Bilanciamento dinamico sul campo
Parte I: Fondamenti teorici e normativi del bilanciamento dinamico
Field dynamic balancing is one of the key operations in vibration commissioning and condition-based maintenance, aimed at extending the service life of industrial equipment and preventing emergency situations. The use of portable instruments such as Balanset-1A allows these operations to be performed directly at the operating site, minimizing downtime and costs associated with dismantling. However, successful balancing requires not only the ability to work with the instrument, but also a deep understanding of the physical processes underlying vibration, as well as knowledge of the regulatory framework governing the quality of work.
Il principio metodologico si basa sull'installazione di pesi di prova e sul calcolo dei coefficienti di influenza dello squilibrio. In parole povere, lo strumento misura la vibrazione (ampiezza e fase) di un rotore rotante, dopodiché l'utente aggiunge sequenzialmente piccoli pesi di prova su piani specifici per "calibrare" l'influenza della massa aggiuntiva sulla vibrazione. In base alle variazioni di ampiezza e fase della vibrazione, lo strumento calcola automaticamente la massa necessaria e l'angolo di installazione dei pesi correttivi per eliminare lo squilibrio.
Questo approccio implementa il cosiddetto metodo a tre esecuzioni Per l'equilibratura su due piani: misurazione iniziale e due cicli con pesi di prova (uno per piano). Per l'equilibratura su un solo piano, di solito sono sufficienti due cicli: senza pesi e con un peso di prova. Negli strumenti moderni, tutti i calcoli necessari vengono eseguiti automaticamente, semplificando notevolmente il processo e riducendo i requisiti di qualificazione degli operatori.
Sezione 1.1: Fisica dello squilibrio: analisi approfondita
Alla base di qualsiasi vibrazione nelle apparecchiature rotanti c'è lo squilibrio (o sbilanciamento). Lo squilibrio è una condizione in cui la massa del rotore è distribuita in modo non uniforme rispetto al suo asse di rotazione. Questa distribuzione non uniforme porta al verificarsi di forze centrifughe, che a loro volta causano vibrazioni dei supporti e dell'intera struttura della macchina. Le conseguenze di uno squilibrio non affrontato possono essere catastrofiche: dall'usura prematura e dalla distruzione dei cuscinetti fino ai danni alle fondamenta e alla macchina stessa. Per diagnosticare efficacemente ed eliminare lo squilibrio, è necessario distinguerne chiaramente le tipologie.
Tipi di squilibrio
Squilibrio statico (monopiano): In this type of unbalance the rotor's central principal axis of inertia is displaced parallel to the axis of rotation - the center of mass is offset radially from the rotation axis. In a static state, such a rotor, installed on horizontal knife-edges (parallel ways), will always turn with the heavy side downward. Static unbalance is dominant for thin, disk-shaped rotors where the length-to-diameter ratio (L/D) is below approximately 0.5, for example, grinding wheels or narrow fan impellers. Static unbalance elimination is possible by installing one corrective weight in one correction plane, diametrically opposite to the heavy point - a single-plane approach that is valid at moderate speeds (roughly under 1000 rpm); high-speed narrow discs still require two-plane balancing.
Squilibrio di coppia (momento): Questo tipo di squilibrio si verifica quando l'asse principale di inerzia del rotore interseca l'asse di rotazione nel centro di massa, ma non è parallelo ad esso. Lo squilibrio di coppia può essere rappresentato da due masse sbilanciate di uguale entità ma dirette in modo opposto, situate su piani diversi. In condizioni statiche, un rotore di questo tipo è in equilibrio e lo squilibrio si manifesta solo durante la rotazione sotto forma di "dondolamento" o "oscillazione". Per compensarlo, è necessaria l'installazione di almeno due pesi correttivi su due piani diversi, creando un momento di compensazione.
