ISO 1940-2 Balance Errors (nu ISO 21940-14)
Den historiska standarden för bedömning av balansfel hos styva rotorer — systematiska, slumpmässigt varierande och skalära felkällor i balanseringsprocessen. Tillbakadragen och ersatt av ISO 21940-14:2012. Själva balanseringsterminologin definieras i ISO 21940-2 (tidigare ISO 1925) och sammanfattas nedan.
Viktiga balanseringsbegrepp i korthet
De viktigaste definitionerna från ISO:s balanseringsterminologi — ISO 21940-2 (tidigare ISO 1925) — termerna som varje balanseringsspecialist måste känna till
Komplett terminologireferens
Alla huvudtermer från balanseringsterminologin, ISO 21940-2 (tidigare ISO 1925), organiserade efter kategori
| Term | Definition | Betydelse |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | En kropp som kan rotera kring en definierad axel. I samband med balansering inkluderar detta alla roterande komponenter: axlar, pumphjul, ankare, trummor, spindlar. | Det grundläggande objektet för balansering. Alla andra termer beskriver egenskaper hos, eller åtgärder på, rotorn. |
| Rotor Stel rotor | En rotor vars obalans kan korrigeras i två godtyckliga plan, och efter korrigering ändras den kvarvarande obalansen inte signifikant vid någon hastighet upp till maximal drifthastighet. | Bestämmer att ISO 1940-1 (G-klasssystem) gäller. Balansering vid låg hastighet på en verkstadsmaskin är giltigt. De allra flesta industriella rotorer är styva. |
| Rotor Flexibel rotor | En rotor som deformeras elastiskt vid sitt driftvarvtal så att dess obalanstillstånd ändras. Måste korrigeras vid eller nära driftvarvtalet i mer än två plan. | Kräver ISO 21940-12. Höghastighetsturbiner, stora generatorer, flerstegskompressorer. Specialiserad höghastighetsbalanseringsutrustning behövs. |
| Rotor Axelaxel | Den raka linjen som förbinder lagertapparnas centrum. Den geometriska rotationsaxeln. | Referensaxeln för alla obalansmätningar. Lagertapparnas kast påverkar mätnoggrannheten. |
| Rotor Tröghetens huvudaxel | Den axel kring vilken rotorn skulle rotera fritt utan att producera centrifugalkraft eller moment. Sammanfaller med axelaxeln för en perfekt balanserad rotor. | Avvikelsen mellan huvudaxeln och axelns centrumlinje är obalans. All korrigering syftar till att justera dessa två axlar. |
| Rotor Masscentrum (tyngdpunkt) | Den punkt där hela rotormassan kan anses vara koncentrerad. För en balanserad rotor ligger den exakt på axelaxeln. | Statisk obalans = masscentrum förskjutet från axelaxeln. Specifik obalans (e) = förskjutningsavstånd. |
| Rotor Servicehastighet | Den maximala rotationshastigheten med vilken rotorn arbetar i sin avsedda tillämpning. | Kritisk för toleransberäkning: Uper = (9 549 × G × M) / n. Använd alltid servicehastighet, inte balanseringshastighet. |
| Rotor Kritisk hastighet | En rotationshastighet vid vilken ett rotorlagersystem upplever resonans, vilket resulterar i kraftigt förstärkt vibration. | Bestämmer klassificeringen stel/flexibel. En stel rotor arbetar långt under den första kritiska böjningshastigheten. |
| Term | Definition | Formel / Enheter |
|---|---|---|
| Obalans Obalans | Tillstånd där huvudtröghetsaxeln inte sammanfaller med rotationsaxeln. Orsakar centrifugalkraft proportionell mot massa, excentricitet och hastighet i kvadrat. | U = m × r (g·mm eller kg·m) |
| Obalans Statisk obalans | Huvudaxel parallell med rotationsaxeln men förskjuten. Motsvarande en enda massa vid en enda radie. Detekterbar utan rotation (knivseggar). Lagervibrationer i fas. | Korrigerad i 1 plan |
| Obalans Parobalans | Huvudaxeln skär rotationsaxeln i massans centrum men är lutad. Två lika, motsatta tunga punkter i olika plan skapar ett gungande moment. Endast detekterbart vid rotation. | Korrigerad i 2 plan |
