Oggetti non lineari nel bilanciamento del rotore
Perché il bilanciamento “non funziona”, perché i coefficienti di influenza cambiano e come procedere in condizioni di campo reali
Panoramica
In pratica, l'equilibratura del rotore non si riduce quasi mai al semplice calcolo e installazione di un peso di correzione. Formalmente, l'algoritmo è ben noto e lo strumento esegue tutti i calcoli automaticamente, ma il risultato finale dipende molto più dal comportamento dell'oggetto stesso che dal dispositivo di equilibratura. Ecco perché, nel lavoro reale, si verificano costantemente situazioni in cui l'equilibratura "non funziona", i coefficienti di influenza cambiano, le vibrazioni diventano instabili e il risultato non è ripetibile da un'esecuzione all'altra.
Vibrazioni lineari e non lineari, le loro caratteristiche e metodi di bilanciamento
Un bilanciamento di successo richiede la comprensione di come un oggetto reagisce all'aggiunta o alla rimozione di massa. In questo contesto, i concetti di oggetti lineari e non lineari svolgono un ruolo chiave. Comprendere se un oggetto è lineare o non lineare consente la selezione della strategia di bilanciamento corretta e aiuta a ottenere il risultato desiderato.
Gli oggetti lineari occupano un posto speciale in questo campo grazie alla loro prevedibilità e stabilità. Consentono l'uso di metodi diagnostici e di bilanciamento semplici e affidabili, rendendo il loro studio un passo importante nella diagnostica delle vibrazioni.
Oggetti lineari vs non lineari
La maggior parte di questi problemi affonda le radici in una distinzione fondamentale, ma spesso sottovalutata, tra oggetti lineari e non lineari. Un oggetto lineare, dal punto di vista del bilanciamento, è un sistema in cui, a velocità di rotazione costante, l'ampiezza della vibrazione è proporzionale all'entità dello sbilanciamento e la fase di vibrazione segue la posizione angolare della massa sbilanciata in modo strettamente prevedibile. In queste condizioni, il coefficiente di influenza è un valore costante. Tutti gli algoritmi standard di bilanciamento dinamico, compresi quelli implementati nel Balanset-1A, sono progettati specificamente per tali oggetti.
Per un oggetto lineare, il processo di bilanciamento è prevedibile e stabile. L'installazione di un peso di prova produce una variazione proporzionale dell'ampiezza e della fase della vibrazione. Ripetuti avvii producono lo stesso vettore di vibrazione e il peso di correzione calcolato rimane valido. Tali oggetti sono adatti sia per il bilanciamento singolo che per il bilanciamento seriale utilizzando coefficienti di influenza memorizzati.
Un oggetto non lineare si comporta in modo fondamentalmente diverso. La base stessa del calcolo dell'equilibrio viene violata. L'ampiezza della vibrazione non è più proporzionale allo squilibrio, la fase diventa instabile e il coefficiente di influenza cambia a seconda della massa del peso di prova, della modalità operativa o persino del tempo. In pratica, questo si manifesta come un comportamento caotico del vettore di vibrazione: dopo l'installazione di un peso di prova, la variazione della vibrazione potrebbe essere troppo piccola, eccessiva o semplicemente non ripetibile.
Cosa sono gli oggetti lineari?
Un oggetto lineare è un sistema in cui la vibrazione è direttamente proporzionale all'entità dello squilibrio.
Un oggetto lineare, nel contesto dell'equilibratura, è un modello idealizzato caratterizzato da una relazione direttamente proporzionale tra l'entità dello squilibrio (massa sbilanciata) e l'ampiezza della vibrazione. Ciò significa che se lo squilibrio raddoppia, anche l'ampiezza della vibrazione raddoppierà, a condizione che la velocità di rotazione del rotore rimanga costante. Viceversa, riducendo lo squilibrio si ridurranno proporzionalmente le vibrazioni.
A differenza dei sistemi non lineari, in cui il comportamento di un oggetto può variare in base a molti fattori, gli oggetti lineari consentono un elevato livello di precisione con il minimo sforzo.
Inoltre, servono come base per la formazione e la pratica per i bilanciatori. La comprensione dei principi degli oggetti lineari aiuta a sviluppare competenze che possono essere applicate in seguito a sistemi più complessi.
Rappresentazione grafica della linearità
Immagina un grafico in cui l'asse orizzontale rappresenta l'entità della massa sbilanciata (squilibrio) e l'asse verticale rappresenta l'ampiezza della vibrazione. Per un oggetto lineare, questo grafico sarà una linea retta passante per l'origine (il punto in cui sia l'entità dello squilibrio che l'ampiezza della vibrazione sono nulle). La pendenza di questa linea caratterizza la sensibilità dell'oggetto allo squilibrio: maggiore è la pendenza, maggiori sono le vibrazioni per lo stesso squilibrio.
