ISO 1940-2 - Napake uravnoteženja (zdaj ISO 21940-14)
Zgodovinski standard za ocenjevanje napak uravnoteženja togih rotorjev — sistematični, naključno spremenljivi in skalarni viri napak v procesu uravnoteženja. Umaknjen in nadomeščen z ISO 21940-14:2012. Sama terminologija uravnoteženja je določena v ISO 21940-2 (prej ISO 1925) in je povzeta spodaj.
Ključni izrazi za uravnoteženje na prvi pogled
Najpomembnejše definicije iz terminologije ISO za uravnoteženje — ISO 21940-2 (prej ISO 1925) — izrazi, ki jih mora poznati vsak strokovnjak za uravnoteženje
Popoln terminološki priročnik
Vsi glavni izrazi iz terminologije uravnoteženja, ISO 21940-2 (prej ISO 1925), razvrščeni po kategorijah
| Izraz | Definicija | Pomen |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Telo, ki se lahko vrti okoli določene osi. V kontekstu uravnoteženja vključuje vse vrteče se komponente: gredi, rotorje, armature, bobne, vretena. | Temeljni cilj uravnoteženja. Vsi drugi izrazi opisujejo lastnosti rotorja ali delovanje nanj. |
| Rotor Togi rotor | Rotor, katerega neuravnoteženost je mogoče popraviti v poljubnih dveh ravninah, po popravku pa se preostala neuravnoteženost bistveno ne spremeni pri nobeni hitrosti do največje delovne hitrosti. | Določa, da ISO 1940-1 (Velja sistem razreda G). Uravnoteženje pri nizki hitrosti na stroju v delavnici je veljavno. Velika večina industrijskih rotorjev je togih. |
| Rotor Prožni rotor | Rotor, ki se pri svoji delovni hitrosti elastično deformira tako, da se njegovo stanje neuravnoteženosti spremeni. Korigirati ga je treba pri delovni hitrosti ali blizu nje v več kot dveh ravninah. | Zahteva se standard ISO 21940-12. Visokohitrostne turbine, veliki generatorji, večstopenjski kompresorji. Potrebna je specializirana oprema za uravnoteženje z visokimi hitrostmi. |
| Rotor Os gredi | Ravna črta, ki povezuje središča ležajnih čepov. Geometrijska os vrtenja. | Referenčna os za vse meritve neuravnoteženosti. Iztek ležajnih čepov vpliva na natančnost meritev. |
| Rotor Glavna vztrajnostna os | Os, okoli katere bi se rotor prosto vrtel brez ustvarjanja centrifugalne sile ali momenta. Pri popolnoma uravnoteženem rotorju sovpada z osjo gredi. | Neusklajenost med glavno osjo in osjo gredi je neravnovesje. Vse korekcije so namenjene poravnavi teh dveh osi. |
| Rotor Središče mase (težišče) | Točka, kjer se lahko šteje, da je celotna masa rotorja skoncentrirana. Pri uravnoteženem rotorju leži natančno na osi gredi. | Statična neuravnoteženost = težišče je odmaknjeno od osi gredi. Specifična neuravnoteženost (e) = razdalja odmika. |
| Rotor Obratovalna hitrost | Največja vrtilna hitrost, pri kateri rotor deluje pri predvideni uporabi. | Kritično za izračun tolerance: Una = (9 549 × G × M) / n. Vedno uporabljajte delovno hitrost, ne hitrosti uravnoteženja. |
| Rotor Kritična hitrost | Vrtilna hitrost, pri kateri sistem rotorja in ležajev doživlja resonanco, kar povzroči močno ojačane vibracije. | Določa klasifikacijo tog/fleksibilen rotor. Togi rotor deluje precej pod prvo kritično hitrostjo upogibanja. |
| Izraz | Definicija | Formula / Enote |
|---|---|---|
| Neuravnoteženost Neuravnoteženost | Pogoj, pri katerem glavna vztrajnostna os ne sovpada z vrtilno osjo. Povzroča centrifugalno silo, sorazmerno z maso, ekscentričnostjo in kvadratom hitrosti. | U = m × r (g·mm ali kg·m) |
