Клас якості балансу (G-Grade): Визначення, призначення та застосування
Що таке оцінка якості балансу (G-Grade)?
A Ступінь якості балансу, G-Grade - це стандартизована класифікація, визначена стандартами ISO 1940-1 та ISO 21940-11, яка визначає максимально допустимий залишковий дисбаланс ротора. Іншими словами, клас G вказує на те, наскільки точно повинен бути збалансований ротор. Він не вимірює безпосередньо рівень вібрації, а визначає допуск дисбалансу на основі маси ротора і максимальної робочої швидкості.
Число після літери G (наприклад, G6.3, G2.5) відповідає максимальній швидкості вібрації центру мас ротора, вираженій у міліметрах на секунду (мм/с). Наприклад, клас G6.3 означає, що центр мас ротора не повинен відчувати вібрацію, що перевищує 6,3 мм/с на максимальній робочій швидкості, в той час як більш суворий клас G2.5 обмежує цю швидкість до 2,5 мм/с. Чим менше число G, тим суворіші вимоги до балансування: менший допуск дисбалансу і вища точність балансування.
Мета системи G-Grade
Система G-класу була розроблена для встановлення універсального стандарту, що визначає, наскільки добре повинен бути збалансований ротор. Замість розпливчастих тверджень на кшталт “ротор повинен бути добре збалансований”, інженери можуть вказати точну ціль, яку можна перевірити, наприклад, “збалансувати до G6.3”. Цей стандарт забезпечує спільну мову для виробників, сервісних інженерів і клієнтів, гарантуючи, що обладнання відповідає необхідним стандартам надійності та безпеки. Основними цілями системи G-класу є
Обмеження вібрації від дисбалансу до прийнятного рівня. Дисбаланс викликає відцентрові сили та вібрації, які можуть призвести до шуму, втомних поломок та нещасних випадків. Застосовуючи стандартні класи балансування, ці вібрації можна контролювати в безпечних межах.
Мінімізація динамічних навантажень на підшипники та продовження терміну їх служби. Безперервна вібрація діє на підшипники як молот, прискорюючи їх знос. Обмежуючи дисбаланс за допомогою необхідного класу G, сили, що діють на підшипники, зменшуються, що подовжує термін їх служби.
Забезпечення безпечної роботи ротора на максимальній проектній швидкості. Чим вища швидкість обертання, тим сильніший ефект навіть невеликого дисбалансу. Суворий клас балансування гарантує, що ротор не буде відчувати руйнівних вібрацій на своїй робочій швидкості. Це особливо важливо для високошвидкісних машин (турбін, компресорів тощо), де надмірний дисбаланс може призвести до поломки.
Надання чіткого, вимірюваного критерію прийнятності. Наявність стандарту G-класу дозволяє перевіряти під час виробництва та ремонту, чи було досягнуто необхідного рівня балансування. Якщо залишковий дисбаланс після балансування не перевищує допустимого значення для даного класу G, вважається, що ротор пройшов перевірку. Такий підхід перетворює балансування з мистецтва на точну науку з критеріями, які можна перевірити.
Як визначаються оцінки якості балансу?
Стандарти ISO містять рекомендації щодо вибору G-класу для сотень типових роторів і машин. У стандартних таблицях (наприклад, ISO 1940-1, який зараз замінено на ISO 21940-11) перераховані рекомендовані G-класи для різних категорій обладнання. Вибір конкретного класу залежить від декількох факторів:
Тип і призначення машини. Високошвидкісна турбіна або прецизійний шпиндель вимагають набагато точнішого балансування (меншого G), ніж повільнохідні сільськогосподарські механізми. Конструктори враховують, наскільки даний тип машини чутливий до вібрацій і які наслідки може мати дисбаланс.
Маса та розміри ротора. Легші ротори, як правило, більш чутливі до дисбалансу і можуть мати більш жорсткі вимоги. Маса ротора безпосередньо впливає на розрахунок допустимого дисбалансу - важчий ротор може “терпіти” дещо більший абсолютний дисбаланс без збільшення вібрації порівняно з легшим.
Максимальна швидкість обертання. Це один з ключових факторів: чим вища швидкість, тим жорсткішим має бути балансування. При однаковій величині дисбалансу сили зростають пропорційно квадрату швидкості обертання. Тому для високошвидкісних роторів вибирають нижчий клас G, щоб компенсувати ефект швидкості.
Опорна конструкція та умови монтажу. Ротор, встановлений на гнучких (еластичних) опорах, зазвичай вимагає більш ретельного балансування, ніж ротор на жорсткому фундаменті, оскільки гнучка система менш ефективно гасить вібрації. Наприклад, для одного і того ж колінчастого валу можуть застосовуватися різні марки (G16 і G40) залежно від того, встановлений двигун на еластичних віброізоляторах або жорстко.