Grafico 1: Relazione tra ampiezza di vibrazione (µm) e massa sbilanciata (g)
Il grafico 1 illustra la relazione tra l'ampiezza della vibrazione (µm) di un oggetto di bilanciamento lineare e la massa non bilanciata (g) del rotore. Il coefficiente di proporzionalità è 0,5 µm/g. Semplicemente dividendo 300 per 600 si ottiene 0,5 µm/g. Per una massa non bilanciata di 800 g (UM=800 g), la vibrazione sarà 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Si noti che ciò si applica a una velocità costante del rotore. A una diversa velocità di rotazione, il coefficiente sarà diverso.
Questo coefficiente di proporzionalità è chiamato coefficiente di influenza (coefficiente di sensibilità) e ha una dimensione di µm/g o, nei casi che coinvolgono lo squilibrio, µm/(g*mm), dove (g*mm) è l'unità di squilibrio. Conoscendo il coefficiente di influenza (IC), è anche possibile risolvere il problema inverso, vale a dire, determinare la massa sbilanciata (UM) in base all'entità della vibrazione. Per fare ciò, dividere l'ampiezza della vibrazione per l'IC.
Ad esempio, se la vibrazione misurata è 300 µm e il coefficiente noto è IC=0,5 µm/g, dividere 300 per 0,5 per ottenere 600 g (UM=600 g).
Coefficiente di influenza (IC): parametro chiave degli oggetti lineari
Una caratteristica critica di un oggetto lineare è il coefficiente di influenza (IC). È numericamente uguale alla tangente dell'angolo di inclinazione della linea sul grafico vibrazione-squilibrio e indica di quanto varia l'ampiezza di vibrazione (in micron, µm) quando un'unità di massa (in grammi, g) viene aggiunta in uno specifico piano di correzione a una specifica velocità del rotore. In altre parole, l'IC è una misura della sensibilità dell'oggetto allo squilibrio. La sua unità di misura è µm/g, oppure, quando lo squilibrio è espresso come prodotto di massa e raggio, µm/(g*mm).
L'IC è essenzialmente la caratteristica "passaporto" di un oggetto lineare, consentendo di prevederne il comportamento quando si aggiunge o si rimuove massa. Conoscere l'IC permette di risolvere sia il problema diretto – determinare l'entità della vibrazione per un dato squilibrio – sia il problema inverso – calcolare l'entità dello squilibrio a partire dalla vibrazione misurata.
Problema diretto:
Problema inverso:
Fase di vibrazione negli oggetti lineari
Oltre all'ampiezza, la vibrazione è caratterizzata anche dalla sua fase, che indica la posizione del rotore al momento della massima deviazione dalla sua posizione di equilibrio. Per un oggetto lineare, anche la fase di vibrazione è prevedibile. È la somma di due angoli:
- L'angolo che determina la posizione della massa complessiva sbilanciata del rotore. Questo angolo indica la direzione in cui si concentra lo squilibrio primario.
- L'argomento del coefficiente di influenza. Si tratta di un angolo costante che caratterizza le proprietà dinamiche dell'oggetto e non dipende dalla grandezza o dall'angolo dell'installazione di massa sbilanciata.
Pertanto, conoscendo l'argomento IC e misurando la fase di vibrazione, è possibile determinare l'angolo dell'installazione di massa sbilanciata. Ciò consente non solo il calcolo della grandezza di massa correttiva, ma anche il suo posizionamento preciso sul rotore per ottenere un equilibrio ottimale.
Bilanciamento di oggetti lineari
È importante notare che per un oggetto lineare, il coefficiente di influenza (IC) determinato in questo modo non dipende dalla grandezza o dall'angolo dell'installazione della massa di prova, né dalla vibrazione iniziale. Questa è una caratteristica fondamentale della linearità. Se l'IC rimane invariato quando i parametri della massa di prova o la vibrazione iniziale vengono modificati, si può affermare con sicurezza che l'oggetto si comporta linearmente entro l'intervallo di squilibri considerato.
Passaggi per bilanciare un oggetto lineare
- Misurazione della vibrazione iniziale: Il primo passo è misurare la vibrazione nel suo stato iniziale. Vengono determinati l'ampiezza e l'angolo di vibrazione, che indicano la direzione dello squilibrio.
- Installazione di una massa di prova: Una massa di peso noto è installata sul rotore. Ciò aiuta a capire come l'oggetto reagisce a carichi aggiuntivi e consente di calcolare i parametri di vibrazione.