Squilibrio dinamico: Questo è il tipo di squilibrio più comune in condizioni reali e rappresenta una combinazione di squilibri statici e di coppia. In questo caso, l'asse centrale principale di inerzia del rotore non coincide con l'asse di rotazione e non lo interseca nel centro di massa. Per eliminare lo squilibrio dinamico, è necessaria una correzione della massa su almeno due piani. Strumenti a due canali come Balanset-1A sono progettati specificamente per risolvere questo problema.
Squilibrio quasi statico: Questo è un caso speciale di squilibrio dinamico in cui l'asse principale di inerzia interseca l'asse di rotazione ma non in corrispondenza del baricentro del rotore. Si tratta di una distinzione sottile ma importante per la diagnosi di sistemi di rotori complessi.
Rotori rigidi e flessibili: distinzione critica
Uno dei concetti fondamentali dell'equilibratura è la distinzione tra rotori rigidi e flessibili. Questa distinzione determina la possibilità stessa e la metodologia di un'equilibratura di successo.
Rotore rigido: Un rotore è considerato rigido se la sua frequenza di rotazione operativa è significativamente inferiore alla sua prima frequenza critica e non subisce deformazioni elastiche significative (deflessioni) sotto l'azione delle forze centrifughe. L'equilibratura di un rotore di questo tipo viene in genere eseguita con successo su due piani di correzione. Gli strumenti Balanset-1A sono progettati principalmente per lavorare con rotori rigidi.
Rotore flessibile: Un rotore è considerato flessibile se opera a una frequenza di rotazione prossima a una delle sue frequenze critiche o superiore a essa. In questo caso, la flessione elastica dell'albero diventa paragonabile allo spostamento del baricentro e contribuisce in modo significativo alle vibrazioni complessive.
Tentare di bilanciare un rotore flessibile utilizzando la metodologia per rotori rigidi (su due piani) spesso porta a un fallimento. L'installazione di pesi correttivi può compensare le vibrazioni a bassa velocità, sub-risonante, ma al raggiungimento della velocità operativa, quando il rotore si piega, questi stessi pesi possono aumentare le vibrazioni eccitando una delle modalità di vibrazione di flessione. Questo è uno dei motivi principali per cui il bilanciamento "non funziona", sebbene tutte le azioni con lo strumento siano eseguite correttamente.
Prima di iniziare il lavoro, è estremamente importante classificare il rotore correlando la sua velocità di funzionamento con frequenze critiche note (o calcolate). Se è impossibile evitare la risonanza, si consiglia di modificare temporaneamente le condizioni di montaggio dell'unità durante l'equilibratura per spostare la risonanza.
Sezione 1.2: Quadro normativo: standard ISO
Gli standard nel campo del bilanciamento svolgono diverse funzioni fondamentali: stabiliscono una terminologia tecnica unificata, definiscono i requisiti di qualità e, cosa importante, servono come base per un compromesso tra necessità tecnica e fattibilità economica.
ISO 21940-11 (già ISO 1940-1): requisiti di qualità per l'equilibratura dei rotori rigidi
This standard is the fundamental document for determining permissible residual unbalance. It introduces the concept of balance quality grade (G), which is chosen by machine type only. The speed enters later, when the grade is converted into a permissible specific unbalance: eper = (G × 9549) / n.
Grado di qualità G: Each type of equipment corresponds to a specific quality grade that remains constant regardless of rotation speed. For example, grade G6.3 is recommended for fans, pumps and general-purpose electric motors, G16 for crushers and agricultural machinery, and G2.5 for turbines and turbo-compressors.
Calcolo dello squilibrio residuo ammissibile (Uper): The standard allows calculation of a specific permissible unbalance value that serves as a target indicator during balancing. The calculation is performed in three stages:
- Determinazione dello squilibrio specifico ammissibile (eper) utilizzando la formula:
eper = (G × 9549) / n
dove G è il grado di qualità dell'equilibratura (ad esempio, 2,5), n è la frequenza di rotazione operativa, rpm. L'unità di misura per eper è g·mm/kg o μm. - Determinazione dello squilibrio residuo ammissibile (Uper) per l'intero rotore:
Uper = eper × M
dove M è la massa del rotore, kg. L'unità di misura per Uper è g·mm. - Allocation of Uper between the two correction planes. For a symmetric rotor, split it 50/50 (in the example below: 19.9 g·mm per plane). For an asymmetric between-bearing rotor: Usinistra = Uper × (b/L), Udestra = Uper × (a/L), where a and b are the distances from the center of mass to the left and right bearings and L = a + b. Overhung rotors require a moment-based recalculation with a tighter tolerance on the overhung plane. Balanset-1A performs this allocation automatically and shows the per-plane residual unbalance (D1, D2) next to the balancing tolerance on the Result tab.
