Bilanciamento del ventilatore

Pubblicato da Nikolai Shelkovenko su

Equilibratore portatile e analizzatore di vibrazioni Balanset-1A

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SKU: BS-1
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Bilanciamento del ventilatore

(Informazioni tratte da ISO 31350-2007 VIBRAZIONE. VENTILATORI INDUSTRIALI. REQUISITI PER LA VIBRAZIONE PRODOTTA E LA QUALITÀ DEL BILANCIAMENTO)

La vibrazione prodotta dal ventilatore è una delle sue caratteristiche tecniche più importanti. Indica la qualità della progettazione e della fabbricazione del prodotto. Un aumento delle vibrazioni può indicare un'installazione non corretta del ventilatore, un deterioramento delle sue condizioni tecniche, ecc. Per questo motivo, le vibrazioni dei ventilatori vengono solitamente misurate durante i test di accettazione, durante l'installazione prima della messa in servizio e durante l'esecuzione di un programma di monitoraggio delle condizioni della macchina. I dati sulle vibrazioni dei ventilatori sono utilizzati anche per la progettazione dei sistemi di supporto e di collegamento (condotti). Le misure di vibrazione vengono solitamente eseguite con le porte di aspirazione e di scarico aperte, ma va notato che le vibrazioni dei ventilatori possono variare in modo significativo con le variazioni dell'aerodinamica del flusso d'aria, della velocità di rotazione e di altre caratteristiche.
Le norme ISO 10816-1-97, ISO 10816-3-2002 e ISO 31351-2007 stabiliscono i metodi di misurazione e definiscono le posizioni dei sensori di vibrazione. Se le misure delle vibrazioni vengono effettuate per valutare l'impatto sul condotto o sulla base del ventilatore, i punti di misura vengono scelti di conseguenza.
Le misurazioni delle vibrazioni dei ventilatori possono essere costose e talvolta il loro costo supera significativamente il costo di fabbricazione del prodotto stesso. Pertanto, qualsiasi restrizione sui valori dei singoli componenti discreti delle vibrazioni o dei parametri di vibrazione nelle bande di frequenza dovrebbe essere introdotta solo quando il superamento di questi valori indica un malfunzionamento del ventilatore. Anche il numero di punti di misurazione delle vibrazioni deve essere limitato in base all'uso previsto dei risultati della misurazione. Di solito è sufficiente misurare le vibrazioni sui supporti del ventilatore per valutarne lo stato vibrazionale.
La base è l'elemento su cui viene montato il ventilatore e che fornisce il supporto necessario per il ventilatore. La massa e la rigidità della base sono scelte per evitare l'amplificazione delle vibrazioni trasmesse attraverso di essa.
I supporti sono di due tipi:
  • supporto conforme: Un sistema di supporto del ventilatore progettato in modo che la prima frequenza naturale del supporto sia significativamente inferiore alla frequenza di rotazione operativa del ventilatore. Nel determinare il grado di conformità del supporto, si devono considerare gli inserti elastici tra il ventilatore e la struttura di supporto. La cedevolezza del supporto è assicurata dalla sospensione del ventilatore su molle o dal posizionamento del supporto su elementi elastici (molle, isolatori in gomma, ecc.). La frequenza naturale del sistema di sospensione - ventilatore è solitamente inferiore a 25% della frequenza corrispondente alla velocità di rotazione minima del ventilatore testato.
  • supporto rigido: Un sistema di supporto del ventilatore progettato in modo che la prima frequenza naturale del supporto sia significativamente più alta della frequenza di rotazione operativa. La rigidità della base del ventilatore è relativa. Deve essere considerata rispetto alla rigidità dei cuscinetti della macchina. Il rapporto tra la vibrazione dell'alloggiamento del cuscinetto e la vibrazione della base caratterizza l'influenza della cedevolezza della base. Il basamento può essere considerato rigido e sufficientemente massiccio se l'ampiezza delle vibrazioni del basamento (in qualsiasi direzione) in prossimità dei piedi o del telaio di supporto della macchina è inferiore a 25% del risultato massimo della misurazione delle vibrazioni ottenuto sul supporto del cuscinetto più vicino (in qualsiasi direzione).
Poiché la massa e la rigidità della base temporanea su cui è installato il ventilatore durante i test in fabbrica possono differire in modo significativo dalle condizioni di installazione nel sito operativo, i valori limite delle condizioni di fabbrica si applicano alle vibrazioni a banda stretta nell'intervallo di frequenze rotazionali e, per i test in loco dei ventilatori, alle vibrazioni a banda larga, che determinano lo stato vibrazionale complessivo della macchina. Il sito operativo è il luogo di installazione finale del ventilatore, per il quale vengono definite le condizioni operative.
Categorie di tifosi (categorie BV)
I ventilatori sono classificati in base alle caratteristiche dell'uso previsto, alle classi di precisione di bilanciamento e ai valori limite dei parametri di vibrazione raccomandati. La progettazione e lo scopo del ventilatore sono criteri che consentono di classificare molti tipi di ventilatori in base ai valori di squilibrio e ai livelli di vibrazione accettabili (categorie BV).
La Tabella 1 presenta le categorie a cui i ventilatori possono essere attribuiti in base alle condizioni di applicazione, considerando i valori di squilibrio e i livelli di vibrazione ammissibili. La categoria del ventilatore è determinata dal produttore.