- Nuova misurazione delle vibrazioni: Dopo aver installato la massa di prova, vengono misurati nuovi parametri di vibrazione. Confrontandoli con i valori iniziali, è possibile determinare in che modo la massa influisce sul sistema.
- Calcolo della massa correttiva: Sulla base dei dati di misurazione, vengono determinati la massa e l'angolo di installazione del peso correttivo. Questo peso viene posizionato sul rotore per eliminare lo squilibrio.
- Verifica finale: Dopo aver installato il peso correttivo, la vibrazione dovrebbe essere notevolmente ridotta. Se la vibrazione residua supera ancora il livello accettabile, la procedura può essere ripetuta.
Nota: Gli oggetti lineari servono come modelli ideali per studiare e applicare praticamente i metodi di bilanciamento. Le loro proprietà consentono a ingegneri e diagnostici di concentrarsi sullo sviluppo di competenze di base e sulla comprensione dei principi fondamentali del lavoro con i sistemi di rotori. Sebbene la loro applicazione nella pratica reale sia limitata, lo studio degli oggetti lineari rimane un passo importante nel progresso della diagnostica delle vibrazioni e del bilanciamento.
Shortcode segnaposto:
Bilanciamento seriale e coefficienti memorizzati
L'equilibratura seriale merita particolare attenzione. Può aumentare significativamente la produttività, ma solo se applicata a oggetti lineari e stabili alle vibrazioni. In questi casi, i coefficienti di influenza ottenuti sul primo rotore possono essere riutilizzati per rotori identici successivi. Tuttavia, non appena la rigidità del supporto, la velocità di rotazione o le condizioni dei cuscinetti cambiano, la ripetibilità viene persa e l'approccio seriale non funziona più.
Oggetti non lineari: quando la teoria diverge dalla pratica
Che cosa è un oggetto non lineare?
Un oggetto non lineare è un sistema in cui l'ampiezza della vibrazione non è proporzionale alla grandezza dello squilibrio. A differenza degli oggetti lineari, in cui la relazione tra vibrazione e massa dello squilibrio è rappresentata da una linea retta, nei sistemi non lineari questa relazione può seguire traiettorie complesse.
Nel mondo reale, non tutti gli oggetti si comportano in modo lineare. Gli oggetti non lineari mostrano una relazione tra squilibrio e vibrazione che non è direttamente proporzionale. Ciò significa che il coefficiente di influenza non è costante e può variare a seconda di diversi fattori, come:
- Entità dello squilibrio: L'aumento dello squilibrio può modificare la rigidità dei supporti del rotore, provocando variazioni non lineari nelle vibrazioni.
- Velocità di rotazione: A diverse velocità di rotazione possono essere eccitati diversi fenomeni di risonanza, con conseguente comportamento non lineare.
- Presenza di spazi e fessure: In determinate condizioni, i giochi e gli spazi nei cuscinetti e in altri collegamenti possono causare bruschi cambiamenti nelle vibrazioni.
- Temperatura: Le variazioni di temperatura possono influenzare le proprietà dei materiali e, di conseguenza, le caratteristiche vibrazionali dell'oggetto.
- Carichi esterni: I carichi esterni che agiscono sul rotore possono alterarne le caratteristiche dinamiche e dare origine a un comportamento non lineare.
Perché gli oggetti non lineari sono una sfida?
La non linearità introduce molte variabili nel processo di bilanciamento. Un lavoro di successo con oggetti non lineari richiede più misurazioni e analisi più complesse. Ad esempio, i metodi standard applicabili agli oggetti lineari non sempre producono risultati accurati per i sistemi non lineari. Ciò richiede una comprensione più approfondita della fisica del processo e l'uso di metodi diagnostici specializzati.
Segnali di non linearità
Un oggetto non lineare può essere identificato dai seguenti segni:
- Variazioni non proporzionali delle vibrazioni: All'aumentare dello squilibrio, la vibrazione può aumentare più velocemente o più lentamente del previsto per un oggetto lineare.
- Spostamento di fase nella vibrazione: La fase di vibrazione può cambiare in modo imprevedibile in caso di variazioni di squilibrio o di velocità di rotazione.
- Presenza di armoniche e subarmoniche: Lo spettro delle vibrazioni può presentare armoniche superiori (multipli della frequenza di rotazione) e subarmoniche (frazioni della frequenza di rotazione), indicando effetti non lineari.
