Hiểu về sự cân bằng của sự khoan dung
cân bằng dung sai là số lượng tối đa cho phép của mất cân bằng còn lại có thể vẫn còn trong một cánh quạt once cân bằng được hoàn thành. Đó là tiêu chí chấp nhận—dòng phân định xem một rotor có được cân bằng đủ tốt cho dịch vụ dự định của nó hay không. Dung sai được biểu thị dưới dạng khối lượng mất cân bằng ở một bán kính nhất định (tính bằng gram-milimét hoặc ounce-inch) hoặc là một rung động biên độ (tính bằng mm/s hoặc mils). Các giới hạn này được đặt bởi các tiêu chuẩn quốc tế—chủ yếu là Tiêu chuẩn ISO 21940 loạt—gán các cấp độ chất lượng cân bằng theo loại rotor, tốc độ dịch vụ và ứng dụng, cho kết quả nhất quán, an toàn và có thể lặp lại trên các ngành công nghiệp.
1. Tại sao Dung sai Cân bằng Lại Quan trọng
Đặt dung sai đúng không phải là việc tích hợp; nhiều mối quan tâm thực tế gắn liền với nó:
- An toàn: mất cân bằng dư thừa có thể dẫn máy móc đến hỏng hóc, gây nguy hiểm cho nhân viên và thiết bị lân cận.
- Tuổi thọ thiết bị: ở trong dung sai giảm thiểu gây ra bằng rung động mặc trên vòng bi, dây niêm phong và cấu trúc, kéo dài thời gian phục vụ.
- Đảm bảo chất lượng: một dung sai được xác định cung cấp tiêu chí chấp nhận/từ chối khách quan cho công việc cân bằng, vì vậy chất lượng không phụ thuộc vào ý kiến.
- Cân bằng kinh tế: dung sai là một sự thỏa hiệp có chủ ý giữa chi phí không thể đạt được của cân bằng hoàn hảo và hiệu suất chấp nhận được — việc theo đuổi độ mất cân bằng bằng không là vô ích.
- Tuân thủ tiêu chuẩn: đáp ứng dung sai được công nhận cho thấy sự tuân thủ các thực tiễn tốt nhất và có thể được yêu cầu bởi quy định hoặc bảo hành.
2. ISO 21940-11: Tiêu Chuẩn Chính
Tiêu chuẩn ISO 21940-11 — người kế nhiệm hiện đại của Tiêu chuẩn ISO 1940-1 — là tiêu chuẩn được công nhận quốc tế cho các yêu cầu chất lượng cân bằng của các roto cứng. Nó định nghĩa một thang bậc của các lớp chất lượng cân bằng được viết là Điểm G, trong đó “G” là viết tắt của lớp và số là độ lệch tâm mất cân bằng cụ thể được cho phép, được biểu thị dưới dạng vận tốc quỹ đạo tính bằng milimét trên giây.
Các cấp chất lượng cân bằng phổ biến
Tiêu chuẩn bao gồm các lớp từ G 0.4 (độ chính xác cao nhất) xuống G 4000 (thô nhất). Các lớp thường dùng bao gồm:
- G0,4: trục quay máy mài chính xác cao và con quay hồi chuyển — độ chính xác cao nhất.
- Phiên bản 1.0: trục quay máy công cụ chính xác cao và tăng áp.
- G2.5: tuabin khí và hơi nước, roto turbo-phát điện cứng, máy nén, ổ đỡ máy công cụ.
- G6.3: máy móc đa năng — roto động cơ điện hai cực, máy ly tâm, quạt và máy bơm.
- Nhóm 16: Máy móc nông nghiệp, máy nghiền, động cơ diesel nhiều xi-lanh
- G40: Thiết bị chạy chậm, động cơ diesel bốn xi-lanh được lắp đặt cứng nhắc
Số G thấp hơn có nghĩa là dung sai chặt hơn và độ mất cân bằng cho phép ít hơn; số G cao hơn cho phép nhiều hơn. Điều quan trọng là, khối lượng cho phép cũng phụ thuộc vào tốc độ — đối với một lớp và roto nhất định, độ mất cân bằng cho phép giảm khi tốc độ dịch vụ tăng, vì vậy một roto nhanh phải được cân bằng chính xác hơn nhiều so với một roto chậm có khối lượng bằng nhau.
