ISO 1940-2 — Balance Errors (teraz ISO 21940-14)
Historická norma na posudzovanie chýb vyváženia tuhých rotorov — systematických, náhodne premenných a skalárnych zdrojov chýb v procese vyvažovania. Bola zrušená a nahradená normou ISO 21940-14:2012. Samotná vyvažovacia terminológia je definovaná v ISO 21940-2 (predtým ISO 1925) a nižšie je zhrnutá.
Inžinieri Vibromera sa naďalej odvolávajú na klasifikáciu chýb podľa ISO 1940-2 pri riešení zvyškovej nevyváženosti, ktorá pretrváva po korekcii prenosnými prístrojmi, akým je Balanset-1A.
Kľúčové vyvažovacie pojmy v skratke
Najdôležitejšie definície z ISO vyvažovacej terminológie — ISO 21940-2 (predtým ISO 1925) — pojmy, ktoré musí poznať každý pracovník vo vyvažovaní
Kompletný terminologický prehľad
Všetky hlavné pojmy z vyvažovacej terminológie ISO 21940-2 (predtým ISO 1925), usporiadané podľa kategórií
| Termín | Definícia | Význam |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Teleso schopné otáčania okolo definovanej osi. V kontexte vyvažovania zahŕňa akúkoľvek rotujúcu súčasť: hriadele, obežné kolesá, kotvy, bubny, vretená. | Základný cieľ vyvažovania. Všetky ostatné pojmy opisujú vlastnosti rotora alebo pôsobenie naň. |
| Rotor Pevný rotor | Rotor, ktorého nevyváženosť je možné korigovať v ľubovoľných dvoch rovinách a po korekcii sa zvyšková nevyváženosť významne nemení pri žiadnej rýchlosti až do maximálnej prevádzkovej rýchlosti. | Určuje, že ISO 1940-1 (Uplatňuje sa systém triedy G). Vyvažovanie pri nízkych otáčkach na dielenskom stroji je platné. Prevažná väčšina priemyselných rotorov je tuhá. |
| Rotor Flexibilný rotor | Rotor, ktorý sa pri prevádzkovej rýchlosti elasticky deformuje tak, že sa mení jeho stav nevyváženosti. Musí sa korigovať pri prevádzkovej rýchlosti alebo blízko nej vo viac ako dvoch rovinách. | Vyžaduje sa norma ISO 21940-12. Vysokorýchlostné turbíny, veľké generátory, viacstupňové kompresory. Vyžaduje sa špecializované vysokorýchlostné vyvažovacie zariadenie. |
| Rotor Os hriadeľa | Priamka spájajúca stredy ložiskových čapov. Geometrická os otáčania. | Referenčná os pre všetky merania nevyváženosti. Hádenie čapov ovplyvňuje presnosť merania. |
| Rotor Hlavná os zotrvačnosti | Os, okolo ktorej by sa rotor voľne otáčal bez vytvárania odstredivej sily alebo momentu. Zhoduje sa s osou hriadeľa pre dokonale vyvážený rotor. | Nesúlad medzi hlavnou osou a osou hriadeľa je nerovnováha. Cieľom každej korekcie je zosúladiť tieto dve osi. |
| Rotor Ťažisko (gravitácia) | Bod, kde sa celá hmotnosť rotora môže považovať za sústredenú. V prípade vyváženého rotora leží presne na osi hriadeľa. | Statická nevyváženosť = ťažisko posunuté od osi hriadeľa. Špecifická nevyváženosť (e) = vzdialenosť posunutia. |
| Rotor Prevádzková rýchlosť | Maximálna rýchlosť otáčania, pri ktorej rotor pracuje v zamýšľanom použití. | Kritické pre výpočet tolerancie: Uper = (9 549 × G × M) / n. Vždy používajte prevádzkovú rýchlosť, nie vyvažovaciu rýchlosť. |
| Rotor Kritická rýchlosť | Rýchlosť otáčania, pri ktorej systém rotora a ložiska zažíva rezonanciu, čo má za následok výrazne zosilnené vibrácie. | Určuje klasifikáciu tuhý/pružný. Tuhý rotor pracuje hlboko pod prvou kritickou rýchlosťou ohybu. |