Esempio: Per un rotore di motore elettrico con massa di 5 kg, funzionante a 3000 giri/min con grado di qualità G2.5:
eper = (2,5 × 9549) / 3000 ≈ 7,96 μm
Uper = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm
This means that after balancing, the residual unbalance should not exceed 39.8 g·mm - for this symmetric rotor, about 19.9 g·mm in each of the two correction planes.
ISO 20806:2009: criteri e misure di salvaguardia per l'equilibratura in situ di rotori medi e grandi
Questa norma regola direttamente il processo di bilanciamento in situ.
Vantaggi: Il vantaggio principale del bilanciamento in opera è che il rotore viene bilanciato in condizioni operative reali, sui suoi supporti e sotto carico operativo. Questo tiene automaticamente conto delle proprietà dinamiche del sistema di supporto e dell'influenza dei componenti del treno di alberi collegati.
Svantaggi e limitazioni:
- Accesso limitato: Spesso l'accesso ai piani di correzione su una macchina assemblata è difficile, limitando le possibilità di installazione dei pesi.
- Necessità di avviamenti di prova: Il processo di bilanciamento richiede diversi cicli di "avvio-arresto" della macchina.
- Difficoltà con grave squilibrio: In caso di squilibrio iniziale molto elevato, le limitazioni nella selezione del piano e nella massa del peso correttivo potrebbero non consentire di ottenere la qualità di bilanciamento richiesta.
Parte II: Guida pratica al bilanciamento con gli strumenti Balanset-1A
The success of balancing depends overwhelmingly on the thoroughness of preparatory work. Most failures are related not to instrument malfunction, but to ignoring factors affecting measurement repeatability. The main preparation principle is to exclude all other possible sources of vibration so that the instrument measures only the effect of unbalance.
Sezione 2.1: Fondamenti del successo: diagnostica pre-bilanciamento e preparazione della macchina
Fase 1: Diagnosi primaria delle vibrazioni (è davvero uno squilibrio?)
Prima di procedere all'equilibratura, è utile eseguire una misurazione preliminare delle vibrazioni in modalità vibrometro. Il software Balanset-1A dispone di una modalità "Vibration Meter" (tasto F5) in cui è possibile misurare le vibrazioni complessive e separatamente quelle del componente alla frequenza di rotazione (1×) prima di installare eventuali pesi.
Classico segno di squilibrio: Lo spettro di vibrazione dovrebbe essere dominato da un picco alla frequenza di rotazione del rotore (picco a 1x frequenza RPM). L'ampiezza di questa componente in direzione orizzontale e verticale dovrebbe essere comparabile e le ampiezze delle altre armoniche dovrebbero essere significativamente inferiori.
Segni di altri difetti: Se lo spettro contiene picchi significativi ad altre frequenze (ad esempio, 2x, 3x RPM) o a frequenze non multiple, ciò indica la presenza di altri problemi che devono essere eliminati prima del bilanciamento.
Fase 2: Ispezione meccanica completa (lista di controllo)
- Rotore: Thoroughly clean all rotor surfaces from dirt, rust and built-up deposits (caked product). Even a small amount of dirt at a large radius creates significant unbalance. Check for absence of broken or missing elements.
- Cuscinetti: Controllare i cuscinetti per verificare che non presentino gioco eccessivo, rumori estranei e surriscaldamento. I cuscinetti usurati non consentiranno di ottenere letture stabili.