Tabella 1 - Categorie di ventilatori

Condizioni di applicazione Esempi Consumo di potenza, kW Categoria BV
Spazi residenziali e uffici Ventilatori da soffitto e da soffitta, condizionatori d'aria a finestra ≤ 0.15 BV-1
> 0.15 BV-2
Edifici e locali agricoli Ventilatori per sistemi di ventilazione e condizionamento dell'aria; Ventilatori in apparecchiature in serie ≤ 3.7 BV-2
> 3.7 BV-3
Processi industriali e generazione di energia Ventilatori in spazi chiusi, miniere, convogliatori, caldaie, gallerie del vento, sistemi di pulizia del gas ≤ 300 BV-3
> 300 vedere ISO 10816-3
Trasporto, compresi i natanti marini Ventole su locomotive, camion e vagoni ≤ 15 BV-3
> 15 BV-4
Gallerie Ventilatori per la ventilazione di metropolitane, gallerie e garage ≤ 75 BV-3
> 75 BV-4
Qualsiasi BV-4
Produzione petrolchimica Ventilatori per la rimozione di gas pericolosi e utilizzati in altri processi tecnologici ≤ 37 BV-3
> 37 BV-4
Produzione di chip per computer Ventilatori per la creazione di camere bianche Qualsiasi BV-5
Note
1 Questa norma considera solo i ventilatori con potenza inferiore a 300 kW. La valutazione delle vibrazioni di ventilatori di potenza superiore è conforme alla norma ISO 10816-3. Tuttavia, i motori elettrici di serie possono avere una potenza nominale fino a 355 kW. I ventilatori con tali motori elettrici devono essere accettati secondo la presente norma.
2 La tabella 1 non si applica ai ventilatori assiali leggeri di grande diametro (solitamente da 2800 a 12500 mm) a bassa velocità utilizzati negli scambiatori di calore, nelle torri di raffreddamento, ecc. La classe di precisione di bilanciamento per questi ventilatori dovrebbe essere G16 e la categoria del ventilatore BV-3.
Quando si acquistano i singoli elementi del rotore (ruote o giranti) per la successiva installazione sul ventilatore, si deve seguire la classe di precisione di bilanciamento di questi elementi (vedi tabella 2) e quando si acquista il ventilatore nel suo complesso, si devono considerare anche i risultati dei test di vibrazione in fabbrica (tabella 4) e in loco (tabella 5). Di solito queste caratteristiche sono concordate, quindi la scelta del ventilatore può essere fatta in base alla sua categoria BV.
La categoria stabilita nella tabella 1 è tipica per l'uso normale dei ventilatori, ma in casi giustificati il cliente può richiedere un ventilatore di una categoria BV diversa. Si raccomanda di specificare la categoria BV del ventilatore, la classe di precisione di bilanciamento e i livelli di vibrazione accettabili nel contratto di fornitura dell'apparecchiatura.
È possibile stipulare un accordo separato tra il cliente e il produttore in merito alle condizioni di installazione del ventilatore, in modo che il collaudo in fabbrica del ventilatore assemblato tenga conto delle condizioni di installazione previste sul sito operativo. In assenza di tale accordo, non ci sono restrizioni sul tipo di base (rigida o conforme) per i test di fabbrica.

Bilanciamento del ventilatore

Disposizioni generali
Il produttore del ventilatore è responsabile del bilanciamento dei ventilatori in base al documento normativo pertinente. Questo standard è basato sui requisiti della norma ISO 1940-1. L'equilibratura viene solitamente eseguita su macchine equilibratrici altamente sensibili e appositamente progettate, che consentono una valutazione accurata dello squilibrio residuo.
Classi di precisione del bilanciamento del ventilatore
Le classi di precisione di equilibratura per le ruote dei ventilatori sono applicate in conformità alla tabella 2. Il produttore del ventilatore può eseguire l'equilibratura per diversi elementi del gruppo, che possono includere, oltre alla ruota, l'albero, il giunto, la puleggia, ecc. Inoltre, possono essere necessari bilanciamenti di singoli elementi del gruppo.