| Termín | Definícia | Vzorec / Jednotky |
|---|---|---|
| Nerovnováha Nerovnováha | Stav, keď hlavná os zotrvačnosti nie je zhodná s osou otáčania. Spôsobuje odstredivú silu úmernú hmotnosti, excentricite a druhej mocnine rýchlosti. | U = m × r (g·mm alebo kg·m) |
| Nerovnováha Statická nevyváženosť | Hlavná os rovnobežná s osou otáčania, ale posunutá. Ekvivalent jednej hmoty s jedným polomerom. Detekovateľné bez otáčania (hrany noža). Vibrácie ložiska v fáze. | Opravené v 1 rovina |
| Nerovnováha Párová nevyváženosť | Hlavná os pretína os otáčania v ťažisku, ale je naklonená. Dva rovnaké, protiľahlé ťažké body v rôznych rovinách vytvárajú kývavý moment. Detekovateľný iba počas otáčania. | Opravené v 2 roviny |
| Nerovnováha Dynamická nevyváženosť | Všeobecný prípad: hlavná os nie je ani rovnobežná s osou otáčania, ani ju nepretína. Kombinácia statického a párového pôsobenia. Najbežnejší reálny stav. | Opravené v 2 roviny |
| Nerovnováha Špecifická nevyváženosť | Pomer nevyváženosti k hmotnosti rotora. Predstavuje excentricitu – posunutie ťažiska od osi hriadeľa. Umožňuje porovnanie kvality medzi rôznymi veľkosťami rotorov. | e = U / M (µm alebo g·mm/kg) |
| Nerovnováha Zostatková nevyváženosť | Nevyváženosť zostávajúca v rotore po vyvažovaní nesmie prekročiť povolenú hodnotu (Uper) pre zadané G-trieda. | Ures ≤ Uper |
| Nerovnováha Počiatočná nevyváženosť | Nevyváženosť rotora v dodanom stave pred akoukoľvek korekciou vyváženia. Merané pri prvom spustení. | Východiskový bod pre vyvažovací postup |
| Nerovnováha Vektor nevyváženosti | Veľkosť a uhlová poloha nevyváženosti v danej rovine. Znázornená ako polárny vektor s amplitúdou (g·mm) a fázovým uhlom (°). | U∠θ (g·mm pri ° od referenčného bodu) |
| Termín | Definícia | Praktické poznámky |
|---|---|---|
| Proces Vyvažovanie | Proces kontroly a nastavenia rozloženia hmotnosti rotora tak, aby zostatková nevyváženosť bola v rámci stanovenej tolerancie. | Iteratívne: meranie → výpočet → korekcia → overenie. |
| Proces Korekčná rovina | Rovina kolmá na os rotora, v ktorej sa pridáva alebo odoberá hmotnosť. Fyzicky dostupné miesto na umiestnenie závažia. | Môže sa líšiť od tolerančných (ložiskových) rovín – vyžaduje geometrickú konverziu. |
| Proces Tolerančná rovina | Rovina, v ktorej je špecifikovaná prípustná nevyváženosť – zvyčajne rovina ložiska. Nevyváženosť tu priamo ovplyvňuje zaťaženie ložiska. | Uper je špecifikované pre tolerančné roviny; musí sa previesť na korekčné roviny. |
| Proces Korekčná hmotnosť | Fyzická hmotnosť (závažie) pridaná k rotoru alebo odobratá z rotora v špecifickom polomere a uhle v rámci korekčnej roviny. | Pridané: pripínanie, skrutkovanie, zváranie, epoxid. Odstránené: vŕtanie, frézovanie, brúsenie. |
| Proces Skúšobná hmotnosť | Známa hmotnosť dočasne pripevnená k rotoru pod známym polomerom a uhlom počas vyvažovacieho procesu. Používa sa na určenie odozvy rotora (koeficient vplyvu). | Metóda skúšobného závažia Balanset-1A: spustenie → pripojenie skúšobného závažia → spustenie → softvér vypočíta korekciu. |
| Proces Koeficient vplyvu | Zmena vibračnej odozvy (amplitúda a fáza) v meracom bode spôsobená nevyváženosťou jednotky v konkrétnom mieste. Charakterizuje citlivosť sústavy rotor-ložisko. | Vypočítané z behov skúšobného závažia. Vyvažovanie v dvoch rovinách vyžaduje maticu vplyvu 2×2. |
