Egyensúly minőségi osztály (G-osztály): Meghatározás, cél és alkalmazás
Mi az a mérleg minőségi osztály (G-osztály)?
A Kiegyensúlyozott minőségi fokozat, amelyet általában “G-osztály” néven emlegetnek, az ISO 1940-1 és az ISO 21940-11 szabványokban meghatározott szabványosított osztályozás, amely meghatározza a rotor maximálisan megengedett maradó kiegyensúlyozatlanságát. Más szóval, a G-osztály azt jelzi, hogy egy rotornak milyen pontosan kell kiegyensúlyoznia. Nem közvetlenül a rezgésszinteket méri, hanem inkább a rotor tömege és maximális üzemi sebessége alapján határozza meg a kiegyensúlyozatlansági tűréshatárt.
A G betűt követő szám (pl. G6.3, G2.5) a rotor tömegközéppontjának maximális rezgési sebességének felel meg, milliméter/másodpercben (mm/s) kifejezve. Például a G6.3 fokozat azt jelenti, hogy a rotor tömegközéppontja maximális üzemi sebességnél nem rezeghet 6,3 mm/s-nál nagyobb sebességgel, míg a szigorúbb G2.5 fokozat ezt a sebességet 2,5 mm/s-ra korlátozza. Minél alacsonyabb a G-szám, annál szigorúbbak a kiegyensúlyozási követelmények: kisebb kiegyensúlyozatlansági tűrés és nagyobb kiegyensúlyozási pontosság.
A G-osztályú rendszer célja
A G-osztályú rendszert azért fejlesztették ki, hogy létrehozzanak egy olyan egyetemes szabványt, amely meghatározza, hogy egy rotornak mennyire kell kiegyensúlyozottnak lennie. Az olyan homályos kijelentések helyett, mint “a rotornak jól kiegyensúlyozottnak kell lennie”, a mérnökök pontos, ellenőrizhető célt határozhatnak meg, mint például “kiegyensúlyozás G6,3-ra”. Ez a szabvány közös nyelvet biztosít a gyártók, a szervizmérnökök és az ügyfelek számára, biztosítva, hogy a berendezések megfeleljenek az előírt megbízhatósági és biztonsági előírásoknak. A G-osztályú rendszer fő célkitűzései a következők:
A kiegyensúlyozatlanságból eredő rezgés elfogadható szintre való korlátozása. A kiegyensúlyozatlanság centrifugális erőket és rezgéseket okoz, amelyek zajhoz, fáradási hibákhoz és balesetekhez vezethetnek. A szabványos kiegyensúlyozási fokozatok alkalmazásával ezek a rezgések biztonságos határokon belül szabályozhatók.
A csapágyak dinamikus terhelésének minimalizálása és élettartamuk meghosszabbítása. A folyamatos rezgés kalapácsként hat a csapágyakra, felgyorsítva azok kopását. A kiegyensúlyozatlanság korlátozása révén a szükséges G-értékkel a csapágyakra ható erők csökkennek, így meghosszabbodik az élettartamuk.
A rotor biztonságos működésének biztosítása a maximális tervezési fordulatszámon. Minél nagyobb a fordulatszám, annál erősebb a hatása még a kis kiegyensúlyozatlanságnak is. A szigorú kiegyensúlyozottsági fokozat garantálja, hogy a forgórészen az üzemi fordulatszámon ne keletkezzenek romboló rezgések. Ez különösen fontos a nagy sebességű gépek (turbinák, kompresszorok stb.) esetében, ahol a túlzott kiegyensúlyozatlanság meghibásodáshoz vezethet.
Egyértelmű, mérhető elfogadási kritérium biztosítása. A G-osztályú szabvány lehetővé teszi a gyártás és a javítás során annak ellenőrzését, hogy az előírt egyensúlyi szintet elérték-e. Ha a kiegyensúlyozás után a maradék kiegyensúlyozatlanság nem haladja meg az adott G-osztályra megengedett értéket, a rotor úgy tekintendő, hogy a vizsgálaton megfelelt. Ez a megközelítés a kiegyensúlyozást művészetből ellenőrizhető kritériumokkal rendelkező, precíz tudománnyá alakítja át.
Hogyan határozzák meg az egyensúly minőségi osztályait?