| Neuravnoteženost Statična neravnovesja | Glavna os je vzporedna z osjo vrtenja, vendar premaknjena. Ekvivalent eni sami masi na enem polmeru. Zaznavno brez vrtenja (na nožnih robovih). Vibracije ležajev so v fazi. | Popravljeno v 1 ravnina |
| Neuravnoteženost Momentska neuravnoteženost | Glavna os seka os vrtenja v težišču, vendar je nagnjena. Dve enaki, nasprotni težki točki v različnih ravninah ustvarjata zibalni moment. Zaznaven je le med vrtenjem. | Popravljeno v 2 ravnini |
| Neuravnoteženost Dinamično neravnovesje | Splošni primer: glavna os ni niti vzporedna z vrtilno osjo niti je ne seka. Kombinacija statične in momentske neuravnoteženosti. Najpogostejše stanje v praksi. | Popravljeno v 2 ravnini |
| Neuravnoteženost Posebno neravnovesje | Razmerje med neuravnoteženostjo in maso rotorja. Predstavlja ekscentričnost – premik težišča od osi gredi. Omogoča primerjavo kakovosti med različnimi velikostmi rotorjev. | e = U / M (µm ali g·mm/kg) |
| Neuravnoteženost Preostala neuravnoteženost | Neuravnoteženost, ki ostane v rotorju po postopku uravnoteženja. Ne sme presegati dovoljene vrednosti (Una) za določeno G-razred. | Ures ≤ Una |
| Neuravnoteženost Začetno neuravnoteženost | Neuravnoteženost rotorja ob prejemu, pred kakršno koli korekcijo uravnoteženja. Izmerjeno pri prvem zagonu. | Izhodišče za postopek uravnoteženja |
| Neuravnoteženost Vektor neuravnoteženosti | Velikost in kotni položaj neuravnoteženosti v dani ravnini. Predstavljeno kot polarni vektor z amplitudo (g·mm) in faznim kotom (°). | U∠θ (g·mm pri ° od ref.) |
| Izraz | Definicija | Praktične opombe |
|---|---|---|
| Postopek Uravnoteženje | Postopek preverjanja in prilagajanja porazdelitve mase rotorja, tako da je preostala neuravnoteženost znotraj določene tolerance. | Iterativno: meritev → izračun → popravek → preverjanje. |
| Postopek Korekcijska ravnina | Ravnina, pravokotna na os rotorja, na kateri se dodaja ali odvzema masa. Fizično dostopno mesto za postavitev uteži. | Lahko se razlikuje od tolerančnih (ležajnih) ravnin – zahteva geometrijsko pretvorbo. |
| Postopek Tolerančna ravnina | Ravnina, v kateri je določena dovoljena neuravnoteženost – običajno ravnina ležaja. Neuravnoteženost tukaj neposredno vpliva na obremenitve ležajev. | Una je določeno za tolerančne ravnine; pretvoriti ga je treba v korekcijske ravnine. |
| Postopek Korekcijska masa | Fizična masa (teža), dodana rotorju ali odvzeta z njega pod določenim polmerom in kotom znotraj korekcijske ravnine. | Dodano: pritrditev s sponko, pritrditev z vijaki, varjenje, epoksi. Odstranjeno: vrtanje, rezkanje, brušenje. |
| Postopek Preizkusna teža | Znana masa, ki je med postopkom uravnoteženja začasno pritrjena na rotor pod znanim polmerom in kotom. Uporablja se za določitev odziva rotorja (vplivni koeficient). | Metoda poskusnega uteži Balanset-1A: izvedba → priložite poskusno utež → izvedba → programska oprema izračuna popravek. |
| Postopek Koeficient vpliva | Sprememba vibracijskega odziva (amplituda in faza) na merilni točki, ki jo povzroči neuravnoteženost enote na določenem mestu. Karakterizira občutljivost ležaja rotorja. | Izračunano iz poskusnih uteži. Dvoravninsko uravnoteženje zahteva matriko vplivov 2×2. |
