Bilanciamento dei ventilatori di scarico industriali: guida completa dalla teoria alla pratica

Sezione 1: Principi fondamentali dello squilibrio - Comprendere il "perché"

Il bilanciamento delle masse rotanti è una delle operazioni chiave nella manutenzione e riparazione delle apparecchiature industriali, particolarmente cruciale per bilanciamento dello scarico applicazioni. Per un'eliminazione efficace e consapevole dei problemi legati alle vibrazioni eccessive, è necessaria una profonda comprensione dei processi fisici alla base dello squilibrio, delle sue varietà, cause e conseguenze distruttive.

1.1. Fisica dello squilibrio: la scienza della vibrazione

In un mondo ideale, un corpo rotante come la girante di un ventilatore di scarico sarebbe perfettamente bilanciato. Da un punto di vista meccanico, ciò significa che il suo asse centrale principale di inerzia coincide esattamente con l'asse geometrico di rotazione. Tuttavia, nella realtà, a causa di imperfezioni di fabbricazione e fattori operativi, si verifica una condizione chiamata sbilanciamento, in cui il baricentro del rotore risulta spostato rispetto al suo asse di rotazione.

Quando un rotore sbilanciato inizia a ruotare, questo spostamento di massa genera una forza centrifuga. Questa forza cambia continuamente direzione, agendo perpendicolarmente all'asse di rotazione e trasmettendosi attraverso l'albero ai supporti dei cuscinetti e quindi all'intera struttura. Questa forza ciclica è la causa principale delle vibrazioni.

Dove F è la forza centrifuga, m è l'entità della massa sbilanciata, ω è la velocità angolare e r è la distanza dall'asse di rotazione alla massa sbilanciata (eccentricità).

L'aspetto chiave di questa relazione è che la forza d'inerzia cresce proporzionalmente al quadrato della velocità di rotazione (ω²). Ciò ha un enorme significato pratico per bilanciamento dello scarico procedure. Ad esempio, raddoppiando la velocità della ventola di scarico, la forza vibrazionale aumenta di quattro volte. Questa crescita non lineare spiega perché una ventola di scarico che funziona in modo accettabile a basse velocità può mostrare livelli di vibrazione catastrofici quando raggiunge la velocità nominale o superiore, ad esempio quando controllata tramite convertitori di frequenza.

1.2. Classificazione dello squilibrio: tre tipi di problemi

Lo squilibrio del rotore, a seconda della disposizione reciproca dell'asse di inerzia e dell'asse di rotazione, si divide in tre tipologie principali:

Squilibrio statico (Forza/Squilibrio statico)

Definizione: Si verifica quando l'asse di inerzia si sposta parallelamente all'asse di rotazione. Questo può essere visualizzato come la presenza di un "punto pesante" sul rotore.

Diagnosi: Questo tipo di squilibrio è unico in quanto si manifesta anche a riposo. Se un rotore di questo tipo viene posizionato su supporti orizzontali a basso attrito (detti "lame di coltello"), girerà sempre per gravità e si fermerà con la punta pesante rivolta verso il basso.

Correzione: Eliminato in modo relativamente semplice aggiungendo (o rimuovendo) massa correttiva su un piano, 180 gradi opposto al punto pesante identificato. Lo squilibrio statico è caratteristico dei rotori stretti, a forma di disco, con bassi rapporti lunghezza/diametro (L/D) (ad esempio, inferiori a 0,5).

Squilibrio di coppia

Definizione: Si verifica quando l'asse di inerzia interseca l'asse di rotazione nel centro di massa del rotore. Fisicamente, ciò equivale ad avere due masse uguali e sbilanciate, disposte su due piani diversi lungo la lunghezza del rotore e a 180 gradi l'una dall'altra.

Diagnosi: In posizione statica, un rotore di questo tipo è bilanciato e non tende ad assumere alcuna posizione specifica. Tuttavia, durante la rotazione, questa coppia di masse crea un momento di "oscillazione" o "oscillazione" che tende a far ruotare il rotore perpendicolarmente all'asse di rotazione, causando forti vibrazioni ai supporti.

