Graad voor evenwichtskwaliteit: Definitie, doel en toepassing
Wat is een Balance Quality Grade (G-Grade)?
A Balans Kwaliteitsklasse, G-grade“ is een gestandaardiseerde classificatie gedefinieerd in ISO 1940-1 en ISO 21940-11 normen die de maximaal toelaatbare resterende onbalans voor een rotor specificeert. Met andere woorden, de G-klasse geeft aan hoe nauwkeurig een rotor gebalanceerd moet worden. Het meet niet rechtstreeks de trillingsniveaus, maar definieert eerder een onbalanstolerantie op basis van de massa en de maximale werksnelheid van de rotor.
Het getal achter de letter G (bijv. G6.3, G2.5) komt overeen met de maximale trillingssnelheid van het rotormassamiddelpunt, uitgedrukt in millimeter per seconde (mm/s). Bijvoorbeeld, G6.3 betekent dat het massamiddelpunt van de rotor niet meer dan 6,3 mm/s mag trillen bij maximale bedrijfssnelheid, terwijl de strengere G2.5 deze snelheid beperkt tot 2,5 mm/s. Hoe lager het G-getal, hoe strenger de balanceervereisten: kleinere onbalanstolerantie en hogere balanceernauwkeurigheid.
Het doel van het G-Grade-systeem
Het G-graden systeem is ontwikkeld om een universele standaard vast te stellen die bepaalt hoe goed een rotor gebalanceerd moet zijn. In plaats van vage uitspraken als “de rotor moet goed gebalanceerd zijn”, kunnen technici een nauwkeurig, controleerbaar doel specificeren, zoals “balanceren volgens G6.3”. Deze standaard biedt een gemeenschappelijke taal voor fabrikanten, onderhoudstechnici en klanten, zodat apparatuur voldoet aan de vereiste betrouwbaarheids- en veiligheidsnormen. De belangrijkste doelstellingen van het G-grade systeem zijn:
Trillingen door onbalans beperken tot aanvaardbare niveaus. Onbalans veroorzaakt centrifugale krachten en trillingen die kunnen leiden tot lawaai, vermoeidheidsdefecten en ongevallen. Door standaard balansgraden toe te passen, kunnen deze trillingen binnen veilige grenzen worden gehouden.
Minimaliseren van dynamische belastingen op lagers en verlengen van hun levensduur. Voortdurende trillingen werken op lagers als een hamer, waardoor ze sneller slijten. Door onbalans te beperken via de vereiste G-klasse worden de krachten die op lagers inwerken verminderd, waardoor hun levensduur wordt verlengd.
Zorgen voor veilige werking van de rotor bij maximale ontwerpsnelheid. Hoe hoger de rotatiesnelheid, hoe sterker het effect van zelfs een kleine onbalans. Een strikte balansgraad garandeert dat de rotor geen destructieve trillingen ondervindt bij zijn werksnelheid. Dit is vooral belangrijk voor hogesnelheidsmachines (turbines, compressoren, enz.), waar een te grote onbalans tot storingen kan leiden.
Een duidelijk, meetbaar acceptatiecriterium geven. Met een G-kwaliteitsnorm kan tijdens de productie en reparatie worden gecontroleerd of het vereiste balansniveau is bereikt. Als de resterende onbalans na het balanceren de toegestane waarde voor de gegeven G-kwaliteit niet overschrijdt, wordt de rotor geacht de inspectie te hebben doorstaan. Deze benadering verandert balanceren van een kunst in een precieze wetenschap met controleerbare criteria.
Hoe worden de kwaliteitscijfers voor balans bepaald?
ISO-normen bevatten aanbevelingen voor het selecteren van G-waarden voor honderden typische rotoren en machines. De standaardtabellen (bijv. ISO 1940-1, nu vervangen door ISO 21940-11) bevatten aanbevolen G-graden voor verschillende apparatuurcategorieën. De selectie van een specifieke gradatie hangt af van verschillende factoren:
Type en doel van de machine. Een hogesnelheidsturbine of precisiespindel vereist een veel nauwkeurigere uitbalancering (lagere G) dan een landbouwmechanisme met lage snelheid. Ontwerpers houden er rekening mee hoe gevoelig een bepaald machinetype is voor trillingen en welke gevolgen onbalans kan hebben.
Rotormassa en afmetingen. Lichtere rotoren zijn over het algemeen gevoeliger voor onbalans en kunnen strengere eisen hebben. Rotormassa speelt een directe rol bij de berekening van de toelaatbare onbalans: een zwaardere rotor kan een iets grotere absolute onbalans “verdragen” zonder dat de trillingen toenemen in vergelijking met een lichtere rotor.
Maximale rotatiesnelheid. Dit is een van de sleutelfactoren: hoe hoger de snelheid, hoe strenger de balans moet zijn. Voor dezelfde grootte van de onbalans nemen de krachten evenredig toe met het kwadraat van de rotatiesnelheid. Daarom wordt voor rotoren met hoge snelheid een lagere G-waarde gekozen om het snelheidseffect te compenseren.
Draagstructuur en montageomstandigheden. Een rotor die op flexibele (elastische) steunen is gemonteerd, moet doorgaans zorgvuldiger worden uitgebalanceerd dan een rotor op een stijve ondergrond, omdat een flexibel systeem trillingen minder effectief dempt. Er kunnen bijvoorbeeld verschillende gradaties (G16 vs G40) van toepassing zijn op dezelfde krukas, afhankelijk van of de motor op elastische trillingsdempers is gemonteerd of stijf.
