Kas yra balanso kokybės klasė (G klasė)?

Greitas atsakymas

A balanso kokybės klasė (G klasė) yra tarptautinė standartinė klasifikacija per ISO 21940-11 (anksčiau ISO 1940-1), kuriame apibrėžiamas didžiausias leistinas likučių kiekis disbalansas standžiam rotoriui. Skaičius G rodo didžiausią rotoriaus svorio centro poslinkio greitį mm/s. Bendrieji laipsniai: G 6.3 bendrųjų mašinų (siurblių, ventiliatorių, variklių), G 2.5 turbinoms ir tiksliajai įrangai, G 1.0 šlifuojant velenus ir turbokompresorius. Leistino disbalanso formulė: Uuž = 9549 × G × m / n (g-mm), kur m = masė (kg), n = greitis (aps./min).

A Balanso kokybės klasė, paprastai vadinama "G klase", yra standartizuota klasifikacija, apibrėžta ISO 21940-11 (kuris pakeitė ISO 1940-1), kuriame nurodyta didžiausia leistina likutinė disbalansas standžiam rotoriui. G klasė apibrėžia, kaip tiksliai turi būti subalansuotas rotorius - tai ne vibracijos matavimas sumontuotoje mašinoje, o paties rotoriaus kokybės specifikacija, pagrįsta jo mase ir didžiausiu darbiniu greičiu.

Po raidės "G" esantis skaičius rodo didžiausią leistiną rotoriaus masės centro poslinkio greitį, išreikštą milimetrais per sekundę (mm/s). Pavyzdžiui, G 6,3 reiškia savitojo ekscentriciteto (euž), o kampinis greitis (ω) neturi viršyti 6,3 mm/s. Pagal G 2.5 šį greitį riboja iki 2,5 mm/s. Kuo mažesnis G skaičius, tuo griežtesnė balansavimo paklaida - tai reiškia didesnį tikslumą ir mažesnį leistiną likutinį disbalansą.

Ką fiziškai reiškia skaičius G

Vertė G rodo didžiausią leistiną rotoriaus svorio centro greitį geometrinės sukimosi ašies atžvilgiu, esant didžiausiam darbiniam greičiui. G 6,3 reiškia, kad svorio centras sukimosi ašies atžvilgiu gali judėti ne didesniu kaip 6,3 mm/s greičiu. Kadangi išcentrinė jėga yra proporcinga šio greičio kvadratui, net šiek tiek sumažinus G klasę, labai sumažėja dinaminės guolių apkrovos.

G klasės sistemos tikslas

Iki G klasės sistemos sukūrimo balansavimo specifikacijos buvo neaiškios - "subalansuoti kuo geriau" arba "subalansuoti, kol bus lygus". ISO G klasės sistema pakeitė šį dviprasmiškumą universaliu, patikrinamu standartu. Ji suteikia bendrą kalbą gamintojams, aptarnavimo inžinieriams ir galutiniams naudotojams visame pasaulyje. Pagrindiniai tikslai yra šie:

1. Vibracijos, kurią sukelia disbalansas, ribojimas iki priimtino lygio

Disbalansas sukelia išcentrines jėgas, kurios didėja proporcingai sukimosi greičio kvadratui. Šios jėgos sukelia vibraciją, triukšmą, nuovargio apkrovą ir galiausiai mechaninį gedimą. Nurodydamas G klasę, inžinierius apriboja šias jėgas iki tokio lygio, kurį mašinos guoliai, sandarikliai ir konstrukcija gali saugiai atlaikyti per visą numatytą eksploatavimo laikotarpį.

2. Guolių dinaminių apkrovų mažinimas

Guoliai - tai komponentai, kuriems disbalansas daro didžiausią tiesioginę įtaką. Ciklinė radialinė apkrova, atsirandanti dėl likutinio disbalanso, veikia riedėjimo elementus ir riedėjimo takus kaip nuovargio apkrova. Guolių ilgaamžiškumas (L10) yra atvirkščiai proporcingas veikiančios apkrovos kubui, todėl net ir nedidelis disbalanso jėgos sumažinimas gali gerokai pailginti guolio tarnavimo laiką. Balansuojant variklio rotorių nuo G 16 iki G 6,3, paprastai guolio L10 gyvenimą; balansavimas iki G 2,5 gali jį pailginti keturis kartus.