| Proces Vyvažovanie v jednej rovine | Postup korekcie statickej nevyváženosti v jednej korekčnej rovine. Vhodný pre krátke (kotúčové) rotory s L/D < 0,5. | Balanset-1A Režim F2. Jeden senzor, jedna rovina. |
| Proces Vyvažovanie v dvoch rovinách | Postup korekcie statickej aj momentovej nevyváženosti v dvoch korekčných rovinách. Vyžaduje sa pre predĺžené rotory alebo keď je momentová nevyváženosť významná. | Balanset-1A Režim F3. Dva senzory, dve roviny. |
| Proces Dolaďovacie vyváženie | Konečné, jemné vyváženie vykonané na zmontovanom rotore na kompenzáciu nevyváženosti spôsobenej montážou (hádzanie spojky, tolerancie uloženia). | Často sa vykonáva v teréne na nainštalovanom stroji. |
| Proces Rozdelenie hmotnosti | Rozloženie vypočítanej korekčnej hmotnosti medzi dve susedné prístupné miesta (napr. dva otvory pre skrutky alebo polohy čepele), keď presná uhlová poloha nie je prístupná. | Balanset-1A poskytuje automatický výpočet rozdelenia hmotnosti. |
| Termín | Definícia | Porovnanie |
|---|---|---|
| Stroj Vyvažovací stroj | Zariadenie, ktoré meria nevyváženosť rotora (veľkosť a uhlovú polohu), aby bolo možné korigovať rozloženie hmotnosti. | Dielenské (stacionárne) alebo poľné (prenosné ako Balanset-1A). |
| Stroj Stroj s mäkkými ložiskami | Odpruženie je veľmi flexibilné. Rotor sa otáča nad prirodzenou frekvenciou odpruženia. Meria fyzické posunutie. Musí byť kalibrované pre každú geometriu rotora. | Dnes menej bežné. Nižšie náklady, ale operátor musí vykonať kalibráciu pre každý rotor. Snímanie posunutia. |
| Stroj Stroj s tvrdými ložiskami | Odpruženie je veľmi tuhé. Rotor sa otáča pod vlastnou frekvenciou odpruženia. Snímače merajú odstredivú silu priamo. Trvalo kalibrované – akceptuje širokú škálu rotorov bez špecifického nastavenia rotora. | Dominantný typ v modernom priemysle. Všestrannejšie, rýchlejšie nastavenie. Snímanie sily. |
| Stroj Poľný vyvažovací prístroj | Prenosný prístroj používaný na vyvažovanie rotorov na mieste (nainštalovaných v stroji) bez demontáže. Používa vibračné senzory a otáčkomer. Metóda skúšobného závažia. | Balanset-1A (2-kanálový) a Balanset-4 (4-kanálový). Vstavaná kalkulačka tolerancií ISO 1940. |
| Stroj Tŕň (Arbor) | Hriadeľ alebo adaptér, na ktorý sa rotor upevňuje na vyváženie na stroji. Musí byť presne sústredný a mať zanedbateľné hádzanie. | Excentricita tŕňa je hlavným zdrojom systematickej chyby vyváženia. Overené indexovým testom. |
| Termín | Definícia | Vzorec / Štandard |
|---|---|---|
| Kvalita Trieda kvality vyváženia (G) | Klasifikácia špecifikujúca maximálnu povolenú rýchlosť ťažiska rotora. G = eper × ω. Známky tvoria logaritmickú stupnicu s faktorom 2,5. | G 0,4 … G 4000 Definované v ISO 1940-1 |
| Kvalita Prípustná zostatková nevyváženosť (Uper) | Maximálna povolená zvyšková nevyváženosť pre špecifikovaný stupeň G, hmotnosť rotora a prevádzkovú rýchlosť. Kritérium prijatia. | Uper = (9549 × G × M) / n |
| Kvalita Tolerancia vyváženia | Rozsah, v ktorom musí zvyšková nevyváženosť klesať, aby splnila špecifikovanú požiadavku na kvalitu. Rovná sa Uper. | Špecifikované pre každú rovinu po alokácii |
