Kvalitetsklass för balans (G-Grade): Definition, syfte och tillämpning
Vad är en Balance Quality Grade (G-Grade)?
A Balansera kvalitetsbetyg, är en standardiserad klassificering som definieras i standarderna ISO 1940-1 och ISO 21940-11 och som anger den maximalt tillåtna kvarvarande obalansen för en rotor. Med andra ord anger G-graden hur exakt en rotor måste balanseras. Den mäter inte vibrationsnivåerna direkt utan definierar snarare en obalanstolerans som baseras på rotorns massa och maximala drifthastighet.
Siffran efter bokstaven G (t.ex. G6,3, G2,5) motsvarar den maximala vibrationshastigheten för rotorns masscentrum, uttryckt i millimeter per sekund (mm/s). Till exempel innebär klass G6.3 att rotorns masscentrum inte får uppleva vibrationer som överstiger 6,3 mm/s vid maximal drifthastighet, medan den strängare klassen G2.5 begränsar denna hastighet till 2,5 mm/s. Ju lägre G-talet är, desto strängare är kraven på balanseringen: mindre obalanstolerans och högre balanseringsprecision.
Syftet med G-klasssystemet
G-grade-systemet utvecklades för att skapa en universell standard som definierar hur väl en rotor måste balanseras. I stället för vaga formuleringar som “rotorn måste vara välbalanserad” kan ingenjörerna ange ett exakt och verifierbart mål, t.ex. “balansera till G6.3”. Standarden ger ett gemensamt språk för tillverkare, servicetekniker och kunder, vilket säkerställer att utrustningen uppfyller de tillförlitlighets- och säkerhetsstandarder som krävs. Huvudmålen för G-klassningssystemet är följande:
Begränsning av vibrationer från obalans till acceptabla nivåer. Obalans orsakar centrifugalkrafter och vibrationer som kan leda till buller, utmattningsfel och olyckor. Genom att tillämpa standardiserade balansklasser kan dessa vibrationer kontrolleras inom säkra gränser.
Minimerar dynamiska belastningar på lager och förlänger deras livslängd. Kontinuerliga vibrationer verkar på lagren som en hammare och påskyndar slitaget. Genom att begränsa obalansen med hjälp av den erforderliga G-graden minskas de krafter som verkar på lagren, vilket förlänger deras livslängd.
Säkerställer säker rotordrift vid maximalt konstruktionsvarvtal. Ju högre rotationshastigheten är, desto starkare blir effekten av även en liten obalans. En strikt balanseringsgrad garanterar att rotorn inte utsätts för destruktiva vibrationer vid sitt driftsvarvtal. Detta är särskilt viktigt för höghastighetsmaskiner (turbiner, kompressorer etc.), där en alltför stor obalans kan leda till haveri.
Att tillhandahålla ett tydligt, mätbart acceptanskriterium. Genom att ha en standard för G-klass kan man under tillverkning och reparation kontrollera om den erforderliga balansnivån har uppnåtts. Om den kvarvarande obalansen efter balanseringen inte överstiger det tillåtna värdet för den aktuella G-klassen anses rotorn ha godkänts vid inspektionen. Detta tillvägagångssätt förvandlar balansering från en konst till en exakt vetenskap med verifierbara kriterier.
Hur bestäms kvalitetsgrader för balans?
ISO-standarder innehåller rekommendationer för val av G-grader för hundratals typiska rotorer och maskiner. I standardtabellerna (t.ex. ISO 1940-1, nu ersatt av ISO 21940-11) listas rekommenderade G-grader för olika utrustningskategorier. Valet av en specifik klass beror på flera faktorer:
Maskintyp och syfte. En höghastighetsturbin eller precisionsspindel kräver mycket mer exakt balansering (lägre G) än en långsamtgående jordbruksmekanism. Konstruktörerna tar hänsyn till hur känslig en viss maskintyp är för vibrationer och vilka konsekvenser en obalans kan få.
Rotorns massa och dimensioner. Lättare rotorer är i allmänhet mer känsliga för obalans och kan ha strängare krav. Rotormassan har en direkt inverkan på beräkningen av tillåten obalans - en tyngre rotor kan “tolerera” en något större absolut obalans utan att vibrationerna ökar jämfört med en lättare rotor.
Maximal rotationshastighet. Detta är en av nyckelfaktorerna: ju högre varvtal, desto strängare måste balansen vara. För samma obalansstorlek ökar krafterna proportionellt mot kvadraten på rotationshastigheten. Därför väljs en lägre G-grad för höghastighetsrotorer för att kompensera för hastighetseffekten.
Stödstruktur och monteringsförhållanden. En rotor som är monterad på flexibla (elastiska) stöd kräver vanligtvis noggrannare balansering än en rotor som är monterad på ett styvt fundament, eftersom ett flexibelt system dämpar vibrationer mindre effektivt. Till exempel kan olika klassificeringar (G16 vs G40) gälla för samma vevaxel beroende på om motorn är monterad på elastiska vibrationsisolatorer eller fast monterad.