| Postopek Uravnoteženje v eni ravnini | Postopek za korekcijo statične neuravnoteženosti v eni korekcijski ravnini. Primeren za kratke (diskaste) rotorje z L/D < 0,5. | Balanset-1A Način F2. En senzor, ena ravnina. |
| Postopek Dvoravninsko uravnoteženje | Postopek za odpravo statične in momentske neuravnoteženosti v dveh korekcijskih ravninah. Zahtevan za podolgovate rotorje ali kadar je momentska neuravnoteženost znatna. | Balanset-1A Način F3. Dva senzorja, dve ravnini. |
| Postopek Douravnoteženje | Končna, fina nastavitev uravnoteženja, izvedena na sestavljenem rotorju za kompenzacijo neuravnoteženosti, ki jo je povzročila montaža (iztekanje sklopke, tolerance prileganja). | Pogosto se izvaja na terenu na nameščenem stroju. |
| Postopek Razdelitev teže | Porazdelitev izračunane korekcijske mase med dve sosednji dostopni mesti (npr. dve luknji za vijake ali položaja lopatice), kadar natančen kotni položaj ni dostopen. | Balanset-1A omogoča samodejni izračun porazdelitve teže. |
| Izraz | Definicija | Primerjava |
|---|---|---|
| Stroj Stroj za uravnoteženje | Naprava, ki meri neuravnoteženost rotorja (velikost in kotni položaj), da se lahko popravi porazdelitev mase. | V delavnici (stacionarne) ali na terenu (prenosne kot Balanset-1A). |
| Stroj Stroj z mehkimi ležaji | Vzmetenje je zelo fleksibilno. Rotor se vrti nad naravno frekvenco vzmetenja. Meri fizični premik. Kalibrirati ga je treba za vsako geometrijo rotorja. | Danes manj pogosto. Nižji stroški, vendar mora upravljavec ponovno kalibrirati vsak rotor posebej. Zaznavanje premika. |
| Stroj Stroj s trdimi ležaji | Vzmetenje je zelo togo. Rotor se vrti pod naravno frekvenco vzmetenja. Senzorji neposredno merijo centrifugalno silo. Trajno kalibrirano – sprejema širok spekter rotorjev brez specifične nastavitve rotorja. | Dominantni tip v sodobni industriji. Bolj vsestranska, hitrejša nastavitev. Zaznavanje sile. |
| Stroj Terenski uravnoteževalnik | Prenosni instrument, ki se uporablja za uravnoteženje rotorjev na mestu vgradnje (nameščenih v stroju) brez razstavljanja. Uporablja senzorje vibracij in tahometer. Metoda poskusne uteži. | Balanset-1A (2-kanalni) in Balanset-4 (4-kanalni). Vgrajen kalkulator tolerance ISO 1940. |
| Stroj Trn (Arbor) | Gred ali adapter, na katerega je rotor nameščen za uravnoteženje na stroju. Mora biti natančno koncentričen in imeti zanemarljiv iztek. | Ekscentričnost trna je glavni vir sistematične napake uravnoteženja. Potrjeno z indeksnim testom. |
| Izraz | Definicija | Formula / Standard |
|---|---|---|
| Kakovost Razred kakovosti uravnoteženosti (G) | Klasifikacija, ki določa največjo dovoljeno hitrost težišča rotorja. G = ena × ω. Ocene tvorijo logaritemsko lestvico s faktorjem 2,5. | G 0,4 … G 4000 Določeno v ISO 1940-1 |
| Kakovost Dovoljena preostala neuravnoteženost (Una) | Največja dovoljena preostala neuravnoteženost za določeno stopnjo G, maso rotorja in obratovalno hitrost. Kriterij sprejemljivosti. | Una = (9549 × G × M) / n |
| Kakovost Toleranca ravnotežja | Območje, znotraj katerega mora biti preostala neuravnoteženost, da se izpolnijo določene zahteve glede kakovosti. Enako Una. | Določeno na ravnino po dodelitvi |
