ISO 1940-2 - Balance Errors (nå ISO 21940-14)
Den historiske standarden for vurdering av balanseringsfeil for stive rotorer — systematiske, tilfeldig variable og skalare feilkilder i balanseringsprosessen. Trukket tilbake og erstattet av ISO 21940-14:2012. Selve balanseringsterminologien er definert i ISO 21940-2 (tidligere ISO 1925) og oppsummeres nedenfor.
Oversikt over de viktigste balanseringsvilkårene
De viktigste definisjonene fra ISO-terminologien for balansering — ISO 21940-2 (tidligere ISO 1925) — begrepene enhver som arbeider med balansering må kjenne
Komplett terminologireferanse
Alle hovedbegrepene fra balanseringsterminologien, ISO 21940-2 (tidligere ISO 1925), organisert etter kategori
| Periode | Definisjon | Betydning |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Et legeme som kan rotere rundt en definert akse. I balanseringssammenheng omfatter dette alle roterende komponenter: aksler, løpehjul, armaturer, tromler, spindler. | Det grunnleggende objektet for balansering. Alle andre begreper beskriver egenskaper ved, eller virkninger på, rotoren. |
| Rotor Stiv rotor | En rotor hvis ubalanse kan korrigeres i to vilkårlige plan, og etter korreksjon endres ikke restubalansen vesentlig ved noen hastighet opp til maksimal driftshastighet. | Fastslår at ISO 1940-1 (G-klassesystem) gjelder. Balansering ved lav hastighet på en verkstedmaskin er gyldig. De aller fleste industrielle rotorer er stive. |
| Rotor Fleksibel rotor | En rotor som deformeres elastisk ved driftshastigheten slik at ubalansetilstanden endres. Må korrigeres ved eller nær driftshastighet i mer enn to plan. | Krever ISO 21940-12. Høyhastighetsturbiner, store generatorer, flertrinnskompressorer. Spesialisert høyhastighets balanseringsutstyr er nødvendig. |
| Rotor Akselakse | Den rette linjen som forbinder sentrene til lagertappene. Den geometriske rotasjonsaksen. | Referanseaksen for alle ubalansemålinger. Rundløp av tapper påvirker målenøyaktigheten. |
| Rotor Hovedtreghetsakse | Den aksen som rotoren roterer fritt rundt uten å produsere sentrifugalkraft eller moment. Sammenfaller med akselaksen for en perfekt balansert rotor. | Misforholdet mellom hovedakse og akselakse er ubalanse. All korrigering tar sikte på å justere disse to aksene. |
| Rotor Massesenter (tyngdekraft) | Det punktet der hele rotormassen kan betraktes som konsentrert. For en balansert rotor ligger det nøyaktig på akselaksen. | Statisk ubalanse = CoM forskjøvet fra akselaksen. Spesifikk ubalanse (e) = forskyvningsavstand. |
| Rotor Servicehastighet | Den maksimale rotasjonshastigheten som rotoren opererer med i det tiltenkte bruksområdet. | Avgjørende for toleranseberegning: Uper = (9 549 × G × M) / n. Bruk alltid servicehastighet, ikke balanseringshastighet. |
| Rotor Kritisk hastighet | En rotasjonshastighet der et rotorlagersystem opplever resonans, noe som resulterer i kraftig forsterkede vibrasjoner. | Bestemmer klassifiseringen stiv/fleksibel. En stiv rotor opererer godt under den første bøyekritiske hastigheten. |
| Periode | Definisjon | Formel / Enheter |
|---|---|---|
| Ubalanse Ubalanse | Tilstand der treghetens hovedakse ikke er sammenfallende med rotasjonsaksen. Forårsaker sentrifugalkraft som er proporsjonal med masse, eksentrisitet og hastighet i kvadrat. | U = m × r (g-mm eller kg-m) |
| Ubalanse Statisk ubalanse | Hovedaksen er parallell med rotasjonsaksen, men forskjøvet. Tilsvarer en enkelt masse med en enkelt radius. Detekterbar uten rotasjon (knivkanter). Lagervibrasjon i fase. | Rettet i 1 plan |
| Ubalanse Koblingsubalanse | Hovedaksen skjærer rotasjonsaksen ved massesenteret, men er skråstilt. To like tunge, motsatte punkter i forskjellige plan skaper et gyngende moment. Kan bare oppdages mens den spinner. | Rettet i 2 fly |