- Fondazione e struttura: Ensure that the unit is installed on a rigid foundation. Check the torque of the anchor bolts and the absence of cracks in the frame.
- Trasmissione: Per le trasmissioni a cinghia, controllare la tensione e le condizioni della cinghia. Per i collegamenti dei giunti, controllare l'allineamento dell'albero.
- Sicurezza: Garantire la presenza e l'efficienza di tutte le protezioni.
Sezione 2.2: Impostazione e configurazione dello strumento
Installazione hardware
Sensori di vibrazione (accelerometri):
- Connect sensor cables to corresponding instrument connectors (e.g., X1 and X2 for Balanset-1A; on newer revisions the connectors are labeled Ch-1 and Ch-2).
- Installare i sensori sugli alloggiamenti dei cuscinetti il più vicino possibile al rotore.
- Pratica chiave: Per ottenere il massimo segnale, i sensori devono essere installati nella direzione in cui le vibrazioni sono massime. Utilizzare una base magnetica potente o un supporto filettato per garantire un contatto rigido.
Sensore di fase (tachimetro laser):
- Connect the sensor to the special input (X3 for Balanset-1A; labeled Tacho on newer revisions).
- Fissare un piccolo pezzo di nastro riflettente all'albero o ad altre parti rotanti del rotore.
- Installare il tachimetro in modo che il raggio laser colpisca stabilmente il segno durante l'intera rotazione.
Configurazione software (Balanset-1A)
- Launch the software and connect the USB interface module (administrator rights are not required).
- Go to the balancing module (F7 - Balancing). Create a new record for the unit being balanced.
- Select balancing type: 1-plane (static, the F2 - Single-plane tab) for narrow rotors or 2-plane (dynamic, the F3 - Two-plane tab) for most other cases.
- Definire i piani di correzione: scegliere i punti sul rotore in cui è possibile installare in sicurezza i pesi correttivi.
Sezione 2.3: Procedura di bilanciamento: guida passo passo
Esecuzione 0: Misurazione iniziale
- Avviare la macchina e portarla a una velocità operativa stabile. È estremamente importante che la velocità di rotazione sia la stessa in tutte le esecuzioni successive.
- Nel programma, avviare la misurazione. Lo strumento registrerà i valori iniziali di ampiezza e fase della vibrazione.
Esecuzione 1: Peso di prova nel piano 1
- Fermare la macchina.
- Selezione del peso di prova: The trial weight mass should be sufficient to cause noticeable change in vibration parameters (amplitude change of at least 20-30% OR phase change of at least 20-30 degrees). You do not have to guess the starting mass: after Run 0 the software's First Trial Weight Estimator recommends both the trial weight mass and its installation angle from the tachometer mark, and the program warns if the installed weight turns out to be too small.
- Installazione del peso di prova: Fissare saldamente il peso di prova pesato a un raggio noto nel piano 1. Registrare la posizione angolare.
- Avviare la macchina alla stessa velocità stabile.
- Eseguire la seconda misurazione.
- Arrestare la macchina e remove the trial weight. If removing it is impractical, you can leave it installed - check the "Leave on rotor" box in the software so the calculation accounts for it.
Esecuzione 2: Peso di prova nel piano 2 (per bilanciamento su 2 piani)
- Ripetere esattamente la procedura dal punto 2, ma installare il peso di prova nel piano 2.
- Avvia, misura, ferma e remove the trial weight (or leave it with the "Leave on rotor" box checked, as in Run 1).
Calcolo e installazione dei pesi correttivi
- In base alle variazioni vettoriali registrate durante le prove, il programma calcolerà automaticamente la massa e l'angolo di installazione del peso correttivo per ciascun piano.
- L'angolo di installazione viene solitamente misurato dalla posizione del peso di prova nella direzione di rotazione del rotore.
- Fissare saldamente i pesi correttivi permanenti. Quando si salda, tenere presente che anche la saldatura stessa ha una massa.
Run T (Trim): Verification measurement and fine balancing
- Riavviare la macchina.
- Eseguire una misurazione di controllo per valutare il livello di vibrazione residua.