Tabella 2 - Classi di precisione del bilanciamento

Categoria dei ventilatori
Classe di precisione dell'equilibratura del rotore (ruota)
BV-1
G16
BV-2
G16
BV-3
G6.3
BV-4
G2.5
BV-5
G1.0
Nota: i ventilatori della categoria BV-1 possono includere ventilatori di piccole dimensioni con peso inferiore a 224 g, per i quali è difficile mantenere la precisione di bilanciamento specificata. In questo caso, l'uniformità della distribuzione della massa rispetto all'asse di rotazione del ventilatore deve essere garantita dalla tecnologia di produzione.

Misura delle vibrazioni del ventilatore

Requisiti di misurazione
Disposizioni generali
Le figure da 1 a 4 mostrano alcuni possibili punti e direzioni di misurazione su ciascun cuscinetto del ventilatore. I valori indicati nella tabella 4 si riferiscono a misure in direzione perpendicolare all'asse di rotazione. Il numero e la posizione dei punti di misura, sia per le prove in fabbrica che per le misure in loco, sono stabiliti a discrezione del produttore o in accordo con il cliente. Si raccomanda di misurare sui cuscinetti dell'albero della ruota del ventilatore (girante). Se ciò non è possibile, il sensore deve essere installato in un punto in cui sia garantito il collegamento meccanico più breve tra il sensore e il cuscinetto. Il sensore non deve essere montato su pannelli non supportati, sull'alloggiamento del ventilatore, su elementi di copertura o su altri punti non direttamente collegati al cuscinetto (i risultati di queste misure possono essere utilizzati, ma non per valutare lo stato vibrazionale del ventilatore, bensì per ottenere informazioni sulle vibrazioni trasmesse al condotto o alla base - vedere ISO 31351 e ISO 5348).
Figura 1. Posizione di un sensore a tre coordinate per un ventilatore assiale montato orizzontalmente
Figura 2. Posizione di un sensore a tre coordinate per un ventilatore radiale a singola aspirazione
Figura 3. Posizione di un sensore a tre coordinate per un ventilatore radiale a doppia aspirazione
Figura 4. Posizione di un sensore a tre coordinate per un ventilatore assiale montato verticalmente
Le misure in direzione orizzontale devono essere eseguite ad angolo retto rispetto all'asse dell'albero. Le misure in direzione verticale devono essere eseguite ad angolo retto rispetto alla direzione di misurazione orizzontale e perpendicolarmente all'albero del ventilatore. Le misure in direzione longitudinale devono essere eseguite parallelamente all'asse dell'albero.
Misure con sensori di tipo inerziale
Tutti i valori di vibrazione specificati in questa norma si riferiscono a misure effettuate con sensori di tipo inerziale, il cui segnale riproduce il movimento dell'alloggiamento del cuscinetto.
I sensori utilizzati possono essere accelerometri o sensori di velocità. Occorre prestare particolare attenzione al corretto fissaggio dei sensori: senza spazi vuoti sulla superficie di supporto, senza oscillazioni e risonanze. Le dimensioni e la massa dei sensori e del sistema di fissaggio non devono essere eccessivamente grandi per evitare variazioni significative della vibrazione misurata. L'errore totale causato dal metodo di fissaggio dei sensori e dalla calibrazione del sistema di misura non deve superare +/- 10% del valore misurato.
Misure con sensori senza contatto
Previo accordo tra l'utente e il produttore, è possibile stabilire i requisiti per lo spostamento massimo consentito dell'albero (vedere ISO 7919-1) all'interno dei cuscinetti radenti. Le misure corrispondenti possono essere effettuate con sensori senza contatto.
In questo caso, il sistema di misura determina lo spostamento della superficie dell'albero rispetto all'alloggiamento del cuscinetto. È ovvio che l'ampiezza consentita degli spostamenti non deve superare il valore del gioco del cuscinetto. Il valore del gioco dipende dalle dimensioni e dal tipo di cuscinetto, dal carico (radiale o assiale) e dalla direzione di misurazione (alcuni cuscinetti hanno un foro ellittico, per cui il gioco in direzione orizzontale è maggiore di quello in direzione verticale). La varietà dei fattori da considerare non consente di stabilire limiti uniformi per lo spostamento dell'albero, ma alcune raccomandazioni sono presentate nella tabella 3. I valori indicati in questa tabella rappresentano un'indicazione di massima per i cuscinetti. I valori indicati in questa tabella rappresentano una percentuale del valore totale del gioco radiale del cuscinetto in ciascuna direzione.
Tabella 3 - Massimo spostamento relativo dell'albero all'interno del cuscinetto
Stato vibrazionale del ventilatore Spostamento massimo consigliato, percentuale del valore del gioco (lungo qualsiasi asse)
Messa in servizio/Stato soddisfacente Meno di 25%
Avvertenze +50%
Spegnimento +70%
1) I valori del gioco radiale e assiale per un determinato cuscinetto devono essere richiesti al fornitore.
I valori indicati tengono conto dei "falsi" spostamenti della superficie dell'albero. Questi "falsi" spostamenti compaiono nei risultati di misura perché, oltre alle vibrazioni dell'albero, anche i runout meccanici influiscono su questi risultati se l'albero è piegato o ha una forma non circolare. Quando si utilizza un sensore senza contatto, i risultati della misurazione includono anche gli spostamenti elettrici determinati dalle proprietà magnetiche ed elettriche del materiale dell'albero nel punto di misurazione. Si ritiene che durante la messa in funzione e il successivo funzionamento normale del ventilatore, l'intervallo della somma degli scarti meccanici ed elettrici nel punto di misurazione non debba superare il più grande dei due valori: 0,0125 mm o 25% del valore di spostamento misurato. I runout vengono determinati facendo ruotare lentamente l'albero (a una velocità compresa tra 25 e 400 giri/min), quando l'effetto delle forze causate dallo squilibrio sul rotore è trascurabile. Per rispettare la tolleranza di deflessione stabilita, può essere necessaria un'ulteriore lavorazione dell'albero. I sensori senza contatto devono essere montati, se possibile, direttamente sull'alloggiamento del cuscinetto.
I valori limite indicati si applicano solo a un ventilatore che funziona in modalità nominale. Se la struttura del ventilatore consente il funzionamento a velocità di rotazione variabile, sono possibili livelli di vibrazione più elevati ad altre velocità a causa dell'inevitabile influenza delle risonanze.
Se il design del ventilatore consente di modificare la posizione delle pale rispetto al flusso d'aria nella bocca di aspirazione, i valori indicati devono essere applicati per condizioni con le pale completamente aperte. Si noti che lo stallo del flusso d'aria, particolarmente evidente a grandi angoli delle pale rispetto al flusso d'aria di aspirazione, può portare a un aumento dei livelli di vibrazione.