| Ubalanse Dynamisk ubalanse | Det generelle tilfellet: hovedaksen er verken parallell med eller skjærer rotasjonsaksen. Kombinasjon av statisk og par. Den vanligste tilstanden i den virkelige verden. | Rettet i 2 fly |
| Ubalanse Spesifikk ubalanse | Forholdet mellom ubalanse og rotormasse. Representerer eksentrisiteten - massesenterets forskyvning fra akselaksen. Gjør det mulig å sammenligne kvaliteten på tvers av ulike rotorstørrelser. | e = U / M (µm eller g-mm/kg) |
| Ubalanse Gjenværende ubalanse | Ubalansen som gjenstår i en rotor etter balanseringsprosessen. Må ikke overstige den tillatte verdien (Uper) for den angitte G-klasse. | Ures ≤ Uper |
| Ubalanse Innledende ubalanse | Ubalansen til en rotor slik den mottas, før eventuell balanseringskorreksjon. Målt ved første kjøring. | Baseline for balanseringsprosedyren |
| Ubalanse Ubalansevektor | Størrelsen og vinkelposisjonen til ubalansen i et gitt plan. Representeres som en polar vektor med amplitude (g-mm) og fasevinkel (°). | U∠θ (g-mm ved ° fra ref) |
| Periode | Definisjon | Praktiske merknader |
|---|---|---|
| Prosess Balansering | Prosessen med å kontrollere og justere massefordelingen i en rotor slik at den gjenværende ubalansen er innenfor en spesifisert toleranse. | Iterativ: måle → beregne → korrigere → verifisere. |
| Prosess Korreksjonsplan | Et plan vinkelrett på rotoraksen der masse legges til eller fjernes. Det fysisk tilgjengelige stedet for plassering av vekt. | Kan avvike fra toleranseplan (bærende) - krever geometrisk konvertering. |
| Prosess Toleranseplan | Det planet der tillatt ubalanse er spesifisert - vanligvis lagerplanet. Ubalanse her påvirker lagerbelastningen direkte. | Uper er angitt for toleranseplan; må konverteres til korreksjonsplan. |
| Prosess Korreksjon Masse | Den fysiske massen (vekten) som legges til eller fjernes fra rotoren ved en bestemt radius og vinkel innenfor korreksjonsplanet. | Lagt til: klips på, bolt på, sveis, epoxy. Fjernet: boring, fresing, sliping. |
| Prosess Prøvevekt | En kjent masse som er midlertidig festet til rotoren med en kjent radius og vinkel under balanseringsprosedyren. Brukes til å bestemme rotorens respons (påvirkningskoeffisient). | Balanset-1A-prøvevektmetoden: kjøring → vedlagt prøve → kjøring → programvare beregner korreksjon. |
| Prosess Påvirkningskoeffisient | Endringen i vibrasjonsrespons (amplitude og fase) ved et målepunkt forårsaket av en enhetsubalanse på et bestemt sted. Karakteriserer rotorlagerets følsomhet. | Beregnet fra prøvevektskjøringer. Balansering i to plan krever en 2×2 innflytelsesmatrise. |
| Prosess Balansering i ett plan | Prosedyre som korrigerer statisk ubalanse i ett korreksjonsplan. Egnet for korte (skivelignende) rotorer med L/D < 0,5. | Balanset-1A F2-modus. Én sensor, ett plan. |
| Prosess Toplansbalansering | Prosedyre som korrigerer både statisk ubalanse og parubalanse i to korreksjonsplan. Påkrevd for langstrakte rotorer eller når parubalansen er betydelig. | Balanset-1A F3-modus. To sensorer, to plan. |
| Prosess Balansering av trim | En siste finjustering som utføres på en montert rotor for å kompensere for ubalanse som er forårsaket av monteringen (koblingsutslag, passformtoleranser). | Utføres ofte i felten på den installerte maskinen. |
| Prosess Deling av vekt | Fordeling av en beregnet korreksjonsmasse mellom to tilstøtende tilgjengelige steder (f.eks. to bolthull eller bladposisjoner) når den nøyaktige vinkelposisjonen ikke er tilgjengelig. | Balanset-1A gir automatisk beregning av vektfordeling. |
| Periode | Definisjon | Sammenligning |
|---|---|---|
| Maskin Balanseringsmaskin | En enhet som måler ubalanse i en rotor (størrelse og vinkelposisjon) slik at massefordelingen kan korrigeres. | Butikkbasert (stasjonær) eller feltbasert (bærbar som Balanset-1A). |