Приклади загальних оцінок якості балансу
| G-клас | Максимально. Швидкість (мм/с) | Типові застосування |
|---|---|---|
| G 40 | 40 мм/с | Автомобільні колеса та колісні диски; колінчасті вали для тихохідних двигунів внутрішнього згоряння з низькою частотою обертання. |
| G 16 | 16 мм/с | Деталі для дробарок і сільськогосподарської техніки; привідні вали (карданні вали); великі компоненти машин загального призначення з помірними вимогами. |
| G 6.3 | 6,3 мм/с | Стандартна марка для більшості промислового обладнання: ротори електродвигунів, робочі колеса насосів, вентилятори, низькошвидкісні турбокомпресори, загальне технологічне обладнання. G6.3 - одна з найпоширеніших марок. |
| G 2.5 | 2,5 мм/с | Високошвидкісні та високоточні ротори: газові та парові турбіни, ротори турбокомпресорів, приводи верстатів, високоточні шпинделі та високошвидкісні електричні машини. |
| Г 1.0 | 1,0 мм/с | Дуже точне балансування для прецизійних механізмів: приводів шліфувальних верстатів, невеликих високошвидкісних електродвигунів і автомобільних турбокомпресорів. |
| G 0.4 | 0,4 мм/с | Найвища точність балансування для надзвичайно чутливих і високошвидкісних пристроїв: гіроскопів, прецизійних шпинделів (наприклад, для прецизійної обробки або мікроелектронного обладнання), жорстких дисків та інших компонентів, що вимагають мінімальної вібрації. |
Примітка: Значення швидкості в мм/с у позначенні класу відповідає добутку питомого ексцентриситету на кутову швидкість: G = eза-ω. Таким чином, число G вказує на граничну швидкість переміщення зміщеного центру мас під час роботи ротора. На практиці вибір класу може відрізнятися на один рівень вгору або вниз в залежності від конкретних вимог і умов експлуатації.
Розрахунок допустимого залишкового дисбалансу
Знаючи необхідний клас G, можна розрахувати максимально допустимий залишковий дисбаланс - величину дисбалансу, яка може залишитися після балансування без перевищення заданого класу. Стандарт ISO надає наступну формулу:
Уза (g-мм) = (9549 × G [мм/с] × m [кг]) / n [об/хв].
Де:
- Уза - допустимий залишковий дисбаланс у грам-міліметрах (г-мм)
- Г — клас якості балансу (мм/с)
- m - маса ротора (кг)
- n - максимальна робоча швидкість (об/хв)
Приклад: Для ротора масою 100 кг, що обертається з максимальною швидкістю 3000 об/хв, який повинен бути відбалансований до класу G6.3, допустимий залишковий дисбаланс становить:
Уза = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 г-мм
Це означає, що для цього ротора допускається загальний дисбаланс приблизно 2005 г-мм без перевищення G6.3. На практиці цей залишковий дисбаланс розподіляється між площинами корекції. Для двоплощинного (динамічного) балансування розраховане значення Uза розподіляється між площинами порівну або пропорційно до конфігурації ротора. Таким чином, фахівець з балансування отримує конкретне числове завдання для досягнення.
Практичне балансування та обладнання
Для досягнення необхідного класу балансу на практиці використовується спеціалізоване обладнання. У виробничих умовах зазвичай використовуються стаціонарні балансувальні верстати, де ротор обертається і коригується до тих пір, поки залишковий дисбаланс не знизиться до норми для обраного класу G.
Однак у польових умовах (наприклад, коли вібрація виникає у вже встановленому вентиляторі або насосі) можна використовувати портативні балансувальні прилади. Прикладом може бути Balanset-1A прилад - портативний двоканальний віброметр-балансувальник. Він дозволяє проводити одноплощинне або двоплощинне динамічне балансування безпосередньо на обладнанні in situ (на місці, без зняття ротора).
Рис. 1: Портативний віброметр-балансир Balanset-1A, підключений до ноутбука. Цей компактний пристрій складається з електронного вимірювального модуля, двох датчиків вібрації та лазерного тахометра, а управління та розрахунок дисбалансу здійснюється за допомогою програмного забезпечення для персонального комп'ютера.
Рис. 1: Вікно розрахунку допуску балансування в програмі Balanset. Програма має вбудований калькулятор, який автоматично розраховує допустимий залишковий дисбаланс відповідно до стандартів ISO 1940 на основі маси ротора, робочої швидкості та обраного класу G.
Прилад підключається до ноутбука, вимірює вібрацію і фазу дисбалансу за допомогою датчиків і оптичного тахометра, після чого програмне забезпечення автоматично розраховує необхідні коригувальні вантажі. Серед особливостей Balanset-1A є автоматичний розрахунок допустимого дисбалансу за стандартом ISO 1940 (G-класи) - прилад сам визначає, до якого рівня необхідно знизити вібрацію, щоб досягти, наприклад, класу G6.3 або G2.5.
Сучасні прилади для балансування, такі як Balanset-1A, роблять досягнення необхідного класу балансу швидшим і надійнішим. Використовуючи стандартну термінологію G-класу та вбудовані розрахунки допусків, інженери та техніки точно знають критерій успішного балансування. Таким чином, стандартизація якості балансування за допомогою G-класів дозволила створити спільну мову для опису того, наскільки “плавно” повинен працювати конкретний ротор, і досягти цього рівня вібраційної надійності за допомогою методів, які зрозумілі і піддаються перевірці в усьому світі.
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 