Balansekvalitetsgrad (G-grad): Definisjon, formål og anvendelse
Hva er en balansekvalitetsgrad (G-grad)?
A Balanse kvalitetskarakter, G-klasse, ofte kalt “G-grad”, er en standardisert klassifisering som er definert i standardene ISO 1940-1 og ISO 21940-11, og som spesifiserer den maksimalt tillatte restubalansen for en rotor. G-graden angir med andre ord hvor nøyaktig en rotor må balanseres. Den måler ikke vibrasjonsnivået direkte, men definerer en ubalansetoleranse basert på rotorens masse og maksimale driftshastighet.
Tallet etter bokstaven G (f.eks. G6.3, G2.5) tilsvarer den maksimale vibrasjonshastigheten til rotorens massesenter, uttrykt i millimeter per sekund (mm/s). For eksempel betyr klasse G6.3 at rotorens massesenter ikke skal oppleve vibrasjoner som overstiger 6,3 mm/s ved maksimal driftshastighet, mens den strengere klassen G2.5 begrenser denne hastigheten til 2,5 mm/s. Jo lavere G-tallet er, desto strengere er kravene til balanseringen: mindre ubalansetoleranse og høyere balanseringspresisjon.
Formålet med G-klassesystemet
G-grad-systemet ble utviklet for å etablere en universell standard som definerer hvor godt en rotor må være balansert. I stedet for vage utsagn som “rotoren må være godt balansert”, kan ingeniører spesifisere et presist, verifiserbart mål, for eksempel “balanse til G6.3”. Denne standarden gir produsenter, serviceingeniører og kunder et felles språk som sikrer at utstyret oppfyller de nødvendige pålitelighets- og sikkerhetsstandardene. Hovedmålene med G-klassesystemet er
Begrensning av vibrasjoner fra ubalanse til akseptable nivåer. Ubalanse forårsaker sentrifugalkrefter og vibrasjoner som kan føre til støy, utmattingsfeil og ulykker. Ved å bruke standard balansegrader kan disse vibrasjonene kontrolleres innenfor trygge grenser.
Minimerer dynamiske belastninger på lagrene og forlenger levetiden deres. Kontinuerlig vibrasjon virker på lagrene som en hammer, og øker slitasjen. Ved å begrense ubalansen ved hjelp av den nødvendige G-graden reduseres kreftene som virker på lagrene, noe som forlenger levetiden deres.
Sikrer sikker rotordrift ved maksimal designhastighet. Jo høyere rotasjonshastigheten er, desto sterkere blir effekten av selv små ubalanser. En streng balansegrad garanterer at rotoren ikke vil oppleve ødeleggende vibrasjoner ved driftshastigheten. Dette er spesielt viktig for høyhastighetsmaskiner (turbiner, kompressorer osv.), der for stor ubalanse kan føre til feil.
Et tydelig, målbart akseptkriterium. Ved å ha en G-klassestandard kan man under produksjon og reparasjon kontrollere om det nødvendige balansenivået er oppnådd. Hvis den gjenværende ubalansen etter balansering ikke overskrider den tillatte verdien for den gitte G-graden, anses rotoren å ha bestått inspeksjonen. Denne tilnærmingen forvandler balansering fra en kunst til en presis vitenskap med verifiserbare kriterier.
Hvordan bestemmes kvalitetskarakterene for balanse?
ISO-standardene inneholder anbefalinger for valg av G-grader for hundrevis av typiske rotorer og maskiner. Standardtabellene (f.eks. ISO 1940-1, nå erstattet av ISO 21940-11) viser anbefalte G-grader for ulike utstyrskategorier. Valget av en spesifikk klasse avhenger av flere faktorer:
Maskintype og formål. En høyhastighetsturbin eller presisjonsspindel krever mye mer presis balansering (lavere G) enn en landbruksmaskin med lav hastighet. Konstruktørene vurderer hvor følsom en gitt maskintype er for vibrasjoner, og hvilke konsekvenser ubalanse kan få.
Rotormasse og dimensjoner. Lettere rotorer er generelt mer følsomme for ubalanse og kan ha strengere krav. Rotormassen går direkte inn i beregningen av tillatt ubalanse - en tyngre rotor kan “tåle” noe større absolutt ubalanse uten å øke vibrasjonene sammenlignet med en lettere rotor.
Maksimal rotasjonshastighet. Dette er en av nøkkelfaktorene: Jo høyere hastighet, desto strengere må balansen være. For samme ubalansestørrelse øker kreftene proporsjonalt med kvadratet av rotasjonshastigheten. Derfor velges en lavere G-klasse for høyhastighetsrotorer for å kompensere for hastighetseffekten.
Bærestruktur og monteringsforhold. En rotor montert på fleksible (elastiske) støtter krever vanligvis mer nøye balansering enn en rotor på et stivt fundament, siden et fleksibelt system demper vibrasjoner mindre effektivt. For eksempel kan det være forskjellige graderinger (G16 vs. G40) for samme veivaksel avhengig av om motoren er montert på elastiske vibrasjonsisolatorer eller stivt.