| Maskin Myklagret balanseringsmaskin | Opphenget er svært fleksibelt. Rotoren går over fjæringens egenfrekvens. Måler fysisk forskyvning. Må kalibreres for hver enkelt rotorgeometri. | Mindre vanlig i dag. Lavere kostnad, men operatøren må kalibrere hver rotor på nytt. Forskyvningsregistrering. |
| Maskin Hardlagret balanseringsmaskin | Fjæringen er svært stiv. Rotoren går under fjæringens egenfrekvens. Sensorer måler sentrifugalkraften direkte. Permanent kalibrert - aksepterer et bredt spekter av rotorer uten rotorspesifikt oppsett. | Dominerende type i moderne industri. Mer allsidig, raskere oppsett. Kraftavlesning. |
| Maskin Feltbalansering | Bærbart instrument som brukes til å balansere rotorer in situ (installert i maskinen) uten demontering. Bruker vibrasjonssensorer og et turteller. Prøvevektmetode. | Balanset-1A (2-kanals) og Balanset-4 (4-kanals). ISO 1940 toleransekalkulator innebygd. |
| Maskin Dorn (spindel) | En aksel eller adapter som en rotor monteres på for balansering på en maskin. Må være nøyaktig konsentrisk og ha ubetydelig rundgang. | Dornens eksentrisitet er en viktig kilde til systematiske avbalanseringsfeil. Verifisert ved hjelp av indekstest. |
| Periode | Definisjon | Formel / Standard |
|---|---|---|
| Kvalitet Balansekvalitetsgrad (G) | En klassifisering som angir den maksimalt tillatte hastigheten til rotorens massesenter. G = eper × ω. Karakterene danner en logaritmisk skala med faktor 2,5. | G 0,4 ... G 4000 Definert i ISO 1940-1 |
| Kvalitet Tillatt restubalanse (Uper) | Maksimal restubalanse som er tillatt for den angitte G-graden, rotormassen og driftshastigheten. Akseptkriteriet. | Uper = (9549 × G × M) / n |
| Kvalitet Balanse Toleranse | Området som restubalansen må ligge innenfor for å oppfylle det spesifiserte kvalitetskravet. Lik Uper. | Spesifisert per fly etter tildeling |
| Kvalitet Forhold for reduksjon av ubalanse (URR) | Forholdet mellom opprinnelig ubalanse og gjenværende ubalanse etter én korreksjonssyklus. Indikerer effektiviteten til balanseringsmaskinen/prosedyren. | URR = Uførste / Ugjenværende Typisk: 5-50× |
| Mål Fasevinkel | Ubalansvektorens vinkelposisjon i forhold til et referansemerke på rotoren (målt med turteller). Sammen med amplituden definerer dette den komplette ubalansvektoren. | ° (grader, 0-360) |
| Mål Vibrasjonshastighet (RMS) | Kvadratrotverdien av vibrasjonshastigheten ved et lagerhus. Standard måleparameter for vurdering av maskinens tilstand per ISO 10816. | mm/s RMS (10-1000 Hz) |
| Mål Indekstest | Verifiseringsprosedyre: Roter rotoren en definert vinkel (f.eks. 180°) i forhold til maskinstøttene, og mål på nytt. Oppdager feil på dornen og fiksturen. | Påkrevd for formell verifisering i henhold til ISO 1940-1 kap. 10 |
| Mål Minste oppnåelige restubalanse (Umar) | Den laveste restubalansen som kan oppnås på en gitt balanseringsmaskin for en spesifikk rotor. Bestemmes av maskinens følsomhet, støynivå og lagerforhold. | Umar må være ≤ Uper for at maskinen skal være egnet for den nødvendige G-graden. |
Hva er ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mechanical vibration — Balance quality requirements of rigid rotors — Part 2: Balance errors) var den internasjonale standarden for å identifisere, vurdere og ta hensyn til feilene som oppstår ved balansering av stive rotorer — fra ubalanse i dor og drivaksel til komponentkast og instrumentspredning. Den er trukket tilbake og erstattet av ISO 21940-14:2012 (Mechanical vibration — Rotor balancing — Part 14: Procedures for assessing balance errors), som utvider de samme prosedyrene til rotorer med fleksibel oppførsel. Merk: den forveksles ofte med balanseringen vocabulary — det er en annen standard, ISO 21940-2 (tidligere ISO 1925), hvis terminologi denne siden oppsummerer nedenfor.