Correzione: Richiede una correzione su almeno due piani per compensare questo momento.

Squilibrio dinamico

       

Definizione: Questo è il caso più generale e frequente nella pratica, in cui l'asse di inerzia non è parallelo né interseca l'asse di rotazione, ma è obliquo rispetto ad esso nello spazio. Lo squilibrio dinamico è sempre una combinazione di squilibri statici e di coppia.

Diagnosi: Si manifesta solo durante la rotazione del rotore.

Correzione: Richiede sempre il bilanciamento in almeno due piani di correzione per compensare simultaneamente le componenti di forza e momento.

1.3. Cause profonde dei problemi: da dove proviene lo squilibrio?

Le cause dello squilibrio possono essere divise in due grandi gruppi, particolarmente rilevanti per bilanciamento dello scarico applicazioni:

Fattori operativi (più comuni):

• Accumulo di materiale: La causa più comune per cui i ventilatori di scarico funzionano in ambienti contaminati è l'accumulo non uniforme di polvere, sporco, vernice, prodotti di processo o umidità sulle pale della girante, che altera la distribuzione della massa.
• Usura e corrosione: L'usura abrasiva non uniforme delle lame, l'erosione delle gocce dovuta all'ingresso di liquidi o la corrosione chimica provocano una perdita di massa in alcune aree e un conseguente squilibrio.
• Deformazione termica: Il riscaldamento o il raffreddamento non uniforme del rotore, in particolare durante arresti prolungati di apparecchiature calde, può causare la flessione temporanea o permanente dell'albero o della girante.
• Perdita di peso in equilibrio: I pesi correttivi installati in precedenza potrebbero staccarsi a causa di vibrazioni, corrosione o impatto meccanico.

Difetti di fabbricazione e assemblaggio:

• Difetti di fabbricazione: Non uniformità del materiale (ad esempio porosità della fusione), imprecisioni nella lavorazione o scarsa qualità del montaggio delle pale sulla girante.
• Errori di assemblaggio e installazione: Montaggio non corretto della girante sull'albero, disallineamento, allentamento del fissaggio del mozzo, disallineamento degli alberi del motore e della ventola.
• Problemi relativi ai componenti correlati: Utilizzo di cinghie di trasmissione non standard o usurate, difetti dei cuscinetti, allentamento del montaggio dell'unità sulla fondazione (condizione nota come "piede zoppo").

1.4. Conseguenze dello squilibrio: reazione a catena di distruzione

Ignorare i problemi di squilibrio porta a una reazione a catena di conseguenze distruttive che incidono sia sui componenti delle apparecchiature meccaniche sia sulle prestazioni economiche, in particolare nei sistemi di scarico:

Conseguenze meccaniche:

• Vibrazioni e rumore: La conseguenza più evidente è un forte aumento delle vibrazioni e del rumore, che peggiora le condizioni di lavoro e rappresenta il primo segnale di malfunzionamento.
• Usura accelerata dei cuscinetti: La conseguenza più frequente, costosa e pericolosa. I carichi ciclici dovuti alla forza centrifuga causano un affaticamento accelerato e la distruzione degli elementi volventi e delle piste di rotolamento, riducendo la durata dei cuscinetti di decine di volte.
• Rottura per fatica: L'esposizione prolungata alle vibrazioni provoca l'accumulo di fatica nel metallo, con conseguente potenziale distruzione di alberi, strutture di supporto, saldature e persino la rottura dei bulloni di ancoraggio che fissano l'unità alle fondamenta.
• Danni ai componenti adiacenti: Le vibrazioni distruggono anche i giunti, le trasmissioni a cinghia e le guarnizioni degli alberi.