| Kakovost Razmerje zmanjšanja neravnovesja (URR) | Razmerje med začetno neuravnoteženostjo in preostalo neuravnoteženostjo po enem korekcijskem ciklu. Označuje učinkovitost stroja za uravnoteženje oziroma postopka. | URR = Uzačetnica / Upreostanek Tipično: 5–50× |
| Merjenje Fazni kot | Kotni položaj vektorja neuravnoteženosti glede na referenčno oznako na rotorju (merjeno s tahometrom). V kombinaciji z amplitudo določa celoten vektor neuravnoteženosti. | ° (stopinje, 0–360) |
| Merjenje Hitrost vibracij (RMS) | Srednja kvadratna vrednost hitrosti vibracij na ohišju ležaja. Standardni merilni parameter za oceno stanja stroja na ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Merjenje Indeksni test | Postopek preverjanja: rotor zavrtite za določen kot (npr. 180°) glede na nosilce stroja in ponovno izmerite. Zazna napake trna in vpenjalne naprave. | Zahtevano za formalno preverjanje v skladu s standardom ISO 1940-1, poglavje 10 |
| Merjenje Minimalna dosegljiva preostala neuravnoteženost (Umar) | Najnižja preostala neuravnoteženost, ki jo je mogoče doseči na danem stroju za uravnoteženje za določen rotor. Določena je z občutljivostjo stroja, šumnim pragom in stanjem ležajev. | Umar mora biti ≤ Una da je stroj primeren za zahtevano stopnjo G. |
Kaj je ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mechanical vibration — Balance quality requirements of rigid rotors — Part 2: Balance errors) je bil mednarodni standard za prepoznavanje, ocenjevanje in upoštevanje napak, ki nastanejo pri uravnoteženju togih rotorjev — od neuravnoteženosti trna in pogonske gredi do izteka komponent in raztrosa instrumentacije. Umaknjen je bil in nadomeščen z ISO 21940-14:2012 (Mechanical vibration — Rotor balancing — Part 14: Procedures for assessing balance errors), ki enake postopke razširja tudi na rotorje s prožnim obnašanjem. Opomba: pogosto ga zamenjujejo s terminologijo uravnoteženja besedišče — to je drug standard, ISO 21940-2 (prej ISO 1925), katerega terminologijo ta stran povzema spodaj.
Ko inženir v Nemčiji določi "dinamično odpravo neuravnoteženosti do G 6.3 v dveh ravninah", mora tehnik na Japonskem natančno razumeti, kaj je zahtevano — enako stanje rotorja, enak postopek uravnoteženja in enako prevzemno merilo. ISO terminologija uravnoteženja — ISO 21940-2 (prej ISO 1925) — to omogoča, saj zagotavlja enoten, mednarodno dogovorjen besednjak za celotno področje.
Nasprotno pa sam ISO 1940-2 ni bil ne slovar ne specifikacija toleranc — obravnaval je napake uravnoteženja. Vire napak v procesu uravnoteženja je razvrščal kot sistematična (velikost in kot je mogoče oceniti — npr. neuravnoteženost trna ali pogonske gredi, radialni in aksialni iztek, peresa in utori za peresa, preostali magnetizem, napake pri ponovni montaži in instrumentaciji), naključno spremenljive (ohlapni deli, ujete tekočine, toplotna deformacija, zračni upor) in skalarna (oceniti je mogoče le največjo velikost, kot pa je nedoločen — npr. montažne zračnosti in proizvodne tolerance), ter podajal postopke za njihovo ocenjevanje in upoštevanje, da preostala neuravnoteženost dejansko ostane znotraj dopustne vrednosti Una od ISO 1940-1 (zdaj ISO 21940-11). Njegov naslednik, ISO 21940-14, ohranja natanko to vlogo v seriji ISO 21940.
