Chỉ số Chất lượng Cân bằng (G-Grade): Định nghĩa, Mục đích và Ứng dụng
Chất lượng cân bằng (G-Grade) là gì?
A Chất lượng cân bằng, thường được gọi là “G-Grade”, là một phân loại tiêu chuẩn được quy định trong các tiêu chuẩn ISO 1940-1 và ISO 21940-11, xác định mức độ mất cân bằng tối đa cho phép của một rotor. Nói cách khác, G-grade cho biết mức độ chính xác mà rotor phải được cân bằng. Nó không đo trực tiếp mức độ rung động mà thay vào đó xác định giới hạn sai lệch dựa trên khối lượng của rotor và tốc độ hoạt động tối đa.
Số theo sau chữ cái G (ví dụ: G6.3, G2.5) tương ứng với tốc độ dao động tối đa của tâm khối lượng rotor, được biểu thị bằng milimét trên giây (mm/s). Ví dụ, cấp G6.3 có nghĩa là tâm khối lượng của rotor không được trải qua rung động vượt quá 6,3 mm/s ở tốc độ hoạt động tối đa, trong khi cấp G2.5 nghiêm ngặt hơn giới hạn tốc độ này ở 2,5 mm/s. Số G càng nhỏ, yêu cầu cân bằng càng nghiêm ngặt: dung sai mất cân bằng nhỏ hơn và độ chính xác cân bằng cao hơn.
Mục đích của Hệ thống G-Grade
Hệ thống phân loại G được phát triển để thiết lập một tiêu chuẩn chung xác định mức độ cân bằng cần thiết của một rô-to. Thay vì những tuyên bố mơ hồ như “rô-to phải được cân bằng tốt”, các kỹ sư có thể chỉ định một mục tiêu chính xác và có thể kiểm chứng như “cân bằng đến G6.3”. Tiêu chuẩn này cung cấp một ngôn ngữ chung cho các nhà sản xuất, kỹ sư dịch vụ và khách hàng, đảm bảo rằng thiết bị đáp ứng các tiêu chuẩn độ tin cậy và an toàn yêu cầu. Các mục tiêu chính của hệ thống phân loại G là:
Giảm rung động do mất cân bằng xuống mức chấp nhận được. Sự mất cân bằng gây ra lực ly tâm và rung động, có thể dẫn đến tiếng ồn, hư hỏng do mỏi và tai nạn. Bằng cách áp dụng các cấp độ cân bằng tiêu chuẩn, các rung động này có thể được kiểm soát trong giới hạn an toàn.
Giảm thiểu tải động lên ổ trục và kéo dài tuổi thọ của chúng. Dao động liên tục tác động lên ổ trục giống như một chiếc búa, làm tăng tốc độ mài mòn của chúng. Bằng cách giới hạn sự mất cân bằng thông qua cấp độ G yêu cầu, lực tác động lên ổ trục được giảm thiểu, từ đó kéo dài tuổi thọ của chúng.
Đảm bảo hoạt động an toàn của rotor ở tốc độ thiết kế tối đa. Tốc độ quay càng cao, tác động của sự mất cân bằng nhỏ càng mạnh. Một cấp độ cân bằng nghiêm ngặt đảm bảo rằng rotor sẽ không gặp phải rung động phá hủy ở tốc độ hoạt động của nó. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các máy móc tốc độ cao (tuabin, máy nén, v.v.), nơi sự mất cân bằng quá mức có thể dẫn đến hỏng hóc.
Cung cấp tiêu chí chấp nhận rõ ràng và có thể đo lường được. Tiêu chuẩn G-grade cho phép kiểm tra trong quá trình sản xuất và sửa chữa xem mức cân bằng yêu cầu đã được đạt được hay chưa. Nếu độ mất cân bằng còn lại sau khi cân bằng không vượt quá giá trị cho phép đối với cấp G-grade cụ thể, rotor được coi là đã qua kiểm tra. Phương pháp này biến quá trình cân bằng từ một kỹ thuật thủ công thành một khoa học chính xác với các tiêu chí có thể kiểm chứng.
Cấp độ chất lượng cân bằng được xác định như thế nào?