| Kvalita Pomer redukcie nevyváženosti (URR) | Pomer počiatočnej nevyváženosti k zvyškovej nevyváženosti po jednom korekčnom cykle. Indikuje účinnosť vyvažovacieho stroja/postupu. | URR = Upočiatočný / Uzvyškový Typické: 5–50× |
| Meranie Fázový uhol | Uhlová poloha vektora nevyváženosti vzhľadom na referenčnú značku na rotore (meraná tachometrom). V kombinácii s amplitúdou definuje celkový vektor nevyváženosti. | ° (stupňov, 0–360) |
| Meranie Rýchlosť vibrácií (RMS) | Stredná kvadratická hodnota rýchlosti vibrácií na ložiskovom telese. Štandardný merací parameter na posúdenie stavu stroja podľa ISO 10816. | mm/s RMS (10–1 000 Hz) |
| Meranie Indexový test | Postup overovania: otočte rotor o definovaný uhol (napr. 180°) vzhľadom na podpery stroja a znova ho zmerajte. Detekuje chyby tŕňa a upínacieho prípravku. | Vyžaduje sa na formálne overenie podľa normy ISO 1940-1, kapitola 10 |
| Meranie Minimálna dosiahnuteľná zvyšková nevyváženosť (Umar) | Najnižšia zvyšková nevyváženosť dosiahnuteľná na danom vyvažovacom stroji pre konkrétny rotor. Určená citlivosťou stroja, šumovou hladinou a stavom ložísk. | Umar musí byť ≤ Uper aby bol stroj vhodný pre požadovanú triedu G. |
Čo je norma ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mechanické vibrácie — Požiadavky na kvalitu vyváženia tuhých rotorov — Časť 2: Chyby vyváženia) bola medzinárodná norma na identifikáciu, posudzovanie a zohľadňovanie chýb, ktoré vznikajú pri vyvažovaní tuhých rotorov — od nevyváženosti tŕňa a hnacieho hriadeľa po hádzanie súčastí a rozptyl prístrojov. Bola zrušená a nahradená normou ISO 21940-14:2012 (Mechanické vibrácie — Vyvažovanie rotorov — Časť 14: Postupy posudzovania chýb vyváženia), ktorá rozširuje tie isté postupy aj na rotory s pružným správaním. Poznámka: často sa zamieňa s vyvažovacou terminológiou — to je iná norma, ISO 21940-2 (predtým ISO 1925), ktorej terminológiu táto stránka nižšie zhrňuje.
Keď inžinier v Nemecku špecifikuje „dynamickú korekciu nevyváženosti na G 6.3 v dvoch rovinách“, technik v Japonsku musí presne rozumieť tomu, čo sa požaduje — rovnaký stav rotora, rovnaký postup vyvažovania a rovnaké akceptačné kritérium. ISO vyvažovacia terminológia — ISO 21940-2 (predtým ISO 1925) — to umožňuje tým, že poskytuje jednotnú, medzinárodne dohodnutú terminológiu pre celý odbor.
Samotná norma ISO 1940-2 naopak nebola ani slovníkom, ani špecifikáciou tolerancií — zaoberala sa chybami vyváženia. Zdroje chýb v procese vyvažovania klasifikovala ako systematické (možno vyhodnotiť veľkosť a uhol — napr. nevyváženosť tŕňa alebo hnacieho hriadeľa, radiálne a axiálne hádzanie, perá a drážky pre pero, zvyškový magnetizmus, opätovnú montáž a chyby prístrojov), náhodne premenné (uvoľnené časti, zachytené kvapaliny, tepelné deformácie, odpor vzduchu) a skalárne (možno odhadnúť iba maximálnu veľkosť, uhol je neurčitý — napr. montážne vôle a výrobné tolerancie), a poskytovala postupy na ich posudzovanie a zohľadňovanie tak, aby zvyšková nevyváženosť skutočne zostala v rámci prípustnej hodnoty Uper z ISO 1940-1 (teraz ISO 21940-11). Jej nástupca, ISO 21940-14, si v rámci série ISO 21940 zachováva presne túto úlohu.
