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Calcolatore di bilanciamento del rotore del frantoio
Calcola lo squilibrio ammissibile per i rotori dei frantoi (a impatto, a mascelle, a martelli) secondo la norma ISO 21940. Include stime di tolleranza per elemento, forza centrifuga e impatto sulla durata dei cuscinetti.
Risultati
Formule chiave
Dove G è il grado di bilanciamento (mm/s), ω = 2π×n/60 (rad/s), M è la massa del rotore (kg), e_per è lo squilibrio specifico consentito, U_per è lo squilibrio residuo consentito e F è la forza centrifuga risultante.
Selezione del grado di bilanciamento per frantoi
| Tipo di frantoio | Grado tipico | RPM tipico |
|---|---|---|
| Frantoio a impatto ad asse orizzontale (HSI) | G16 – G40 | 500–800 |
| Frantoio a impatto ad asse verticale (VSI) | G6.3 - G16 | 1000–2000 |
| Mulino a martelli | G16 – G40 | 1000–1800 |
| Frantoio a mascelle (volano) | G16 | 200–400 |
| Frantoio a cono | G6.3 - G16 | 300–600 |
Tolleranza di massa per elemento
Quando si sostituiscono martelli o barre di battuta, la variazione di massa dei singoli elementi contribuisce direttamente allo sbilanciamento del rotore. Ogni elemento si trova a un raggio specifico dall'asse di rotazione. La tolleranza di massa per elemento dovrebbe essere:
Dove r_elemento è il raggio CG dell'elemento e N_elementi è il numero di elementi.
Impatto sulla durata dei cuscinetti
La forza di sbilanciamento agisce come un carico radiale rotante aggiuntivo sui cuscinetti. La durata nominale di base del cuscinetto (L10) è altamente sensibile al carico applicato:
- Cuscinetti a sfere: L10 ∝ (C/P)³
- Cuscinetti a rulli: L10 ∝ (C/P)^(10/3)
Anche forze di squilibrio moderate possono ridurre significativamente la durata dei cuscinetti se combinate con i carichi di processo già elevati nei frantoi.
Procedura pratica di bilanciamento per frantoi
- Fase 1: Pesare tutti i martelli/barre battenti individualmente e registrare le masse
- Fase 2: Ordinare gli elementi per massa e abbinarli in coppie di massa quasi uguale (il più pesante con il successivo più pesante, e così via)
- Fase 3: Installare i due elementi di ciascuna coppia abbinata in posizioni diametralmente opposte (180°) sul rotore, in modo che le masse in posizioni opposte si compensino
- Fase 4: Verificare che la differenza di massa totale tra posizioni opposte sia entro la tolleranza per elemento
- Fase 5: Dopo l'installazione, avviare il frantoio e misurare le vibrazioni su entrambi i cuscinetti
- Fase 6: Se le vibrazioni superano i limiti, eseguire il bilanciamento in campo su un singolo piano
Forza centrifuga e durata dei cuscinetti
La forza centrifuga dovuta allo sbilanciamento aggiunge un carico radiale rotante ai cuscinetti. La relazione di durata L10 dei cuscinetti è:
- Cuscinetti a sfere: L10 = (C/P)³ × 10⁶ / (60 × n)
- Cuscinetti a rulli: L10 = (C/P)^(10/3) × 10⁶ / (60 × n)
Dove C è il carico dinamico nominale, P è il carico dinamico equivalente (inclusa la forza di sbilanciamento) e n è il numero di giri al minuto. Anche una piccola forza di sbilanciamento può ridurre significativamente la durata se aggiunta ai carichi di processo già elevati dei frantoi.