Når en ingeniør i Tyskland spesifiserer "korrigering av dynamisk ubalanse til G 6.3 i to plan", må en tekniker i Japan forstå nøyaktig hva som kreves — samme rotortilstand, samme balanseringsprosedyre og samme akseptkriterium. ISO-terminologien for balansering — ISO 21940-2 (tidligere ISO 1925) — gjør dette mulig ved å tilby ett enkelt, internasjonalt avtalt vokabular for hele fagfeltet.
ISO 1940-2 selv var derimot verken en ordbok eller en toleransespesifikasjon — den behandlet balance errors. Den klassifiserte feilkildene i balanseringsprosessen som systematic (størrelse og vinkel kan evalueres — f.eks. ubalanse i dor eller drivaksel, radialt og aksialt kast, kiler og kilespor, restmagnetisme, remontering og instrumenteringsfeil), tilfeldig varierende (løse deler, innestengte væsker, termisk deformasjon, vindmotstand) og scalar (bare maksimal størrelse kan estimeres, vinkelen er ubestemt — f.eks. passningsklaring og produksjonstoleranser), og ga prosedyrer for å vurdere dem og ta dem i betraktning slik at restubalansen faktisk holder seg innenfor den tillatte verdien Uper fra ISO 1940-1 (nå ISO 21940-11). Dens etterfølger, ISO 21940-14, har nøyaktig denne rollen innen ISO 21940-serien.
Detaljert begrepsanalyse
Skillet mellom rigid og fleksibel
Dette er den viktigste klassifiseringen innen balansering. Skillet avgjør alt: hvilken standard som gjelder, hvilket utstyr som trengs, hvor mange plan som kreves, og med hvilken hastighet balanseringen må utføres.
En rotor hvor ubalansen kan korrigeres i to vilkårlige plan, og hvor den gjenværende ubalansen etter korreksjon ikke endres vesentlig ved noen hastighet opp til maksimal driftshastighet. Praktisk prøve: hvis den første bøyningen kritisk hastighet er langt over den maksimale driftshastigheten (vanligvis > 1,5× eller mer), er rotoren stiv.
En rotor som deformeres elastisk ved driftshastighet slik at ubalansetilstanden endres. Må være balansert ved eller nær driftshastighet i mer enn to plan. Gjelder for: store turbogeneratorer, flertrinns høyhastighetskompressorer, lange papirmaskinruller med høy hastighet. Omfattet av ISO 21940-12.
De aller fleste industrielle rotorer - elektriske motorer, vifter, pumper, svinghjul, aksler - er stive rotorer. De ISO 1940-1 G-grade-systemet kan brukes direkte på stive rotorer.
De tre typene av ubalanse
Terminologien (ISO 21940-2) definerer tre grunnleggende typer basert på det geometriske forholdet mellom hovedtreghetsaksen og rotasjonsaksen. Å forstå disse er avgjørende for å velge riktig balanseringsprosedyre:
- Statisk ubalanse produserer en kraft - begge lagrene vibrerer i fase med 1× RPM. Rotoren kan detekteres som ubalansert uten rotasjon (tyngdekraften avslører den på knivkanter). Ett korreksjonsplan er tilstrekkelig. Typisk for smale skivelignende rotorer (L/D < 0,5): smale remskiver, viftehjul, tynne svinghjul.
- Koblingsubalanse produserer en moment - lagrene vibrerer 180° ute av fase ved 1× RPM. Nettokraften er null (massesenteret er på aksen), men to like og motsatte tunge punkter i forskjellige aksiale posisjoner skaper et gyngende par. Kan bare detekteres under rotasjon. Krever to korreksjonsplan.
- Dynamisk ubalanse = statisk + par kombinert. Det generelle tilfellet for alle reelle rotorer som ikke er perfekt symmetriske. Både kraft og moment er til stede. Lagrene vibrerer 1× uten å være verken i fase eller nøyaktig 180° ute av fase. Krever balansering i to plan.