Sistema di supporto per i ventilatori

Lo stato vibrazionale dei ventilatori dopo l'installazione viene determinato considerando la rigidità del supporto. Un supporto è considerato rigido se la prima frequenza naturale del sistema "ventilatore - supporto" supera la velocità di rotazione. Di solito, quando è montato su grandi fondamenta di cemento, il supporto può essere considerato rigido, mentre quando è montato su isolatori di vibrazioni - conforme. Un telaio in acciaio, spesso utilizzato per il montaggio dei ventilatori, può appartenere a uno dei due tipi di supporto. In caso di dubbio sul tipo di supporto del ventilatore, si possono eseguire calcoli o test per determinare la prima frequenza naturale del sistema. In alcuni casi, il supporto del ventilatore deve essere considerato rigido in una direzione e cedevole in un'altra.

Limiti di vibrazione del ventilatore consentiti durante i test di fabbrica

I livelli di vibrazione limite indicati nella tabella 4 si applicano ai ventilatori assemblati. Si riferiscono alle misure di velocità di vibrazione a banda stretta sui supporti dei cuscinetti per la frequenza di rotazione utilizzata durante i test di fabbrica.
Tabella 4 - Valori limite di vibrazione durante i test di fabbrica
Categoria dei ventilatori Limite RMS Velocità di vibrazione, mm/s
Supporto rigido Supporto conforme
BV-1 9.0 11.2
BV-2 3.5 5.6
BV-3 2.8 3.5
BV-4 1.8 2.8
BV-5 1.4 1.8
Note
1 Le regole per la conversione delle unità di velocità di vibrazione in unità di spostamento o di accelerazione per le vibrazioni a banda stretta sono specificate nell'Appendice A.
2 I valori di questa tabella si riferiscono al carico nominale e alla frequenza di rotazione nominale del ventilatore che opera in modalità con pale di aspirazione aperte. I valori limite per altre condizioni di carico devono essere concordati tra il produttore e il cliente, ma si raccomanda che non superino i valori della tabella di oltre 1,6 volte.

Limiti di vibrazione del ventilatore consentiti durante i test in loco

Le vibrazioni di qualsiasi ventilatore nel luogo di funzionamento non dipendono solo dalla qualità del bilanciamento. Anche i fattori legati all'installazione, come la massa e la rigidità del sistema di supporto, avranno un'influenza. Pertanto, il produttore del ventilatore non è responsabile del livello di vibrazioni del ventilatore nel sito operativo, a meno che non sia specificato nel contratto.
La Tabella 5 fornisce i valori limite raccomandati (in unità di velocità di vibrazione per le vibrazioni a banda larga sugli alloggiamenti dei cuscinetti) per il normale funzionamento dei ventilatori di varie categorie.