| Obalans Dynamisk obalans | Det allmänna fallet: huvudaxeln är varken parallell med rotationsaxeln eller skär den. Kombination av statisk obalans och parobalans. Det vanligaste verkliga tillståndet. | Korrigerad i 2 plan |
| Obalans Specifik obalans | Förhållandet mellan obalans och rotormassa. Representerar excentriciteten – förskjutningen av masscentrum från axeln. Möjliggör kvalitetsjämförelse mellan olika rotorstorlekar. | e = U / M (µm eller g·mm/kg) |
| Obalans Kvarvarande obalans | Den obalans som kvarstår i en rotor efter balanseringsprocessen. Får inte överstiga det tillåtna värdet (Uper) för den angivna G-klass. | Ures ≤ Uper |
| Obalans Initial obalans | Obalansen hos en rotor som mottagen, före någon balanseringskorrigering. Mätt vid första körningen. | Baslinje för balanseringsförfarandet |
| Obalans Obalansvektor | Storleken och vinkelpositionen för obalans i ett givet plan. Representerad som en polär vektor med amplitud (g·mm) och fasvinkel (°). | U∠θ (g·mm vid ° från referens) |
| Term | Definition | Praktiska anteckningar |
|---|---|---|
| Process Balansering | Processen att kontrollera och justera massfördelningen hos en rotor så att kvarvarande obalans ligger inom en specificerad tolerans. | Iterativ: mäta → beräkna → korrigera → verifiera. |
| Process Korrigeringsplan | Ett plan vinkelrätt mot rotoraxeln där massa läggs till eller tas bort. Den fysiskt åtkomliga platsen för viktplacering. | Kan skilja sig från toleransplanen (lagerplanen) — geometrisk omvandling krävs. |
| Process Toleransplan | Det plan där tillåten obalans anges – vanligtvis lagerplanet. Obalans här påverkar direkt lagerbelastningar. | Uper är specificerad för toleransplan och måste omvandlas till korrigeringsplan. |
| Process Korrigeringsmassa | Den fysiska massan (vikten) som läggs till eller tas bort från rotorn vid en specifik radie och vinkel inom korrigeringsplanet. | Tillagt: clip-on, bolt-on, svetsning, epoxi. Borttaget: borrning, fräsning, slipning. |
| Process Provvikt | En känd massa som tillfälligt är fäst vid rotorn med en känd radie och vinkel under balanseringsproceduren. Används för att bestämma rotorns respons (influenskoefficient). | Balanset-1A:s provviktsmetod: körning → montera provvikt → körning → programvaran beräknar korrigeringen. |
| Process Influenskoefficient | Förändringen i vibrationsrespons (amplitud och fas) vid en mätpunkt orsakad av en enhetsobalans på en specifik plats. Karaktäriserar rotorlagersystemets känslighet. | Beräknat från provviktskörningar. Tvåplansbalansering kräver en 2×2-influensmatris. |
| Process Balansering i ett plan | Procedur för korrigering av statisk obalans i ett korrigeringsplan. Lämplig för korta (skivliknande) rotorer med L/D < 0,5. | Balanset-1A F2-läge. En sensor, ett plan. |
| Process Tvåplansbalansering | Procedur som korrigerar både statisk och parobalans i två korrigeringsplan. Krävs för förlängda rotorer eller när parobalansen är betydande. | Balanset-1A F3-läge. Två sensorer, två plan. |
| Process Trimbalansering | En slutlig, finbalanseringsjustering utförd på en monterad rotor för att kompensera för obalans som uppstått vid monteringen (kopplingskast, passningstoleranser). | Utförs ofta i fält på den installerade maskinen. |
| Process Viktdelning | Fördelning av en beräknad korrigeringsmassa mellan två intilliggande åtkomliga platser (t.ex. två bulthål eller bladpositioner) när den exakta vinkelpositionen inte är åtkomlig. | Balanset-1A tillhandahåller automatisk viktfördelningsberäkning. |
| Term | Definition | Jämförelse |
|---|---|---|
| Maskin Balanseringsmaskin | En anordning som mäter obalans i en rotor (magnitud och vinkelläge) så att massfördelningen kan korrigeras. | Verkstadsbaserad (stationär) eller fältbaserad (bärbar som Balanset-1A). |
