Таблицы допустимых дисбалансов
| Класс точности G | Допустимая виброскорость, мм/с | Типы роторов и область применения | Примеры машин |
|---|---|---|---|
| G 0.4 | 0.4 | Прецизионные шпиндели и диски | Шлифовальные шпиндели, гироскопы, прецизионное оборудование |
| G 1 | 1.0 | Высокоточные роторы малых размеров | Магнитофоны, проигрыватели, CD/DVD приводы, малые электродвигатели специального назначения |
| G 2.5 | 2.5 | Роторы средней точности | Газовые и паровые турбины, турбокомпрессоры, центробежные насосы, машинные инструменты |
| G 6.3 | 6.3 | Роторы общего назначения | Вентиляторы, крыльчатки насосов, электродвигатели общего назначения, барабаны |
| G 16 | 16 | Роторы с пониженными требованиями | Приводные валы, части сельхозмашин, крупные вентиляторы градирен |
| G 40 | 40 | Автомобильные компоненты | Колеса автомобилей, карданные валы, коленвалы двигателей |
| G 100 | 100 | Крупные дизельные двигатели | Коленвалы 6-цилиндровых дизелей, части компрессоров |
| Частота вращения, об/мин | G 0.4 | G 1 | G 2.5 | G 6.3 | G 16 | G 40 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Допустимый удельный дисбаланс eper, мкм (г·мм/кг) | ||||||
| 600 | 6.4 | 16 | 40 | 100 | 254 | 636 |
| 1000 | 3.8 | 9.5 | 24 | 60 | 152 | 382 |
| 1500 | 2.5 | 6.4 | 16 | 40 | 101 | 254 |
| 3000 | 1.3 | 3.2 | 8.0 | 20 | 51 | 127 |
| 6000 | 0.64 | 1.6 | 4.0 | 10 | 25 | 64 |
| 10000 | 0.38 | 0.95 | 2.4 | 6.0 | 15 | 38 |
| 30000 | 0.13 | 0.32 | 0.8 | 2.0 | 5.1 | 13 |
| Тип ротора | Масса, кг | Частота, об/мин | Класс G | eper, мкм | Uper, г·мм |
|---|---|---|---|---|---|
| Ротор турбины | 3600 | 3000 | G 2.5 | 8.0 | 28 800 |
| Ротор вентилятора | 150 | 1500 | G 6.3 | 40 | 6 000 |
| Ротор электродвигателя | 50 | 3000 | G 2.5 | 8.0 | 400 |
| Колесо компрессора | 25 | 6000 | G 2.5 | 4.0 | 100 |
| Шпиндель станка | 10 | 10000 | G 1 | 0.95 | 9.5 |
| Тип ротора | Число плоскостей коррекции | Распределение дисбаланса | Примечание |
|---|---|---|---|
| Дискообразный (L/D < 0.5) | 1 | 100% в одной плоскости | Статическая балансировка |
| Короткий (0.5 ≤ L/D < 2) | 2 | 50% в каждой плоскости | Динамическая балансировка |
| Длинный (L/D ≥ 2) | 2 или более | Пропорционально массе | Многоплоскостная балансировка |
| Консольный | 2 | С учетом положения центра масс | Специальные формулы |
Полное оглавление статьи
1. Введение в систему классов точности балансировки
Балансировка роторов является критически важной операцией в производстве и обслуживании вращающегося оборудования. Настоящий стандарт устанавливает требования к жестким роторам и методы: - определения допустимого дисбаланса; - определения необходимого числа плоскостей коррекции; - подтверждения полученных значений остаточного дисбаланса ротора. Правильная балансировка обеспечивает снижение вибрации, увеличение срока службы подшипников и повышение общей надежности оборудования.
Система классов точности балансировки, установленная международным стандартом ISO 1940-1:2003 (в России - ГОСТ ИСО 1940-1-2007, действующий с 2008 года), позволяет инженерам и техническим специалистам определять требуемый уровень балансировки для различных типов роторов в зависимости от их назначения и условий эксплуатации. Этот стандарт заменил устаревший ГОСТ 22061-76.
Важно: Современное балансировочное оборудование позволяет весьма значительно снизить дисбаланс ротора, однако с экономической точки зрения чрезмерное завышение требований к качеству балансировки невыгодно. Необходимо находить оптимальный баланс между техническими требованиями и экономической целесообразностью.
2. Основные понятия и определения
2.1. Дисбаланс
Дисбаланс - это состояние ротора, при котором его ось инерции не совпадает с осью вращения. Это приводит к возникновению центробежных сил при вращении, вызывающих вибрацию и дополнительные нагрузки на подшипники.
2.2. Удельный дисбаланс
Удельный дисбаланс (eper) - это отношение дисбаланса к массе ротора, выражается в мкм или г·мм/кг. Это универсальная характеристика, позволяющая сравнивать качество балансировки роторов различной массы.
2.3. Класс точности балансировки G
В [1] установлены классы точности балансировки G, которые определяют требования к качеству балансировки в зависимости от типа ротора. Значение G представляет собой произведение допустимого удельного дисбаланса на угловую скорость вращения, выраженное в мм/с.
3. Классы точности балансировки по ISO 1940-1
Стандарт устанавливает ряд классов точности балансировки от G 0.4 до G 4000, образующих геометрическую прогрессию со знаменателем 2.5. Каждый класс соответствует определенным типам машин и условиям эксплуатации.
