Il diagramma a cascata nell'analisi delle vibrazioni

Definizione: cos'è un grafico a cascata?

A diagramma della cascata, noto anche come diagramma a cascata, è un grafico tridimensionale utilizzato per visualizzare come uno spettro di vibrazione cambia nel tempo o in base a un'altra variabile, più comunemente la velocità della macchina. Il grafico consiste in una serie di singoli spettri FFT "impilati" uno dietro l'altro, creando una superficie 3D che ricorda una cascata. Questa presentazione semplifica la visualizzazione di come le ampiezze delle diverse componenti di vibrazione cambiano al variare delle condizioni operative della macchina.

I tre assi di un tipico grafico a cascata sono:

• Asse X: Frequenza
• Asse Y: Ampiezza
• Asse Z: Tempo o, più comunemente, RPM (velocità della macchina)

Applicazione principale: test di accelerazione e decelerazione

L'applicazione più importante di un diagramma a cascata è l'analisi dei dati sulle vibrazioni raccolti durante l'avvio (run-up) o l'arresto (coast-down) di una macchina. Durante questi eventi transitori, la velocità della macchina si estende per l'intero intervallo di funzionamento. Il diagramma a cascata fornisce una mappa completa e dettagliata della risposta dinamica della macchina lungo l'intero intervallo di velocità.

Questa analisi è fondamentale per:

• Identificazione Velocità critiche e risonanze: Una risonanza è identificata come una "cresta" sul grafico a cascata che si verifica a una *frequenza* fissa, indipendentemente dalla velocità della macchina. Man mano che i vari ordini di velocità di esecuzione (1x, 2x, ecc.) attraversano questa frequenza fissa, la loro ampiezza aumenta drasticamente, creando un picco netto sul grafico.
• Separare la vibrazione forzata dalla risonanza: Il grafico distingue chiaramente tra picchi dipendenti dalla velocità (vibrazioni forzate come lo squilibrio, che seguono le linee d'ordine) e picchi a frequenza fissa (risonanze, che formano una cresta dritta lungo l'asse della velocità).

– Osservazione dei cambiamenti nella stabilità del rotore: Può essere utilizzato per vedere la velocità con cui si verificano instabilità sub-sincrone come vortice d'olio o frusta appaiono e scompaiono.

Come interpretare un grafico a cascata

L'analisi di un grafico a cascata implica la ricerca di due caratteristiche principali:

1. Linee di ordine (creste diagonali)

Si tratta delle creste di vibrazione direttamente collegate alla velocità di funzionamento della macchina. Appaiono come linee diagonali sul grafico.

• La linea diagonale più evidente è solitamente la 1° ordine (1x), che rappresenta la risposta allo squilibrio del rotore.
• Altre linee diagonali possono essere viste per il 2° ordine (2x), che è spesso correlato a disallineamenti e altre armoniche.

2. Risonanze (creste orizzontali)

Si tratta di creste di elevata vibrazione che si verificano a frequenza costante, indipendentemente dalla velocità della macchina. Appaiono come linee orizzontali che attraversano il grafico.

• Quando una linea d'ordine (come la risposta allo sbilanciamento 1x) interseca una linea di risonanza, la sua ampiezza aumenta in modo significativo, formando un picco elevato a quella velocità specifica.
• La velocità con cui avviene questa intersezione è una velocità critica del sistema.

Acquisizione e visualizzazione dei dati

Per creare un grafico a cascata chiaro, i dati vengono in genere acquisiti utilizzando tracciamento degli ordiniCiò richiede un segnale tachimetrico per garantire che i dati spettrali siano privi di "sbavature" al variare della velocità. Sebbene un grafico a cascata possa essere visualizzato con un asse di frequenza fisso, è spesso più utile visualizzarlo come un grafico a cascata "basato sugli ordini", in cui l'asse x è espresso in ordini anziché in Hz.

Oltre alla vista a cascata 3D, questi stessi dati vengono utilizzati anche per creare altri importanti grafici di run-up/coast-down, come diagramma di Bode (che traccia l'ampiezza e la fase di un singolo ordine rispetto alla velocità) e il diagramma di Nyquist (che rappresenta graficamente la parte reale rispetto a quella immaginaria del vettore di un ordine).

Il grafico a cascata è uno strumento indispensabile per qualsiasi analisi rotordinamica approfondita, poiché fornisce un quadro completo del comportamento di una macchina nell'intero intervallo di velocità.

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