ISO 1940-1: Mekanisk vibrasjon – Krav til balansekvalitet for rotorer i konstant (stiv) tilstand

Sammendrag

ISO 1940-1 er en av de viktigste og hyppigst refererte standardene innen rotorbalansering. Den gir en systematisk metode for å klassifisere rotorer etter type, bestemme et passende balanseringskvalitetsnivå og beregne en spesifikk balanseringstoleranse. Kjernen i standarden er konseptet med Balansekvalitetskarakterer (G-karakterer), som lar produsenter og vedlikeholdspersonell spesifisere og verifisere presisjonen til en balanseringsjobb på en standardisert måte. Denne standarden gjelder spesifikt for stive rotorer– de som ikke bøyer seg eller bøyer seg ved driftshastigheten.

Merk: Denne standarden er formelt erstattet av ISO 21940-11, men prinsippene og G-grade-systemet er fortsatt det grunnleggende grunnlaget for balansering av stive rotorer over hele verden.

Innholdsfortegnelse (konseptuell struktur)

Standarden er strukturert for å veilede brukeren gjennom prosessen med å bestemme en tillatt gjenværende ubalanse:

1. 1. Omfang og anvendelsesområde:

   Denne innledende delen etablerer standardens grenser og formål. Den sier eksplisitt at reglene og retningslinjene gjelder for rotorer som oppfører seg stivt gjennom hele driftshastighetsområdet. Dette er den grunnleggende antagelsen for hele standarden; det betyr at rotoren ikke opplever betydelig bøying eller deformasjon på grunn av ubalansekrefter. Omfanget er bredt og ment å dekke et bredt spekter av roterende maskineri på tvers av alle bransjer. Den tydeliggjør imidlertid også at dette er en generell standard, og for visse spesifikke typer maskineri (f.eks. gassturbiner for luftfart) kan andre, strengere standarder ha forrang. Den setter målet: å tilby en systematisk metode for å spesifisere balansetoleranser, som er avgjørende for kvalitetskontroll i produksjon og reparasjon.

2. 2. Balansekvalitetskarakterer (G-karakterer):

   Denne delen er kjernen i standarden. Den introduserer konseptet med Balansekvalitetskarakterer (G-karakterer) som en måte å klassifisere balansekravene for ulike typer maskineri. G-graden er definert som produktet av den spesifikke ubalansen (eksentrisitet, e) og den maksimale driftsvinkelhastigheten (Ω), hvor G = e × ΩDenne verdien representerer en konstant vibrasjonshastighet, noe som gir et standardisert mål på kvalitet. Standarden gir en omfattende tabell som viser et bredt utvalg av rotortyper (f.eks. elektriske motorer, pumpehjul, vifter, gassturbiner, veivaksler) og tildeler en anbefalt G-grad for hver. Disse gradene er basert på flere tiår med empiriske data og praktisk erfaring. For eksempel kan en G6.3 anbefales for en standard industrimotor, mens en presisjonsslipespindel ville kreve en mye strengere G1.0 eller G0.4. Et lavere G-tall betyr alltid en strammere, mer presis balansetoleranse, noe som betyr mindre tillatt gjenværende ubalanse.

3. 3. Beregning av tillatt restubalanse:

   Denne delen gir den essensielle matematiske broen fra den teoretiske G-graden til en praktisk, målbar toleranse. Den beskriver formelen for å beregne den tillatte spesifikke ubalansen (e_per), som er den tillatte forskyvningen av tyngdepunktet fra rotasjonsaksen. Formelen er avledet direkte fra definisjonen av G-klassen:

   e_per = G / Ω

   For praktisk bruk med vanlige tekniske enheter gir standarden formelen:

   e_per [g·mm/kg] = (G [mm/s] × 9549) / n [o/min]

   Når den tillatte spesifikke ubalansen (e_per) beregnes, multipliseres den med rotorens masse (M) for å finne den totale tillatte gjenværende ubalansen (U_per) for hele rotoren: U_per = e_per × MDenne endelige verdien, uttrykt i enheter som gram-millimeter (g·mm), er målet som balanseringsmaskinoperatøren må oppnå. Rotoren anses som balansert når den målte restubalansen er under denne beregnede verdien.

4. 4. Tildeling av gjenværende ubalanse til korreksjonsplan:

   Denne delen tar for seg det kritiske trinnet med å fordele den beregnede totale tillatte ubalansen (U_per) inn i spesifikke toleranser for hver av de to korreksjonsplanEn toplansbalanse er nødvendig for å korrigere for begge statisk og ubalanse i paretStandarden gir formler for denne fordelingen, som avhenger av rotorens geometri. For en enkel, symmetrisk rotor deles den totale ubalansen ofte likt mellom de to planene. For mer komplekse geometrier, som overhengende rotorer eller rotorer med tyngdepunktet som ikke er sentrert mellom lagrene, gir standarden imidlertid spesifikke formler. Disse formlene tar hensyn til avstandene mellom korreksjonsplanene og tyngdepunktet fra lagrene, og sikrer at toleransen for hvert plan fordeles riktig. Dette trinnet er viktig fordi en balanseringsmaskin måler ubalansen i hvert plan uavhengig. Derfor trenger operatøren en spesifikk målverdi for hvert plan (f.eks. "Tillatt ubalanse i plan I er 15 g·mm og i plan II er 20 g·mm").

5. 5. Kilder til feil i balansering:

   Denne siste delen fungerer som en praktisk veiledning til de virkelige faktorene som kan kompromittere nøyaktigheten til en balanseringsjobb, selv når en presis toleranse er beregnet. Den fremhever at det er umulig å oppnå en perfekt balanse, og at målet er å redusere den gjenværende ubalansen til et nivå under den beregnede toleransen. Standarden diskuterer flere viktige feilkilder som må håndteres, inkludert: feil i kalibreringen av selve balanseringsmaskinen; geometriske ufullkommenheter i rotorens akseltapper eller monteringsflater (kast); feil introdusert av verktøyet som brukes til å montere rotoren på maskinen (f.eks. en ubalansert spindel); og driftseffekter som ikke er tilstede under lavhastighetsbalansering, for eksempel termisk ekspansjon eller aerodynamiske krefter. Dette kapittelet fungerer som en viktig sjekkliste for kvalitetskontroll, og minner utøveren om å vurdere hele balanseringsprosessen, ikke bare det endelige tallet på maskinens display.

Nøkkelbegreper

• Standardisering: G-Grade-systemet tilbyr et universelt språk for balanseringskvalitet. En kunde kan spesifisere «balanse til G6.3», og ethvert balanseringsverksted i verden vil vite nøyaktig hvilken toleranse som kreves.
• Hastighetsavhengighet: Standarden gjør det klart at balansetoleransen er kritisk avhengig av maskinens driftshastighet. En raskere rotor krever en strammere balanse (en mindre tillatt gjenværende ubalanse) for å produsere samme vibrasjonsnivå som en tregere rotor.
• Praktisk: Standarden gir et velprøvd, praktisk rammeverk basert på flere tiår med empiriske data, som bidrar til å unngå både underbalansering (som fører til høy vibrasjon) og overbalansering (som er unødvendig dyrt).

← Tilbake til hovedindeksen