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Frequenze di difetti dei cuscinetti portanti
Calcola l'intervallo di frequenza del vortice d'olio, gli indicatori di frusta d'olio, la frequenza dell'albero e le caratteristiche di vibrazione sub-sincrona per cuscinetti a strisciamento/a manicotto.
Risultati
Riepilogo delle frequenze chiave
| Frequenza | Hz | CPM | Indicatore |
|---|
⚠️ Frusta d'olio: Se la velocità operativa supera di circa il doppio la prima velocità critica, il vortice d'olio può agganciarsi alla frequenza naturale del rotore, producendo oil whip — una grave condizione di instabilità. Monitorare attentamente i componenti sub-sincroni.
Vortice d'olio
Il vortice d'olio è una vibrazione autoeccitata nei cuscinetti idrodinamici a film fluido. Il cuneo del film d'olio genera una forza che spinge l'albero in un'orbita di precessione in avanti a una frequenza inferiore alla velocità dell'albero:
Il rapporto di vortice tipico è di circa 0,43, ma varia da 0,42 a 0,48 a seconda della geometria del cuscinetto, del carico, della viscosità dell'olio e del gioco.
Frusta d'olio
La frusta d'olio si verifica quando la frequenza del vortice d'olio coincide con la prima velocità critica di flessione del rotore. A questo punto, la vibrazione sub-sincrona si "blocca" sulla velocità critica e non segue più la velocità dell'albero:
La frusta d'olio è una condizione potenzialmente distruttiva che richiede un intervento immediato.
Frequenza dell'albero
Indicatori chiave delle vibrazioni
| Frequenza | Modello | Indicazione |
|---|---|---|
| 0,42–0,48× albero | Precessione sub-sincrona in avanti | Vortice d'olio: inizio dell'instabilità dei cuscinetti |
| Sub-sincrono bloccato | Frequenza fissa indipendentemente dalla velocità | Frusta d'olio - bloccata al 1° critico |
| 1× albero | Sincrono | Risposta normale allo squilibrio |
| 2× albero | Seconda armonica | Disallineamento, allentamento o risposta non lineare |
Dato: Velocità dell'albero = 3000 giri/min, rapporto di vortice = 0,43
Frequenza dell'albero = 3000 / 60 = 50,0 Hz
Intervallo di vortice dell'olio = da 0,42×50 a 0,48×50 = 21,0 – 24,0 Hz
Vortice tipico = 0,43 × 50 = 21,5 Hz (1290 CPM)
2× albero = 100,0 Hz
Suggerimento diagnostico: Il vortice d'olio segue la velocità dell'albero (la frequenza varia proporzionalmente). La frusta d'olio NON segue la velocità, ma rimane fissata alla velocità critica. Questo è il modo principale per distinguere tra le due condizioni durante la fase di accelerazione e quella di decelerazione.
Il vortice d'olio (oil whirl) è una vibrazione autoeccitata nei cuscinetti a film fluido (cuscinetti radenti o portanti) causata dal cuneo idrodinamico d'olio che trascina l'albero in un'orbita di precessione concorde (diretta). Si manifesta a circa 0,42–0,48× la velocità di rotazione dell'albero (spesso indicata come ~0,43×).
L'ampiezza dell'oil whirl aumenta con la velocità e può divenire instabile, evolvendo infine in frustamento d'olio (oil whip) se non viene corretta.
Il frustamento d'olio (oil whip) si innesca quando la frequenza del vortice d'olio (oil whirl) raggiunge e coincide con la prima frequenza propria flessionale del rotore (prima velocità critica flessionale). A questo punto, la frequenza di precessione si "aggancia" (lock-on) alla frequenza propria del rotore e non aumenta più all'aumentare del regime di rotazione.
Differenza fondamentale: l'oil whirl segue proporzionalmente la velocità dell'albero, mentre l'oil whip rimane fisso alla velocità critica indipendentemente dalla velocità operativa. L'oil whip è una grave condizione di instabilità caratterizzata da livelli di vibrazione potenzialmente distruttivi.
Il vortice d'olio (oil whirl) si identifica mediante:
- Frequenza pari a ~0,42–0,48× la velocità di rotazione dell'albero
- Orbita di precessione diretta (l'albero descrive un'orbita nello stesso verso della rotazione)
- La frequenza varia proporzionalmente alla velocità dell'albero — questo è l'elemento diagnostico chiave
- L'ampiezza aumenta tipicamente all'aumentare della velocità
Altre sorgenti sub-sincrone come lo strisciamento (rub) o gli allentamenti meccanici si manifestano invece a sub-armoniche frazionarie esatte (½×, ⅓×) e possono presentare precessione retrograda (inversa).
L'innesco del vortice d'olio (oil whirl) dipende da diversi fattori:
- Velocità dell'albero superiore alla soglia di stabilità
- Basso carico specifico sul cuscinetto (i cuscinetti poco caricati sono molto più soggetti)
- Bassa viscosità dell'olio (temperatura eccessiva o gradazione viscosimetrica errata)
- Gioco radiale eccessivo del cuscinetto (cuscinetti usurati)
- Disallineamento o squilibrio che altera la corretta distribuzione del carico sul cuscinetto
Le soluzioni correttive comprendono:
- Aumentare il carico specifico sul cuscinetto o ridurne il gioco diametrale
- Adottare geometrie di cuscinetto anti-whirl (a pattini oscillanti / tilting pad, con gradino di pressione / pressure dam, a profilo ellittico / lemon bore)
- Modificare la viscosità dell'olio (cambiando grado ISO VG o regolando la temperatura di mandata)
- Ridurre la velocità operativa al di sotto della soglia di instabilità
- Migliorare l'allineamento degli alberi e l'equilibratura per stabilizzare il carico sul cuscinetto
- Introdurre smorzamento esterno o smorzatori a film d'olio compresso (squeeze-film damper)
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 professionali per l'analisi delle vibrazioni per la diagnosi di problemi ai cuscinetti radenti. Analisi di tracciamento sub-sincrono e orbitale. 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.