- Confrontare il valore ottenuto con la tolleranza calcolata secondo la norma ISO 1940-1.
- Se la vibrazione supera ancora la tolleranza, lo strumento calcolerà una piccola correzione "fine" (trim).
- Una volta completato, salvare il report e i coefficienti di influenza per un possibile utilizzo futuro.
Parte III: Problem solving avanzato e risoluzione dei problemi tecnici
Questa sezione è dedicata agli aspetti più complessi del bilanciamento sul campo, ovvero alle situazioni in cui la procedura standard non produce risultati.
Misure di sicurezza
Prevenzione dell'avvio accidentale (Lockout/Tagout): Before starting work, de-energize and disconnect the rotor drive. Hang warning tags on the starters so that no one starts the machine by mistake.
Dispositivi di protezione individuale: Sono obbligatori occhiali di sicurezza o visiera protettiva. Gli indumenti devono essere aderenti, senza lembi liberi. I capelli lunghi devono essere raccolti sotto un copricapo.
Zona pericolosa attorno alla macchina: Limitare l'accesso di persone non autorizzate alla zona di bilanciamento. Durante le prove, vengono installate barriere o nastri di avvertimento attorno all'unità. Il raggio della zona di pericolo è di almeno 3-5 metri.
Fissaggio affidabile del peso: When attaching trial or permanent corrective weights, pay special attention to their fixation. An ejected weight becomes a dangerous projectile.
Sicurezza elettrica: Rispettare le misure generali di sicurezza elettrica: utilizzare una presa di corrente con messa a terra funzionante, non far passare i cavi in zone umide o calde.
Sezione 3.1: Diagnosi e superamento dell'instabilità di misura
Sintomo: Durante misurazioni ripetute in condizioni identiche, le letture di ampiezza e/o fase cambiano significativamente ("fluttuano", "saltano"). Ciò rende impossibile il calcolo della correzione.
Causa ultima: Lo strumento non presenta malfunzionamenti. Segnala con precisione che la risposta vibrazionale del sistema è instabile e imprevedibile.
Algoritmo diagnostico sistematico:
- Allentamento meccanico: Questa è la causa più frequente. Controllare il serraggio dei bulloni di montaggio dell'alloggiamento dei cuscinetti e dei bulloni di ancoraggio del telaio. Verificare la presenza di crepe nelle fondamenta o nel telaio.
- Difetti dei cuscinetti: Un gioco interno eccessivo nei cuscinetti volventi o l'usura del guscio del cuscinetto consentono all'albero di muoversi in modo caotico all'interno del supporto.
- Instabilità correlata al processo:
- Aerodinamica (ventilatori): Il flusso d'aria turbolento e la separazione del flusso dalle pale possono causare effetti di forza casuali.
- Idraulica (pompe): La cavitazione crea potenti shock idraulici casuali che mascherano il segnale periodico dello squilibrio.
- Movimento di massa interno (frantoi, mulini): Il materiale può ridistribuirsi all'interno del rotore, agendo come "squilibrio mobile".
- Risonanza: Se la velocità operativa è molto vicina alla frequenza naturale della struttura, anche piccole variazioni di velocità causano enormi cambiamenti nell'ampiezza e nella fase delle vibrazioni.
- Effetti termici: Quando la macchina si riscalda, la dilatazione termica può causare la flessione dell'albero o modifiche dell'allineamento.
Sezione 3.2: Quando il bilanciamento non aiuta: identificazione dei difetti alla radice
Sintomo: La procedura di bilanciamento è stata eseguita, le letture sono stabili, ma la vibrazione finale rimane elevata.
Using the vibration spectrum for differential diagnosis (in the Balanset software: F8 - Charts, "F5-Spectrum (Hz)" tab):
- Disallineamento dell'albero: Segno principale: picco di vibrazione elevato a una frequenza pari a 2 volte il numero di giri al minuto. È caratteristica un'elevata vibrazione assiale.
