Klasa jakości wyważenia (G-Grade): Definicja, cel i zastosowanie
Co to jest klasa jakości balansu (G-Grade)?
A Jakość równowagi, powszechnie określana jako “klasa G”, to znormalizowana klasyfikacja zdefiniowana w normach ISO 1940-1 i ISO 21940-11, która określa maksymalne dopuszczalne niewyważenie szczątkowe wirnika. Innymi słowy, klasa G wskazuje, jak dokładnie wirnik musi być wyważony. Nie mierzy ona bezpośrednio poziomu drgań, ale raczej definiuje tolerancję niewyważenia w oparciu o masę wirnika i maksymalną prędkość roboczą.
Liczba po literze G (np. G6.3, G2.5) odpowiada maksymalnej prędkości drgań środka masy wirnika, wyrażonej w milimetrach na sekundę (mm/s). Na przykład, klasa G6.3 oznacza, że środek masy wirnika nie powinien doświadczać wibracji przekraczających 6,3 mm/s przy maksymalnej prędkości roboczej, podczas gdy bardziej rygorystyczna klasa G2.5 ogranicza tę prędkość do 2,5 mm/s. Im niższy numer G, tym bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące wyważania: mniejsza tolerancja niewyważenia i wyższa precyzja wyważania.
Cel systemu G-Grade
System klasy G został opracowany w celu ustanowienia uniwersalnego standardu określającego, jak dobrze wirnik musi być wyważony. Zamiast niejasnych stwierdzeń typu “wirnik musi być dobrze wyważony”, inżynierowie mogą określić precyzyjny, weryfikowalny cel, taki jak “wyważenie do G6.3”. Standard ten zapewnia wspólny język dla producentów, inżynierów serwisu i klientów, zapewniając, że sprzęt spełnia wymagane standardy niezawodności i bezpieczeństwa. Głównymi celami systemu klasy G są:
Ograniczenie wibracji wynikających z niewyważenia do akceptowalnych poziomów. Niewyważenie powoduje siły odśrodkowe i wibracje, które mogą prowadzić do hałasu, awarii zmęczeniowych i wypadków. Stosując standardowe stopnie wyważenia, drgania te można kontrolować w bezpiecznych granicach.
Minimalizacja obciążeń dynamicznych łożysk i wydłużenie ich żywotności. Ciągłe wibracje działają na łożyska jak młot, przyspieszając ich zużycie. Ograniczając niewyważenie poprzez wymaganą klasę G, siły działające na łożyska są zmniejszone, wydłużając ich żywotność.
Zapewnienie bezpiecznej pracy wirnika przy maksymalnej prędkości projektowej. Im wyższa prędkość obrotowa, tym silniejszy efekt nawet niewielkiego niewyważenia. Ścisłe wyważenie gwarantuje, że wirnik nie doświadczy destrukcyjnych wibracji przy prędkości roboczej. Jest to szczególnie ważne w przypadku maszyn wysokoobrotowych (turbin, sprężarek itp.), gdzie nadmierne niewyważenie może prowadzić do awarii.
Zapewnienie jasnego, mierzalnego kryterium akceptacji. Posiadanie standardu klasy G umożliwia weryfikację podczas produkcji i naprawy, czy osiągnięto wymagany poziom wyważenia. Jeśli niewyważenie resztkowe po wyważeniu nie przekracza dopuszczalnej wartości dla danej klasy G, uznaje się, że wirnik przeszedł kontrolę. Takie podejście przekształca wyważanie ze sztuki w precyzyjną naukę z weryfikowalnymi kryteriami.
Jak określa się klasy jakości równowagi?
Normy ISO zawierają zalecenia dotyczące wyboru klas G dla setek typowych wirników i maszyn. Standardowe tabele (np. ISO 1940-1, obecnie zastąpiona przez ISO 21940-11) zawierają zalecane klasy G dla różnych kategorii sprzętu. Wybór konkretnej klasy zależy od kilku czynników:
Typ i przeznaczenie maszyny. Szybkoobrotowa turbina lub precyzyjne wrzeciono wymaga znacznie bardziej precyzyjnego wyważenia (niższe G) niż wolnoobrotowy mechanizm rolniczy. Projektanci biorą pod uwagę wrażliwość danego typu maszyny na wibracje i konsekwencje niewyważenia.
Masa i wymiary wirnika. Lżejsze wirniki są generalnie bardziej wrażliwe na niewyważenie i mogą mieć bardziej rygorystyczne wymagania. Masa wirnika bezpośrednio wpływa na obliczenia dopuszczalnego niewyważenia - cięższy wirnik może “tolerować” nieco większe niewyważenie bezwzględne bez zwiększania wibracji w porównaniu do lżejszego.
Maksymalna prędkość obrotowa. Jest to jeden z kluczowych czynników: im wyższa prędkość, tym bardziej rygorystyczne musi być wyważenie. Dla tej samej wielkości niewyważenia, siły rosną proporcjonalnie do kwadratu prędkości obrotowej. W związku z tym dla wirników o dużej prędkości wybierana jest niższa klasa G, aby skompensować efekt prędkości.
Konstrukcja nośna i warunki montażu. Wirnik zamontowany na elastycznych (sprężystych) podporach zazwyczaj wymaga dokładniejszego wyważenia niż ten na sztywnym fundamencie, ponieważ elastyczny system mniej skutecznie tłumi drgania. Na przykład, różne klasy (G16 vs G40) mogą mieć zastosowanie do tego samego wału korbowego w zależności od tego, czy silnik jest zamontowany na elastycznych wibroizolatorach, czy sztywno.