Limiti di vibrazione per frantoi
A causa della natura intrinseca degli urti dei frantoi, i limiti di vibrazione sono più elevati rispetto alle macchine a funzionamento regolare:
- Bene: < 10 mm/s velocità RMS sugli alloggiamenti dei cuscinetti
- Accettabile: 10–18 mm/s — tipico per frantoi in funzione
- Attenzione: 18–28 mm/s — esaminare, controllare gli elementi soggetti a usura
- Pericolo: > 28 mm/s — spegnere e ispezionare
Fondamenta e considerazioni strutturali
Le fondazioni del frantoio devono essere progettate per assorbire le forze d'impatto. La massa delle fondazioni dovrebbe essere pari a 3–5 volte la massa del frantoio per un adeguato isolamento dalle vibrazioni. Controlli chiave:
- Bulloni di ancoraggio: Verificare la coppia ad ogni importante intervento di manutenzione
- Supporti di isolamento: Ispezionare gli isolatori in gomma per verificare il deterioramento e la corretta flessione
- Condizioni del calcestruzzo: Controllare la presenza di crepe, in particolare attorno alle tasche dei bulloni di ancoraggio
- Integrità della malta: Verificare che non vi siano vuoti tra la piastra di base e la fondazione
Tipi di frantoio e considerazioni sul bilanciamento
- A impatto ad asse orizzontale (HSI): Le barre d'urto sono il componente principale soggetto a usura. Sostituirle in blocco e pesarle singolarmente. Il rotore è solitamente bilanciato secondo lo standard G16.
- A impatto ad asse verticale (VSI): Velocità più elevate richiedono un bilanciamento più stretto (G6.3–G16). La tavola di usura e l'anello dell'incudine influiscono indirettamente sul bilanciamento.
- Mulino a martelli: Martelli multipli su perni di articolazione. I martelli reversibili devono essere ruotati in coppie corrispondenti. G16–G40 a seconda della velocità.
- Frantoio a mascelle: L'equilibratura del volano è fondamentale. Lo squilibrio dell'albero eccentrico è intrinseco alla progettazione, ma deve rientrare nelle tolleranze.
- Frantoio a cono: L'usura del mantello e della testata influisce sull'equilibrio. L'equilibrio della testata viene controllato durante le revisioni più importanti.
Buone pratiche: Tenere un registro delle masse dei singoli martelli/barre di battuta per ogni posizione del rotore. Monitorare la perdita di massa nel tempo per prevedere intervalli di sostituzione ottimali e mantenere l'equilibrio entro le tolleranze durante l'intero ciclo di usura.
⚠️ Nota pratica: Dopo la sostituzione di martelli/barre battenti, pesare sempre i singoli elementi e disporli per ottenere il minimo squilibrio: elementi di massa quasi uguale in posizioni diametralmente opposte (180°) (il più pesante opposto al successivo più pesante), quindi verificare la vibrazione residua mediante misura. Anche entro la tolleranza G40, l'abbinamento degli elementi prolunga notevolmente la vita di cuscinetti e telaio.
I frantoi subiscono enormi forze d'urto durante il funzionamento normale, che sovrastano qualsiasi forza di squilibrio. Il vantaggio pratico di raggiungere il grado G6.3 è minimo poiché le forze indotte dal processo sono molto elevate. Il grado G16 offre un buon compromesso tra la protezione della durata dei cuscinetti e la fattibilità pratica, date le gravose condizioni operative e l'usura.
Riequilibrare ogni volta che vengono sostituiti gli elementi soggetti a usura (martelli, barre d'urto, corazze) o quando la vibrazione a 1× RPM supera il valore di riferimento di oltre il 50%. Per i frantoi a urto con barre d'urto sostituibili, ciò significa tipicamente a ogni cambio barre — pesare e disporre gli elementi per ottenere il minimo squilibrio.
Sì, l'equilibratura in opera su un piano viene comunemente eseguita sui rotori dei frantoi. Montare un sensore di vibrazione sul supporto del cuscinetto lato comando, utilizzare un sensore di fase (keyphasor) per il riferimento angolare e far funzionare a velocità normale (a vuoto, senza alimentazione di materiale). Il metodo della massa di prova funziona efficacemente. Le masse di correzione possono essere saldate sui dischi di estremità del rotore.
L'equilibratura su due piani (di coppia) generalmente non è richiesta per i rotori dei frantoi poiché il loro rapporto L/D è tipicamente basso (simile a un disco). L'equilibratura su un piano è sufficiente. Tuttavia, se si osservano significative differenze di fase tra i cuscinetti, l'equilibratura su due piani può essere d'aiuto.
Man mano che i martelli si usurano, perdono massa in modo non uniforme. Il rotore diventa progressivamente più squilibrato. Monitorare la vibrazione a 1× e seguirne l'andamento nel tempo. Quando la vibrazione raggiunge il livello di allarme o quando le punte dei martelli sono usurate fino al limite di inversione, è il momento di sostituirli e riequilibrare.