Az ISO-szabványok több száz tipikus rotor és gép esetében tartalmaznak ajánlásokat a G-osztályok kiválasztására. A szabványos táblázatok (pl. az ISO 1940-1, amelyet mostanra az ISO 21940-11 váltott fel) felsorolják az ajánlott G-osztályokat a különböző felszerelési kategóriákhoz. A konkrét osztály kiválasztása több tényezőtől függ:
A gép típusa és rendeltetése. Egy nagy sebességű turbina vagy precíziós orsó sokkal pontosabb kiegyensúlyozást igényel (alacsonyabb G), mint egy lassú sebességű mezőgazdasági mechanizmus. A tervezők figyelembe veszik, hogy az adott géptípus mennyire érzékeny a rezgésekre, és milyen következményekkel járhat a kiegyensúlyozatlanság.
A rotor tömege és méretei. A könnyebb rotorok általában érzékenyebbek a kiegyensúlyozatlanságra, és szigorúbb követelményeket támaszthatnak. A rotor tömege közvetlenül befolyásolja a megengedett kiegyensúlyozatlanság számítását - egy nehezebb rotor valamivel nagyobb abszolút kiegyensúlyozatlanságot “tűr el” a vibráció növekedése nélkül, mint egy könnyebb rotor.
Maximális fordulatszám. Ez az egyik legfontosabb tényező: minél nagyobb a sebesség, annál szigorúbbnak kell lennie az egyensúlynak. Ugyanazon kiegyensúlyozatlansági nagyság esetén az erők a fordulatszám négyzetével arányosan nőnek. Ezért a nagysebességű rotorokhoz alacsonyabb G-osztályt választanak a sebességhatás ellensúlyozására.
Tartószerkezet és szerelési feltételek. A rugalmas (rugalmas) tartószerkezetre szerelt rotor általában gondosabb kiegyensúlyozást igényel, mint a merev alapra szerelt, mivel a rugalmas rendszer kevésbé hatékonyan csillapítja a rezgéseket. Például különböző osztályok (G16 vs. G40) vonatkozhatnak ugyanarra a forgattyús tengelyre attól függően, hogy a motor rugalmas rezgésszigetelőkre vagy merevre van-e szerelve.
Példák a közös mérlegminőségi fokozatokra
| G-osztályú | Max. Sebesség (mm/s) | Tipikus alkalmazások |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Autókerekek és keréktárcsák; lassú (alacsony fordulatszámú) belsőégésű motorok forgattyús tengelyei. |
| G 16 | 16 mm/s | Zúzógépek és mezőgazdasági gépek alkatrészei; hajtótengelyek (kardántengelyek); általános célú gépek nagyméretű alkatrészei mérsékelt követelményekkel. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Standard minőségű a legtöbb ipari berendezéshez: villanymotorok rotorjai, szivattyúk járókerekei, ventilátorok, kis fordulatszámú turbókompresszorok, általános technológiai gépek. A G6.3 az egyik leggyakrabban specifikált minőség. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Nagy sebességű és nagy pontosságú rotorok: gáz- és gőzturbinák, turbokompresszorok rotorjai, szerszámgép-hajtások, nagy pontosságú orsók és nagy sebességű elektromos gépek. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Nagyon pontos kiegyensúlyozás precíziós mechanizmusokhoz: köszörűgéphajtások, kis méretű, nagysebességű villanymotorok és autóipari turbófeltöltők. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | A legnagyobb kiegyensúlyozási pontosság kivételesen érzékeny és nagy sebességű eszközökhöz: giroszkópok, precíziós orsók (pl. precíziós megmunkáló vagy mikroelektronikai berendezésekhez), merevlemez-meghajtók és más, minimális rezgést igénylő alkatrészek. |
Megjegyzés: A fokozat megnevezésében a mm/s-ban megadott sebességérték a fajlagos excentricitás és a szögsebesség szorzatának felel meg: G = eper-ω. A G-szám tehát a rotor működése során az elmozdult tömegközéppont mozgásának határsebességét jelzi. A gyakorlatban a fokozat kiválasztása a konkrét követelményektől és üzemi körülményektől függően egy szinttel feljebb vagy lejjebb változhat.