- Isteresi: L'ampiezza della vibrazione può dipendere non solo dal valore attuale dello squilibrio, ma anche dalla sua storia. Ad esempio, quando lo squilibrio aumenta e poi diminuisce fino a tornare al suo valore iniziale, l'ampiezza della vibrazione potrebbe non tornare al suo livello originale.
La non linearità introduce molte variabili nel processo di bilanciamento. Sono necessarie più misurazioni e analisi complesse per un funzionamento di successo. Ad esempio, i metodi standard applicabili agli oggetti lineari non sempre producono risultati accurati per i sistemi non lineari. Ciò richiede una comprensione più approfondita della fisica del processo e l'uso di metodi diagnostici specializzati.
Rappresentazione grafica della non linearità
In un grafico di vibrazione contro squilibrio, la non linearità è evidente nelle deviazioni da una linea retta. Il grafico può presentare curve, curvature, cicli di isteresi e altre caratteristiche che indicano una relazione complessa tra squilibrio e vibrazione.
Grafico 2. Oggetto non lineare
50 g; 40 μm (giallo), 100 g; 54,7 μm (blu).
Questo oggetto presenta due segmenti, due linee rette. Per squilibri inferiori a 50 grammi, il grafico riflette le proprietà di un oggetto lineare, mantenendo la proporzionalità tra lo squilibrio in grammi e l'ampiezza della vibrazione in micron. Per squilibri superiori a 50 grammi, la crescita dell'ampiezza della vibrazione rallenta.
Esempi di oggetti non lineari
Esempi di oggetti non lineari nel contesto del bilanciamento includono:
- Rotori con crepe: Le crepe nel rotore possono causare variazioni non lineari della rigidità e, di conseguenza, una relazione non lineare tra vibrazione e squilibrio.
- Rotori con giochi dei cuscinetti: In determinate condizioni, i giochi nei cuscinetti possono causare brusche variazioni delle vibrazioni.
- Rotori con elementi elastici non lineari: Alcuni elementi elastici, come gli smorzatori in gomma, possono presentare caratteristiche non lineari, influenzando la dinamica del rotore.
Tipi di non linearità
1. Non linearità morbido-rigida
In tali sistemi, si osservano due segmenti: soft e stiff. Nel segmento soft, il comportamento assomiglia alla linearità, dove l'ampiezza della vibrazione aumenta proporzionalmente alla massa di squilibrio. Tuttavia, dopo una certa soglia (punto di interruzione), il sistema passa a una modalità stiff, dove la crescita dell'ampiezza rallenta.
2. Non linearità elastica
Le variazioni nella rigidità dei supporti o dei contatti all'interno del sistema rendono complessa la relazione vibrazione-squilibrio. Ad esempio, la vibrazione può aumentare o diminuire improvvisamente quando si superano specifiche soglie di carico.
3. Non linearità indotta dall'attrito
Nei sistemi con attrito significativo (ad esempio, nei cuscinetti), l'ampiezza della vibrazione può essere imprevedibile. L'attrito può ridurre la vibrazione in un intervallo di velocità e amplificarla in un altro.
Cause comuni di non linearità
Le cause più comuni di non linearità sono l'aumento del gioco dei cuscinetti, l'usura dei cuscinetti, l'attrito a secco, l'allentamento dei supporti, le crepe nella struttura e il funzionamento in prossimità di frequenze di risonanza. Spesso, l'oggetto presenta la cosiddetta non linearità "soft-hard". A bassi livelli di sbilanciamento, il sistema si comporta in modo quasi lineare, ma all'aumentare delle vibrazioni, entrano in gioco elementi più rigidi dei supporti o dell'involucro. In questi casi, l'equilibratura è possibile solo entro un intervallo operativo ristretto e non fornisce risultati stabili a lungo termine.
Instabilità delle vibrazioni
Un altro problema serio è l'instabilità delle vibrazioni. Anche un oggetto formalmente lineare può mostrare variazioni di ampiezza e fase nel tempo. Ciò è causato da effetti termici, variazioni nella viscosità del lubrificante, dilatazione termica e attrito instabile nei supporti. Di conseguenza, misurazioni effettuate a distanza di pochi minuti possono produrre vettori di vibrazione diversi. In queste condizioni, un confronto significativo delle misurazioni diventa impossibile e il calcolo del bilanciamento perde di affidabilità.
Equilibrio vicino alla risonanza
Il bilanciamento in prossimità della risonanza è particolarmente problematico. Quando la frequenza di rotazione coincide o è prossima a una frequenza naturale del sistema, anche un piccolo sbilanciamento provoca un brusco aumento delle vibrazioni. La fase di vibrazione diventa estremamente sensibile a piccole variazioni di velocità. L'oggetto entra di fatto in un regime non lineare e il bilanciamento in questa zona perde significato fisico. In questi casi, è necessario modificare la velocità di funzionamento o la struttura meccanica prima di poter prendere in considerazione il bilanciamento.