3. Saugaus darbo užtikrinimas esant didžiausiam projektiniam greičiui

Išcentrinė jėga dėl disbalanso yra proporcinga ω² - padvigubinus greitį, jėga dėl to paties disbalanso padidėja keturis kartus. Rotorius, kuris yra priimtinai subalansuotas esant 1500 aps/min, gali sukelti pavojingą vibraciją esant 3000 aps/min. G klasės sistemoje į tai atsižvelgiama į tolerancijos skaičiavimą įtraukiant greitį ir užtikrinant, kad rotorius būtų saugus esant didžiausiam vardiniam greičiui.

4. Aiškaus, išmatuojamo priimtinumo kriterijaus nustatymas

G klasė paverčia "balanso kokybę" subjektyviu vertinimu į objektyvų, išmatuojamą teigiamo arba neigiamo įvertinimo kriterijų. Po balansavimo likutinis disbalansas lyginamas su apskaičiuotu leistinu nuokrypiu. Jei išmatuota vertė neviršija leistinos ribos, rotorius yra tinkamas. Tai labai svarbu gamybos kokybės kontrolei, sutartinėms specifikacijoms, garantiniams reikalavimams ir teisės aktų laikymuisi užtikrinti.

Leistino likutinio disbalanso apskaičiavimas

G klasės sistemos esmė - galimybė apskaičiuoti konkrečią skaitinę disbalanso toleranciją bet kuriam rotoriui. Du pagrindiniai dydžiai išvedami iš G klasės:

Specifinis disbalansas (leistinas ekscentricitetas)

Leistinas savitasis disbalansas (ekscentricitetas)
euž = (9549 × G) / n
euž µm (mikrometrais), G - mm/s, n - apsukomis per minutę. Konstanta 9549 = 60×1000/(2π)

Specifinis disbalansas (euž) yra didžiausias leistinas rotoriaus svorio centro poslinkis nuo sukimosi ašies mikrometrais. Jis priklauso tik nuo G klasės ir greičio, bet ne nuo rotoriaus masės. Dėl to jis naudingas lyginant skirtingų dydžių rotorių pusiausvyros kokybę.

Bendras leistinas likutinis disbalansas

Bendras leistinas likutinis disbalansas
Uuž = euž × m = (9549 × G × m) / n
Uuž g-mm, G - mm/s, m - kg, n - RPM

Bendras leistinas liekamasis disbalansas (Uuž) yra faktinis tikslas, kurį balansavimo specialistas turi pasiekti. Jis išreiškiamas g-mm (gramais-milimetrais) - likutinės nesubalansuotos masės ir jos atstumo nuo sukimosi ašies sandauga. Šis skaičius rodomas balansavimo staklėse ir lyginamas su leistinąja nuokrypa.

Išcentrinė jėga dėl likutinio disbalanso

Išcentrinė jėga ties tolerancijos riba
F = m × euž × ω² = Uuž × ω² / 10⁶
F niutonais, euž metrais, ω = 2π×n/60 rad/s. Padalykite iš 10⁶, kai Uuž g-mm

Ši formulė rodo, kokią faktinę dinaminę jėgą guoliai turi atlaikyti dėl leistino likutinio disbalanso esant darbiniam greičiui. Ji naudinga norint patikrinti, ar guolių apkrovos nominalioji vertė yra tinkama, ir suprasti G klasės specifikacijos poveikį realiame pasaulyje.

