ISO 1940-1: Mekanisk vibration – Balanseringskvalitetskrav för rotorer i konstant (stelt) tillstånd

Sammanfattning

ISO 1940-1 är en av de viktigaste och mest frekvent refererade standarderna inom området rotorbalansering. Den tillhandahåller en systematisk metod för att klassificera rotorer efter typ, bestämma en lämplig balanseringskvalitetsnivå och beräkna en specifik balanseringstolerans. Kärnan i standarden är konceptet med Balanserade kvalitetsgrader (G-grader), vilket gör det möjligt för tillverkare och underhållspersonal att specificera och verifiera precisionen hos ett balanseringsjobb på ett standardiserat sätt. Denna standard gäller specifikt för styva rotorer—de som inte böjer sig eller böjer sig vid sin servicehastighet.

Obs: Denna standard har formellt ersatts av ISO 21940-11, men dess principer och G-klass-system är fortfarande den grundläggande grunden för balansering av stela rotorer världen över.

Innehållsförteckning (konceptuell struktur)

Standarden är strukturerad för att vägleda användaren genom processen att fastställa en tillåten kvarvarande obalans:

1. 1. Omfattning och tillämpningsområde:

   Detta inledande avsnitt fastställer standardens gränser och syfte. Det anges uttryckligen att dess regler och riktlinjer gäller för rotorer som beter sig stelt inom hela deras driftshastighetsområde. Detta är det grundläggande antagandet för hela standarden; det innebär att rotorn inte upplever betydande böjning eller deformation på grund av obalanskrafter. Omfattningen är bred och avsedd att täcka en mängd olika roterande maskiner inom alla industrier. Den förtydligar dock också att detta är en standard för allmänt bruk, och för vissa specifika typer av maskiner (t.ex. gasturbiner för flyg- och rymdfart) kan andra, strängare standarder ha företräde. Den sätter målet: att tillhandahålla en systematisk metod för att specificera balanstoleranser, vilka är avgörande för kvalitetskontroll vid tillverkning och reparation.

2. 2. Balanserade kvalitetsgrader (G-grader):

   Detta avsnitt är kärnan i standarden. Det introducerar konceptet med Balanserade kvalitetsgrader (G-grader) som ett sätt att klassificera balanskraven för olika typer av maskiner. G-kvaliteten definieras som produkten av den specifika obalansen (excentricitet, e) och den maximala vinkelhastigheten för drift (Ω), där G = e × ΩDetta värde representerar en konstant vibrationshastighet, vilket ger ett standardiserat mått på kvalitet. Standarden tillhandahåller en omfattande tabell som listar en mängd olika rotortyper (t.ex. elmotorer, pumphjul, fläktar, gasturbiner, vevaxlar) och tilldelar en rekommenderad G-klass för var och en. Dessa klasser är baserade på årtionden av empiriska data och praktisk erfarenhet. Till exempel kan en G6.3 rekommenderas för en vanlig industrimotor, medan en precisionsslipspindel skulle kräva en mycket strängare G1.0 eller G0.4. Ett lägre G-tal betyder alltid en snävare, mer exakt balanstolerans, vilket innebär mindre tillåten kvarvarande obalans.

3. 3. Beräkning av tillåten kvarvarande obalans:

   Detta avsnitt ger den grundläggande matematiska bryggan från den teoretiska G-kvaliteten till en praktisk, mätbar tolerans. Det beskriver formeln för att beräkna den tillåtna specifika obalansen (e_per), vilket är den tillåtna förskjutningen av tyngdpunkten från rotationsaxeln. Formeln härleds direkt från definitionen av G-kvalitet:

   e_per = G / Ω

   För praktisk användning med vanliga tekniska enheter tillhandahåller standarden formeln:

   e_per [g·mm/kg] = (G [mm/s] × 9549) / n [varv/min]

   När den tillåtna specifika obalansen (e_per) beräknas multipliceras den med rotorns massa (M) för att hitta den totala tillåtna kvarvarande obalansen (U_per) för hela rotorn: U_per = e_per × MDetta slutliga värde, uttryckt i enheter som grammillimeter (g·mm), är det mål som balanseringsmaskinens operatör måste uppnå. Rotorn anses balanserad när dess uppmätta kvarvarande obalans är under detta beräknade värde.

4. 4. Allokering av kvarvarande obalans till korrigeringsplan:

   Detta avsnitt behandlar det kritiska steget att fördela den beräknade totala tillåtna obalansen (U_per) i specifika toleranser för var och en av de två korrigeringsplanEn tvåplansbalans krävs för att korrigera för båda statisk och par obalansStandarden tillhandahåller formler för denna fördelning, vilken beror på rotorns geometri. För en enkel, symmetrisk rotor delas den totala obalansen ofta lika mellan de två planen. För mer komplexa geometrier, såsom frihängande rotorer eller rotorer med tyngdpunkten som inte är centrerad mellan lagren, tillhandahåller standarden dock specifika formler. Dessa formler tar hänsyn till avstånden mellan korrigeringsplanen och tyngdpunkten från lagren, vilket säkerställer att toleransen för varje plan fördelas korrekt. Detta steg är viktigt eftersom en balanseringsmaskin mäter obalansen i varje plan oberoende av varandra; därför behöver operatören ett specifikt målvärde för varje plan (t.ex. "Tillåten obalans i plan I är 15 g·mm och i plan II är 20 g·mm").

5. 5. Felkällor vid balansering:

   Detta sista avsnitt fungerar som en praktisk guide till de verkliga faktorer som kan äventyra noggrannheten i ett balanseringsjobb, även när en exakt tolerans har beräknats. Det belyser att det är omöjligt att uppnå en perfekt balans och att målet är att minska den kvarvarande obalansen till en nivå under den beräknade toleransen. Standarden diskuterar flera viktiga felkällor som måste hanteras, inklusive: fel i kalibreringen av själva balanseringsmaskinen; geometriska defekter i rotorns lager eller monteringsytor (kast); fel som introduceras av verktygen som används för att montera rotorn på maskinen (t.ex. en obalanserad spindel); och driftseffekter som inte finns vid låghastighetsbalansering, såsom termisk expansion eller aerodynamiska krafter. Detta kapitel fungerar som en viktig checklista för kvalitetskontroll och påminner utövaren om att beakta hela balanseringsprocessen, inte bara det slutliga numret på maskinens display.

Viktiga begrepp

• Standardisering: G-Grade-systemet erbjuder ett universellt språk för balanseringskvalitet. En kund kan specificera "balansering till G6.3" och vilken balanseringsverkstad som helst i världen vet exakt vilken tolerans som krävs.
• Hastighetsberoende: Standarden klargör att balanstoleransen är kritiskt beroende av maskinens driftshastighet. En snabbare rotor kräver en tätare balans (en mindre tillåten kvarvarande obalans) för att producera samma vibrationsnivå som en långsammare rotor.
• Praktiskhet: Standarden tillhandahåller ett beprövat, praktiskt ramverk baserat på årtionden av empiriska data, vilket hjälper till att undvika både underbalansering (vilket leder till höga vibrationer) och överbalansering (vilket är onödigt dyrt).

← Tillbaka till huvudmenyn