Elevata vibrazione dopo un bilanciamento “riuscito”
Nella pratica, è comune riscontrare situazioni in cui, dopo una procedura di bilanciamento formalmente riuscita, il livello complessivo di vibrazione rimane elevato. Ciò non indica un errore dello strumento o dell'operatore. Il bilanciamento elimina solo lo sbilanciamento delle masse. Se la vibrazione è causata da difetti delle fondamenta, elementi di fissaggio allentati, disallineamenti o risonanza, i pesi di correzione non risolveranno il problema. In questi casi, l'analisi della distribuzione spaziale delle vibrazioni sulla macchina e sulle sue fondamenta aiuta a identificare la vera causa.
Bilanciamento di oggetti non lineari: un compito complesso con soluzioni non convenzionali
Il bilanciamento di oggetti non lineari è un compito impegnativo che richiede metodi e approcci specializzati. Il metodo standard della massa di prova, sviluppato per oggetti lineari, può produrre risultati errati o essere del tutto inapplicabile.
Metodi di bilanciamento per oggetti non lineari
- Bilanciamento passo dopo passo: Questo metodo prevede la riduzione graduale dello squilibrio mediante l'installazione di pesi correttivi in ogni fase. Dopo ogni fase, vengono effettuate misurazioni delle vibrazioni e viene determinato un nuovo peso correttivo in base allo stato attuale dell'oggetto. Questo approccio tiene conto delle variazioni del coefficiente di influenza durante il processo di bilanciamento.
- Equilibrio a più velocità: Questo metodo affronta gli effetti dei fenomeni di risonanza a diverse velocità di rotazione. Il bilanciamento viene eseguito a diverse velocità prossime alla risonanza, consentendo una riduzione delle vibrazioni più uniforme nell'intera gamma di velocità operative.
- Utilizzando modelli matematici: Per oggetti non lineari complessi, possono essere impiegati modelli matematici che descrivono la dinamica del rotore tenendo conto degli effetti non lineari. Questi modelli aiutano a prevedere il comportamento dell'oggetto in varie condizioni e a determinare parametri di bilanciamento ottimali.
L'esperienza e l'intuizione di uno specialista svolgono un ruolo cruciale nel bilanciamento di oggetti non lineari. Un bilanciatore esperto è in grado di riconoscere i segnali di non linearità, selezionare un metodo appropriato e adattarlo alla situazione specifica. L'analisi degli spettri di vibrazione, l'osservazione delle variazioni di vibrazione al variare dei parametri operativi dell'oggetto e la considerazione delle caratteristiche progettuali del rotore contribuiscono a prendere le decisioni giuste e a ottenere i risultati desiderati.
Come bilanciare oggetti non lineari utilizzando uno strumento progettato per oggetti lineari
Questa è una buona domanda. Il mio metodo personale per bilanciare tali oggetti inizia con la riparazione del meccanismo: sostituzione dei cuscinetti, crepe di saldatura, serraggio dei bulloni, controllo degli ancoraggi o degli isolatori di vibrazioni e verifica che il rotore non sfreghi contro elementi strutturali fissi.
Successivamente, identifico le frequenze di risonanza, poiché è impossibile bilanciare un rotore a velocità prossime alla risonanza. Per farlo, utilizzo il metodo di impatto per la determinazione della risonanza o un grafico di coast-down del rotore.
Poi determino la posizione del sensore sul meccanismo: verticale, orizzontale o inclinato.
Dopo le prove, il dispositivo indica l'angolo e il peso dei carichi correttivi. Dimezzo il peso del carico correttivo ma utilizzo gli angoli suggeriti dal dispositivo per il posizionamento del rotore. Se la vibrazione residua dopo la correzione supera ancora il livello accettabile, eseguo un'altra prova del rotore. Naturalmente, questo richiede più tempo, ma i risultati a volte sono stimolanti.
L'arte e la scienza dell'equilibratura delle apparecchiature rotanti
Il bilanciamento di apparecchiature rotanti è un processo complesso che combina elementi di scienza e arte. Per oggetti lineari, il bilanciamento comporta calcoli relativamente semplici e metodi standard. Tuttavia, lavorare con oggetti non lineari richiede una profonda comprensione della dinamica del rotore, la capacità di analizzare i segnali di vibrazione e l'abilità di scegliere le strategie di bilanciamento più efficaci.