Spesifikk ubalanse og forbindelsen til G-grad
Spesifikk ubalanse (e = U/M) er det viktigste målet som gjør det mulig å sammenligne universell balansekvalitet. En rotor på 5 kg med 50 g mm ubalanse har e = 10 µm. En rotor på 500 kg med 5 000 g-mm ubalanse har også e = 10 µm - identisk balansekvalitet til tross for en masseforskjell på 100×.
Den G-klasse G = e × ω, noe som gir et enkelt tall (mm/s) som karakteriserer balansekvaliteten uavhengig av både masse og hastighet. Dette er grunnlaget for ISO 1940-1 toleransesystem.
Korreksjonsplaner vs. toleranseplaner
Terminologien trekker et kritisk skille som ofte overses i praksis:
- Toleranseplaner = de lagerplanene der vibrasjoner og dynamiske belastninger er mest kritiske. Tillatt ubalanse Uper er spesifisert her.
- Korreksjonsplaner = fysisk tilgjengelige steder der vekter kan plasseres (viftenav, motorenderinger, akselskuldre). Ofte i andre aksiale posisjoner enn lagrene.
Konvertering av Uper fra toleranseplan til korreksjonsplan krever kunnskap om rotorgeometrien. For asymmetriske eller overhengende rotorer kan denne konverteringen endre toleransene per plan betydelig. Den Balanset-1A håndterer denne konverteringen automatisk når rotordimensjoner legges inn.
Typer av balanseringsmaskiner
De to grunnleggende maskintypene gjenspeiler ulike fysiske måleprinsipper:
- Mykt bærende: Egenfrekvensen til fjæringen ligger godt under driftshastigheten → maskinens mål forskyvning. Krever kalibrering for hver nye rotor. Historisk sett viktig, men i avtagende bruk.
- Hardt bærende: Egenfrekvensen til fjæringen ligger godt over driftshastigheten → maskinens mål kraft. Permanent kalibrert - aksepterer forskjellige rotorer uten individuell kalibrering. Den dominerende moderne typen.
Feltbalanseringsinstrumenter som Balanset-1A bruker et annet prinsipp: De er ikke en "maskin" i ISO-forstand, men bruker rotorens egne lagre og støtte som målesystem, og benytter prøvevektmetoden (påvirkningskoeffisient) for å bestemme korreksjonen uten at det kreves en dedikert balanseringsmaskin.
Kryssreferanser: Hvor hvert begrep brukes
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Bruker alle toleranse- og kvalitetsbegreper - G-grade, Uper, balansetoleranse, restubalanse. Den primære brukeren av dette vokabularet.
ISO 14694: Bruker rotorbegreper (stiv rotor), ubalansebegreper, og utvider med viftespesifikke BV-anvendelseskategorier, balansekvalitetsgrader og vibrasjonsgrense-tabeller.
ISO 10816 / ISO 20816: Bruker målebegreper - vibrasjonshastighet, RMS, målepunkter for lagerhus.
ISO 21940-12: Utvider den fleksible rotordefinisjonen med prosedyrer for flere hastigheter og flere plan.
API 610 / API 617: Petroleumsstandarder refererer til ISO 1940 G-grader og ubalanseterminologi for pumpe- og kompressorspesifikasjoner.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Overgang
ISO 21940-14:2012 har formelt opphevet og erstattet ISO 1940-2:1997, som den utgjør en teknisk revisjon av — hovedendringen er utvidelsen av anvendelsesområdet til rotorer med fleksibel oppførsel. Balanseringsterminologien fulgte en separat vei: ISO 1925 ble revidert som ISO 21940-2. ISO 21940-nummereringen gjenspeiler integrasjon i den omfattende ISO 21940-serien som dekker alle aspekter ved rotorbalansering. De gamle betegnelsene forekommer fortsatt mye i bransjelitteraturen.
Offisiell standard: ISO 21940-14:2012 (erstatter ISO 1940-2) på ISO Store →
Ofte stilte spørsmål - ISO 1940-2
Balanseringsfeil, ISO 21940-overgangen og balanseringsterminologi
Relaterte ordlisteartikler
Behersk språket – med de riktige verktøyene
Vibromera-balanserere implementerer ISO-vokabularet direkte: valg av G-grad, ubalansevektorer, korreksjonsplaner, sammenligning av restubalanse mot tillatt verdi – alt i ett bærbart instrument.
Bla gjennom balanseringsutstyr →