Conseguenze economiche e operative:

• Aumento del consumo energetico: Una parte significativa dell'energia del motore non viene spesa per spostare l'aria, bensì per creare vibrazioni, con conseguenti perdite finanziarie dirette.
• Prestazioni ridotte: Le vibrazioni possono alterare le caratteristiche aerodinamiche della girante, riducendo il flusso d'aria e la pressione creati dalla ventola di scarico.
• Tempo di inattività di emergenza: In ultima analisi, lo squilibrio porta all'arresto di emergenza delle apparecchiature, con conseguenti costose riparazioni e perdite dovute ai tempi di fermo della linea di produzione.
• Minacce alla sicurezza: Nei casi critici, è possibile la distruzione della girante ad alta velocità, con conseguente rischio diretto per la vita e la salute del personale.

Sezione 2: Diagnostica delle vibrazioni - L'arte della diagnosi precisa

Una diagnosi corretta è la pietra angolare di un bilanciamento efficace. Prima di procedere con la correzione della massa, è necessario stabilire con elevata certezza che lo squilibrio sia effettivamente la causa primaria delle vibrazioni eccessive. Questa sezione è dedicata ai metodi strumentali che consentono non solo di individuare il problema, ma anche di identificarne con precisione la natura.

2.1. Perché la vibrazione non è sempre uno squilibrio: diagnosi differenziale

Un principio fondamentale che ogni manutentore deve comprendere: le vibrazioni eccessive sono un sintomo, non una diagnosi. Sebbene lo squilibrio sia una delle cause più comuni di vibrazione della ventola di scarico, diversi altri difetti possono creare schemi simili che devono essere esclusi prima di iniziare. bilanciamento dello scarico lavoro.

Principali difetti "mascherati" da squilibrio:

• Disallineamento: Disallineamento dell'albero tra motore e ventola. Nello spettro delle vibrazioni, caratterizzato da un picco significativo a doppia frequenza di funzionamento (2x), soprattutto in direzione assiale.
• Allentamento meccanico: Allentamento dei bulloni di supporto dei cuscinetti, crepe nella struttura di fondazione. Si manifesta con una serie di armoniche di frequenza (1x, 2x, 3x, ecc.) e, nei casi più gravi, subarmoniche (0,5x, 1,5x).
• Difetti dei cuscinetti volventi: Scheggiature, cricche sulle piste di rotolamento o sugli elementi volventi. Generano vibrazioni in corrispondenza di componenti caratteristici ad alta frequenza, non sincroni (non multipli della frequenza di rotazione), calcolati in base alla geometria del cuscinetto.
• Albero piegato: Crea vibrazioni sia a frequenze di funzionamento (1x) che doppie (2x), complicando notevolmente la diagnosi e richiedendo l'applicazione obbligatoria dell'analisi di fase per distinguere tra squilibrio e disallineamento.
• Risonanza: Amplificazione netta e multipla delle vibrazioni quando la frequenza di rotazione operativa coincide con una delle frequenze naturali della struttura. Questa condizione estremamente pericolosa non può essere eliminata con il bilanciamento.

2.2. Kit di strumenti dello specialista: occhi e orecchie dell'ingegnere

Diagnosi precisa delle vibrazioni e successiva bilanciamento dello scarico richiedono attrezzature specializzate:

• Sensori di vibrazione (accelerometri): Mezzi di raccolta dati primari. Per un quadro tridimensionale completo delle vibrazioni della macchina, i sensori vengono installati sugli alloggiamenti dei cuscinetti in tre direzioni reciprocamente perpendicolari: orizzontale, verticale e assiale.
• Analizzatori/bilanciatori di vibrazioni portatili: Strumenti moderni come Balanset-1A Combinano le funzioni di vibrometro (misurazione del livello di vibrazione complessivo), analizzatore di spettro a trasformata di Fourier veloce (FFT), misuratore di fase e calcolatore di bilanciamento. Consentono una diagnostica completa e il bilanciamento direttamente sul luogo di utilizzo dell'apparecchiatura.
• Tachimetro (ottico o laser): Parte integrante di qualsiasi kit di bilanciamento. Necessario per la misurazione precisa della velocità di rotazione e la sincronizzazione della misura di fase. Per il funzionamento, un piccolo pezzo di nastro riflettente viene applicato all'albero o ad altre parti rotanti.
• Software: Un software specializzato consente di gestire i database delle apparecchiature, analizzare l'andamento delle vibrazioni nel tempo, condurre diagnosi spettrali approfondite e generare automaticamente report di lavoro.