| Maskin Mjuklagermaskin | Fjädringen är mycket flexibel. Rotorn går över fjädringens naturliga frekvens. Mäter fysisk förskjutning. Måste kalibreras för varje rotorgeometri. | Mindre vanligt idag. Lägre kostnad, men operatören måste omkalibrera per rotor. Förskjutningsavkänning. |
| Maskin Maskin med hårda lager | Fjädringen är mycket styv. Rotorn går under fjädringens naturliga frekvens. Sensorer mäter centrifugalkraften direkt. Permanent kalibrerad — accepterar ett brett utbud av rotorer utan rotorspecifik inställning. | Dominerande typ i modern industri. Mer mångsidig, snabbare uppställning. Kraftavkänning. |
| Maskin Fältbalanserare | Bärbart instrument som används för att balansera rotorer på plats (installerade i maskinen) utan demontering. Använder vibrationssensorer och en varvräknare. Provviktsmetod. | Balanset-1A (2-kanalig) och Balanset-4 (4-kanalig). Inbyggd ISO 1940-toleranskalkylator. |
| Maskin Dorn (Arbor) | En axel eller adapter på vilken en rotor är monterad för balansering på en maskin. Måste vara exakt koncentrisk och ha försumbart kast. | Dornens excentricitet är en viktig källa till systematiska balanseringsfel. Verifierad med indextest. |
| Term | Definition | Formel / Standard |
|---|---|---|
| Kvalitet Balanskvalitetsklass (G) | En klassificering som anger den maximalt tillåtna hastigheten för rotorns masscentrum. G = eper × ω. Klasserna bildar en logaritmisk skala med faktor 2,5. | G 0,4 … G 4000 Definierad i ISO 1940-1 |
| Kvalitet Tillåten kvarvarande obalans (Uper) | Maximal kvarvarande obalans som tillåts för den specificerade G-kvaliteten, rotormassan och drifthastigheten. Acceptanskriteriet. | Uper = (9549 × G × M) / n |
| Kvalitet Balanstolerans | Det intervall inom vilket den kvarvarande obalansen måste ligga för att uppfylla det angivna kvalitetskravet. Lika med Uper. | Specificerad per plan efter allokering |
| Kvalitet Obalansreduktionsförhållande (URR) | Förhållandet mellan initial obalans och kvarvarande obalans efter en korrigeringscykel. Indikerar balanseringsmaskinens/procedurens effektivitet. | URR = Uförsta / Uresterande Typiskt: 5–50× |
| Mätning Fasvinkel | Vinkelpositionen för obalansvektorn i förhållande till ett referensmärke på rotorn (mätt med varvräknare). Kombinerat med amplituden definieras den fullständiga obalansvektorn. | ° (grader, 0–360) |
| Mätning Vibrationshastighet (RMS) | Rotmedelkvadratvärdet av vibrationshastigheten vid ett lagerhus. Standardmätparametern för bedömning av maskinkondition per ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Mätning Indextest | Verifieringsprocedur: rotera rotorn en definierad vinkel (t.ex. 180°) i förhållande till maskinstöden och mät om. Upptäcker dorn- och fixturfel. | Krävs för formell verifiering enligt ISO 1940-1 kapitel 10 |
| Mätning Minsta uppnåeliga kvarvarande obalans (Umars) | Den lägsta möjliga kvarvarande obalansen som kan uppnås på en given balanseringsmaskin för en specifik rotor. Bestäms av maskinens känslighet, bullergolv och lagerförhållanden. | Umars måste vara ≤ Uper för att maskinen ska vara lämplig för den erforderliga G-kvaliteten. |
Vad är ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mekanisk vibration — Krav på balanskvalitet för styva rotorer — Del 2: Balansfel) var den internationella standarden för att identifiera, bedöma och ta hänsyn till de fel som uppstår vid balansering av styva rotorer — från obalans i dorn och drivaxel till komponentkast och spridning i instrumenteringen. Den har dragits tillbaka och ersatts av ISO 21940-14:2012 (Mekanisk vibration — Rotorbalansering — Del 14: Förfaranden för bedömning av balansfel), som utvidgar samma förfaranden till rotorer med flexibelt beteende. Obs: den förväxlas ofta med balanserings vocabulary — det är en annan standard, ISO 21940-2 (tidigare ISO 1925), vars terminologi denna sida sammanfattar nedan.