Przykłady typowych klas jakości wyważenia
| G-Grade | Maks. Prędkość (mm/s) | Typowe zastosowania |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Koła samochodowe i obręcze kół; wały korbowe do wolnoobrotowych (niskoobrotowych) silników spalinowych. |
| G 16 | 16 mm/s | Części do kruszarek i maszyn rolniczych; wały napędowe (wały kardana); duże komponenty maszyn ogólnego przeznaczenia o umiarkowanych wymaganiach. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Standardowy gatunek dla większości urządzeń przemysłowych: wirniki silników elektrycznych, wirniki pomp, wentylatory, turbosprężarki o niskiej prędkości, ogólne maszyny procesowe. G6.3 jest jednym z najczęściej stosowanych gatunków. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Szybkie i precyzyjne wirniki: turbiny gazowe i parowe, wirniki turbosprężarek, napędy obrabiarek, precyzyjne wrzeciona i szybkie maszyny elektryczne. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Bardzo precyzyjne wyważanie mechanizmów precyzyjnych: napędy szlifierek, małe, szybkie silniki elektryczne i turbosprężarki samochodowe. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Najwyższa precyzja wyważania dla wyjątkowo czułych i szybkich urządzeń: żyroskopów, precyzyjnych wrzecion (np. do precyzyjnej obróbki lub sprzętu mikroelektronicznego), dysków twardych i innych komponentów wymagających minimalnych wibracji. |
Uwaga: Wartość prędkości w mm/s w oznaczeniu klasy odpowiada iloczynowi określonego mimośrodu i prędkości kątowej: G = eza-ω. W ten sposób liczba G wskazuje prędkość graniczną przemieszczenia środka masy podczas pracy wirnika. W praktyce wybór klasy może różnić się o jeden poziom w górę lub w dół, w zależności od konkretnych wymagań i warunków pracy.
Obliczanie dopuszczalnego niewyważenia resztkowego
Znając wymaganą klasę G, można obliczyć maksymalne dopuszczalne niewyważenie resztkowe - ilość niewyważenia, która może pozostać po wyważeniu bez przekroczenia określonej klasy. Norma ISO podaje następujący wzór:
Uza (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [obr/min]
Gdzie:
- Uza - dopuszczalne niewyważenie szczątkowe w gramo-milimetrach (g-mm)
- G — stopień jakości równowagi (mm/s)
- m - masa wirnika (kg)
- n - maksymalna prędkość robocza (obr./min)
Przykład: Dla wirnika o masie 100 kg, obracającego się z maksymalną prędkością 3000 obr/min, który musi być wyważony zgodnie z klasą G6.3, dopuszczalne niewyważenie resztkowe wynosi:
Uza = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
Oznacza to, że dla tego wirnika dopuszczalne jest całkowite niewyważenie wynoszące około 2005 g-mm bez przekraczania G6.3. W praktyce to niewyważenie resztkowe jest rozdzielane między płaszczyzny korekcji. W przypadku wyważania dwupłaszczyznowego (dynamicznego), obliczone Uza jest dzielona między płaszczyzny równo lub proporcjonalnie do konfiguracji wirnika. W ten sposób technik wyważania otrzymuje określony cel liczbowy do osiągnięcia.
Praktyczne wyważanie i sprzęt
Aby osiągnąć wymaganą klasę wyważenia w praktyce, stosuje się specjalistyczny sprzęt. W warunkach produkcyjnych zazwyczaj stosuje się stacjonarne maszyny wyważające, w których wirnik jest obracany i korygowany, aż niewyważenie resztkowe spadnie do normy dla wybranej klasy G.
Jednak w warunkach terenowych (np. gdy wibracje występują w już zainstalowanym wentylatorze lub pompie) można użyć przenośnych przyrządów do wyważania. Przykładem jest Balanset-1A przenośny dwukanałowy wibrometr-wyważarka. Umożliwia wyważanie dynamiczne w jednej lub dwóch płaszczyznach bezpośrednio na sprzęcie in-situ (na miejscu, bez konieczności demontażu wirnika).
Rys. 1: Przenośny wibrometr-balanser Balanset-1A podłączony do laptopa. To kompaktowe urządzenie zawiera elektroniczny moduł pomiarowy, dwa czujniki drgań i tachometr laserowy, a sterowanie i obliczanie niewyważenia odbywa się za pomocą oprogramowania komputerowego.
Rys. 1: Okno obliczania tolerancji wyważenia w oprogramowaniu Balanset. Program zawiera wbudowany kalkulator, który automatycznie oblicza dopuszczalne niewyważenie resztkowe zgodnie z normami ISO 1940 w oparciu o masę wirnika, prędkość roboczą i wybraną klasę G.
Urządzenie łączy się z laptopem, mierzy wibracje i fazę niewyważenia za pomocą czujników i tachometru optycznego, po czym oprogramowanie automatycznie oblicza wymagane ciężary korekcyjne. Wśród funkcji Balanset-1A znajduje się automatyczne obliczanie dopuszczalnego niewyważenia zgodnie z normą ISO 1940 (klasy G) - urządzenie samo określa, do jakiego poziomu należy zredukować wibracje, aby osiągnąć na przykład klasę G6.3 lub G2.5.
Nowoczesne przyrządy do wyważania, takie jak Balanset-1A, sprawiają, że osiągnięcie wymaganej klasy wyważenia jest szybsze i bardziej niezawodne. Korzystając ze standardowej terminologii klasy G i wbudowanych obliczeń tolerancji, inżynierowie i technicy dokładnie znają kryterium udanego wyważenia. W ten sposób standaryzacja jakości wyważenia za pomocą klas G umożliwiła stworzenie wspólnego języka opisującego, jak “płynnie” powinien działać określony wirnik i osiągnięcie tego poziomu niezawodności wibracji przy użyciu metod, które są zrozumiałe i weryfikowalne na całym świecie.
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 