Voorbeelden van algemene balanskwaliteitscijfers
| G-Klasse | Max. Snelheid (mm/s) | Typische toepassingen |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Wielen en velgen voor auto's; krukassen voor verbrandingsmotoren met lage snelheid (laag toerental). |
| G 16 | 16 mm/s | Onderdelen voor brekers en landbouwmachines; aandrijfassen (cardanassen); grote onderdelen van universele machines met matige vereisten. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Standaardkwaliteit voor de meeste industriële apparatuur: rotoren van elektromotoren, pompwaaiers, ventilatoren, turbocompressoren met lage snelheid, algemene procesmachines. G6.3 is een van de meest gespecificeerde kwaliteiten. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Rotoren met hoge snelheid en hoge precisie: gas- en stoomturbines, rotoren van turbocompressoren, aandrijvingen van gereedschapsmachines, zeer nauwkeurige spindels en elektrische machines met hoge snelheid. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Zeer nauwkeurig balanceren voor precisiemechanismen: aandrijvingen van slijpmachines, kleine elektromotoren met hoge snelheid en turboladers voor auto's. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Hoogste balanceernauwkeurigheid voor uitzonderlijk gevoelige en snelle apparaten: gyroscopen, precisiespindels (bijv. voor precisiebewerking of apparatuur voor micro-elektronica), harde schijven en andere onderdelen die minimale trillingen vereisen. |
Opmerking: De snelheidswaarde in mm/s in de sorteringsaanduiding komt overeen met het product van de specifieke excentriciteit en de hoeksnelheid: G = eper-ω. Het G-getal geeft dus de grenssnelheid aan van de verplaatsing van het massamiddelpunt tijdens de werking van de rotor. In de praktijk kan de selectie van de gradatie één niveau omhoog of omlaag verschillen, afhankelijk van specifieke eisen en bedrijfsomstandigheden.
Berekening van de toegestane resterende onbalans
Als je de vereiste G-klasse kent, kun je de maximaal toegestane resterende onbalans berekenen - de hoeveelheid onbalans die over mag blijven na het balanceren zonder de gespecificeerde klasse te overschrijden. De ISO-norm geeft de volgende formule:
Uper (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
Waar:
- Uper - toelaatbare resterende onbalans in gram-millimeter (g-mm)
- G — balanskwaliteitsgraad (mm/s)
- m - rotormassa (kg)
- n - maximale werksnelheid (RPM)
Voorbeeld: Voor een rotor met een massa van 100 kg, roterend met een maximumsnelheid van 3000 tpm, die gebalanceerd moet worden volgens graad G6.3, is de toegestane resterende onbalans:
Uper = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
Dit betekent dat een totale onbalans van ongeveer 2005 g-mm is toegestaan voor deze rotor zonder G6.3 te overschrijden. In de praktijk wordt deze resterende onbalans verdeeld over correctievlakken. Voor tweevlaks (dynamisch) balanceren is de berekende Uper wordt gelijkmatig of proportioneel verdeeld over de vlakken, afhankelijk van de rotorconfiguratie. De balanceertechnicus krijgt dus een specifiek numeriek doel dat hij moet bereiken.
Praktisch balanceren en apparatuur
Om de vereiste balanceerklasse in de praktijk te bereiken, wordt gespecialiseerde apparatuur gebruikt. In productieomstandigheden worden meestal stationaire balanceermachines gebruikt, waarbij de rotor wordt rondgedraaid en gecorrigeerd totdat de resterende onbalans daalt tot de norm voor de geselecteerde G-kwaliteit.
In veldomstandigheden (bijv. wanneer trillingen optreden in een reeds geïnstalleerde ventilator of pomp) kunnen echter draagbare balanceerinstrumenten worden gebruikt. Een voorbeeld is de Balanset-1A een draagbaar tweekanaals vibrometer-balancer. Het maakt dynamisch balanceren op één of twee vlakken mogelijk, direct op apparatuur in-situ (op locatie, zonder de rotor te verwijderen).
Fig. 1: Balanset-1A draagbare vibrometer-balancer aangesloten op een laptop. Dit compacte apparaat bevat een elektronische meetmodule, twee trillingssensoren en een lasertachometer, met besturing en onbalansberekening uitgevoerd door pc-software.
Fig. 1: Berekeningsvenster voor balanceertolerantie in Balanset software. Het programma bevat een ingebouwde calculator die automatisch de toegestane resterende onbalans berekent volgens de ISO 1940-normen op basis van rotormassa, bedrijfssnelheid en geselecteerde G-kwaliteit.
Het apparaat wordt aangesloten op een laptop, meet de trillings- en onbalansfase met behulp van sensoren en een optische toerenteller, waarna de software automatisch de vereiste correctiegewichten berekent. Een van de functies van de Balanset-1A is automatische berekening van toegestane onbalans volgens ISO 1940 (G-graden) - het apparaat bepaalt zelf tot welk niveau de trillingen moeten worden teruggebracht om bijvoorbeeld G6,3 of G2,5 te bereiken.
Moderne balanceerinstrumenten zoals de Balanset-1A maken het bereiken van de vereiste balanceerklasse sneller en betrouwbaarder. Door het gebruik van standaard G-graden terminologie en ingebouwde tolerantieberekeningen weten ingenieurs en technici precies wat het criterium is voor succesvol balanceren. De standaardisatie van balanceerkwaliteit door middel van G-graden heeft dus een gemeenschappelijke taal mogelijk gemaakt om te beschrijven hoe “soepel” een specifieke rotor moet werken en om dit niveau van trillingsbetrouwbaarheid te bereiken met behulp van methoden die wereldwijd begrijpelijk en controleerbaar zijn.
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 