrađuje ovu pretvorbu kada se unesu dimenzije rotora.
Vrste strojeva za balansiranje
Dva osnovna tipa strojeva odražavaju različite fizikalne principe mjerenja:
- Meki ležaj: Prirodna frekvencija ovjesa znatno je ispod radne brzine → stroj mjeri pomak. pomak. Zahtijeva kalibraciju za svaki novi rotor. Povijesno važno; sve manje se koristi.
- Tvrdo ležište: Prirodna frekvencija ovjesa znatno je iznad radne brzine → stroj mjeri sila. silu. Trajno je kalibriran — prihvaća različite rotore bez pojedinačne kalibracije. Dominantan moderni tip.
Instrumenti za balansiranje polja poput Balanset-1A koriste drugačiji princip: nisu "stroj" u ISO smislu, već koriste vlastite ležajeve i nosač rotora kao mjerni sustav, primjenjujući metodu probne težine (koeficijent utjecaja) za određivanje korekcije bez potrebe za namjenskim strojom za balansiranje.
Unakrsna referenca: Gdje se svaki pojam koristi
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Koristi sve pojmove tolerancije i kvalitete — G-grade, Upo, tolerancija ravnoteže, rezidualna neravnoteža. Primarni korisnik ovog vokabulara.
ISO 14694: Koristi pojmove za rotor (kruti), pojmove za neuravnoteženost i proširuje ih kategorijama BV primjene specifičnima za ventilatore, klasama balansiranja i tablicama granica vibracija.
ISO 10816 / ISO 20816: Koristi mjerne pojmove - brzina vibracija, RMS, mjerne točke kućišta ležaja.
ISO 21940-12: Proširuje fleksibilnu definiciju rotora s postupcima s više brzina i više ravnina.
API 610 / API 617: Naftni standardi upućuju na ISO 1940 G-klase i terminologiju neravnoteže za specifikacije pumpi i kompresora.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Prijelaz
ISO 21940-14:2012 službeno je povukao i zamijenio ISO 1940-2:1997, čiju tehničku reviziju predstavlja — glavna promjena jest proširenje njegove primjene na rotore s fleksibilnim ponašanjem. Terminologija balansiranja slijedila je zaseban put: ISO 1925 revidiran je kao ISO 21940-2. Numeriranje ISO 21940 odražava integraciju u sveobuhvatnu seriju ISO 21940 koja obuhvaća sve aspekte balansiranja rotora. Stare oznake i dalje se široko pojavljuju u industrijskoj literaturi.
Službeni standard: ISO 21940-14:2012 (zamjenjuje ISO 1940-2) na ISO Storeu →
Često postavljana pitanja — ISO 1940-2
Pogreške balansiranja, prijelaz na ISO 21940 i terminologija balansiranja
▸ Što je ISO 1940-2?
▸ Koja je razlika između statičke i dinamičke neravnoteže?
▸ Koja je razlika između krutog i fleksibilnog rotora?
▸ Što je rezidualna neravnoteža?
▸ Koja je razlika između korekcijske ravnine i ravnine tolerancije?
▸ Stroj za balansiranje mekih ležajeva u odnosu na tvrde ležajeve?
▸ Što je specifična neuravnoteženost (ekscentričnost)?
Povezani članci iz rječnika
Govorite jezikom — s pravim alatima
Vibromera balanseri izravno primjenjuju ISO rječnik: odabir G-razreda, vektori neuravnoteženosti, korekcijske ravnine, usporedba rezidualne i dopuštene neuravnoteženosti — sve u jednom prijenosnom instrumentu.
Pregledaj opremu za balansiranje →