Kintamieji Nuoroda

SimbolisPavadinimasVienetasAprašymas
GBalanso kokybės klasėmm/sProduktas euž-ω; apibrėžia ISO klasę (pvz., 6.3, 2.5, 1.0)
eužLeistinas savitasis disbalansasµmDidžiausias CG poslinkis nuo sukimosi ašies
UužLeistinas liekamasis disbalansasg·mmBendra disbalanso tolerancija = euž × masė
mRotoriaus masėkgBendra balansuojamo rotoriaus masė
nDidžiausias paslaugos greitisRPMDidžiausias rotoriaus veikimo greitis
ωKampinis greitisrad/s= 2π × n / 60
FIšcentrinė jėgaNDinaminė jėga, atsirandanti dėl likutinio disbalanso esant greičiui

Kaip išsirinkti tinkamą G klasę

ISO standarte pateikiamos rekomendacijos dėl šimtų rotorių tipų, tačiau praktiškai jų pasirinkimas priklauso nuo kelių tarpusavyje susijusių veiksnių:

Mašinos tipas ir pritaikymas

Standarte rotoriai suskirstyti į grupes pagal paskirtį ir kiekvienai grupei rekomenduojama G klasė (žr. pirmiau pateiktą ISO lentelę). Greitaeigei turbinai reikia daug griežtesnio balanso (G 2,5 arba G 1,0) nei lėtaeigiam žemės ūkio mechanizmui (G 16 arba G 40). Projektuotojas atsižvelgia į tai, kiek mašina jautri vibracijai ir kokios būtų disbalanso sukelto gedimo pasekmės.

Rotoriaus greitis

Greitis yra svarbiausias veiksnys. Tam pačiam G klasei leistinas disbalansas (Uuž) mažėja tiesiškai su greičiu. Rotoriaus, veikiančio 6000 aps/min, tolerancija yra dvigubai mažesnė nei to paties rotoriaus, veikiančio 3000 aps/min. Didelio greičio rotorių (turbinų, turbokompresorių, šlifavimo velenų) tolerancija tampa labai maža, todėl reikia specialios balansavimo įrangos ir procedūrų.

Guolio tipas ir atramos standumas

Ant lanksčių (elastingų) atramų sumontuotą rotorių paprastai reikia labiau subalansuoti nei rotorių ant standaus pagrindo, nes lanksti sistema lengviau perduoda vibraciją. Tam pačiam alkūniniam velenui ant tamprių atramų gali reikėti G 16, o ant standžių atramų - G 40. Panašiai ir rotoriai ant skysčio plėvelės guolių dėl alyvos plėvelės slopinamojo poveikio gali toleruoti didesnį disbalansą nei rotoriai ant riedėjimo elementų guolių.

Aplinkosaugos ir saugos reikalavimai

Įrangai, veikiančiai šalia darbuotojų (ŠVOK, medicinos prietaisai), triukšmingoje aplinkoje arba saugai svarbiose srityse (elektros energijos gamyba, aviacija, atviroje jūroje), gali reikėti griežtesnio balanso, nei rekomenduojama rotoriaus tipui pagal standartą. Kai kuriose pramonės šakose (naftos chemijos, energijos gamybos) galioja savi standartai (API, IEEE), kuriuose nustatytos griežtesnės ribos nei ISO.

Konkrečiai pramonei skirtos rekomendacijos

Pramonė / taikymasTipiška G klasėPastabos
Energijos gamyba (turbinos)G 1,0 - G 2,5API 612/617 dažnai nurodo dar griežtesnius reikalavimus nei ISO
Nafta ir chemija (siurbliai, kompresoriai)G 2.5 - G 6.3API 610 siurbliai dažnai būna G 2,5 arba griežtesni
ŠVOK (ventiliatoriai, orapūtės, AHU)G 6.3Triukšmui jautriems įrenginiams gali reikėti G 2,5
Celiuliozė ir popierius (ritiniai, džiovyklos)G 6.3 - G 16Dideli lėti ritinėliai; didelė masė kompensuoja mažesnį tikslumą
Kasyba ir mineralai (trupintuvai, sietai)G 16 - G 40Atšiauri aplinka; priimtinas vidutinis tikslumas
Automobiliai (ratai, pavaros velenai)G 16 - G 40NVH reikalavimai gali būti griežtesni nei ISO minimumas
Staklės (velenai, pavaros)G 1,0 - G 2,5Paviršiaus apdailos kokybė priklauso nuo suklio balanso
Jūrų laivininkystė (sraigtų velenai, varikliai)G 6.3 - G 40Taikomos klasifikacinių bendrovių (DNV, Lloyd's, ABS) taisyklės
Vėjo energija (rotorių mazgai, generatoriai)G 6.3Ašmenų žingsnio disbalansas tvarkomas atskirai nuo stebulės balanso
Aviacijos ir kosmoso pramonė (turboventiliatoriai, giroskopai)G 0,4 - G 2,5Itin griežti; kariniai standartai (MIL-STD) gali būti viršesni už ISO