2.3. Lettura degli spettri di vibrazione (analisi FFT): decifrazione dei segnali della macchina

Il segnale di vibrazione misurato dall'accelerometro presenta una dipendenza complessa ampiezza-tempo. Ai fini diagnostici, tale segnale è scarsamente informativo. Il metodo di analisi chiave è la Trasformata di Fourier Rapida (FFT), che scompone matematicamente il segnale temporale complesso nel suo spettro di frequenza. Lo spettro mostra esattamente quali frequenze contengono energia di vibrazione, consentendo l'identificazione di queste sorgenti di vibrazione.

L'indicatore chiave di squilibrio nello spettro delle vibrazioni è la presenza di un picco dominante a frequenza esattamente uguale alla frequenza di rotazione del rotore. Questa frequenza è indicata come 1x. L'ampiezza (altezza) di questo picco è direttamente proporzionale all'entità dello squilibrio.

2.4. Ruolo chiave dell'analisi di fase: conferma della diagnosi

L'analisi di fase è uno strumento potente che consente la conferma definitiva della diagnosi di "squilibrio" e la distinzione da altri difetti che si manifestano anch'essi con frequenza di esecuzione 1x.

La fase è essenzialmente la relazione temporale tra due segnali di vibrazione di identica frequenza, misurata in gradi. Mostra come i diversi punti della macchina si muovono l'uno rispetto all'altro e rispetto al segno riflettente sull'albero.

Determinazione del tipo di squilibrio per fase:

• Squilibrio statico: Entrambi i supporti dei cuscinetti si muovono in modo sincrono, "in fase". Pertanto, la differenza dell'angolo di fase misurata su due supporti nella stessa direzione radiale sarà prossima a 0° (±30°).
• Squilibrio di coppia o dinamico: I supporti eseguono un movimento oscillatorio "in antifase". Di conseguenza, la differenza di fase tra di essi sarà prossima a 180° (±30°).

Dispositivi

Equilibratore portatile e analizzatore di vibrazioni Balanset-1A

€1,751.00

Parti di ricambio

Sensore di vibrazioni

€90.00

Parti di ricambio

Sensore ottico (tachimetro laser)

€124.00

Dispositivi

Balanset-4

€6,803.00

Parti di ricambio

Standard magnetico Insize-60-kgf

€46.00

Parti di ricambio

Nastro riflettente

€10.00

Dispositivi

Bilanciatore dinamico "Balanset-1A" OEM

€1,561.00

Sezione 3: Guida pratica al bilanciamento - Metodi passo passo e suggerimenti professionali

Questa sezione presenta una guida dettagliata, passo dopo passo, per eseguire bilanciamento dello scarico lavoro, dalle operazioni preparatorie alle tecniche specializzate per diverse tipologie di ventilatori di scarico.

3.1. Fase preparatoria - 50% del successo

La preparazione di qualità è la chiave per un successo sicuro bilanciamento dello scaricoTrascurare questa fase spesso porta a risultati errati e a perdite di tempo.

La sicurezza prima di tutto:

Prima di iniziare qualsiasi lavoro, l'apparecchiatura deve essere completamente disalimentata. Per prevenire l'avvio accidentale, vengono applicate le procedure standard di lockout/tagout (LOTO). È necessario verificare l'assenza di tensione ai morsetti del motore.

Pulizia e ispezione visiva:

Questa non è un'operazione preliminare, ma primaria. La girante deve essere accuratamente pulita da eventuali accumuli di sporco, polvere, prodotto. In molti casi, una pulizia di qualità elimina completamente o riduce significativamente lo squilibrio, rendendo superfluo un ulteriore bilanciamento. Dopo la pulizia, viene eseguita un'attenta ispezione visiva di pale, dischi e saldature per individuare eventuali crepe, ammaccature, deformazioni e segni di usura.