Esperienza, intuizione e continuo miglioramento delle competenze sono ciò che rende un bilanciatore un vero maestro del suo mestiere. Dopo tutto, la qualità del bilanciamento non solo determina l'efficienza e l'affidabilità del funzionamento dell'attrezzatura, ma garantisce anche la sicurezza delle persone.
Ripetibilità della misura
Anche le problematiche di misurazione giocano un ruolo importante. L'installazione errata dei sensori di vibrazione, le variazioni nei punti di misura o l'errato orientamento dei sensori influiscono direttamente sia sull'ampiezza che sulla fase. Per il bilanciamento, non è sufficiente misurare le vibrazioni; la ripetibilità e la stabilità delle misurazioni sono fondamentali. Per questo motivo, nella pratica, le posizioni e gli orientamenti di montaggio dei sensori devono essere rigorosamente controllati.
Approccio pratico per oggetti non lineari
Il bilanciamento di un oggetto non lineare inizia sempre non con l'installazione di un peso di prova, ma con la valutazione del comportamento delle vibrazioni. Se ampiezza e fase variano nettamente nel tempo, cambiano da un avvio all'altro o reagiscono bruscamente a piccole variazioni di velocità, il primo compito è raggiungere la modalità operativa più stabile possibile. Senza questo, qualsiasi calcolo sarà casuale.
Il primo passo pratico è scegliere la velocità corretta. Gli oggetti non lineari sono estremamente sensibili alla risonanza, quindi il bilanciamento deve essere eseguito a una velocità il più possibile lontana dalle frequenze naturali. Questo spesso significa muoversi al di sotto o al di sopra del normale intervallo operativo. Anche se la vibrazione a questa velocità è più elevata, ma stabile, è preferibile al bilanciamento in una zona di risonanza.
Successivamente, è importante ridurre al minimo tutte le fonti di non linearità aggiuntiva. Prima dell'equilibratura, tutti i dispositivi di fissaggio devono essere controllati e serrati, i giochi eliminati il più possibile e i supporti e le unità cuscinetto ispezionati per verificare eventuali allentamenti. L'equilibratura non compensa i giochi o l'attrito, ma può essere possibile se questi fattori vengono stabilizzati.
Quando si lavora con un oggetto non lineare, non si dovrebbero usare pesi di prova piccoli per abitudine. Un peso di prova troppo piccolo spesso non riesce a spostare il sistema in una regione ripetibile e la variazione di vibrazione diventa paragonabile al rumore di instabilità. Il peso di prova deve essere sufficientemente grande da causare una variazione chiara e riproducibile nel vettore di vibrazione, ma non così grande da portare l'oggetto in un regime operativo diverso.
Le misurazioni devono essere eseguite rapidamente e in condizioni identiche. Minore è il tempo trascorso tra le misurazioni, maggiore è la probabilità che i parametri dinamici del sistema rimangano invariati. Si consiglia di eseguire diverse prove di controllo senza modificare la configurazione per confermare che l'oggetto si comporti in modo coerente.
È molto importante fissare i punti di montaggio del sensore di vibrazione e il loro orientamento. Per oggetti non lineari, anche un piccolo spostamento del sensore può causare notevoli variazioni di fase e ampiezza, che potrebbero essere erroneamente interpretate come effetto del peso di prova.
Nei calcoli, l'attenzione non dovrebbe essere rivolta all'esatto accordo numerico, ma alle tendenze. Se la vibrazione diminuisce costantemente con correzioni successive, ciò indica che il bilanciamento si sta muovendo nella giusta direzione, anche se i coefficienti di influenza non convergono formalmente.
Si sconsiglia di memorizzare e riutilizzare i coefficienti di influenza per oggetti non lineari. Anche se un ciclo di bilanciamento ha esito positivo, al successivo avvio l'oggetto potrebbe entrare in un regime diverso e i coefficienti precedenti non saranno più validi.
È importante ricordare che il bilanciamento di un oggetto non lineare è spesso un compromesso. L'obiettivo non è ottenere la minima vibrazione possibile, ma portare la macchina in condizioni stabili e ripetibili con un livello di vibrazione accettabile. In molti casi, questa è una soluzione temporanea, in attesa della riparazione dei cuscinetti, del ripristino dei supporti o della modifica della struttura.
Il principio pratico fondamentale è stabilizzare prima l'oggetto, poi bilanciarlo e solo dopo valutare il risultato. Se la stabilizzazione non può essere raggiunta, il bilanciamento dovrebbe essere considerato una misura ausiliaria piuttosto che una soluzione definitiva.