Podrobna analiza izrazov
Razlika med togim in fleksibilnim
To je najpomembnejša klasifikacija pri uravnoteženju. Razlikovanje določa vse: kateri standard se uporablja, katera oprema je potrebna, koliko ravnin je potrebnih in s kakšno hitrostjo je treba izvajati uravnoteženje.
Rotor, katerega neuravnoteženost je mogoče popraviti v poljubnih dveh ravninah in se po popravku preostala neuravnoteženost bistveno ne spremeni pri nobeni hitrosti do največje delovne hitrosti. Praktični preizkus: če prvi upogib kritična hitrost je precej nad največjo delovno hitrostjo (običajno > 1,5× ali več), je rotor tog.
Rotor, ki se pri svoji delovni hitrosti elastično deformira tako, da se njegovo stanje neuravnoteženosti spremeni. Uravnotežen mora biti pri delovni hitrosti ali blizu nje v več kot dveh ravninah. Velja za: veliki turbogeneratorji, večstopenjski visokohitrostni kompresorji, dolgi valji papirnih strojev z veliko hitrostjo. Zajeto v standardu ISO 21940-12.
Velika večina industrijskih rotorjev – elektromotorjev, ventilatorjev, črpalk, vztrajnikov, gredi – je togih rotorjev. ISO 1940-1 Sistem razreda G se uporablja neposredno za toge rotorje.
Tri vrste neravnovesja
Terminologija (ISO 21940-2) opredeljuje tri temeljne tipe glede na geometrijsko razmerje med glavno osjo vztrajnosti in osjo vrtenja. Razumevanje tega je bistveno za izbiro pravilnega postopka uravnoteženja:
- Statična neuravnoteženost proizvaja sila — oba ležaja vibrirata v fazi pri 1× vrt/min. Rotor je mogoče zaznati kot neuravnotežen brez vrtenja (gravitacija ga razkrije na ostrih robovih). Zadostuje ena korekcijska ravnina. Tipično za ozke diskaste rotorje (L/D < 0,5): ozke jermenice, rotorji ventilatorjev, tanki vztrajniki.
- Momentska neuravnoteženost proizvaja moment — ležaji vibrirajo za 180° izven faze pri 1× vrtljajih na minuto. Neto sila je nič (težišče je na osi), vendar dve enaki in nasprotni težki točki v različnih aksialnih položajih ustvarjata nihajni par. Zaznavno le med vrtenjem. Zahteva dve korekcijski ravnini.
- Dinamična neuravnoteženost = statično + par skupaj. Splošni primer za vse resnične rotorje, ki niso popolnoma simetrični. Prisotna sta tako sila kot moment. Ležaji vibrirajo s frekvenco 1×, ne da bi bili v fazi ali natančno 180° izven faze. Zahteva dvoravninsko uravnoteženje.
Specifična neuravnoteženost in povezava z razredom G
Specifična neuravnoteženost (e = U/M) je ključna metrika, ki omogoča univerzalno primerjavo kakovosti uravnoteženja. Rotor z maso 5 kg in neuravnoteženostjo 50 g·mm ima e = 10 µm. Rotor z maso 500 kg in neuravnoteženostjo 5000 g·mm ima prav tako e = 10 µm – enaka kakovost uravnoteženja kljub 100-kratni razliki v masi.
Spletna stran G-razred to razširi z vključitvijo hitrosti: G = e × ω, kar poda eno samo število (mm/s), ki označuje kakovost uravnoteženja neodvisno od mase in hitrosti. To je temelj ISO 1940-1 tolerančni sistem.