Tabella 5 - Valori limite di vibrazione nel sito operativo

Stato vibrazionale del ventilatore Categoria dei ventilatori Limite RMS Velocità di vibrazione, mm/s
Supporto rigido Supporto conforme
Messa in servizio BV-1 10 11.2
BV-2 5.6 9.0
BV-3 4.5 6.3
BV-4 2.8 4.5
BV-5 1.8 2.8
Avvertenze BV-1 10.6 14.0
BV-2 9.0 14.0
BV-3 7.1 11.8
BV-4 4.5 7.1
BV-5 4.0 5.6
Spegnimento BV-1 __1) __1)
BV-2 __1) __1)
BV-3 9.0 12.5
BV-4 7.1 11.2
BV-5 5.6 7.1
1) Il livello di spegnimento per i ventilatori delle categorie BV-1 e BV-2 è stabilito in base all'analisi a lungo termine dei risultati delle misure di vibrazione.
Le vibrazioni dei nuovi ventilatori messi in funzione non dovrebbero superare il livello di "messa in funzione". Man mano che il ventilatore funziona, si prevede che il suo livello di vibrazione aumenti a causa dei processi di usura e dell'effetto cumulativo dei fattori di influenza. Questo aumento delle vibrazioni è generalmente naturale e non deve destare preoccupazione fino a quando non raggiunge il livello di "allarme".
Quando si raggiunge il livello di vibrazioni "di avvertimento", è necessario indagare sulle cause dell'aumento delle vibrazioni e determinare le misure per ridurle. Il funzionamento del ventilatore in questo stato deve essere monitorato costantemente e limitato al tempo necessario per identificare le misure per eliminare le cause dell'aumento delle vibrazioni.
Se il livello di vibrazioni raggiunge il livello di "spegnimento", è necessario adottare immediatamente misure per eliminare le cause dell'aumento delle vibrazioni, altrimenti il ventilatore deve essere fermato. Il ritardo nel riportare il livello di vibrazioni a un livello accettabile può causare danni ai cuscinetti, crepe nel rotore e nei punti di saldatura dell'alloggiamento del ventilatore, con conseguente distruzione del ventilatore.
Quando si valuta lo stato vibrazionale del ventilatore, è essenziale monitorare le variazioni dei livelli di vibrazione nel tempo. Un cambiamento improvviso del livello di vibrazione indica la necessità di un'ispezione immediata del ventilatore e di misure di manutenzione. Quando si monitorano le variazioni delle vibrazioni, non si devono considerare i processi transitori causati, ad esempio, dalla sostituzione del lubrificante o dalle procedure di manutenzione.

L'influenza della procedura assembleare

Oltre alle ruote, i ventilatori includono altri elementi rotanti che possono influenzare il livello di vibrazioni del ventilatore: pulegge di trasmissione, cinghie, giunti, rotori del motore o altri dispositivi di azionamento. Se le condizioni dell'ordine richiedono la fornitura del ventilatore senza dispositivo di azionamento, potrebbe essere poco pratico per il produttore condurre test di assemblaggio per determinare i livelli di vibrazione. In questo caso, anche se il produttore ha bilanciato la ruota del ventilatore, non c'è certezza che il ventilatore funzioni senza problemi finché l'albero del ventilatore non viene collegato all'azionamento e l'intera macchina non viene testata per verificare le vibrazioni durante la messa in servizio.
Di solito, dopo il montaggio, è necessaria un'ulteriore equilibratura per ridurre il livello di vibrazioni a un livello accettabile. Per tutti i nuovi ventilatori delle categorie BV-3, BV-4 e BV-5, si raccomanda di misurare le vibrazioni della macchina assemblata prima della messa in funzione. In questo modo si stabilirà una linea di base e si delineeranno le ulteriori misure di manutenzione.
I produttori di ventilatori non sono responsabili dell'impatto sulle vibrazioni delle parti del convertitore di frequenza installate dopo il collaudo in fabbrica.

Strumenti di misura e calibrazione delle vibrazioni

Strumenti di misura
Gli strumenti di misura e le macchine di equilibratura utilizzati devono essere verificati e soddisfare i requisiti del compito. L'intervallo tra le verifiche è determinato dalle raccomandazioni del produttore degli strumenti di misura (test). Le condizioni degli strumenti di misura devono garantire il loro normale funzionamento per tutto il periodo di prova.
Il personale che lavora con gli strumenti di misura deve avere competenze ed esperienza sufficienti per individuare potenziali malfunzionamenti e deterioramenti della qualità degli strumenti di misura.
Calibrazione
Tutti gli strumenti di misura devono essere calibrati secondo gli standard. La complessità della procedura di taratura può variare da una semplice ispezione fisica alla taratura dell'intero sistema. Le masse correttive utilizzate per determinare lo squilibrio residuo secondo la norma ISO 1940-1 possono essere utilizzate anche per calibrare gli strumenti di misura.