3.1. Высокоточные классы (G 0.4 - G 1)
Эти классы применяются для прецизионного оборудования, где требуется минимальная вибрация. G0.4 Прецизионные шлифовального шпинделя; Ротор; гироскоп. Класс G 1 используется для небольших высокоточных роторов, таких как роторы в приборостроении.
3.2. Средние классы точности (G 2.5 - G 6.3)
Наиболее распространенные классы для промышленного оборудования. Согласно [1] класс точности балансировки газовых турбин - G2,5. Класс G 6.3 широко применяется для вентиляторов, насосов и электродвигателей общего назначения.
3.3. Классы с пониженными требованиями (G 16 - G 100)
Используются для оборудования, где допустимы повышенные уровни вибрации. Класс точности балансировки для таких вентиляторов должен быть G16, а категория вентиляторов - BV-3 - это относится к крупным низкоскоростным вентиляторам градирен.
4. Расчет допустимого дисбаланса
Расчет допустимого остаточного дисбаланса выполняется по следующим формулам:
4.1. Основная формула
где:
- Uper - допустимый остаточный дисбаланс, г·мм
- eper - допустимый удельный дисбаланс, мкм
- m - масса ротора, кг
4.2. Определение удельного дисбаланса
где:
- G - класс точности балансировки, мм/с
- n - частота вращения, об/мин
Примечание: Полученные значения допустимых дисбалансов применимы в случаях, когда масса ротора составляет некоторую типичную долю массы машины, например 30%. Для легких роторов (10% массы машины) допустимый дисбаланс может быть увеличен в три раза.
5. Практические примеры расчетов
Пример 1: Ротор газовой турбины
Машина - газовая турбина (группа II). Рабочая скорость - 3000 мин (постоянная). Масса ротора - 80000 кг.
Расчет:
- Класс точности: G 2.5
- Удельный дисбаланс: eper = 2.5 × 9549 / 3000 = 8.0 мкм
- Допустимый дисбаланс: Uper = 8.0 × 80000 = 640 000 г·мм = 640 кг·мм
Пример 2: Ротор вентилятора
Промышленный вентилятор массой 150 кг, рабочая частота 1500 об/мин.
Расчет:
- Класс точности: G 6.3 (стандартный для вентиляторов)
- Удельный дисбаланс: eper = 6.3 × 9549 / 1500 = 40 мкм
- Допустимый дисбаланс: Uper = 40 × 150 = 6000 г·мм
6. Выбор плоскостей коррекции
Количество плоскостей коррекции зависит от геометрии ротора и требуемой точности балансировки.
6.1. Критерии выбора
Основным критерием является отношение длины ротора L к его диаметру D:
- L/D < 0.5 - дискообразные роторы, достаточна одноплоскостная (статическая) балансировка
- 0.5 ≤ L/D < 2 - короткие роторы, требуется двухплоскостная динамическая балансировка
- L/D ≥ 2 - длинные роторы, может потребоваться балансировка в трех и более плоскостях
6.2. Распределение допустимого дисбаланса
Для двухплоскостной балансировки при симметричном расположении плоскостей коррекции относительно центра масс:
Для несимметричного расположения используются специальные формулы с учетом расстояний от центра масс до плоскостей коррекции.
7. Рекомендации по применению
7.1. Выбор класса точности
При выборе класса точности следует учитывать:
- Тип и назначение оборудования
- Рабочую частоту вращения
- Требования к уровню вибрации
- Экономическую целесообразность
7.2. Особые случаи
Высокооборотные балансировочные станки мало распространены из-за их дороговизны и большой энергоёмкости. Балансировка на низкооборотных станках достаточно эффективна и обеспечивает высокую точность в тех случаях, когда ротора относятся к классу жёстких роторов.
7.3. Контроль качества балансировки
После балансировки необходимо:
- Проверить остаточный дисбаланс на балансировочном станке
- Измерить вибрацию на рабочей частоте вращения
- Оформить протокол балансировки с указанием достигнутых значений
Важное замечание: При балансировке роторов турбомашин следует учитывать возможность возникновения эксплуатационных дисбалансов вследствие неравномерного износа, температурных деформаций и других факторов. Рекомендуется закладывать запас по точности балансировки 20-30% от табличных значений.
Заключение
Представленные таблицы и методики расчета допустимых дисбалансов роторов соответствуют международному стандарту ISO 1940-1 и российскому ГОСТ ИСО 1940-1-2007. Правильное применение этих норм позволяет обеспечить оптимальное качество балансировки с учетом технических требований и экономической целесообразности.
Отказ от ответственности: Данная статья носит ознакомительный характер. При выполнении работ по балансировке роторов необходимо руководствоваться действующими стандартами и технической документацией производителя оборудования. Автор не несет ответственности за возможные последствия применения приведенной информации.
Источники:
- ГОСТ ИСО 1940-1-2007 «Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса» (действующий)
- ГОСТ ISO 21940-31-2016 «Вибрация. Балансировка роторов. Часть 31. Подверженность и чувствительность машин к дисбалансу» (действующий)
- ISO 1940-1:2003 «Mechanical vibration - Balance quality requirements for rotors in a constant (rigid) state»
- ISO 21940-31:2013 «Mechanical vibration - Rotor balancing - Part 31: Susceptibility and sensitivity of machines to unbalance»