Podrobná analýza termínov
Rozdiel medzi pevným a flexibilným
Toto je najdôležitejšia klasifikácia pri vyvažovaní. Toto rozlíšenie určuje všetko: ktorá norma sa uplatňuje, aké vybavenie je potrebné, koľko rovin je potrebných a akou rýchlosťou sa musí vyvažovanie vykonať.
Rotor, ktorého nevyváženosť je možné korigovať v dvoch ľubovoľných rovinách a po korekcii sa zvyšková nevyváženosť významne nemení pri žiadnej rýchlosti až do maximálnej prevádzkovej rýchlosti. Praktický test: ak prvé ohnutie kritická rýchlosť je výrazne nad maximálnou prevádzkovou rýchlosťou (zvyčajne > 1,5× alebo viac), rotor je pevný.
Rotor, ktorý sa pri prevádzkovej rýchlosti elasticky deformuje tak, že sa mení jeho stav nevyváženosti. Musí byť vyvážený pri prevádzkovej rýchlosti alebo blízkej tejto rýchlosti vo viac ako dvoch rovinách. Platí pre: veľké turbogenerátory, viacstupňové vysokorýchlostné kompresory, dlhé valce papierenských strojov s vysokou rýchlosťou. Zahrnuté v norme ISO 21940-12.
Prevažná väčšina priemyselných rotorov – elektromotorov, ventilátorov, čerpadiel, zotrvačníkov, hriadeľov – sú tuhé rotory. ISO 1940-1 Systém triedy G sa vzťahuje priamo na pevné rotory.
Tri typy nevyváženosti
Terminológia (ISO 21940-2) definuje tri základné typy na základe geometrického vzťahu medzi hlavnou osou zotrvačnosti a osou otáčania. Pochopenie týchto typov je nevyhnutné na výber správneho postupu vyvažovania:
- Statická nevyváženosť produkuje sila — obe ložiská vibrujú vo fáze pri 1× ot./min. Rotor je možné bez otáčania zistiť ako nevyvážený (gravitácia ho odhalí na ostrých hranách). Postačuje jedna korekčná rovina. Typické pre úzke kotúčové rotory (L/D < 0,5): úzke remenice, obežné kolesá ventilátorov, tenké zotrvačníky.
- Momentová nevyváženosť produkuje moment — ložiská vibrujú fázovo mimo osi o 180° pri otáčkach 1× ot./min. Výsledná sila je nulová (ťažisko je na osi), ale dve rovnaké a protiľahlé ťažké miesta v rôznych axiálnych polohách vytvárajú kývavý pár. Detekovateľné iba počas otáčania. Vyžaduje si dve korekčné roviny.
- Dynamická nevyváženosť = statická + párová kombinácia. Všeobecný prípad pre všetky reálne rotory, ktoré nie sú dokonale symetrické. Je prítomná sila aj moment. Ložiská vibrujú rýchlosťou 1× bez toho, aby boli ani v fáze, ani presne o 180° mimo fázy. Vyžaduje sa vyváženie v dvoch rovinách.
Špecifická nevyváženosť a pripojenie stupňa G
Špecifická nevyváženosť (e = U/M) je kľúčová metrika, ktorá umožňuje univerzálne porovnanie kvality vyváženia. Rotor s hmotnosťou 5 kg s nevyváženosťou 50 g·mm má e = 10 µm. Rotor s hmotnosťou 500 kg s nevyváženosťou 5 000 g·mm má tiež e = 10 µm – identická kvalita vyváženia napriek 100-násobnému rozdielu hmotnosti.
G-trieda rozširuje to zahrnutím rýchlosti: G = e × ω, čím sa získa jedno číslo (mm/s), ktoré charakterizuje kvalitu vyváženia nezávisle od hmotnosti aj rýchlosti. Toto je základ ISO 1940-1 tolerančný systém.
Korekčné roviny vs. tolerančné roviny
Terminológia upozorňuje na zásadné rozlíšenie, ktoré sa v praxi často prehliada:
- Tolerančné roviny = roviny ložísk, kde sú vibrácie a dynamické zaťaženia najkritickejšie. Prípustná nevyváženosť Uper je tu uvedená.