I frantoi presentano vibrazioni intrinsecamente elevate a causa del processo d'urto. Una velocità di vibrazione sui supporti cuscinetto inferiore a 10 mm/s RMS è considerata buona. Tra 10–18 mm/s è accettabile per la maggior parte dei frantoi durante il normale funzionamento. Oltre 18 mm/s richiede un'indagine e oltre 28 mm/s rappresenta un livello di pericolo che richiede l'arresto.
1) Abbinare le masse delle barre d'urto entro le tolleranze. 2) Assicurarsi che tutte le barre d'urto siano alloggiate correttamente senza giochi. 3) Controllare l'eventuale usura dei dischi laterali del rotore. 4) Verificare le condizioni e i giochi dei cuscinetti. 5) Ispezionare i bulloni di fondazione per individuare eventuali allentamenti. 6) Se la vibrazione a 1× è dominante, eseguire l'equilibratura in opera. 7) Controllare l'usura dei componenti della trasmissione (cinghie, pulegge, giunto).
La maggior parte dei frantoi utilizza cuscinetti orientabili a rulli (SRB) per la loro capacità di sopportare sia carichi radiali che assiali, nonché il disallineamento dell'albero dovuto alla flessione del supporto. Questi hanno un esponente di durata L10 pari a 10/3. Il coefficiente di carico dinamico C è tipicamente compreso tra 500–2000 kN a seconda delle dimensioni del frantoio.
Equilibrare con i martelli nella posizione in cui opereranno. Se i martelli sono reversibili, equilibrare nella posizione operativa iniziale. Quando i martelli vengono girati per utilizzare il secondo bordo di lavoro, ricontrollare l'equilibratura. In alcuni impianti si equilibra alla massa di metà vita utile per ottimizzare lo squilibrio medio sull'intero ciclo di usura.
I rotori dei frantoi sono pesanti e accumulano notevole energia cinetica. Precauzioni principali: 1) Applicare le procedure LOTO (Lock out/tag out) a tutte le fonti di energia. 2) Utilizzare attrezzature di sollevamento adeguate durante la movimentazione di barre d'urto/martelli. 3) Per l'equilibratura in opera, assicurarsi che la camera di frantumazione sia vuota e che i ripari siano installati. 4) Non far mai funzionare un frantoio oltre la velocità nominale. 5) Tenere il personale lontano dall'area di scarico durante i lanci di prova.
Una fondazione deteriorata amplifica le vibrazioni provenienti da tutte le sorgenti, incluso lo squilibrio. Controllare: calcestruzzo fessurato, tirafondi allentati, deterioramento della malta di inghisaggio ed erosione del terreno sotto la fondazione. La frequenza propria della fondazione deve essere ben separata da 1× RPM. Si raccomanda una verifica della fondazione se le vibrazioni aumentano improvvisamente senza modifiche al rotore.
Le procedure descritte in questa pagina sono state sviluppate e collaudate sul campo dal team Vibromera utilizzando il Balanset-1A, un bilanciatore portatile a due canali e analizzatore di vibrazioni per l'equilibratura dei rotori in loco.
Strumenti e software professionali per il bilanciamento sul campo. Utilizzati in oltre 50 paesi.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko è ingegnere di analisi delle vibrazioni nonché fondatore e amministratore delegato di Vibromera. Da più di 15 anni bilancia macchine rotanti sul campo anziché al banco di prova: pacciamatrici, ventilatori industriali, frantoi, centrifughe, alberi e mandrini. È da questo lavoro che sono nati gli strumenti Balanset — sono stati progettati come uno strumento che il tecnico può portare fino alla macchina e usare da solo, in loco, e non come apparecchiatura da laboratorio. Vibromera è stata fondata nel 2017 e dal 2023 ha sede a Porto, in Portogallo. Qui avvengono lo sviluppo, l'assemblaggio e l'assistenza della linea Balanset. Lo strumento di punta è il Balanset-1A, un analizzatore portatile per il bilanciamento su uno e due piani e per la diagnostica delle vibrazioni. Nikolai segue personalmente l'assistenza ai clienti, la risoluzione dei casi di bilanciamento più difficili e lo sviluppo del software. Lavora con clienti in tutto il mondo, in qualsiasi lingua.