Eksempler på vanlige balansekvalitetsgrader
| G-klasse | Maks. Hastighet (mm/s) | Typiske bruksområder |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Bilhjul og -felger; veivaksler for forbrenningsmotorer med lav hastighet (lavt turtall). |
| G 16 | 16 mm/s | Deler til knusere og landbruksmaskiner, drivaksler (kardanaksler), store komponenter til allsidige maskiner med moderate krav. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Standardkvalitet for det meste av industrielt utstyr: rotorer til elektriske motorer, pumpehjul, vifter, lavhastighetsturbokompressorer, generelt prosessutstyr. G6.3 er en av de mest spesifiserte kvalitetene. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Høyhastighets- og høypresisjonsrotorer: gass- og dampturbiner, turbokompressorrotorer, verktøymaskiner, høypresisjonsspindler og høyhastighets elektriske maskiner. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Svært presis balansering for presisjonsmekanismer: drivverk til slipemaskiner, små høyhastighets elektriske motorer og turboladere til biler. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Høyeste balanseringspresisjon for svært følsomme enheter med høy hastighet: gyroskoper, presisjonsspindler (f.eks. for presisjonsmaskinering eller mikroelektronikkutstyr), harddisker og andre komponenter som krever minimal vibrasjon. |
Merk: Hastighetsverdien i mm/s i klassebetegnelsen tilsvarer produktet av spesifikk eksentrisitet og vinkelhastighet: G = eper-ω. G-tallet angir dermed grensehastigheten for den forflyttede massesenterbevegelsen under rotordrift. I praksis kan klassevalget variere med ett nivå opp eller ned, avhengig av spesifikke krav og driftsforhold.
Beregning av tillatt gjenværende ubalanse
Når du kjenner den nødvendige G-graden, kan du beregne den maksimalt tillatte restubalansen - den mengden ubalanse som kan gjenstå etter balansering uten å overskride den spesifiserte graden. ISO-standarden gir følgende formel:
Uper (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
Hvor:
- Uper - tillatt gjenværende ubalanse i gram-millimeter (g-mm)
- G — balansekvalitetsgrad (mm/s)
- m - rotormasse (kg)
- n - maksimal driftshastighet (RPM)
Eksempel: For en rotor med en masse på 100 kg, som roterer med en maksimal hastighet på 3000 o/min, og som må balanseres i henhold til klasse G6.3, er den tillatte restubalansen
Uper = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
Dette betyr at en total ubalanse på ca. 2005 g-mm er tillatt for denne rotoren uten å overskride G6.3. I praksis fordeles denne restubalansen mellom korreksjonsplanene. For dynamisk balansering i to plan beregnes Uper fordeles likt eller proporsjonalt mellom planene i forhold til rotorkonfigurasjonen. Dermed får balanseringsteknikeren et spesifikt numerisk mål som skal oppnås.
Praktisk balansering og utstyr
For å oppnå ønsket balansegrad i praksis brukes spesialutstyr. Under produksjonsforhold brukes vanligvis stasjonære balanseringsmaskiner, der rotoren snurres og korrigeres til den gjenværende ubalansen faller til normen for den valgte G-graden.
Under feltforhold (f.eks. når det oppstår vibrasjoner i en allerede installert vifte eller pumpe), kan man imidlertid bruke bærbare balanseringsinstrumenter. Et eksempel er Balanset-1A enhet - en bærbar tokanals vibrometer-avbalanserer. Den muliggjør dynamisk balansering i ett eller to plan direkte på utstyret in situ (på stedet, uten at rotoren må fjernes).
Fig. 1: Balanset-1A bærbar vibrometer-balanser koblet til en bærbar PC. Denne kompakte enheten omfatter en elektronisk målemodul, to vibrasjonssensorer og et laserturteller, med kontroll og beregning av ubalanse utført av PC-programvare.
Fig. 1: Vinduet for beregning av balanseringstoleranse i Balanset-programvaren. Programmet har en innebygd kalkulator som automatisk beregner tillatt restubalanse i henhold til ISO 1940-standarden basert på rotormasse, driftshastighet og valgt G-klasse.
Enheten kobles til en bærbar datamaskin, måler vibrasjoner og ubalansefase ved hjelp av sensorer og et optisk turteller, og deretter beregner programvaren automatisk de nødvendige korreksjonsvektene. Balanset-1A har blant annet automatisk beregning av tillatt ubalanse i henhold til ISO 1940 (G-grader) - enheten bestemmer selv hvilket vibrasjonsnivå som må reduseres for å oppnå for eksempel G6.3 eller G2.5.
Moderne avbalanseringsinstrumenter som Balanset-1A gjør det raskere og mer pålitelig å oppnå ønsket avbalanseringsgrad. Ved hjelp av standard G-terminologi og innebygde toleranseberegninger vet ingeniører og teknikere nøyaktig hva som er kriteriene for vellykket balansering. Standardiseringen av balansekvaliteten ved hjelp av G-grader har gjort det mulig å utvikle et felles språk for å beskrive hvor “jevnt” en bestemt rotor skal fungere, og for å oppnå dette nivået av vibrasjonssikkerhet ved hjelp av metoder som er forståelige og etterprøvbare over hele verden.
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 