Tiêu chuẩn ISO cung cấp các khuyến nghị về việc lựa chọn cấp độ G cho hàng trăm loại rotor và máy móc thông dụng. Các bảng tiêu chuẩn (ví dụ: ISO 1940-1, hiện đã bị thay thế bởi ISO 21940-11) liệt kê các cấp độ G được khuyến nghị cho các loại thiết bị khác nhau. Việc lựa chọn một cấp độ cụ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
Loại máy và mục đích sử dụng. Một tuabin tốc độ cao hoặc trục chính chính xác yêu cầu độ cân bằng chính xác hơn nhiều (giá trị G thấp hơn) so với một cơ cấu nông nghiệp tốc độ chậm. Các nhà thiết kế xem xét mức độ nhạy cảm của một loại máy cụ thể đối với rung động và những hậu quả mà sự mất cân bằng có thể gây ra.
Khối lượng và kích thước của rotor. Các rotor nhẹ thường nhạy cảm hơn với sự mất cân bằng và có thể có yêu cầu nghiêm ngặt hơn. Khối lượng của rotor trực tiếp ảnh hưởng đến tính toán sự mất cân bằng cho phép — một rotor nặng hơn có thể “chịu đựng” mức mất cân bằng tuyệt đối cao hơn một chút mà không làm tăng rung động so với một rotor nhẹ hơn.
Tốc độ quay tối đa. Đây là một trong những yếu tố quan trọng: tốc độ càng cao, yêu cầu về cân bằng càng nghiêm ngặt. Đối với cùng một mức độ mất cân bằng, lực tác động tăng tỷ lệ thuận với bình phương của tốc độ quay. Do đó, đối với các rotor tốc độ cao, người ta chọn cấp G thấp hơn để bù đắp cho tác động của tốc độ.
Cấu trúc hỗ trợ và điều kiện lắp đặt. Một rotor được lắp đặt trên các giá đỡ linh hoạt (elastomeric) thường yêu cầu cân bằng cẩn thận hơn so với rotor được lắp đặt trên nền móng cứng, vì hệ thống linh hoạt không làm giảm rung động hiệu quả bằng hệ thống cứng. Ví dụ, các cấp độ khác nhau (G16 so với G40) có thể áp dụng cho cùng một trục khuỷu tùy thuộc vào việc động cơ được lắp đặt trên các bộ cách ly rung động elastomeric hay trên nền móng cứng.
Ví dụ về các cấp độ chất lượng cân bằng thông dụng
| Hạng G | Tốc độ tối đa (mm/s) | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/giây | Bánh xe và vành bánh xe; trục khuỷu cho động cơ đốt trong tốc độ chậm (tốc độ vòng quay thấp). |
| G 16 | 16 mm/s | Phụ tùng cho máy nghiền và máy móc nông nghiệp; trục truyền động (trục cardan); các bộ phận lớn của máy móc đa năng có yêu cầu vừa phải. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Loại tiêu chuẩn cho hầu hết các thiết bị công nghiệp: rô-to động cơ điện, cánh quạt bơm, quạt, máy nén khí tốc độ thấp, máy móc quá trình chung. G6.3 là một trong những loại được chỉ định phổ biến nhất. |
| G 2.5 | 2,5 mm/giây | Các rotor tốc độ cao và độ chính xác cao: tuabin khí và tuabin hơi nước, rotor của máy nén khí, hệ thống truyền động cho máy công cụ, trục chính độ chính xác cao và máy điện tốc độ cao. |
| G 1.0 | 1,0 mm/giây | Cân bằng chính xác cao cho các cơ cấu chính xác: động cơ máy mài, động cơ điện nhỏ tốc độ cao và turbocharger ô tô. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | Độ chính xác cân bằng cao nhất cho các thiết bị cực kỳ nhạy cảm và tốc độ cao: cảm biến gia tốc, trục quay chính xác (ví dụ: cho gia công chính xác hoặc thiết bị điện tử vi mô), ổ cứng và các thành phần khác yêu cầu độ rung tối thiểu. |
Lưu ý: Giá trị vận tốc (mm/s) trong ký hiệu cấp độ tương ứng với tích của độ lệch tâm cụ thể và vận tốc góc: G = emỗi·ω. Do đó, số G cho biết vận tốc giới hạn của chuyển động của tâm khối lượng bị dịch chuyển trong quá trình hoạt động của rotor. Trên thực tế, việc lựa chọn cấp độ có thể khác nhau một cấp độ lên hoặc xuống tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể và điều kiện hoạt động.