Documentazione

Bilanciamento
Su richiesta, se previsto dalle condizioni contrattuali, è possibile fornire al cliente un rapporto di prova di bilanciamento del ventilatore, che si raccomanda di includere le seguenti informazioni:
- Nome del produttore della macchina di bilanciamento, numero di modello;
- Tipo di installazione del rotore: tra supporti o a sbalzo;
- Metodo di bilanciamento: statico o dinamico;
- Massa delle parti rotanti del gruppo rotore;
- Sbilanciamento residuo in ciascun piano di correzione;
- Sbilanciamento residuo ammissibile in ciascun piano di correzione;
- Classe di precisione di bilanciamento;
- Criteri di accettazione: accettato/rifiutato;
- Certificato di bilanciamento (se necessario).
Vibrazioni
Su richiesta, se previsto dalle condizioni contrattuali, è possibile fornire al cliente un rapporto di prova delle vibrazioni del ventilatore, che si raccomanda di includere le seguenti informazioni:
- Strumenti di misurazione utilizzati;
- Metodo di fissaggio del sensore di vibrazione;
- Parametri operativi del ventilatore (flusso d'aria, pressione, potenza);
- Frequenza di rotazione del ventilatore;
- Tipo di supporto: rigido o conforme;
- Vibrazioni misurate:
1) Posizioni del sensore di vibrazione e assi di misura,
2) Unità di misura e livelli di riferimento delle vibrazioni,
3) Gamma di frequenza di misura (banda di frequenza stretta o larga);
- Livelli di vibrazione consentiti;
- Livelli di vibrazione misurati;
- Criteri di accettazione: accettato/rifiutato;
- Certificato del livello di vibrazioni (se necessario).

METODI DI BILANCIAMENTO DEI VENTILATORI SU UNA MACCHINA EQUILIBRATRICE

B.1. Ventilatore ad azionamento diretto
B.1.1. Disposizioni generali
La ruota del ventilatore, montata direttamente sull'albero del motore durante il montaggio, deve essere bilanciata secondo la stessa regola per tenere conto dell'effetto della cava di chiavetta come per l'albero del motore.
I motori degli anni precedenti potevano essere bilanciati utilizzando una cava per chiavetta completa. Attualmente, gli alberi dei motori vengono equilibrati con una mezza chiavetta, come prescritto dalla norma ISO 31322, e contrassegnati con la lettera H (vedere ISO 31322).
B.1.2. Motori bilanciati con una cava completa
La ruota della ventola, montata sull'albero motore bilanciato con una cava per chiavetta completa, deve essere bilanciata senza chiavetta su un perno conico.
B.1.3. Motori bilanciati con mezza chiave
Per la ruota del ventilatore montata sull'albero del motore e bilanciata con una mezza via, sono possibili le seguenti opzioni:
a) se la ruota ha un mozzo in acciaio, dopo l'equilibratura praticare una cava per la chiavetta;
b) bilanciamento su un perno conico con una mezza chiave inserita nella cava della chiave;
c) bilanciare su un perno con una o più sedi per chiavetta (vedere B.3), utilizzando chiavi piene.
B.2. Ventilatori azionati da un altro albero
Se possibile, tutti gli elementi rotanti, compresi l'albero e la puleggia del ventilatore, devono essere bilanciati come un'unica unità. Se ciò non è possibile, l'equilibratura deve essere eseguita su un perno (vedere B.3) utilizzando la stessa regola di contabilizzazione delle chiavette dell'albero.
B.3. Arbor
Il perno su cui viene montata la ruota del ventilatore durante l'equilibratura deve soddisfare i seguenti requisiti:
a) essere il più leggeri possibile;
b) essere in uno stato di equilibrio, garantito da una manutenzione adeguata e da ispezioni regolari;
c) essere preferibilmente conico per ridurre gli errori associati all'eccentricità, derivanti dalle tolleranze delle dimensioni del foro del mozzo e del perno. Se il perno è conico, nei calcoli dello squilibrio si deve tenere conto della posizione reale dei piani di correzione rispetto ai cuscinetti.
Se è necessario utilizzare un perno cilindrico, questo deve essere dotato di una cava per chiavetta, nella quale viene inserita una chiavetta piena per trasmettere la coppia dal perno alla ruota a ventola.
Un'altra opzione è quella di tagliare due sedi per le chiavette alle estremità opposte del diametro dell'albero, consentendo l'uso del metodo di bilanciamento inverso. Questo metodo prevede i seguenti passaggi. Innanzitutto, si misura lo squilibrio della ruota inserendo una chiave intera in una cava e una mezza chiave nell'altra. Ruotare quindi la ruota di 180° rispetto al perno e misurare nuovamente lo squilibrio. La differenza tra i due valori di squilibrio è dovuta allo squilibrio residuo del perno e del giunto cardanico. Per ottenere il vero valore di squilibrio del rotore, prendere la metà della differenza di queste due misure.