Megengedett maradék kiegyensúlyozatlanság kiszámítása
Az előírt G-osztály ismeretében kiszámíthatja a maximálisan megengedett maradék kiegyensúlyozatlanságot - azt a kiegyensúlyozatlanságot, amely a kiegyensúlyozás után a megadott osztályozás túllépése nélkül fennmaradhat. Az ISO-szabvány a következő képletet adja meg:
Uper (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [fordulatszám]
Ahol:
- Uper - megengedett maradék kiegyensúlyozatlanság gramm-milliméterben (g-mm)
- G — kiegyensúlyozott minőségi osztály (mm/s)
- m - rotor tömege (kg)
- n - maximális működési sebesség (RPM)
Példa: Egy 100 kg tömegű, 3000 fordulat/perc maximális sebességgel forgó rotor esetében, amelyet a G6.3 fokozat szerint kell kiegyensúlyozni, a megengedett maradék kiegyensúlyozatlanság a következő:
Uper = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
Ez azt jelenti, hogy körülbelül 2005 g-mm teljes kiegyensúlyozatlanság megengedett ennél a rotornál anélkül, hogy a G6.3 értéket túllépnénk. A gyakorlatban ez a maradék kiegyensúlyozatlanság a korrekciós síkok között oszlik meg. Két síkban történő (dinamikus) kiegyensúlyozás esetén a számított Uper egyenlően vagy a rotor konfigurációjával arányosan oszlik meg a síkok között. Így a kiegyensúlyozó technikus egy konkrét numerikus célt kap, amelyet el kell érnie.
Gyakorlati kiegyensúlyozás és felszerelés
Az előírt egyensúlyi fokozat gyakorlati eléréséhez speciális berendezéseket használnak. Gyártási körülmények között jellemzően helyhez kötött kiegyensúlyozó gépeket alkalmaznak, ahol a forgórészt addig forgatják és korrigálják, amíg a maradék kiegyensúlyozatlanság a kiválasztott G-osztályra vonatkozó normára nem csökken.
Helyszíni körülmények között (pl. amikor egy már beépített ventilátor vagy szivattyú rezgése jelentkezik) azonban hordozható kiegyensúlyozó műszerek is használhatók. Ilyen például a Balanset-1A készülék - egy hordozható kétcsatornás vibrométer-kiegyenlítő. Lehetővé teszi az egy- vagy kétsíkú dinamikus kiegyensúlyozást közvetlenül a berendezésen in-situ (a helyszínen, a rotor eltávolítása nélkül).
1. ábra: Balanset-1A hordozható vibrációs mérő-egyengető, laptophoz csatlakoztatva. Ez a kompakt készülék egy elektronikus mérőmodult, két rezgésérzékelőt és egy lézeres tachométert tartalmaz, a vezérlést és a kiegyensúlyozatlanság kiszámítását pedig egy PC-szoftver végzi.
1. ábra: Kiegyensúlyozási tűrésszámítási ablak a Balanset szoftverben. A program tartalmaz egy beépített számológépet, amely automatikusan kiszámítja az ISO 1940 szabvány szerinti megengedett maradék kiegyensúlyozatlanságot a rotor tömege, az üzemi sebesség és a kiválasztott G-osztály alapján.
A készülék egy laptophoz csatlakozik, érzékelők és egy optikai tachométer segítségével méri a rezgést és a kiegyensúlyozatlansági fázist, majd a szoftver automatikusan kiszámítja a szükséges korrekciós súlyokat. A Balanset-1A funkciói közé tartozik az ISO 1940 szabvány szerinti megengedett kiegyensúlyozatlanság automatikus kiszámítása (G-osztályok) - a készülék maga határozza meg, hogy milyen szintre kell csökkenteni a rezgést például a G6,3 vagy G2,5 osztály eléréséhez.
Az olyan modern kiegyensúlyozó eszközök, mint a Balanset-1A, gyorsabbá és megbízhatóbbá teszik a kívánt egyensúlyi fokozat elérését. A szabványos G-osztályú terminológia és a beépített tűrésszámítások segítségével a mérnökök és technikusok pontosan ismerik a sikeres kiegyensúlyozás kritériumát. Így a kiegyensúlyozási minőség szabványosítása a G-osztályok révén lehetővé tette egy közös nyelvezet kialakítását annak leírására, hogy egy adott rotornak mennyire “simán” kell működnie, és a rezgésbiztonság ezen szintjének elérését világszerte érthető és ellenőrizhető módszerekkel.
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 