3. Tính Toán Dung Sai Cân Bằng
Độ mất cân bằng dư lượng cho phép phụ thuộc vào ba đại lượng: khối lượng của roto, tốc độ dịch vụ của nó, và lớp chất lượng cân bằng được chọn.
Công thức cho độ mất cân bằng dư lượng cho phép
Bạnmỗi = (G × M) / (ω / 1000)
Ở đâu:
- Bạnmỗi = mất cân bằng tồn dư cho phép (gram-milimét, g·mm)
- G = lớp chất lượng cân bằng (ví dụ: 6.3 cho G 6.3)
- M = khối lượng rotor (kilograms)
- ω = angular velocity (radians per second) = (2π × RPM) / 60
Công thức đơn giản sử dụng RPM
Để sử dụng hàng ngày, mối quan hệ được giảm xuống thành:
Bạnmỗi (g·mm) = (9549 × G × M) / Vòng/phút
trong đó M là khối lượng roto tính bằng kilogam, RPM là tốc độ dịch vụ, và G là số lớp.
Ví dụ minh họa
Xem xét một roto động cơ có:
- Khối lượng: 50 kg
- Tốc độ hoạt động: 3000 vòng/phút
- Chất lượng cân bằng yêu cầu: G 6.3
Bạnmỗi = (9549 × 6.3 × 50) / 3000 = 100.4 g·mm.
Do đó, độ mất cân bằng dư thừa tối đa cho phép của rotor này là khoảng 100 g·mm. Nếu bán kính mặt phẳng hiệu chỉnh là 100 mm, điều đó tương đương với khoảng 1,0 gram mất cân bằng dư thừa tại bán kính đó. Để chạy các con số này cho bất kỳ loại máy, khối lượng và tốc độ nào — và để chia kết quả giữa các mặt phẳng — hãy sử dụng công cụ miễn phí Công cụ tính toán độ lệch dư (ISO 21940-11), công cụ này cũng cho phép bạn kiểm tra lại chéo việc chuyển đổi từ g·mm sang a lực ly tâm nếu bạn cần nó.
4. Dung sai Một mặt phẳng so với Hai mặt phẳng
Dung sai được tính toán áp dụng cho tổng mất cân bằng trong một mặt phẳng đối với cân bằng mặt phẳng đơn. Vì cân bằng hai mặt phẳng (động), ISO 21940-11 cung cấp các quy tắc để phân phối tổng dung sai giữa hai mặt phẳng hiệu chỉnh, thường phân bổ nó theo khoảng cách giữa các mặt phẳng và hình học của rotor sao cho không có mặt phẳng nào bị hiệu chỉnh quá mức.
5. Dung sai Dựa trên Rung động
Mặc dù ISO 21940-11 đặt giới hạn về khối lượng mất cân bằng, nhưng cân bằng ngoài hiện trường thường áp dụng biên độ rung động làm tiêu chí chấp nhận thay thế, vì biên độ là những gì dụng cụ đo trực tiếp trên máy lắp ráp.
Chuỗi ISO 20816
The Tiêu chuẩn ISO 20816 các tiêu chuẩn (bản thay thế hiện đại cho ISO 10816 và ISO 2372 cũ hơn) đặt giới hạn chấp nhận được mức độ rung cho các loại máy khác nhau dựa trên vận tốc RMS. Kết quả được báo cáo trong các vùng đánh giá:
- Khu A: các máy mới đưa vào hoạt động — rung động rất thấp.
- Khu B: đủ điều kiện để vận hành lâu dài mà không bị hạn chế.
- Khu C: chỉ chấp nhận được trong những khoảng thời gian hạn chế; cần lập kế hoạch hành động khắc phục.
- Khu D: Không thể chấp nhận được, cần phải có hành động khắc phục ngay lập tức
Tiêu chí thực tế tại công trường
Các kỹ thuật viên dày dạn kinh nghiệm cũng dựa vào một số quy tắc thực tế:
- Rung động giảm xuống dưới 25% mức ban đầu = cân bằng thành công.
