Gradul de calitate a echilibrului (G-Grade): Definiție, scop și aplicare
Ce este un grad de calitate a echilibrului (G-Grade)?
A Calitatea echilibrului, denumit în mod obișnuit “gradul G”, este o clasificare standardizată definită în standardele ISO 1940-1 și ISO 21940-11 care specifică dezechilibrul rezidual maxim admisibil pentru un rotor. Cu alte cuvinte, gradul G indică cât de precis trebuie echilibrat un rotor. Aceasta nu măsoară direct nivelurile de vibrații, ci definește mai degrabă o toleranță la dezechilibru bazată pe masa rotorului și pe viteza maximă de funcționare.
Numărul care urmează litera G (de exemplu, G6.3, G2.5) corespunde vitezei maxime de vibrație a centrului de greutate al rotorului, exprimată în milimetri pe secundă (mm/s). De exemplu, gradul G6.3 înseamnă că centrul de greutate al rotorului nu trebuie să prezinte vibrații mai mari de 6,3 mm/s la viteza maximă de funcționare, în timp ce gradul G2.5, mai strict, limitează această viteză la 2,5 mm/s. Cu cât numărul G este mai mic, cu atât cerințele de echilibrare sunt mai stricte: toleranță la dezechilibru mai mică și precizie de echilibrare mai mare.
Scopul sistemului G-Grade
Sistemul G-grade a fost dezvoltat pentru a stabili un standard universal care să definească cât de bine trebuie să fie echilibrat un rotor. În loc de afirmații vagi precum “rotorul trebuie să fie bine echilibrat”, inginerii pot specifica un obiectiv precis și verificabil, cum ar fi “echilibrarea la G6.3”. Acest standard oferă un limbaj comun pentru producători, ingineri de service și clienți, asigurându-se că echipamentele îndeplinesc standardele de fiabilitate și siguranță necesare. Obiectivele principale ale sistemului G-grade sunt:
Limitarea vibrațiilor de la dezechilibru la niveluri acceptabile. Dezechilibrul cauzează forțe centrifugale și vibrații care pot duce la zgomot, defecțiuni de oboseală și accidente. Prin aplicarea claselor standard de echilibrare, aceste vibrații pot fi controlate în limite de siguranță.
Minimizarea sarcinilor dinamice asupra rulmenților și prelungirea duratei lor de viață. Vibrațiile continue acționează asupra rulmenților ca un ciocan, accelerând uzura acestora. Prin limitarea dezechilibrului prin gradul G necesar, forțele care acționează asupra rulmenților sunt reduse, prelungindu-le durata de viață.
Asigurarea funcționării sigure a rotorului la viteza maximă proiectată. Cu cât viteza de rotație este mai mare, cu atât mai puternic este efectul unui dezechilibru, chiar și mic. Un grad strict de echilibrare garantează că rotorul nu va experimenta vibrații distructive la viteza sa de funcționare. Acest lucru este deosebit de important pentru mașinile de mare viteză (turbine, compresoare etc.), unde un dezechilibru excesiv poate duce la defectare.
Furnizarea unui criteriu de acceptare clar și măsurabil. Existența unui standard pentru clasa G permite verificarea în timpul fabricației și al reparațiilor dacă a fost atins nivelul de echilibrare necesar. Dacă dezechilibrul rezidual după echilibrare nu depășește valoarea admisibilă pentru gradul G dat, se consideră că rotorul a trecut inspecția. Această abordare transformă echilibrarea dintr-o artă într-o știință precisă cu criterii verificabile.
Cum se determină gradele de calitate ale echilibrării?
Standardele ISO conțin recomandări pentru selectarea gradelor G pentru sute de rotoare și mașini tipice. Tabelele standard (de exemplu, ISO 1940-1, acum înlocuit de ISO 21940-11) enumeră gradele G recomandate pentru diferite categorii de echipamente. Selectarea unui grad specific depinde de mai mulți factori:
Tipul și scopul mașinii. O turbină de mare viteză sau un fus de precizie necesită o echilibrare mult mai precisă (G mai mic) decât un mecanism agricol cu viteză redusă. Proiectanții iau în considerare cât de sensibil este un anumit tip de mașină la vibrații și ce consecințe poate avea dezechilibrarea.
Masa și dimensiunile rotorului. Rotoarele mai ușoare sunt în general mai sensibile la dezechilibru și pot avea cerințe mai stricte. Masa rotorului intră direct în calculul dezechilibrului admisibil - un rotor mai greu poate “tolera” un dezechilibru absolut ceva mai mare fără a crește vibrațiile în comparație cu unul mai ușor.
Viteza maximă de rotație. Acesta este unul dintre factorii cheie: cu cât viteza este mai mare, cu atât echilibrarea trebuie să fie mai strictă. Pentru aceeași mărime a dezechilibrului, forțele cresc proporțional cu pătratul vitezei de rotație. Prin urmare, pentru rotoarele de mare viteză se alege un grad G mai mic pentru a compensa efectul vitezei.
Structura de susținere și condițiile de montare. Un rotor montat pe suporturi flexibile (elastice) necesită de obicei o echilibrare mai atentă decât unul pe o fundație rigidă, deoarece un sistem flexibil amortizează vibrațiile mai puțin eficient. De exemplu, se pot aplica clase diferite (G16 vs G40) aceluiași arbore cotit, în funcție de faptul dacă motorul este montat pe izolatoare de vibrații elastice sau rigide.