FONTI DI VIBRAZIONE DEI VENTILATORI

Le fonti di vibrazione all'interno del ventilatore sono molteplici e le vibrazioni a determinate frequenze possono essere direttamente collegate a specifiche caratteristiche progettuali della macchina. Questa appendice tratta solo le fonti di vibrazione più comuni osservate nella maggior parte dei ventilatori. La regola generale è che qualsiasi allentamento del sistema di supporto provoca un deterioramento dello stato vibrazionale del ventilatore.

Squilibrio del ventilatore

Questa è la fonte primaria di vibrazioni del ventilatore; è caratterizzata dalla presenza di una componente di vibrazione alla frequenza di rotazione (prima armonica). La causa dello squilibrio è che l'asse della massa rotante è eccentrico o angolato rispetto all'asse di rotazione. Ciò può essere causato da una distribuzione non uniforme della massa, dalla somma delle tolleranze sulle dimensioni del foro del mozzo e dell'albero, dalla flessione dell'albero o da una combinazione di questi fattori. Le vibrazioni causate dallo squilibrio agiscono principalmente in direzione radiale.
La flessione temporanea dell'albero può derivare da un riscaldamento meccanico non uniforme - dovuto all'attrito tra elementi rotanti e stazionari - o dalla natura elettrica. La flessione permanente può derivare da variazioni delle proprietà del materiale o dal disallineamento dell'albero e della ventola quando il ventilatore e il motore sono montati separatamente.
Durante il funzionamento, lo squilibrio della ruota del ventilatore può aumentare a causa del deposito di particelle dall'aria. Quando si opera in un ambiente aggressivo, lo squilibrio può derivare dall'erosione o dalla corrosione della ruota.
Lo squilibrio può essere corretto con un'ulteriore equilibratura nei piani appropriati, ma prima di eseguire la procedura di equilibratura è necessario identificare ed eliminare le fonti di squilibrio e controllare la stabilità vibrazionale della macchina.

Disallineamento del ventilatore e del motore

Questo difetto può verificarsi quando gli alberi del motore e del ventilatore sono collegati tramite una trasmissione a cinghia o un giunto flessibile. Il disallineamento può essere talvolta identificato dalle componenti caratteristiche della frequenza di vibrazione, di solito la prima e la seconda armonica della frequenza di rotazione. In caso di disallineamento parallelo degli alberi, la vibrazione si verifica principalmente in direzione radiale, mentre se gli alberi si intersecano ad angolo, la vibrazione longitudinale può diventare dominante.
Se gli alberi sono collegati ad angolo e si utilizzano giunti rigidi, le forze alternate iniziano ad agire nella macchina, causando una maggiore usura degli alberi e dei giunti. Questo effetto può essere ridotto in modo significativo utilizzando giunti flessibili.

Vibrazioni del ventilatore dovute all'eccitazione aerodinamica

L'eccitazione delle vibrazioni può essere causata dall'interazione della ruota del ventilatore con elementi stazionari del progetto, come pale di guida, motore o supporti, da valori di distanza non corretti o da strutture di aspirazione e scarico dell'aria non correttamente progettate. Una caratteristica di queste fonti è il verificarsi di vibrazioni periodiche associate alla frequenza di rotazione della ruota, sullo sfondo di fluttuazioni casuali nell'interazione delle pale della ruota con l'aria. Le vibrazioni possono essere osservate alle armoniche di frequenza delle pale, che sono il prodotto della frequenza di rotazione della ruota e del numero di pale della ruota.
L'instabilità aerodinamica del flusso d'aria, causata dal suo stallo dalla superficie della pala e dalla conseguente formazione di vortici, provoca vibrazioni a banda larga, la cui forma dello spettro cambia a seconda del carico del ventilatore.
Il rumore aerodinamico è caratterizzato dal fatto che non è correlato alla frequenza di rotazione della ruota e può verificarsi a subarmoniche della frequenza di rotazione (cioè a frequenze inferiori alla frequenza di rotazione). In questo caso, si possono osservare vibrazioni significative dell'alloggiamento del ventilatore e dei condotti.
Se il sistema aerodinamico del ventilatore non è adeguato alle sue caratteristiche, possono verificarsi impatti bruschi. Questi impatti sono facilmente distinguibili all'orecchio e vengono trasmessi come impulsi al sistema di supporto del ventilatore.
Se le cause sopra citate portano alla vibrazione della pala, la sua natura può essere indagata installando dei sensori in diverse parti della struttura.

