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Compensazione della dilatazione termica per l'allineamento dell'albero
Calcolare la crescita verticale dell'asse centrale dovuta all'espansione termica per le macchine motrici e condotte. Determinare l'obiettivo di pre-offset dell'allineamento a freddo per ottenere l'allineamento alla temperatura di esercizio.
Risultati
Formula di crescita termica
Quando una macchina si riscalda, il suo telaio si espande verticalmente, sollevando la linea centrale dell'albero:
- H — altezza dal piede alla linea centrale (mm)
- α — coefficiente di dilatazione termica (×10⁻⁶ /°C)
- Top — temperatura di esercizio (°C)
- Tamb — temperatura ambiente (°C)
Valori CTE dei materiali
| Materiale | α (×10⁻⁶ /°C) |
|---|---|
| Acciaio al carbonio | 12.0 |
| Ghisa | 10.5 |
| Acciaio inossidabile (304/316) | 16.0 |
| Alluminio | 23.0 |
Temperature di esercizio tipiche
| Tipo di macchina | Temperatura tipica dell'involucro (°C) |
|---|---|
| Motore elettrico | 60 – 90 |
| Pompa centrifuga (acqua fredda) | 40 – 70 |
| Turbina a vapore | 80 – 200 |
| Cambio | 50 – 80 |
| Compressore | 60 – 120 |
Esempio pratico
Dato: Ambiente = 20°C
Motore: H = 200 mm, Acciaio (α = 12×10⁻⁶), Top = 80 °C
Pompa: H = 250 mm, Acciaio (α = 12×10⁻⁶), Top = 60 °C
ΔHmotore = 200 × 12 × 10⁻⁶ × (80 − 20) = 0,144 millimetri
ΔHpompa = 250 × 12 × 10⁻⁶ × (60 − 20) = 0,120 millimetri
Differenza = 0,144 − 0,120 = 0,024 millimetri
Il motore cresce di più → imposta il motore 0,024 mm BASSO durante l'allineamento a freddo.
💡 Suggerimento: La macchina che cresce di più dovrebbe essere posizionata in BASSO durante l'allineamento a freddo. Quando entrambe si riscaldano, la crescita differenziale le porta all'allineamento.
⚠️ Nota: Questo calcolo presuppone una dilatazione termica uniforme del telaio della macchina. In pratica, gradienti termici, sollecitazioni delle tubazioni ed effetti delle fondazioni possono causare movimenti aggiuntivi. Verificare sempre l'allineamento a caldo, quando possibile.
La dilatazione termica (crescita termica) è l'espansione verticale della quota d'asse dell'albero di una macchina quando questa si riscalda dalla temperatura ambiente alla temperatura di esercizio. Tutti i materiali si dilatano se riscaldati e, per le macchine rotanti, ciò significa che l'asse dell'albero si solleva.
La dilatazione viene calcolata come: ΔH = H × α × (Top − Tamb), dove H è l'altezza dal piano dei piedi all'asse dell'albero, α è il coefficiente di dilatazione termica e le temperature sono espresse in °C.
Le macchine vengono allineate a freddo (ferme) ma funzionano a caldo. Se la macchina motrice e quella condotta si dilatano verticalmente in misura diversa, un allineamento perfetto a freddo comporterà un disallineamento alla temperatura di esercizio.
Impostando intenzionalmente un disassamento a freddo pari alla dilatazione differenziale prevista, le macchine raggiungono il corretto allineamento una volta arrivate a regime termico. La macchina che si dilata di più viene impostata più bassa durante l'allineamento a freddo.
Le temperature di esercizio possono essere misurate sulle macchine in funzione utilizzando:
- Termometro a infrarossi — misura rapida senza contatto sui piedi della macchina o sui supporti cuscinetto
- Sonde a termocoppia a contatto — misura più precisa della temperatura superficiale
- Termoresistenze (RTD)/termocoppie — sensori installati in modo permanente
Misurare in corrispondenza dei piedi o del basamento della macchina, non sulla parte superiore della cassa, poiché ciò rappresenta al meglio la temperatura che determina la dilatazione verticale. Lasciare che la macchina raggiunga il regime termico stazionario (tipicamente 2–4 ore).
Temperature tipiche di cassa/piedi per le macchine più comuni:
- Motori elettrici: 60–90°C (a seconda della grandezza costruttiva e del carico)
- Pompe centrifughe: 40–70°C (acqua fredda), fino a 200°C+ (processo a caldo)
- Turbine a vapore: 80–200°C
- Riduttori: 50–80°C
- Compressori: 60–120°C
Questi sono valori indicativi. Effettuare sempre la misura sull'apparecchiatura reale quando possibile.
Una verifica dell'allineamento a caldo viene eseguita immediatamente dopo l'arresto di un'apparecchiatura che ha funzionato alla normale temperatura di esercizio. L'allineamento viene misurato prima che si verifichi un raffreddamento significativo (tipicamente entro 15–30 minuti dall'arresto).
Questa verifica controlla se:
- Le previsioni di dilatazione termica calcolate erano accurate
- La pre-compensazione impostata a freddo era corretta
- Altri fattori (tensioni indotte dalle tubazioni, cedimenti della fondazione) stanno influenzando l'allineamento
La verifica a caldo rappresenta il riferimento ottimale per convalidare l'allineamento e dovrebbe essere eseguita ogniqualvolta sia praticabile, specialmente sul macchinario critico.
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.
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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.
