Stupeň kvality vyváženia (G-Grade): Definícia, účel a použitie
Čo je to stupeň kvality vyváženosti (G-Grade)?
A Stupeň kvality vyváženia, bežne označovaná ako “trieda G”, je štandardizovaná klasifikácia definovaná v normách ISO 1940-1 a ISO 21940-11, ktorá určuje maximálnu prípustnú zostatkovú nevyváženosť rotora. Inými slovami, trieda G udáva, ako presne musí byť rotor vyvážený. Nemeria priamo úroveň vibrácií, ale skôr definuje toleranciu nevyváženosti na základe hmotnosti rotora a maximálnej prevádzkovej rýchlosti.
Číslo nasledujúce za písmenom G (napr. G6.3, G2.5) zodpovedá maximálnej rýchlosti kmitania stredu hmotnosti rotora vyjadrenej v milimetroch za sekundu (mm/s). Napríklad stupeň G6.3 znamená, že pri maximálnej prevádzkovej rýchlosti by vibrácie ťažiska rotora nemali prekročiť 6,3 mm/s, zatiaľ čo prísnejší stupeň G2.5 obmedzuje túto rýchlosť na 2,5 mm/s. Čím nižšie je číslo G, tým prísnejšie sú požiadavky na vyvažovanie: menšia tolerancia nevyváženosti a vyššia presnosť vyvažovania.
Účel systému G-Grade
Systém triedy G bol vyvinutý s cieľom zaviesť univerzálny štandard, ktorý definuje, ako dobre musí byť rotor vyvážený. Namiesto vágnych vyhlásení typu “rotor musí byť dobre vyvážený” môžu konštruktéri špecifikovať presný, overiteľný cieľ, napríklad “vyvážiť na G6,3”. Táto norma poskytuje spoločný jazyk pre výrobcov, servisných technikov a zákazníkov, čím sa zabezpečí, že zariadenie spĺňa požadované normy spoľahlivosti a bezpečnosti. Hlavné ciele systému triedy G sú:
Obmedzenie vibrácií z nevyváženosti na prijateľnú úroveň. Nevyváženosť spôsobuje odstredivé sily a vibrácie, ktoré môžu viesť k hluku, únavovým poruchám a nehodám. Použitím štandardných stupňov vyváženia možno tieto vibrácie kontrolovať v bezpečných medziach.
Minimalizácia dynamického zaťaženia ložísk a predĺženie ich životnosti. Neustále vibrácie pôsobia na ložiská ako kladivo a urýchľujú ich opotrebovanie. Obmedzením nevyváženosti prostredníctvom požadovanej triedy G sa znižujú sily pôsobiace na ložiská, čím sa predlžuje ich životnosť.
Zabezpečenie bezpečnej prevádzky rotora pri maximálnych konštrukčných otáčkach. Čím vyššie sú otáčky, tým silnejší je účinok aj malej nerovnováhy. Prísny stupeň vyváženosti zaručuje, že pri prevádzkových otáčkach rotora nedôjde k deštruktívnym vibráciám. To je dôležité najmä pri vysokorýchlostných strojoch (turbíny, kompresory atď.), kde nadmerná nevyváženosť môže viesť k poruche.
Poskytnutie jasného, merateľného kritéria akceptovateľnosti. Norma triedy G umožňuje počas výroby a opravy overiť, či bola dosiahnutá požadovaná úroveň vyváženia. Ak zostatková nevyváženosť po vyvážení neprekročí prípustnú hodnotu pre danú triedu G, rotor sa považuje za úspešne skontrolovaný. Tento prístup mení vyvažovanie z umenia na presnú vedu s overiteľnými kritériami.
Ako sa určujú známky kvality zostatkov?