- Độ rung tuyệt đối dưới 2,8 mm/giây (0,11 in/giây) = nhìn chung có thể chấp nhận được đối với hầu hết các thiết bị công nghiệp
- Rung động dư thừa dưới 1,0 mm/s (0,04 in/s) = cân bằng xuất sắc.
6. Các yếu tố ảnh hưởng đến Dung sai Có thể đạt được
Liệu một dung sai có thể thực sự được đáp ứng hay không tùy thuộc vào một số yếu tố thực tế.
Khả năng thiết bị
- Độ chính xác đo lường của dụng cụ cân bằng.
- The độ nhạy của các cảm biến rung động.
- Độ phân giải mà các trọng số hiệu chỉnh có thể được đặt.
Đặc điểm rotor và máy móc
- Tình trạng cơ học — sự lỏng lẻo, mòn vòng bi hoặc các vấn đề về nền tảng có thể làm cho các dung sai chặt chẽ không thể đạt được.
- Hoạt động tại hoặc gần tốc độ tới hạn làm cho cân bằng chính xác trở nên khó khăn hơn nhiều.
- Tính phi tuyến tính trong phản ứng của hệ thống’s.
Những ràng buộc thực tiễn
- Khả năng tiếp cận các mặt phẳng hiệu chỉnh.
- Độ tăng trọng lượng có sẵn — vật liệu chỉ có thể được thêm vào theo những lượng rời rạc.
- Độ phân giải góc của lỗ lắp hoặc điểm gắn
7. Dung sai so với khả năng cân bằng
Ba ý tưởng liên quan xứng đáng giữ riêng biệt:
- Dung sai được quy định: mức độ mất cân bằng dư thừa tối đa được phép được thiết lập bởi một tiêu chuẩn hoặc hợp đồng.
- Cân bằng có thể đạt được: mức độ thực tế có thể đạt được dựa trên thiết bị và các hạn chế có sẵn — được điều chỉnh bởi cân bằng độ nhạy.
- Cân bằng kinh tế: điểm vượt quá đó, cải thiện thêm không còn có lợi về mặt kinh tế.
Đối với hầu hết công việc công nghiệp tại hiện trường, đạt được mức mất cân bằng tốt hơn hai đến ba lần so với dung sai yêu cầu là công việc xuất sắc và để lại khoảng trống cho sai số đo lường và trôi dạo hoạt động. Trên một máy lắp ráp, xác minh này được thực hiện tại hiện trường — một thiết bị phân tích hai kênh di động như Balanset-1A đo kích thước 1× biên độ và pha trước và sau hiệu chỉnh và xác nhận rằng mức mất cân bằng dư thừa nằm trong cấp ISO 21940-11 được chọn, trong các vòng bi của rotor ở tốc độ hoạt động.
8. Tài liệu và Chấp nhận
Một hồ sơ hoàn chỉnh về dung sai cân bằng phải nắm bắt được Cấp G hoặc giá trị dung sai; mức mất cân bằng dư thừa cho phép được tính toán (Umỗi); mức mất cân bằng dư thừa được đo sau cân bằng; một so sánh rõ ràng cho thấy tuân thủ (được đo ≤ được phép); và một chữ ký chấp nhận hoặc ký hiệu. Điều này cung cấp bằng chứng khách quan rằng công việc đáp ứng các thông số kỹ thuật và tạo thành cơ sở cho các đánh giá bảo trì trong tương lai.
9. Khi nào sử dụng các dung sai chặt chẽ hơn hoặc lỏng hơn
Các dung sai chặt chẽ hơn là hợp lý khi máy chạy ở tốc độ cao (rất quan trọng cho an toàn và tuổi thọ vòm bi), khi đó là thiết bị chính xác đòi hỏi độ rung cực tiểu, khi các kết cấu nhẹ hoặc linh hoạt nhạy cảm với độ rung, hoặc khi thiết bị nằm gần các quá trình hoặc dụng cụ nhạy cảm với độ rung.
Các dung sai lỏng hơn là chấp nhận được khi thiết bị là tốc độ thấp và nặng, xây dựng mạnh mẽ với độ chịu độ rung cao, chỉ được sử dụng một lần hoặc không thường xuyên, hoặc khi các cân nhắc kinh tế rõ ràng vượt trội so với những lợi ích hiệu suất gia tăng.