Controllo meccanico ("Gerarchia di intervento"):

Prima di correggere la distribuzione della massa, è necessario verificare la solidità meccanica dell'intero gruppo:

• Serraggio dei bulloni: Controllare e, se necessario, serrare i bulloni che fissano la girante al mozzo, il mozzo all'albero, gli alloggiamenti dei cuscinetti al telaio e i bulloni di ancoraggio del telaio alla fondazione.
• Controllo della geometria: Utilizzando comparatori a quadrante, controllare la scentratura radiale e assiale dell'albero e della girante. Inoltre, visivamente o utilizzando dime e strumenti di misurazione, controllare l'allineamento delle pale e l'uniformità del loro angolo di attacco.

3.2. Bilanciamento statico: metodi semplici per casi semplici

Il bilanciamento statico viene applicato ai rotori stretti a forma di disco (ad esempio, giranti con un rapporto L/D ridotto) quando il bilanciamento dinamico è tecnicamente impossibile o economicamente impraticabile.

Metodo del filo del coltello:

Metodo classico e molto preciso. Il rotore (rimosso dall'unità) viene posizionato su due prismi perfettamente orizzontali, paralleli e lisci o su supporti a basso attrito. Sotto l'azione della gravità, il "punto pesante" del rotore tenderà sempre a occupare la posizione inferiore. Un peso correttivo viene installato esattamente di fronte (a 180°) a questo punto. Il processo si ripete finché il rotore non rimane in equilibrio neutro in qualsiasi posizione.

Metodo di rotazione libera ("filo a piombo"):

Metodo semplificato applicabile ai ventilatori con pale direttamente in posizione. Dopo aver rimosso le cinghie di trasmissione (se presenti), la girante viene ruotata lentamente e rilasciata. La pala più pesante cadrà verso il basso. La correzione viene effettuata aggiungendo piccoli pesi (ad esempio, utilizzando nastro adesivo o magneti) alle pale più leggere finché la girante non smette di cercare una posizione specifica.

3.3. Bilanciamento dinamico del campo: approccio professionale

Questo è il metodo principale per l'industria bilanciamento dello scarico, eseguito utilizzando strumenti specializzati come Balanset-1A senza smontaggio dell'attrezzatura. Il processo consiste in diversi passaggi obbligatori.

Fase 1: Misurazione iniziale (esecuzione iniziale)

• I sensori di vibrazione sono installati sugli alloggiamenti dei cuscinetti e sull'albero del tachimetro è applicato un nastro riflettente.
• La ventola di scarico viene avviata e portata alla velocità operativa nominale.
• Utilizzando un analizzatore di vibrazioni, vengono registrati i dati iniziali: ampiezza (solitamente in mm/s) e angolo di fase (in gradi) della vibrazione alla frequenza di esecuzione 1x. Questi dati rappresentano il vettore di squilibrio iniziale.

Fase 2: Prova di corsa con i pesi

Logica: Affinché lo strumento calcoli esattamente come correggere lo squilibrio, è necessario introdurre una variazione nota nel sistema e osservarne la reazione. Questo è lo scopo dell'installazione dei pesi di prova.

• Selezione di massa e posizione: Il peso di prova viene scelto in modo tale da causare una variazione evidente ma sicura nel vettore di vibrazione (ad esempio, una variazione di ampiezza di 20-30° TP3T e/o uno sfasamento di 20-30°). Il peso viene temporaneamente fissato sul piano di correzione selezionato in posizione angolare nota.
• Misurazione: Ripetere l'avvio e la misurazione eseguita, registrando i nuovi valori di ampiezza e fase.

Fase 3: Calcolo del peso di correzione e installazione

Strumenti di bilanciamento moderni come Balanset-1A Esegue automaticamente la sottrazione vettoriale del vettore di vibrazione iniziale dal vettore ottenuto con il peso di prova. Sulla base di questa differenza (vettore di influenza), lo strumento calcola la massa precisa e l'angolo preciso in cui deve essere installato il peso correttivo permanente per compensare lo squilibrio iniziale.

La correzione può essere effettuata aggiungendo massa (saldando piastre metalliche, installando bulloni con dadi) o rimuovendola (forando, rettificando). L'aggiunta di massa è preferibile in quanto è un processo reversibile e più controllato.