Normy ISO obsahujú odporúčania na výber tried G pre stovky typických rotorov a strojov. V tabuľkách noriem (napr. ISO 1940-1, teraz nahradená normou ISO 21940-11) sú uvedené odporúčané triedy G pre rôzne kategórie zariadení. Výber konkrétnej triedy závisí od viacerých faktorov:
Typ a účel stroja. Vysokorýchlostná turbína alebo presné vreteno si vyžaduje oveľa presnejšie vyváženie (nižšie G) ako pomalobežný poľnohospodársky mechanizmus. Konštruktéri zvažujú, ako je daný typ stroja citlivý na vibrácie a aké dôsledky môže mať nevyváženie.
Hmotnosť a rozmery rotora. Ľahšie rotory sú vo všeobecnosti citlivejšie na nevyváženosť a môžu mať prísnejšie požiadavky. Hmotnosť rotora priamo vstupuje do výpočtu prípustnej nevyváženosti - ťažší rotor môže “tolerovať” o niečo väčšiu absolútnu nevyváženosť bez zvýšenia vibrácií v porovnaní s ľahším rotorom.
Maximálna rýchlosť otáčania. To je jeden z kľúčových faktorov: čím vyššia je rýchlosť, tým prísnejšie musí byť vyváženie. Pri rovnakej veľkosti nevyváženosti sa sily zvyšujú úmerne štvorcu rýchlosti otáčania. Preto sa pri vysokorýchlostných rotoroch volí nižšia trieda G, aby sa kompenzoval vplyv rýchlosti.
Podporná konštrukcia a podmienky montáže. Rotor namontovaný na pružných (elastických) podperách si zvyčajne vyžaduje starostlivejšie vyváženie ako rotor na pevnom základe, pretože pružný systém menej účinne tlmí vibrácie. Napríklad na ten istý kľukový hriadeľ sa môžu vzťahovať rôzne triedy (G16 vs. G40) v závislosti od toho, či je motor namontovaný na pružných izolátoroch vibrácií alebo na pevnom podklade.
Príklady bežných stupňov kvality bilancie
| G-trieda | Max. Rýchlosť (mm/s) | Typické aplikácie |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Kolesá a ráfiky automobilov; kľukové hriadele pre pomalobežné (nízkootáčkové) spaľovacie motory. |
| G 16 | 16 mm/s | Časti pre drviče a poľnohospodárske stroje; hnacie hriadele (kardanové hriadele); veľké komponenty strojov na všeobecné použitie so strednými požiadavkami. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Štandardná trieda pre väčšinu priemyselných zariadení: rotory elektromotorov, obežné kolesá čerpadiel, ventilátory, nízkootáčkové turbokompresory, všeobecné technologické zariadenia. G6.3 je jednou z najčastejšie špecifikovaných tried. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Vysokorýchlostné a vysoko presné rotory: plynové a parné turbíny, rotory turbokompresorov, pohony obrábacích strojov, vysoko presné vretená a vysokorýchlostné elektrické stroje. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Veľmi presné vyvažovanie pre presné mechanizmy: pohony brúsok, malé vysokorýchlostné elektromotory a automobilové turbodúchadlá. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Najvyššia presnosť vyvažovania pre mimoriadne citlivé a vysokorýchlostné zariadenia: gyroskopy, presné vretená (napr. pre presné obrábanie alebo mikroelektronické zariadenia), pevné disky a iné komponenty vyžadujúce minimálne vibrácie. |
Poznámka: Hodnota rýchlosti v mm/s v označení triedy zodpovedá súčinu špecifickej excentricity a uhlovej rýchlosti: G = eza-ω. Číslo G teda udáva hraničnú rýchlosť pohybu posunutého ťažiska počas prevádzky rotora. V praxi sa výber stupňa môže líšiť o jeden stupeň nahor alebo nadol v závislosti od konkrétnych požiadaviek a prevádzkových podmienok.