Dviejų plokštumų balansavimas - tolerancijos paskirstymas

Bendras leistinas disbalansas Uuž apskaičiuotas pagal G klasės formulę, yra skirtas visas rotorius. Praktikoje dauguma rotorių balansuojami dviejose korekcijos plokštumose (dinaminis balansavimas), todėl tolerancija turi būti paskirstoma tarp plokštumų.

ISO tolerancijos paskirstymo gairės

  • Simetriniai rotoriai (centrinis taškas maždaug ties tarpatramio viduriu): Padalykite Uuž po lygiai tarp abiejų plokštumų. Kiekviena plokštuma gauna Uuž/2.
  • Asimetriniai rotoriai (CG pasislinkęs į vieną galą): Paskirstykite proporcingai atstumams iki atramos nuo CG. Arčiausiai CG esančiai plokštumai tenka didesnė leistinosios nuokrypos dalis.
  • Vienos plokštumos balansavimas: Visa Uuž taikoma vienai korekcinei plokštumai. Tai tinka siauriems disko formos rotoriams (L/D < 0,5), kuriuose porų disbalansas yra nereikšmingas.
Svarbu: Nedvigubinkite tolerancijos

Dažna klaida yra apskaičiuoti Uuž ir tada šią vertę pritaikykite kiekvienas plokštumoje, taip faktiškai padvigubinant bendrą leistiną nuokrypį. Teisingas metodas: Uuž yra bendra suma; padalykite ją plokštumoms. Kiekvienas lėktuvas gauna Uuž/2 simetriniam rotoriui.

Išbandyti pavyzdžiai

1 pavyzdys: išcentrinio siurblio sparnuotė

Atsižvelgiant į tai, kad: Siurblio sparnuotė, masė = 12 kg, darbinis greitis = 2950 aps/min, reikiama klasė G 6,3.

1 žingsnis - specifinis disbalansas: euž = 9549 × 6.3 / 2950 = 20,4 µm

2 etapas - visiška tolerancija: Uuž = 20.4 × 12 = 245 g-mm

3 žingsnis - pagal plokštumą (simetriškai): 245 / 2 = 122 g-mm vienam lėktuvui

4 veiksmas - korekcinis svoris: Kai korekcijos spindulys R = 100 mm: svoris = 122 / 100 = 1,22 g ne daugiau kaip vienam lėktuvui

5 veiksmas - išcentrinė jėga: ω = 2π × 2950/60 = 308,9 rad/s. F = 245 × 10-⁶ × 308.9² = 23.4 N - neviršijant laikomosios galios.

2 pavyzdys: Didelis pramoninis ventiliatorius

Atsižvelgiant į tai, kad: Ventiliatoriaus rotorius, masė = 85 kg, darbinis greitis = 1480 aps/min, reikiama klasė G 6,3.

1 žingsnis - specifinis disbalansas: euž = 9549 × 6.3 / 1480 = 40,6 µm

2 etapas - visiška tolerancija: Uuž = 40.6 × 85 = 3,455 g-mm

3 žingsnis - už lėktuvą: 3,455 / 2 = 1 728 g-mm vienai plokštumai

4 veiksmas - korekcinis svoris: Kai R = 400 mm: svoris = 1728 / 400 = 4,3 gramo ne daugiau kaip vienam lėktuvui.

Praktinė pastaba: Šį ventiliatorių galima subalansuoti lauke naudojant Balanset-1A nešiojamas balansavimo įrenginys su sumontuotu rotoriumi. Prietaisas automatiškai apskaičiuoja G 6,3 toleranciją pagal rotoriaus masę ir greitį.

3 pavyzdys: automobilių turbokompresorius

Atsižvelgiant į tai, kad: Turbinos ratas, masė = 0,8 kg, maksimalus greitis = 90 000 aps/min, privalomas G 1,0 laipsnis.