Fase 4: Esecuzione della verifica e bilanciamento dell'assetto

• Dopo aver installato il peso correttivo permanente (e rimosso il peso di prova), viene eseguita una corsa di verifica per valutare il risultato.
• Se il livello di vibrazione diminuisce ma continua a superare gli standard accettabili, viene eseguito il bilanciamento dell'assetto. La procedura si ripete, ma i risultati della verifica vengono ora utilizzati come dati iniziali. Ciò consente un approccio iterativo, graduale, per raggiungere la qualità di bilanciamento richiesta.

3.4. Bilanciamento a piano singolo o doppio? Criteri di selezione pratici

La scelta tra bilanciamento a piano singolo e a due piani è una decisione chiave che influenza il successo dell'intera procedura, particolarmente importante per bilanciamento dello scarico applicazioni.

Criterio principale: rapporto tra lunghezza (L) e diametro (D) del rotore.

• Se L/D < 0,5 e velocità di rotazione inferiore a 1000 giri/min, solitamente prevale lo squilibrio statico ed è sufficiente il bilanciamento su un singolo piano.
• Se L/D > 0,5 o la velocità di rotazione è elevata (>1000 giri/min), lo squilibrio di coppia inizia a svolgere un ruolo significativo, richiedendo un bilanciamento a due piani per eliminarlo.

3.5. Peculiarità del bilanciamento della ventola a sbalzo

I ventilatori di scarico a sbalzo, in cui la girante è posizionata oltre i supporti dei cuscinetti, presentano una particolare complessità di bilanciamento.

Problema: Tali sistemi sono intrinsecamente instabili dal punto di vista dinamico ed estremamente sensibili agli squilibri, in particolare quelli di tipo accoppiato. Questo si manifesta spesso con vibrazioni assiali anormalmente elevate.

Complicazioni: L'applicazione di metodi standard a due piani a rotori a sbalzo spesso porta a risultati insoddisfacenti o richiede l'installazione di pesi correttivi inadeguati. La reazione del sistema al peso di prova può essere non intuitiva: ad esempio, l'installazione di un peso sulla girante può causare una maggiore variazione delle vibrazioni sul supporto più lontano (in corrispondenza del motore) rispetto a quello più vicino.

Raccomandazioni: Il bilanciamento delle ventole di scarico a sbalzo richiede una maggiore esperienza specialistica e una conoscenza approfondita della dinamica. Spesso è necessario utilizzare moduli software specializzati negli analizzatori di vibrazioni che applicano il metodo di separazione delle forze statiche/di coppia per un calcolo più accurato della massa correttiva.

Sezione 4: Casi complessi e tecniche professionali

Anche con una rigorosa aderenza alle procedure, gli specialisti possono trovarsi di fronte a situazioni in cui gli approcci standard non producono risultati. Questi casi richiedono un'analisi più approfondita e l'applicazione di tecniche non standard.

4.1. Errori tipici e come evitarli

Errore 1: diagnosi errata

L'errore più frequente e costoso è il tentativo di bilanciare le vibrazioni causate da disallineamenti, allentamenti meccanici o risonanza.

Soluzione: Iniziare sempre con un'analisi completa delle vibrazioni (analisi di spettro e fase). Se lo spettro non mostra una chiara dominanza del picco 1x ma sono presenti picchi significativi ad altre frequenze, il bilanciamento non può iniziare fino all'eliminazione della causa principale.

Errore 2: ignorare la fase preparatoria

Saltare le fasi di pulizia della girante o di controllo del serraggio dei bulloni.

Soluzione: Seguire scrupolosamente la "gerarchia di intervento" descritta nella sezione 3.1. La pulizia e il serraggio non sono opzionali, ma primi passi obbligatori.

Errore 3: rimozione di tutti i vecchi pesi di bilanciamento

Questa azione distrugge i risultati di bilanciamento precedenti (probabilmente di fabbrica) e spesso complica notevolmente il lavoro, poiché lo squilibrio iniziale può diventare molto grande.