Exemple de grade comune de calitate a echilibrului
| Grad G | Max. Viteza (mm/s) | Aplicații tipice |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Roți și jante pentru automobile; arbori cotiți pentru motoare cu ardere internă cu turație redusă (turație mică). |
| G 16 | 16 mm/s | Piese pentru concasoare și mașini agricole; arbori de transmisie (arbori cardanici); componente mari ale mașinilor de uz general cu cerințe moderate. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Grad standard pentru majoritatea echipamentelor industriale: rotoare de motoare electrice, rotoare de pompe, ventilatoare, turbocompresoare cu turație redusă, utilaje de proces în general. G6.3 este una dintre cele mai frecvent specificate clase. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Rotoare de mare viteză și de mare precizie: turbine cu gaz și cu abur, rotoare de turbocompresoare, acționări de mașini-unelte, fusuri de mare precizie și mașini electrice de mare viteză. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Echilibrare foarte precisă pentru mecanisme de precizie: acționări de mașini de rectificat, motoare electrice mici de mare viteză și turbocompresoare auto. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Cea mai mare precizie de echilibrare pentru dispozitive extrem de sensibile și de mare viteză: giroscoape, fusuri de precizie (de exemplu, pentru prelucrarea de precizie sau echipamente microelectronice), unități de hard disk și alte componente care necesită vibrații minime. |
Notă: Valoarea vitezei în mm/s din denumirea gradului corespunde produsului dintre excentricitatea specifică și viteza unghiulară: G = epe-ω. Astfel, numărul G indică viteza limită a mișcării centrului de masă deplasat în timpul funcționării rotorului. În practică, selectarea gradului poate diferi cu un nivel în plus sau în minus, în funcție de cerințele specifice și de condițiile de funcționare.
Calcularea dezechilibrului rezidual admisibil
Cunoscând gradul G necesar, puteți calcula dezechilibrul rezidual maxim admisibil - cantitatea de dezechilibru care poate rămâne după echilibrare fără a depăși gradul specificat. Standardul ISO furnizează următoarea formulă:
Upe (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
Unde:
- Upe - dezechilibru rezidual admisibil în grame-milimetri (g-mm)
- G. — gradul de calitate al balanței (mm/s)
- m - masa rotorului (kg)
- n - viteza maximă de funcționare (RPM)
Exemplu: Pentru un rotor cu o masă de 100 kg, care se rotește la o viteză maximă de 3000 RPM, care trebuie echilibrat la clasa G6.3, dezechilibrul rezidual admisibil este:
Upe = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
Aceasta înseamnă că un dezechilibru total de aproximativ 2005 g-mm este permis pentru acest rotor fără a depăși G6.3. În practică, acest dezechilibru rezidual este distribuit între planurile de corecție. Pentru echilibrarea pe două planuri (dinamică), valoarea calculată a Upe este împărțită între planuri în mod egal sau proporțional cu configurația rotorului. Astfel, tehnicianul de echilibrare primește un obiectiv numeric specific de atins.
Echilibrare practică și echipamente
Pentru a obține gradul de echilibrare necesar în practică, se utilizează echipamente specializate. În condiții de producție, se utilizează de obicei mașini de echilibrare staționare, în care rotorul este rotit și corectat până când dezechilibrul rezidual scade la norma pentru gradul G selectat.
Cu toate acestea, în condiții de teren (de exemplu, atunci când apar vibrații la un ventilator sau o pompă deja instalată), se pot utiliza instrumente de echilibrare portabile. Un exemplu este Balanset-1A un vibrometru-echilibrator portabil cu două canale. Acesta permite echilibrarea dinamică pe un singur plan sau pe două planuri direct pe echipament in-situ (la fața locului, fără demontarea rotorului).
Fig. 1: Vibrometru-echilibrator portabil Balanset-1A conectat la un laptop. Acest dispozitiv compact include un modul electronic de măsurare, doi senzori de vibrații și un tahometru cu laser, controlul și calculul dezechilibrului fiind efectuate de un software pentru PC.
Fig. 1: Fereastra de calcul a toleranței de echilibrare în software-ul Balanset. Programul include un calculator încorporat care calculează automat dezechilibrul rezidual admisibil în conformitate cu standardele ISO 1940 pe baza masei rotorului, a vitezei de funcționare și a gradului G selectat.
Dispozitivul se conectează la un laptop, măsoară vibrațiile și faza de dezechilibru folosind senzori și un tahometru optic, după care software-ul calculează automat greutățile de corecție necesare. Printre caracteristicile Balanset-1A se numără calculul automat al dezechilibrului admisibil în conformitate cu ISO 1940 (gradele G) - dispozitivul însuși determină la ce nivel trebuie reduse vibrațiile pentru a obține, de exemplu, gradul G6.3 sau G2.5.
Instrumentele moderne de echilibrare, cum ar fi Balanset-1A, fac ca obținerea gradului de echilibrare necesar să fie mai rapidă și mai fiabilă. Utilizând terminologia standard a gradului G și calculele de toleranță integrate, inginerii și tehnicienii cunosc exact criteriul pentru o echilibrare reușită. Astfel, standardizarea calității echilibrării prin gradele G a permis crearea unui limbaj comun pentru a descrie cât de “lin” ar trebui să funcționeze un anumit rotor și atingerea acestui nivel de fiabilitate a vibrațiilor prin metode care sunt ușor de înțeles și de verificat în întreaga lume.
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 