Tecnica di correzione del peso ridotto
Nella pratica, quando si bilanciano oggetti non lineari, un'altra importante tecnica si rivela spesso efficace. Se lo strumento calcola un peso di correzione utilizzando un algoritmo standard, l'installazione del peso completo spesso peggiora la situazione: le vibrazioni possono aumentare, la fase può saltare e l'oggetto può passare a una modalità operativa diversa.
In questi casi, l'installazione di un peso di correzione ridotto funziona bene: due o talvolta anche tre volte inferiore al valore calcolato dallo strumento. Questo aiuta a evitare di "sbalzare" il sistema dalla regione condizionatamente lineare a un altro regime non lineare. In effetti, la correzione viene applicata delicatamente, con un piccolo passo, senza causare una brusca variazione nei parametri dinamici dell'oggetto.
Dopo aver installato il peso ridotto, è necessario eseguire una corsa di controllo e valutare l'andamento delle vibrazioni. Se l'ampiezza diminuisce costantemente e la fase rimane relativamente stabile, la correzione può essere ripetuta utilizzando lo stesso approccio, avvicinandosi gradualmente al livello di vibrazione minimo raggiungibile. Questo metodo graduale è spesso più affidabile rispetto all'installazione immediata del peso di correzione completo calcolato.
Questa tecnica è particolarmente efficace per oggetti con giochi, attrito a secco e supporti morbidi-duri, dove la correzione calcolata completa porta immediatamente il sistema fuori dalla zona condizionatamente lineare. L'utilizzo di masse di correzione ridotte consente all'oggetto di rimanere nel regime operativo più stabile e consente di ottenere un risultato pratico anche quando il bilanciamento è formalmente considerato impossibile.
È importante comprendere che questo non è un "errore strumentale", ma una conseguenza della fisica dei sistemi non lineari. Lo strumento calcola correttamente un modello lineare, mentre l'ingegnere adatta il risultato in pratica al comportamento reale del sistema meccanico.
Principio finale
In definitiva, un bilanciamento di successo non si limita a calcolare un peso e un angolo. Richiede la comprensione del comportamento dinamico dell'oggetto, della sua linearità, della stabilità alle vibrazioni e della distanza dalle condizioni di risonanza. Il Balanset-1A fornisce tutti gli strumenti necessari per la misurazione, l'analisi e il calcolo, ma il risultato finale è sempre determinato dalle condizioni meccaniche del sistema stesso. Questo è ciò che distingue un approccio formale dalla pratica ingegneristica reale nella diagnostica delle vibrazioni e nel bilanciamento dei rotori.
Domande e risposte
Questo è un segno di un oggetto non lineare. In un oggetto lineare, l'ampiezza della vibrazione è proporzionale all'entità dello sbilanciamento e la fase cambia dello stesso angolo della posizione angolare del peso. Quando queste condizioni vengono violate, il coefficiente di influenza non è più costante e l'algoritmo di bilanciamento standard inizia a produrre errori. Le cause tipiche sono giochi dei cuscinetti, supporti allentati, attrito e funzionamento vicino alla risonanza.
Un oggetto lineare è un sistema rotorico in cui, a parità di velocità di rotazione, l'ampiezza della vibrazione è direttamente proporzionale all'entità dello sbilanciamento e la fase di vibrazione segue rigorosamente la posizione angolare della massa sbilanciata. Per tali oggetti, il coefficiente di influenza è costante e non dipende dalla massa del peso di prova.
Un oggetto non lineare è un sistema in cui la proporzionalità tra vibrazione e squilibrio e/o la costanza della relazione di fase vengono violate. L'ampiezza e la fase della vibrazione iniziano a dipendere dalla massa del peso di prova. Il più delle volte, ciò è associato a giochi dei cuscinetti, usura, attrito a secco, supporti morbidi-duri o all'inserimento di elementi strutturali più rigidi.
Sì, ma il risultato è instabile e dipende dalla modalità operativa. Il bilanciamento è possibile solo entro un intervallo limitato in cui l'oggetto si comporta in modo condizionatamente lineare. Al di fuori di questo intervallo, i coefficienti di influenza cambiano e la ripetibilità del risultato viene persa.
Il coefficiente di influenza è una misura della sensibilità alle vibrazioni in risposta alle variazioni di squilibrio. Indica di quanto varia il vettore di vibrazione quando un peso di prova noto viene installato su un dato piano a una data velocità.
Il coefficiente di influenza è instabile se l'oggetto non è lineare, se la vibrazione è instabile nel tempo o se sono presenti risonanza, riscaldamento termico, elementi di fissaggio allentati o condizioni di attrito variabili. In questi casi, avvii ripetuti producono valori di ampiezza e fase diversi.