Soluzione: Non rimuovere mai tutti i pesi senza una buona ragione. Se la girante ha accumulato molti piccoli pesi da precedenti bilanciamenti, è possibile rimuoverli, ma poi combinare la loro somma vettoriale in un unico peso equivalente e installarlo in posizione.

Errore 4: non verificare la ripetibilità dei dati

Inizio del bilanciamento con letture iniziali instabili di ampiezza e fase.

Soluzione: Prima di installare i pesi di prova, eseguire 2-3 avviamenti di controllo. Se l'ampiezza o la fase "fluttuano" da un avvio all'altro, ciò indica la presenza di un problema più complesso (risonanza, curvatura termica, instabilità aerodinamica). Il bilanciamento in tali condizioni non darà risultati stabili.

4.2. Bilanciamento vicino alla risonanza: quando la fase si trova

Problema: Quando la velocità di funzionamento della ventola di scarico è molto vicina a una delle frequenze di vibrazione naturali del sistema (risonanza), l'angolo di fase diventa estremamente instabile e molto sensibile alle minime fluttuazioni di velocità. Ciò rende i calcoli vettoriali standard basati sulla misurazione della fase imprecisi o del tutto impossibili.

Soluzione: metodo a quattro prove

Essenza: Questo esclusivo metodo di bilanciamento non utilizza misurazioni di fase. Il calcolo del peso correttivo viene eseguito esclusivamente in base alle variazioni di ampiezza delle vibrazioni.

Processo: Il metodo richiede quattro esecuzioni sequenziali:

1. Misurare l'ampiezza della vibrazione iniziale
2. Misurare l'ampiezza con il peso di prova installato nella posizione condizionale di 0°
3. Misurare l'ampiezza con lo stesso peso spostato a 120°
4. Misurare l'ampiezza con lo stesso peso spostato a 240°

Sulla base dei quattro valori di ampiezza ottenuti, viene costruita una soluzione grafica (metodo dell'intersezione del cerchio) o eseguito un calcolo matematico, che consente di determinare la massa necessaria e l'angolo di installazione del peso correttivo.

4.3. Quando il problema non è l'equilibrio: forze strutturali e aerodinamiche

Problemi strutturali:

Fondamenta deboli o screpolate, supporti allentati possono entrare in risonanza con la frequenza di funzionamento della ventola di scarico, moltiplicando le vibrazioni molte volte.

Diagnosi: Per determinare le frequenze naturali strutturali in stato di riposo, si applica un test d'impatto (bump test). Viene eseguito utilizzando uno speciale martello modale e un accelerometro. Se una delle frequenze naturali rilevate è prossima alla frequenza di rotazione operativa, il problema è effettivamente la risonanza.

Forze aerodinamiche:

La turbolenza del flusso d'aria in ingresso (dovuta a ostacoli o a una serranda eccessivamente chiusa, la cosiddetta "mancanza di ventilazione") o in uscita può causare vibrazioni a bassa frequenza, spesso instabili, non correlate allo squilibrio di massa.

Diagnosi: Viene eseguito un test con variazione del carico aerodinamico a velocità di rotazione costante (ad esempio, aprendo/chiudendo gradualmente lo smorzatore). Se il livello di vibrazione cambia in modo significativo, è probabile che la sua natura sia aerodinamica.

4.4. Analisi di esempi reali (casi di studio)

Esempio 1 (Risonanza):

In un caso documentato, il bilanciamento della ventola di mandata con il metodo standard non ha prodotto risultati a causa di letture di fase estremamente instabili. L'analisi ha mostrato che la velocità di funzionamento (29 Hz) era molto vicina alla frequenza naturale della girante (28 Hz). L'applicazione del metodo a quattro fasi, indipendente dalla fase, ha consentito di ridurre efficacemente le vibrazioni a un livello accettabile, fornendo una soluzione temporanea fino alla sostituzione della ventola con una più affidabile.