Korekcijske ravnine v primerjavi s tolerančnimi ravninami
Terminologija uvaja ključno razlikovanje, ki se v praksi pogosto spregleda:
- Tolerančne ravnine = ravnine ležajev, kjer so vibracije in dinamične obremenitve najbolj kritične. Dovoljena neuravnoteženost Una je tukaj določeno.
- Korekcijske ravnine = fizično dostopna mesta, kamor je mogoče namestiti uteži (pesto ventilatorja, končni obroči motorja, ramena gredi). Pogosto na različnih aksialnih položajih kot ležaji.
Pretvarjanje Una Pretvorba iz tolerančnih ravnin v korekcijske ravnine zahteva poznavanje geometrije rotorja. Pri asimetričnih ali previsnih rotorjih lahko ta pretvorba znatno spremeni tolerance na ravnino. Balanset-1A to pretvorbo samodejno izvede, ko so vnesene dimenzije rotorja.
Vrste strojev za uravnoteženje
Dva osnovna tipa strojev odražata različna fizikalna merilna načela:
- Stroj z mehkimi ležaji: Lastna frekvenca vzmetenja precej pod obratovalno hitrostjo → stroj meri premik. Zahteva kalibracijo za vsak nov rotor. Zgodovinsko pomembno; v upadanju uporabe.
- Stroj s trdimi ležaji: Lastna frekvenca vzmetenja precej nad obratovalno hitrostjo → stroj meri sila. Trajno kalibriran – sprejema različne rotorje brez individualne kalibracije. Prevladujoč sodobni tip.
Instrumenti za uravnoteženje polja, kot so Balanset-1A uporabljajo drugačno načelo: niso "stroj" v smislu ISO, temveč kot merilni sistem uporabljajo ležaje in oporo rotorja, pri čemer za določitev korekcije uporabljajo metodo poskusne uteži (vplivni koeficient) brez potrebe po namenskem balansirnem stroju.
Navzkrižno sklicevanje: Kje se uporablja posamezen izraz
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Uporablja vse izraze tolerance in kakovosti – razred G, Una, toleranca ravnotežja, preostala neravnovesja. Primarni uporabnik tega besedišča.
ISO 14694: Uporablja izraze za rotorje (toge), izraze za neuravnoteženost in jih razširja s kategorijami uporabe BV, specifičnimi za ventilatorje, razredi uravnoteženosti in tabelami mej vibracij.
ISO 10816 / ISO 20816: Uporablja merske izraze – hitrost vibracij, efektivna vrednost (RMS), merilne točke ohišja ležaja.
ISO 21940-12: Razširi definicijo fleksibilnega rotorja z večhitrostnimi in večravninskimi postopki.
API 610 / API 617: Naftni standardi se pri specifikacijah črpalk in kompresorjev sklicujejo na razrede ISO 1940 G in terminologijo neuravnoteženosti.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Prehod
ISO 21940-14:2012 je formalno preklical in nadomestil ISO 1940-2:1997, katerega tehnična revizija je — glavna sprememba je razširitev področja uporabe na rotorje s prožnim obnašanjem. Terminologija uravnoteženja je sledila ločeni poti: ISO 1925 je bil revidiran kot ISO 21940-2. Oštevilčenje ISO 21940 odraža vključitev v celovito serijo ISO 21940, ki pokriva vse vidike uravnoteženja rotorjev. Stare oznake se še vedno pogosto pojavljajo v industrijski literaturi.
Uradni standard: ISO 21940-14:2012 (nadomešča ISO 1940-2) v ISO Store →
Pogosto zastavljena vprašanja – ISO 1940-2
Napake uravnoteženja, prehod na ISO 21940 in terminologija uravnoteženja
Sorodni članki glosarja
Govorite jezik – s pravimi orodji
Uravnoteževalniki Vibromera neposredno uporabljajo besednjak ISO: izbira razreda G, vektorji neuravnoteženosti, korekcijske ravnine, primerjava preostale in dovoljene neuravnoteženosti – vse v enem prenosnem instrumentu.
Poiščite opremo za uravnoteženje →