- Difetti dei cuscinetti volventi: Manifest as high-frequency vibration at characteristic "bearing" frequencies (BPFO, BPFI, BSF, FTF). Note that detailed rolling-bearing diagnostics is beyond the scope of Balanset-1A: the instrument measures vibration velocity in the 5-1000 Hz band, the sensor response rolls off above roughly 550 Hz, and there is no envelope (demodulation) analysis - use a dedicated bearing analyzer for that task.
- Curvatura dell'albero: Manifests as high peak at 1x RPM but often accompanied by noticeable component at 2x RPM. When the rotor is balanced on a mandrel, the software offers built-in runout compensation: the F7 - Run Ecc measurement (taken with the rotor turned 180 degrees on the mandrel) together with the "Subtract mandrel runout from measurements" option, so eccentricity is not mistaken for unbalance.
- Problemi elettrici (motori elettrici): L'asimmetria del campo magnetico può causare vibrazioni a una frequenza doppia rispetto a quella di alimentazione (100 Hz per una rete a 50 Hz).
Errori comuni di bilanciamento e suggerimenti per la prevenzione
- Bilanciamento di un rotore difettoso o sporco: Prima di procedere all'equilibratura, controllare sempre le condizioni del meccanismo.
- Peso di prova troppo piccolo: Puntare alla regola di variazione delle vibrazioni 20-30%.
- Inconsistent operating speed between runs: Mantenere sempre una velocità di rotazione stabile e identica durante tutte le misurazioni.
- Errori di fase e di marcatura: Monitorare attentamente la determinazione dell'angolo. L'angolo del peso correttivo viene solitamente misurato dalla posizione del peso di prova nella direzione di rotazione.
- Fissaggio errato o perdita di pesi: Strictly follow the methodology - remove the trial weight after the run, or, if it stays on the rotor, make sure the "Leave on rotor" box is checked so the calculation accounts for it.
Standard di qualità del bilanciamento
| Grado di qualità G | Balance quality grade G = eper·ω (mm/s) | Tipi di rotore (esempi) |
|---|---|---|
| G4000 | 4000 | Alberi motore montati rigidamente di motori diesel marini lenti |
| G1600 | 1600 | Alberi a gomiti di grandi motori a due tempi |
| G16 | 16 | Cardan shafts with special requirements, agricultural machinery, crushers |
| G6.3 | 6.3 | Pump rotors, fan impellers, electric motor armatures |
| G2.5 | 2.5 | Rotori di turbine a gas e a vapore, turbocompressori, azionamenti di macchine utensili |
| G1 | 1 | Azionamenti per rettificatrici, mandrini |
| G0.4 | 0.4 | Mandrini per rettificatrici di precisione, giroscopi |
Note: the grade number is the product eper·ω in mm/s. The permissible specific unbalance itself is speed-dependent: eper = (G × 9549) / n [μm]. Example: G6.3 at 1500 rpm gives eper = 40.1 μm; at 3000 rpm it gives 20.1 μm.
| Tipo di difetto | Frequenza dello spettro dominante | Caratteristica di fase | Altri sintomi |
|---|---|---|---|
| Squilibrio | 1x giri/min | Stabile | Predomina la vibrazione radiale |
| Disallineamento dell'albero | 1x, 2x, 3x giri/min | Potrebbe essere instabile | Elevata vibrazione assiale - segno chiave |
| Allentamento meccanico | Armoniche 1x, 2x e multiple | Instabile, "saltante" | Movimento visivamente evidente |
| Difetto del cuscinetto volvente | Alte frequenze (BPFO, BPFI, ecc.) | Non sincronizzato con RPM | Rumore estraneo, temperatura elevata |
| Risonanza | La velocità operativa coincide con la frequenza naturale | La fase cambia di 180° quando si passa attraverso la risonanza | L'ampiezza della vibrazione aumenta bruscamente a una velocità specifica |
Parte IV: Domande frequenti e note applicative
Sezione 4.1: Domande frequenti generali (FAQ)
Quando dovrei usare il bilanciamento a 1 piano o a 2 piani?