I coefficienti di influenza memorizzati possono essere utilizzati solo per rotori identici che operano alla stessa velocità, nelle stesse condizioni di installazione e con la stessa rigidezza del supporto. L'oggetto deve essere lineare e stabile alle vibrazioni. Anche una leggera variazione delle condizioni rende i vecchi coefficienti inaffidabili.
Durante il riscaldamento, i giochi dei cuscinetti, la rigidità dei supporti, la viscosità del lubrificante e il livello di attrito cambiano. Ciò altera i parametri dinamici del sistema e, di conseguenza, modifica l'ampiezza e la fase delle vibrazioni.
L'instabilità delle vibrazioni è una variazione di ampiezza e/o fase nel tempo a velocità di rotazione costante. Il bilanciamento si basa sul confronto dei vettori di vibrazione, quindi quando la vibrazione è instabile, il confronto perde significato e il calcolo diventa inaffidabile.
Si verificano instabilità strutturale intrinseca, instabilità lenta "strisciante", variazioni da un inizio all'altro, instabilità correlata al riscaldamento e instabilità correlata alla risonanza quando si opera in prossimità delle frequenze naturali.
Nella zona di risonanza, anche un piccolo sbilanciamento provoca un brusco aumento delle vibrazioni e la fase diventa estremamente sensibile a piccole variazioni. In queste condizioni, l'oggetto diventa non lineare e i risultati dell'equilibratura perdono significato fisico.
I segnali tipici sono un brusco aumento delle vibrazioni con piccole variazioni di velocità, fase instabile, ampie gobbe nello spettro e un'elevata sensibilità delle vibrazioni a piccole variazioni di giri. Un massimo di vibrazioni si osserva spesso durante la fase di accelerazione o di rallentamento.
Le vibrazioni elevate possono essere causate da risonanza, strutture allentate, difetti delle fondamenta o problemi ai cuscinetti. In questi casi, il bilanciamento non elimina la causa delle vibrazioni.
Lo spostamento della vibrazione caratterizza l'ampiezza del movimento, la velocità della vibrazione caratterizza la velocità di questo movimento e l'accelerazione della vibrazione caratterizza l'accelerazione. Queste grandezze sono correlate, ma ciascuna è più adatta a rilevare determinati tipi di difetti e intervalli di frequenza.
La velocità di vibrazione riflette il livello di energia della vibrazione su un'ampia gamma di frequenze ed è utile per valutare le condizioni generali delle macchine secondo gli standard ISO.
Una conversione corretta è possibile solo per le vibrazioni armoniche a frequenza singola. Per gli spettri di vibrazione complessi, tali conversioni forniscono solo risultati approssimativi.
Le possibili cause includono risonanza, difetti delle fondamenta, elementi di fissaggio allentati, usura dei cuscinetti, disallineamento o non linearità dell'oggetto. L'equilibratura rimuove solo lo sbilanciamento, non altri difetti.
Se non vengono rilevati difetti meccanici e le vibrazioni non diminuiscono dopo l'equilibratura, è necessario analizzare la distribuzione delle vibrazioni sulla macchina e sulle fondamenta. Segnali tipici sono forti vibrazioni dell'involucro e della base e sfasamenti tra i punti di misurazione.
Un'installazione errata del sensore distorce l'ampiezza e la fase, riduce la ripetibilità della misurazione e può portare a conclusioni diagnostiche errate e a risultati di bilanciamento errati.
La vibrazione è distribuita in modo non uniforme in tutta la struttura. Rigidezza, masse e forme modali differiscono, quindi ampiezza e fase possono variare significativamente da un punto all'altro.
Di norma, no. L'usura e l'aumento dei giochi rendono l'oggetto non lineare. L'equilibratura diventa instabile e non fornisce risultati duraturi. Eccezioni sono possibili solo con giochi di progetto e condizioni stabili.
L'avviamento genera elevati carichi dinamici. Se la struttura viene allentata, le posizioni relative degli elementi cambiano dopo ogni avviamento, determinando variazioni nei parametri di vibrazione.
L'equilibratura seriale è possibile per rotori identici installati in condizioni identiche, con stabilità alle vibrazioni e assenza di risonanza. In questo caso, i coefficienti di influenza del primo rotore possono essere applicati a quelli successivi.
Ciò è solitamente dovuto a variazioni nella rigidità del supporto, differenze di assemblaggio, variazioni nella velocità di rotazione o transizione dell'oggetto in un regime operativo non lineare.
Riduzione delle vibrazioni a un livello stabile mantenendo la ripetibilità di ampiezza e fase dall'inizio all'inizio e l'assenza di segni di risonanza o non linearità.
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