Výpočet prípustnej zostatkovej nevyváženosti
Ak poznáte požadovaný stupeň G, môžete vypočítať maximálnu prípustnú zostatkovú nevyváženosť - množstvo nevyváženosti, ktoré môže zostať po vyvážení bez prekročenia stanoveného stupňa. Norma ISO uvádza nasledujúci vzorec:
Uza (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [ot/min]
Kde:
- Uza - prípustná zostatková nevyváženosť v gramoch milimetrov (g-mm)
- G — stupeň kvality vyváženia (mm/s)
- m - hmotnosť rotora (kg)
- n - maximálne prevádzkové otáčky (ot./min.)
Príklad: Pre rotor s hmotnosťou 100 kg, ktorý sa otáča pri maximálnej rýchlosti 3000 otáčok za minútu a ktorý musí byť vyvážený podľa triedy G6.3, je prípustná zostatková nevyváženosť:
Uza = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
To znamená, že pre tento rotor je povolená celková nevyváženosť približne 2005 g-mm bez prekročenia hodnoty G6.3. V praxi sa táto zostatková nevyváženosť rozloží medzi korekčné roviny. Pri dvojrovinovom (dynamickom) vyvažovaní sa vypočítané Uza je rozdelená medzi roviny rovnomerne alebo úmerne konfigurácii rotora. Vyvažovací technik tak dostane konkrétny číselný cieľ, ktorý má dosiahnuť.
Praktické vyvažovanie a vybavenie
Na dosiahnutie požadovaného stupňa vyváženosti v praxi sa používajú špecializované zariadenia. Vo výrobných podmienkach sa zvyčajne používajú stacionárne vyvažovacie stroje, v ktorých sa rotor otáča a koriguje, kým zostatková nevyváženosť neklesne na normu pre zvolený stupeň G.
V terénnych podmienkach (napr. pri vibráciách už nainštalovaného ventilátora alebo čerpadla) sa však môžu použiť prenosné vyvažovacie prístroje. Príkladom je Balanset-1A zariadenie - prenosný dvojkanálový vibrometer-váha. Umožňuje jednorovinné alebo dvojrovinné dynamické vyvažovanie priamo na zariadení in-situ (na mieste, bez demontáže rotora).
Obr. 1: Prenosný vibrometer-váha Balanset-1A pripojený k prenosnému počítaču. Toto kompaktné zariadenie obsahuje elektronický merací modul, dva snímače vibrácií a laserový tachometer, pričom ovládanie a výpočet nevyváženosti sa vykonáva pomocou počítačového softvéru.
Obr. 1: Okno výpočtu tolerancie vyváženia v softvéri Balanset. Program obsahuje zabudovaný kalkulátor, ktorý automaticky vypočíta prípustnú zostatkovú nevyváženosť podľa noriem ISO 1940 na základe hmotnosti rotora, prevádzkových otáčok a zvoleného stupňa G.
Zariadenie sa pripojí k prenosnému počítaču, pomocou snímačov a optického tachometra zmeria vibrácie a fázu nevyváženosti a následne softvér automaticky vypočíta potrebné korekčné závažia. Medzi funkcie Balanset-1A patrí automatický výpočet prípustnej nevyváženosti podľa normy ISO 1940 (stupne G) - zariadenie samo určí, na akú úroveň je potrebné znížiť vibrácie, aby sa dosiahol napríklad stupeň G6,3 alebo G2,5.
Moderné vyvažovacie prístroje, ako je Balanset-1A, umožňujú rýchlejšie a spoľahlivejšie dosiahnuť požadovaný stupeň vyváženia. Pomocou štandardnej terminológie triedy G a zabudovaných výpočtov tolerancie inžinieri a technici presne poznajú kritérium úspešného vyváženia. Štandardizácia kvality vyváženia prostredníctvom tried G tak umožnila vytvoriť spoločný jazyk na opis toho, ako “hladko” by mal konkrétny rotor fungovať a dosiahnuť túto úroveň spoľahlivosti vibrácií pomocou metód, ktoré sú zrozumiteľné a overiteľné na celom svete.
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 