1 žingsnis - specifinis disbalansas: euž = 9549 × 1.0 / 90000 = 0,106 µm - apie 100 nanometrų!

2 etapas - visiška tolerancija: Uuž = 0.106 × 0.8 = 0,085 g-mm

3 veiksmas - korekcinis svoris: Kai R = 20 mm: svoris = 0,085 / 20 = 0,004 g (4 miligramai!) vienam lėktuvui.

Praktinė pastaba: Šiam itin mažam nuokrypiui pasiekti reikia specializuotų greitaeigių balansavimo staklių, kurių skiriamoji geba yra submiligraminė. Tokio tikslumo lygiu paprastai naudojamas medžiagos šalinimas (šlifavimas ir gręžimas), o ne svorių pridėjimas.

Istorinis kontekstas - nuo ISO 1940-1 iki ISO 21940-11

G klasės sistema buvo tobulinama keletą kartų:

  • VDI 2060 (1966): Originalus vokiškas standartas, kuriame įtvirtinta balanso kokybės klasių sąvoka. Jį sukūrė Vokietijos inžinierių asociacija (Verein Deutscher Ingenieure).
  • ISO 1940 (1973 m., atnaujinta 1986 m., 2003 m.): Tarptautinis VDI 2060 koncepcijos priėmimas. ISO 1940-1:2003 "Mechaninė vibracija. Pastovios (standžios) būsenos rotorių balanso kokybės reikalavimai" tapo pasauliniu G klasės standartu.
  • ISO 21940-11:2016: Dabartinis standartas. Išsamios ISO 21940 serijos, apimančios visus rotorių balansavimo aspektus, dalis. 11 dalyje konkrečiai aptariami balansavimo kokybės reikalavimai ir ji pakeičia ISO 1940-1. G klasės vertės ir taikymo lentelės iš esmės lieka tos pačios; pagrindiniai pakeitimai yra redakcinio ir struktūrinio pobūdžio.

Nepaisant oficialaus pakeitimo, "ISO 1940" išlieka dažniausiai naudojama nuoroda pramonės pokalbiuose, pirkimo specifikacijose ir įrangos vadovuose. Abu pavadinimai reiškia tą pačią G klasės sistemą.

Dažniausiai pasitaikančios klaidos taikant G klases

1 klaida: balansavimo greičio naudojimas vietoj paslaugos greičio

G klasės leistinas nuokrypis turi būti apskaičiuojamas pagal maksimalus aptarnavimo greitis (darbinis greitis), o ne balansavimo mašinos greitis. Daugelis rotorių balansuojami mažesniu nei darbinis sūkių dažniu. Naudojant balansavimo sūkių dažnį formulėje, gaunama per maža faktinėms darbo sąlygoms leistina nuokrypa. . Balanset-1A programinė įranga leidžia įvesti aptarnavimo greitį atskirai nuo balansavimo greičio, kad būtų išvengta šios klaidos.

2 klaida: G klasės painiojimas su vibracijos lygiu

G 6,3 NEREIŠKIA, kad sumontuota mašina vibruos 6,3 mm/s greičiu. G vertė yra mašinos savybė. vien tik rotorius, išmatuota arba apskaičiuota kaip laisvojo kūno nuokrypa. Sumontuotos mašinos vibracija priklauso nuo daugelio papildomų veiksnių: guolių būklės, lygiavimas, struktūrinis natūralieji dažniai, slopinimas ir kt. Rotorius, subalansuotas pagal G 6,3, vienoje mašinoje gali sukelti 1 mm/s vibraciją, o kitoje - 4 mm/s vibraciją, priklausomai nuo įrengimo.

3 klaida: per didelis įvertinimas

Nurodydami G 1,0 lėtaeigiam ventiliatoriui, kuriam reikia tik G 6,3, gaištate laiką ir pinigus. Griežtesnės klasės reikalauja daugiau balansavimo iteracijų, tikslesnės įrangos ir ilgesnio balansavimo laiko. Nurodykite taikymui tinkamą klasę - geresnis balansavimas, nei reikia, užtikrina mažėjančią grąžą ir kartu didina išlaidas.