Exempel på vanliga kvalitetsklasser för balans
| G-klass | Max. hastighet Hastighet (mm/s) | Typiska tillämpningar |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Bilhjul och fälgar; vevaxlar till lågvarviga förbränningsmotorer. |
| G 16 | 16 mm/s | Delar till krossar och jordbruksmaskiner; drivaxlar (kardanaxlar); stora komponenter till maskiner för allmänt bruk med måttliga krav. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Standardkvalitet för de flesta industriella utrustningar: elmotorrotorer, pumphjul, fläktar, lågvarviga turbokompressorer, allmänna processmaskiner. G6.3 är en av de vanligast specificerade kvaliteterna. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Höghastighets- och högprecisionsrotorer: gas- och ångturbiner, turbokompressorrotorer, verktygsmaskindrivningar, högprecisionsspindlar och höghastighetselektriska maskiner. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Mycket exakt balansering för precisionsmekanismer: drivenheter till slipmaskiner, små höghastighetselektriska motorer och turboladdare till bilar. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Högsta balanseringsprecision för extremt känsliga och snabba enheter: gyroskop, precisionsspindlar (t.ex. för precisionsbearbetning eller mikroelektronikutrustning), hårddiskar och andra komponenter som kräver minimal vibration. |
Obs: Hastighetsvärdet i mm/s i klassbeteckningen motsvarar produkten av specifik excentricitet och vinkelhastighet: G = eper-ω. G-talet anger således den begränsande hastigheten för den förskjutna masscentrumrörelsen under rotordrift. I praktiken kan valet av klass variera med en nivå uppåt eller nedåt beroende på specifika krav och driftsförhållanden.
Beräkning av tillåten kvarvarande obalans
När du vet vilken G-grad som krävs kan du beräkna den maximalt tillåtna återstående obalansen - den obalans som kan kvarstå efter balansering utan att överskrida den angivna graden. ISO-standarden ger följande formel:
Uper (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
Där:
- Uper - tillåten kvarvarande obalans i gram-millimeter (g-mm)
- G — balanskvalitetsgrad (mm/s)
- m - rotorns massa (kg)
- n - maximalt driftsvarvtal (RPM)
Exempel: För en rotor med en massa på 100 kg, som roterar med ett maximalt varvtal på 3000 RPM, och som måste balanseras enligt klass G6.3, är den tillåtna kvarvarande obalansen
Uper = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
Detta innebär att en total obalans på ca 2005 g-mm är tillåten för denna rotor utan att överskrida G6.3. I praktiken fördelas denna kvarvarande obalans mellan korrigeringsplan. För (dynamisk) balansering i två plan är den beräknade Uper fördelas mellan planen lika eller proportionellt mot rotorkonfigurationen. På så sätt får balanseringsteknikern ett specifikt numeriskt mål att uppnå.
Praktisk balansering och utrustning
För att uppnå önskad balansgrad i praktiken används specialutrustning. Under tillverkningsförhållanden används vanligtvis stationära balanseringsmaskiner, där rotorn snurras och korrigeras tills den kvarvarande obalansen sjunker till normen för den valda G-klassen.
Under fältförhållanden (t.ex. när vibrationer uppstår i en redan installerad fläkt eller pump) kan dock bärbara balanseringsinstrument användas. Ett exempel är Balanset-1A är en bärbar tvåkanals vibrometer-balanserare. Den möjliggör dynamisk balansering i ett eller två plan direkt på utrustningen in-situ (på plats, utan att rotorn behöver tas bort).
Fig. 1: Balanset-1A bärbar vibrometer-balanserare ansluten till en bärbar dator. Denna kompakta enhet innehåller en elektronisk mätmodul, två vibrationssensorer och en lasertachometer, med kontroll och obalansberäkning utförd av PC-programvara.
Fig. 1: Fönster för beräkning av balanseringstolerans i programvaran Balanset. Programmet innehåller en inbyggd kalkylator som automatiskt beräknar tillåten restobalans enligt ISO 1940-standarderna baserat på rotormassa, drifthastighet och vald G-klass.
Enheten ansluts till en bärbar dator, mäter vibrationer och obalansfas med hjälp av sensorer och en optisk varvräknare, varefter programvaran automatiskt beräknar de korrektionsvikter som krävs. En av funktionerna i Balanset-1A är automatisk beräkning av tillåten obalans enligt ISO 1940 (G-grader) - enheten avgör själv till vilken nivå vibrationerna måste minskas för att uppnå t.ex. G6.3 eller G2.5.
Moderna balanseringsinstrument som Balanset-1A gör det snabbare och mer tillförlitligt att uppnå önskad balanseringsgrad. Med hjälp av standardterminologin för G-grader och inbyggda toleransberäkningar vet ingenjörer och tekniker exakt vilka kriterier som gäller för en lyckad balansering. Standardiseringen av balanskvaliteten med hjälp av G-grader har lett till ett gemensamt språk för att beskriva hur “smidigt” en viss rotor ska fungera och för att uppnå denna nivå av vibrationssäkerhet med hjälp av metoder som är begripliga och verifierbara över hela världen.
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 