Use 1-plane (static) balancing for narrow, disk-shaped rotors where the length-to-diameter ratio (L/D) is below approximately 0.5 and the speed is moderate (roughly under 1000 rpm), such as grinding wheels or narrow fan impellers. Use 2-plane (dynamic) balancing for elongated rotors, for any L/D above approximately 0.5, and for high-speed narrow discs. Two-plane balancing corrects both static unbalance and couple (moment) unbalance.
Cosa devo fare se il peso di prova provoca un aumento pericoloso delle vibrazioni?
Arrestare immediatamente la macchina. Ciò indica che il peso di prova è stato installato vicino al punto pesante esistente, aggravando lo squilibrio. La soluzione è spostare il peso di prova di 180 gradi rispetto alla sua posizione originale e ripetere la misurazione. In questo modo, il peso di prova crea un effetto opposto anziché aggravare lo squilibrio esistente.
Posso utilizzare i coefficienti di influenza salvati per una macchina diversa?
Sì, ma solo se le macchine sono assolutamente identiche: stesso modello, stesso rotore, stessa base, stessi cuscinetti. Qualsiasi variazione nella rigidità strutturale modificherà i coefficienti di influenza e li renderà non validi. La migliore prassi è quella di effettuare sempre nuove prove per ogni nuova macchina per garantire calcoli di correzione accurati.
Qual è la differenza tra squilibrio statico e dinamico?
In static unbalance the rotor's central principal axis of inertia is displaced parallel to the rotation axis - the center of mass is offset radially from the axis - and it can be detected without spinning by placing the rotor on knife-edge supports. Dynamic unbalance is a combination of static and couple unbalance where the principal axis of inertia doesn't coincide with the rotation axis - it only manifests during rotation and requires two-plane correction.
Perché le mie letture di bilanciamento sono instabili (fluttuanti)?
Letture instabili indicano che la risposta vibrazionale del sistema è imprevedibile. Le cause più comuni includono: allentamenti meccanici (bulloni allentati, crepe), cuscinetti usurati con gioco eccessivo, instabilità di processo (cavitazione nelle pompe, turbolenza nelle ventole), risonanza (velocità operativa prossima alla frequenza naturale), effetti termici durante il riscaldamento o vibrazioni provenienti da apparecchiature vicine. Risolvere questi problemi prima di tentare il bilanciamento.
In cosa consiste il metodo delle tre prove nel bilanciamento a due piani?
Il metodo a tre avviamenti prevede: Avviamento 0: misurazione iniziale senza pesi di prova per stabilire la vibrazione di base; Avviamento 1: misurazione con peso di prova installato nel Piano 1 per determinarne l'influenza; Avviamento 2: misurazione con peso di prova spostato nel Piano 2. Sulla base di questi tre punti dati, lo strumento calcola i pesi correttivi esatti necessari per entrambi i piani utilizzando il metodo del coefficiente di influenza.
Come calcolo lo squilibrio residuo consentito secondo la norma ISO 1940-1?
First calculate permissible specific unbalance: eper = (G × 9549) / n, where G is the quality grade (e.g., 2.5 for turbines, 6.3 for fans) and n is RPM. Then calculate permissible residual unbalance: Uper = eper × M, where M is rotor mass in kg. For example, a 5 kg rotor at 3000 RPM with G2.5: eper = (2.5 × 9549)/3000 = 7.96 μm, Uper = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm.
Qual è l'effetto minimo del peso di prova necessario per un bilanciamento accurato?
Il peso di prova dovrebbe causare una variazione di almeno 20-30% nell'ampiezza della vibrazione OPPURE una variazione di 20-30 gradi nell'angolo di fase. Se l'effetto è troppo piccolo, il segnale utile viene sommerso dal rumore di misura, causando calcoli di correzione imprecisi. Se non cambia nulla, aumentare la massa del peso di prova (entro limiti di sicurezza) fino a ottenere un effetto sufficiente.