Klaida Nr. 4: Bendros tolerancijos taikymas kiekvienai plokštumai

Kaip pažymėta pirmiau, Uuž yra iš viso tolerancija rotoriui. Dviejų plokštumų balansavimo atveju dalykite iš 2 (arba paskirstykite proporcingai, jei rotorius asimetrinis). Taikant Uuž kiekvienoje plokštumoje padvigubina faktinę bendrąją leistinąją nuokrypą ir gali viršyti numatytą klasę.

Klaida Nr. 5: temperatūros ir surinkimo pokyčių ignoravimas

Kai kurių rotorių pusiausvyra keičiasi tarp šaltų (aplinkos) ir karštų (darbo) sąlygų dėl terminio iškraipymo, išcentrinio augimo arba montavimo pokyčių. Rotorius, kuris balansavimo staklėse kambario temperatūroje atitinka G 2.5, darbo temperatūroje gali viršyti šią leistinąją nuokrypą. Kritiniams rotoriams rekomenduojama atlikti greitaeigį balansavimą darbo sąlygomis arba artimomis darbo sąlygoms.

Klaida Nr. 6: rakto ir rakto kelio konvencijos nepaisymas

ISO 21940-11 nurodyta, kad balansuojant rotorių su rakto grioveliu reikėtų taikyti pusės rakto taisyklę (balansuojant pridėti pusę rakto prie rakto griovelio, kad apytiksliai atitiktų sumontuoto rotoriaus būklę). Naudojant visą raktą, nenaudojant rakto arba ignoruojant šią taisyklę, atsiranda pradinė disbalanso paklaida, kuri gali būti didelė, kai naudojamos griežtos G klasės.

Kodėl G klasės yra svarbios - verslo argumentai

Tinkamas G-graundų naudojimas duoda išmatuojamą naudą:

  • Guolių tarnavimo laikas: Guolis L10 gyvavimo trukmė yra proporcinga (C/P)³, kur P apima disbalanso jėgą. Sumažinus disbalansą perpus, guolio tarnavimo laikas gali pailgėti iki 8× (2³ = 8). Tai tiesiogiai reiškia, kad sumažėja techninės priežiūros išlaidos ir prastovos.
  • Energijos vartojimo efektyvumas: Disbalansas-dėl vibracijos sukeltos vibracijos energija išsisklaido kaip šiluma guoliuose, sandarikliuose ir slopintuvuose. Gerai subalansuoti rotoriai veikia vėsiau ir sunaudoja mažiau energijos - paprastai pramoniniuose varikliuose sutaupoma 1-3% energijos.
  • Triukšmo mažinimas: Vibracija dėl disbalanso perduodama per konstrukciją ir sklinda kaip triukšmas. Tinkamas G klasės atitikimas dažnai yra ekonomiškiausias būdas laikytis darbo vietos triukšmo reikalavimų.
  • Standartizavimas ir sąveika: G klasės sistema užtikrina, kad A gamintojo subalansuotas rotorius atitiktų tą patį kokybės standartą kaip ir B gamintojo subalansuotas rotorius - tai labai svarbu pasaulinėms tiekimo grandinėms ir keičiamiems komponentams.
  • Atitiktis teisės aktams: Daugelyje pramonės šakų reikalaujama dokumentais pagrįstų balanso kokybės įrodymų draudimo, garantijos ir saugos sertifikavimo tikslais. G klasė yra visuotinai pripažintas dokumentų standartas.
Praktinė balansavimo įranga G klasės atitikčiai užtikrinti

Svetainė Balanset-1A nešiojamame balanseryje yra integruota ISO 1940 / ISO 21940-11 tolerancijos skaičiuoklė. Įveskite rotoriaus masę, darbinį greitį ir pageidaujamą G klasę - programinė įranga automatiškai apskaičiuos Uuž, paskirsto leistiną nuokrypį tarp plokštumų ir po kiekvieno balansavimo bandymo pateikia aiškią teigiamo/neigiamo rezultato indikaciją. . Balanset-4 išplečia šią galimybę iki keturių kanalų matavimo, kad būtų galima atlikti sudėtingus balansavimo nustatymus.

← Grįžti į žodyno rodyklę