När en ingenjör i Tyskland specificerar "dynamisk obalanskorrigering till G 6.3 i två plan" måste en tekniker i Japan förstå exakt vad som krävs — samma rotortillstånd, samma balanseringsförfarande och samma acceptanskriterium. ISO:s balanseringsterminologi — ISO 21940-2 (tidigare ISO 1925) — gör detta möjligt genom att tillhandahålla ett gemensamt, internationellt överenskommet ordförråd för hela området.
ISO 1940-2 i sig var däremot varken en ordlista eller en toleransspecifikation — den behandlade balance errors. Den klassificerade balanseringsprocessens felkällor som systematic (storlek och vinkel kan utvärderas — t.ex. obalans i dorn eller drivaxel, radiellt och axiellt kast, kilar och kilspår, kvarvarande magnetism, återmontering och instrumenteringsfel), slumpmässigt varierande (lösa delar, instängda vätskor, termisk deformation, vindmotstånd) och scalar (endast den maximala storleken kan uppskattas, vinkeln är obestämd — t.ex. passningsspel och tillverkningstoleranser), och gav förfaranden för att bedöma dem och ta hänsyn till dem så att den kvarvarande obalansen verkligen håller sig inom det tillåtna värdet Uper från ISO 1940-1 (nu ISO 21940-11). Dess efterföljare, ISO 21940-14, har exakt denna roll inom ISO 21940-serien.
Detaljerad termanalys
Skillnaden mellan stela och flexibla rotorer
Detta är den enskilt viktigaste klassificeringen inom balansering. Skillnaden avgör allt: vilken standard som gäller, vilken utrustning som behövs, hur många plan som krävs och med vilken hastighet balanseringen måste utföras.
En rotor vars obalans kan korrigeras i två godtyckliga plan och vars kvarvarande obalans efter korrigering inte förändras signifikant vid något varvtal upp till maximalt driftvarvtal. Praktiskt prov: om det första böjningsläget kritisk hastighet är långt över den maximala driftshastigheten (vanligtvis > 1,5× eller mer), är rotorn stel.
En rotor som deformeras elastiskt vid sitt driftvarvtal så att dess obalanstillstånd ändras. Måste vara balanserad vid eller nära driftvarvtalet i mer än två plan. Gäller för: stora turbogeneratorer, flerstegs höghastighetskompressorer, långa pappersmaskinrullar med hög hastighet. Omfattas av ISO 21940-12.
Den stora majoriteten av industriella rotorer – elmotorer, fläktar, pumpar, svänghjul, axlar – är styva rotorer. ISO 1940-1 G-klasssystemet gäller direkt för styva rotorer.
De tre typerna av obalans
Terminologin (ISO 21940-2) definierar tre grundläggande typer baserade på det geometriska förhållandet mellan huvudtröghetsaxeln och rotationsaxeln. Att förstå dessa är avgörande för att välja rätt balanseringsförfarande:
- Statisk obalans producerar en kraft — båda lagren vibrerar i fas vid 1× varv/min. Rotorn kan detekteras som obalanserad utan rotation (gravitationen avslöjar det på knivseggar). Ett korrigeringsplan räcker. Typiskt för smala skivliknande rotorer (L/D < 0,5): smala remskivor, fläkthjul, tunna svänghjul.
- Parobalans producerar en ögonblick — lager vibrerar 180° ur fas vid 1× varv/min. Nettokraften är noll (masscentrum ligger på axeln), men två lika stora och motsatta tunga punkter i olika axiella positioner skapar ett gungpar. Endast detekterbart under rotation. Kräver två korrigeringsplan.
- Dynamisk obalans = statisk + par kombinerat. Det generella fallet för alla verkliga rotorer som inte är perfekt symmetriska. Både kraft och moment är närvarande. Lager vibrerar vid 1× utan varken förhållande i fas eller exakt 180° ur fas. Kräver tvåplansbalansering.