Esempio 2 (difetti multipli):

L'analisi delle vibrazioni dei ventilatori di scarico di uno zuccherificio ha rivelato problemi complessi. Uno spettro di un ventilatore indicava un disallineamento angolare (alti picchi 1x e 2x in direzione assiale), mentre un altro mostrava allentamenti meccanici (armoniche uniformi 1x, 2x, 3x). Ciò dimostra l'importanza dell'eliminazione sequenziale dei difetti: prima venivano eseguiti l'allineamento e il serraggio dei fissaggi e solo successivamente, se necessario, si procedeva al bilanciamento.

Sezione 5: Standard, tolleranze e manutenzione preventiva

La fase finale di qualsiasi lavoro tecnico è la valutazione della sua qualità in base ai requisiti normativi e lo sviluppo di una strategia per mantenere le apparecchiature in condizioni adeguate a lungo termine.

5.1. Panoramica degli standard chiave (ISO)

Per valutare la qualità dell'equilibratura e le condizioni di vibrazione dei ventilatori di scarico vengono utilizzati diversi standard internazionali.

ISO 14694:2003:

Norma principale per i ventilatori industriali. Stabilisce i requisiti per la qualità del bilanciamento e i livelli massimi di vibrazione consentiti in base alla categoria di applicazione del ventilatore (BV-1, BV-2, BV-3, ecc.), alla potenza e al tipo di installazione.

ISO 1940-1:2003:

Questa norma definisce i gradi di qualità dell'equilibratura (G) per i rotori rigidi. Il grado di qualità caratterizza lo squilibrio residuo ammissibile. Per la maggior parte dei ventilatori di scarico industriali, si applicano i seguenti gradi:

• G6.3: Qualità industriale standard, adatta alla maggior parte delle applicazioni industriali generali.
• G2.5: Qualità migliorata, richiesta per ventilatori di scarico ad alta velocità o particolarmente critici, dove i requisiti in materia di vibrazioni sono più severi.

ISO 10816-3:2009:

Regolamenta la valutazione delle condizioni di vibrazione delle macchine industriali sulla base di misurazioni su parti non rotanti (ad esempio, alloggiamenti dei cuscinetti). La norma introduce quattro zone di condizione:

• Zona A: "Buono" (nuova attrezzatura)
• Zona B: "Soddisfacente" (funzionamento illimitato consentito)
• Zona C: "Accettabile per un periodo di tempo limitato" (è richiesta l'identificazione e l'eliminazione della causa)
• Zona D: "Inaccettabile" (le vibrazioni potrebbero causare danni)

ISO 14695:2003:

La presente norma stabilisce metodi e condizioni unificati per le misurazioni delle vibrazioni dei ventilatori industriali, necessari per garantire la comparabilità e la riproducibilità dei risultati ottenuti in momenti diversi e su apparecchiature diverse.

5.2. Strategia a lungo termine: integrazione nel programma di manutenzione predittiva

Bilanciamento dello scarico Non dovrebbe essere considerata un'operazione di riparazione una tantum. È parte integrante della moderna strategia di manutenzione predittiva.

L'implementazione di un monitoraggio regolare delle vibrazioni (ad esempio, tramite la raccolta di dati di percorso tramite analizzatori portatili) consente di monitorare le condizioni delle apparecchiature nel tempo. L'analisi delle tendenze, in particolare la crescita graduale dell'ampiezza delle vibrazioni a frequenza di funzionamento 1x, è un indicatore affidabile dello sviluppo di squilibri.

Questo approccio consente:

• Pianificare in anticipo l'equilibratura, prima che il livello di vibrazione raggiunga i valori critici stabiliti dalla norma ISO 10816-3.
• Prevenzione di danni secondari a cuscinetti, giunti e strutture di supporto che inevitabilmente si verificano durante un funzionamento prolungato con vibrazioni eccessive.
• Eliminazione dei tempi di inattività di emergenza non pianificati convertendo i lavori di riparazione in lavori di prevenzione pianificati.

La creazione di un database elettronico delle principali condizioni di vibrazione delle apparecchiature e l'analisi periodica delle tendenze costituiscono la base per prendere decisioni di manutenzione tecnicamente valide ed economicamente efficaci, aumentando in definitiva l'affidabilità e l'efficienza produttiva complessiva.