Tính toán mất cân bằng dư cho phép
Biết được cấp độ G yêu cầu, bạn có thể tính toán mức độ mất cân bằng tối đa cho phép còn lại sau khi cân bằng mà không vượt quá cấp độ đã quy định. Tiêu chuẩn ISO cung cấp công thức sau:
Bạnmỗi (g·mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
Ở đâu:
- Bạnmỗi — Sai số dư cho phép trong đơn vị gam-milimet (g·mm)
- G — cấp chất lượng cân bằng (mm/giây)
- m — Khối lượng rotor (kg)
- N — Tốc độ hoạt động tối đa (RPM)
Ví dụ: Đối với một rotor có khối lượng 100 kg, quay với tốc độ tối đa 3000 vòng/phút, cần được cân bằng đến cấp G6.3, độ lệch cân bằng cho phép là:
Bạnmỗi = (9549 × 6,3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g·mm
Điều này có nghĩa là tổng độ mất cân bằng khoảng 2005 g·mm được phép cho rotor này mà không vượt quá G6.3. Trên thực tế, độ mất cân bằng còn lại này được phân bố giữa các mặt phẳng điều chỉnh. Đối với cân bằng hai mặt phẳng (dynamic), giá trị U được tính toán làmỗi Được phân chia đều hoặc theo tỷ lệ giữa các mặt phẳng tùy thuộc vào cấu hình của rotor. Do đó, kỹ thuật viên cân bằng nhận được một mục tiêu số cụ thể cần đạt được.
Cân bằng thực tế và thiết bị
Để đạt được mức cân bằng yêu cầu trong thực tế, người ta sử dụng thiết bị chuyên dụng. Trong điều kiện sản xuất, máy cân bằng cố định thường được sử dụng, nơi rotor được quay và điều chỉnh cho đến khi độ mất cân bằng còn lại giảm xuống mức tiêu chuẩn cho cấp G đã chọn.
Tuy nhiên, trong điều kiện thực tế (ví dụ: khi rung động xảy ra ở quạt hoặc bơm đã được lắp đặt), có thể sử dụng các thiết bị cân bằng di động. Một ví dụ là... Balanset-1A Thiết bị — một máy cân bằng rung động hai kênh di động. Thiết bị này cho phép thực hiện cân bằng động trên một mặt phẳng hoặc hai mặt phẳng trực tiếp trên thiết bị tại chỗ (tại hiện trường, mà không cần tháo rotor).
Hình 1: Thiết bị cân bằng và đo rung di động Balanset-1A kết nối với laptop. Thiết bị nhỏ gọn này bao gồm mô-đun đo lường điện tử, hai cảm biến rung và một máy đo tốc độ bằng laser, với các chức năng điều khiển và tính toán mất cân bằng được thực hiện bởi phần mềm trên máy tính.
Hình 1: Cửa sổ tính toán dung sai cân bằng trong phần mềm Balanset. Chương trình bao gồm một máy tính tích hợp sẵn có thể tự động tính toán dung sai không cân bằng cho phép theo tiêu chuẩn ISO 1940 dựa trên khối lượng rotor, tốc độ hoạt động và cấp G đã chọn.
Thiết bị kết nối với laptop, đo lường rung động và pha mất cân bằng bằng cảm biến và tachometer quang học, sau đó phần mềm tự động tính toán trọng lượng điều chỉnh cần thiết. Trong số các tính năng của Balanset-1A có tính năng tính toán tự động mức độ mất cân bằng cho phép theo tiêu chuẩn ISO 1940 (G-grades) — thiết bị tự xác định mức độ rung động cần giảm để đạt được, ví dụ, cấp G6.3 hoặc G2.5.
Các thiết bị cân bằng hiện đại như Balanset-1A giúp đạt được mức độ cân bằng yêu cầu nhanh chóng và đáng tin cậy hơn. Sử dụng thuật ngữ tiêu chuẩn G-grade và tính toán dung sai tích hợp, kỹ sư và kỹ thuật viên có thể xác định chính xác tiêu chí để đạt được cân bằng thành công. Do đó, việc tiêu chuẩn hóa chất lượng cân bằng thông qua các cấp độ G-grade đã tạo ra một ngôn ngữ chung để mô tả mức độ “mượt mà” mà một rotor cụ thể nên hoạt động và đạt được mức độ tin cậy rung động này bằng các phương pháp có thể hiểu và xác minh trên toàn thế giới.
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 