- Korekčné roviny = fyzicky prístupné miesta, kde je možné umiestniť závažia (náboj ventilátora, koncové krúžky motora, osadenie hriadeľa). Často v iných axiálnych polohách ako ložiská.
Konverzia Uper z tolerančných rovín na korekčné roviny vyžaduje znalosť geometrie rotora. Pri asymetrických alebo previslých rotoroch môže táto konverzia výrazne zmeniť tolerancie na rovinu. Balanset-1A spracuje túto konverziu automaticky po zadaní rozmerov rotora.
Typy vyvažovacích strojov
Dva základné typy strojov odrážajú rôzne princípy fyzikálneho merania:
- Mäkké ložisko: Vlastná frekvencia pruženia výrazne pod prevádzkovou rýchlosťou → merania stroja výchylka. Vyžaduje kalibráciu pre každý nový rotor. Historicky významné; klesá v používaní.
- Tvrdé ložisko: Vlastná frekvencia pruženia výrazne nad prevádzkovou rýchlosťou → merania stroja sila. Trvalo kalibrované – akceptuje rôzne rotory bez individuálnej kalibrácie. Dominantný moderný typ.
Prístroje na vyvažovanie poľa, ako napríklad Balanset-1A používajú iný princíp: nie sú "strojom" v zmysle ISO, ale ako merací systém používajú vlastné ložiská a podperu rotora, pričom na určenie korekcie využívajú metódu skúšobnej hmotnosti (koeficient vplyvu) bez potreby špeciálneho vyvažovacieho stroja.
Krížový odkaz: Kde sa každý výraz používa
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Používa všetky termíny tolerancie a kvality – trieda G, Uper, tolerancia rovnováhy, zvyšková nevyváženosť. Primárny konzument tejto slovnej zásoby.
ISO 14694: Používa rotorové pojmy (tuhý rotor), pojmy nevyváženosti a rozširuje ich o kategórie použitia BV špecifické pre ventilátory, stupne vyváženia a tabuľky limitov vibrácií.
ISO 10816 / ISO 20816: Používa merné pojmy – rýchlosť vibrácií, RMS, meracie body ložiskového telesa.
ISO 21940-12: Rozširuje flexibilnú definíciu rotora o viacrýchlostné a viacrovinné postupy.
API 610 / API 617: Ropné normy odkazujú na triedy G podľa normy ISO 1940 a terminológiu nevyváženosti pre špecifikácie čerpadiel a kompresorov.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Prechod
ISO 21940-14:2012 formálne zrušila a nahradila ISO 1940-2:1997, pričom predstavuje jej technickú revíziu — hlavnou zmenou je rozšírenie použiteľnosti na rotory s pružným správaním. Vyvažovacia terminológia sa vyvíjala samostatne: ISO 1925 bola revidovaná ako ISO 21940-2. Číslovanie ISO 21940 odráža integráciu do komplexnej série ISO 21940 pokrývajúcej všetky aspekty vyvažovania rotorov. Staré označenia sa v odbornej literatúre stále často objavujú.
Oficiálny štandard: ISO 21940-14:2012 (nahrádza ISO 1940-2) v ISO Store →
Často kladené otázky – ISO 1940-2
Chyby vyváženia, prechod ISO 21940 a terminológia vyvažovania
▸ Čo je norma ISO 1940-2?
▸ Aký je rozdiel medzi statickou a dynamickou nevyváženosťou?
▸ Aký je rozdiel medzi pevným a flexibilným rotorom?
▸ Čo je to zostatková nevyváženosť?
▸ Aký je rozdiel medzi korekčnou rovinou a tolerančnou rovinou?
▸ Vyvažovací stroj s mäkkými a tvrdými ložiskami?
▸ Čo je špecifická nevyváženosť (excentricita)?
Súvisiace články s glosárom
Hovorte jazykom – so správnymi nástrojmi
Vyvažovače Vibromera priamo implementujú slovník ISO: výber stupňa G, vektory nevyváženosti, korekčné roviny, porovnanie reziduálnych a prípustných hodnôt – všetko v jednom prenosnom prístroji.
Prehľadávať vyvažovacie zariadenia →