Specifik obalans och G-gradskopplingen
Specifik obalans (e = U/M) är det viktigaste måttet som möjliggör universell jämförelse av balanskvalitet. En 5 kg rotor med 50 g·mm obalans har e = 10 µm. En 500 kg rotor med 5 000 g·mm obalans har också e = 10 µm – identisk balanskvalitet trots 100× masskillnad.
Den G-klass utökar detta genom att införliva hastighet: G = e × ω, vilket ger ett enda tal (mm/s) som karaktäriserar balanskvaliteten oberoende av både massa och hastighet. Detta är grunden för ISO 1940-1 toleranssystem.
Korrigeringsplan kontra toleransplan
Terminologin gör en avgörande åtskillnad som ofta förbises i praktiken:
- Toleransplan = lagerplanen där vibrationer och dynamiska belastningar är mest kritiska. Tillåten obalans Uper är specificerad här.
- Korrigeringsplan = fysiskt åtkomliga platser där vikter kan placeras (fläktnav, motorändringar, axelansatser). Ofta i andra axiella positioner än lagren.
Konvertera Uper från toleransplan till korrektionsplan kräver kunskap om rotorgeometri. För asymmetriska eller överhängda rotorer kan denna omvandling avsevärt ändra toleranserna per plan. Balanset-1A hanterar denna omvandling automatiskt när rotordimensioner anges.
Balanseringsmaskintyper
De två grundläggande maskintyperna återspeglar olika principer för fysikalisk mätning:
- Mjukbärande: Fjädringens naturliga frekvens ligger långt under driftshastigheten → maskinen mäter förflyttningförskjutning. Kräver kalibrering för varje ny rotor. Historiskt viktig; används allt mindre.
- Hårdbärande: Fjädringens naturliga frekvens ligger långt över driftshastigheten → maskinen mäter kraftkraft. Permanent kalibrerad — accepterar olika rotorer utan individuell kalibrering. Den dominerande moderna typen.
Fältbalanseringsinstrument som Balanset-1A använder en annan princip: de är inte en "maskin" i ISO-bemärkelsen utan använder rotorns egna lager och stöd som mätsystem, och använder provviktsmetoden (influenskoefficient) för att bestämma korrigering utan att kräva en dedikerad balanseringsmaskin.
Korsreferens: Var varje term används
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Använder alla tolerans- och kvalitetstermer — G-klass, Uper, balanstolerans, kvarvarande obalans. Den primära konsumenten av detta ordförråd.
ISO 14694: Använder rotortermer (styv), obalanstermer och utvidgar med BV-tillämpningskategorier specifika för fläktar, balanskvalitetsgrader och tabeller över vibrationsgränser.
ISO 10816 / ISO 20816: Använder mättermer — vibrationshastighet, RMS, lagerhusets mätpunkter.
ISO 21940-12: Utökar flexibel rotordefinition med procedurer med flera hastigheter och flera plan.
API 610 / API 617: Petroleumstandarder hänvisar till ISO 1940 G-kvaliteter och obalansterminologi för pump- och kompressorspecifikationer.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Övergång
ISO 21940-14:2012 har formellt upphävt och ersatt ISO 1940-2:1997, som den utgör en teknisk revidering av — den främsta ändringen är att dess tillämpbarhet har utvidgats till rotorer med flexibelt beteende. Balanseringsterminologin följde en separat väg: ISO 1925 reviderades som ISO 21940-2. ISO 21940-numreringen återspeglar integreringen i den omfattande ISO 21940-serien som täcker alla aspekter av rotorbalansering. De gamla beteckningarna förekommer fortfarande ofta i branschlitteraturen.
Officiell standard: ISO 21940-14:2012 (ersätter ISO 1940-2) i ISO Store →
Vanliga frågor — ISO 1940-2
Balansfel, ISO 21940-övergången och balanseringsterminologi
Relaterade artiklar i ordlistan
Tala språket – med rätt verktyg
Vibromera-balanserare implementerar ISO-vokabulären direkt: G-klassval, obalansvektorer, korrigeringsplan, jämförelse mellan kvarvarande och tillåten obalans – allt i ett bärbart instrument.
Bläddra bland balanseringsutrustning →