How do I account for keyways? (ISO 8821, now ISO 21940-32:2012)
Standard practice is to use a "half-key" in the shaft keyway when balancing without the mating part, as specified in ISO 21940-32:2012 (which superseded ISO 8821). This compensates for the mass of that part of the key that fills the groove on the shaft.
| Sintomo | Probabili cause | Azioni consigliate |
|---|---|---|
| Letture instabili/"fluttuanti" | Allentamento meccanico, usura dei cuscinetti, risonanza, instabilità del processo, vibrazioni esterne | Tighten all bolted connections, check bearing play, conduct coast-down test (the RunDown tab in the F5 - Vibration Meter mode), stabilize operating regime |
| Non è possibile raggiungere la tolleranza dopo diversi cicli | Coefficienti di influenza errati, rotore flessibile, presenza di difetto nascosto (disallineamento) | Ripetere la prova con il peso selezionato correttamente, verificare se il rotore è flessibile, utilizzare FFT per cercare altri difetti |
| Vibrazione normale dopo il bilanciamento ma ritorna rapidamente | Espulsione del peso correttivo, accumulo di prodotto sul rotore, deformazioni termiche | Utilizzare un attacco del peso più affidabile (saldatura), implementare un programma regolare di pulizia del rotore |
Sezione 4.2: Guida al bilanciamento per tipi specifici di apparecchiature
Industrial fans and induced-draft (ID) fans:
- Problema: Sono particolarmente soggetti a squilibri dovuti all'accumulo di prodotto sulle lame o all'usura abrasiva.
- Procedura: Pulire sempre accuratamente la girante prima di iniziare il lavoro. Prestare attenzione alle forze aerodinamiche che possono causare instabilità.
Pompe:
- Problema: Il nemico principale è la cavitazione.
- Procedura: Prima del bilanciamento, assicurarsi che vi sia un margine di cavitazione sufficiente all'ingresso (NPSHa). Verificare che la tubazione di aspirazione non sia ostruita.
Trituratori, macinatori e pacciamatrici:
- Problema: Usura estrema, possibilità di grandi variazioni di squilibrio dovute alla rottura o all'usura del martello.
- Procedura: Verificare l'integrità e il fissaggio degli elementi di lavoro. Potrebbe essere necessario un ulteriore ancoraggio del telaio della macchina.
Indotti dei motori elettrici:
- Problema: Può avere fonti di vibrazioni sia meccaniche che elettriche.
- Procedura: Use the vibration spectrum (F8 - Charts) to check for vibration at twice the supply frequency. Its presence indicates electrical malfunction, not unbalance.
Conclusione
L'equilibratura dinamica dei rotori sul posto mediante strumenti portatili come Balanset-1A è uno strumento potente per aumentare l'affidabilità e l'efficienza operativa delle apparecchiature industriali. Tuttavia, il successo di questa procedura non dipende tanto dallo strumento in sé, quanto dalla qualificazione specialistica e dalla capacità di applicare un approccio sistematico.
Principi chiave:
- La preparazione determina il risultato: Per un bilanciamento efficace sono indispensabili una pulizia accurata del rotore, il controllo delle condizioni dei cuscinetti e delle fondamenta e una diagnosi preliminare delle vibrazioni.
- Il rispetto degli standard è la base della qualità: L'applicazione della norma ISO 1940-1 trasforma la valutazione soggettiva in un risultato oggettivo, misurabile e giuridicamente significativo.
- Lo strumento non è solo un bilanciatore ma anche uno strumento diagnostico: L'impossibilità di bilanciare o l'instabilità delle letture sono importanti segnali diagnostici che indicano problemi più gravi.
- La comprensione della fisica dei processi è fondamentale per risolvere compiti non standard: La conoscenza delle differenze tra rotori rigidi e flessibili e la comprensione dell'influenza della risonanza consentono agli specialisti di prendere decisioni corrette.
Seguendo le raccomandazioni descritte in questa guida, gli specialisti tecnici non solo saranno in grado di affrontare con successo le attività tipiche, ma anche di diagnosticare e risolvere in modo efficace problemi complessi e non banali di vibrazione delle apparecchiature rotanti.