Vibrazioni del ventilatore dovute a vortici nello strato d'olio

I vortici che possono verificarsi nello strato di lubrificazione dei cuscinetti scorrevoli si osservano a una frequenza caratteristica leggermente inferiore alla frequenza di rotazione del rotore, a meno che il ventilatore non funzioni a una velocità superiore alla prima critica. In quest'ultimo caso, l'instabilità del cuneo d'olio si osserva alla prima velocità critica, e talvolta questo effetto viene chiamato vortice risonante.

Fonti di vibrazioni dei ventilatori di natura elettrica

Un riscaldamento non uniforme del rotore del motore può provocarne la flessione, con conseguente squilibrio (che si manifesta alla prima armonica).
Nel caso di un motore asincrono, la presenza di un componente a una frequenza pari alla frequenza di rotazione moltiplicata per il numero di piatti del rotore indica difetti relativi ai piatti dello statore e, viceversa, componenti a una frequenza pari alla frequenza di rotazione moltiplicata per il numero di piatti del rotore indicano difetti relativi ai piatti del rotore.
Molti componenti di vibrazione di natura elettrica sono caratterizzati dalla loro immediata scomparsa quando l'alimentazione viene disattivata.

Vibrazioni del ventilatore dovute all'eccitazione della trasmissione a cinghia

In generale, i problemi legati alle trasmissioni a cinghia sono di due tipi: quando il funzionamento della trasmissione è influenzato da difetti esterni e quando i difetti si trovano nella cinghia stessa.
Nel primo caso, anche se la cinghia vibra, ciò è dovuto a forze forzanti provenienti da altre fonti, quindi la sostituzione della cinghia non produrrà i risultati desiderati. Le fonti comuni di tali forze sono lo squilibrio del sistema di trasmissione, l'eccentricità della puleggia, il disallineamento e i collegamenti meccanici allentati. Pertanto, prima di sostituire le cinghie, è necessario eseguire un'analisi delle vibrazioni per identificare la fonte di eccitazione.
Se i nastri rispondono a forze esterne, la loro frequenza di vibrazione sarà molto probabilmente uguale alla frequenza di eccitazione. In questo caso, la frequenza di eccitazione può essere determinata con una lampada stroboscopica, regolandola in modo che il nastro appaia fermo alla luce della lampada.
Nel caso di una trasmissione a più cinghie, una tensione diseguale della cinghia può portare a un aumento significativo delle vibrazioni trasmesse.
I casi in cui le fonti di vibrazione sono le cinghie stesse sono legati ai loro difetti fisici: crepe, punti duri e morbidi, sporcizia sulla superficie della cinghia, mancanza di materiale sulla superficie, ecc. Nel caso delle cinghie trapezoidali, le variazioni di larghezza causano la salita e la discesa della cinghia dalla pista della puleggia, generando vibrazioni dovute alla variazione della sua tensione.
Se la fonte di vibrazione è la cinghia stessa, le frequenze di vibrazione sono solitamente le armoniche della frequenza di rotazione della cinghia. In un caso specifico, la frequenza di eccitazione dipenderà dalla natura del difetto e dal numero di pulegge, compresi i tenditori.
In alcuni casi, l'ampiezza delle vibrazioni può essere instabile. Ciò è particolarmente vero per i convertitori di frequenza a più cinghie.
I difetti meccanici ed elettrici sono fonti di vibrazioni, che successivamente si trasformano in rumore aereo. Il rumore meccanico può essere associato allo sbilanciamento di ventilatori o motori, al rumore dei cuscinetti, all'allineamento degli assi, alle vibrazioni delle pareti dei condotti e dei pannelli di alloggiamento, alle vibrazioni delle pale delle serrande, alle vibrazioni di pale, serrande, tubi e supporti, nonché alla trasmissione di vibrazioni meccaniche attraverso la struttura. Il rumore elettrico è legato a varie forme di conversione dell'energia elettrica: 1) le forze magnetiche sono determinate dalla densità del flusso magnetico, dal numero e dalla forma dei poli e dalla geometria del traferro; 2) il rumore elettrico casuale è determinato da spazzole, archi elettrici, scintille, ecc.
Il rumore aerodinamico può essere associato alla formazione di vortici, alle pulsazioni di pressione, alla resistenza dell'aria, ecc. e può avere una natura sia a banda larga che a banda stretta. Il rumore a banda larga può essere causato da: a) pale, smorzatori e altri ostacoli nel percorso del flusso d'aria; b) rotazione del ventilatore nel suo complesso, cinghie, fenditure, ecc. Il rumore a banda stretta può essere causato da: a) risonanze (effetto canna d'organo, vibrazioni di corde, pannelli, vibrazioni di elementi strutturali, ecc.); b) formazione di vortici su spigoli vivi (eccitazione di colonne d'aria); c) rotazioni (effetto sirena, fenditure, fori, asole su parti rotanti).
Gli impatti creati dal contatto tra i vari elementi meccanici della struttura producono un rumore simile a quello prodotto da un colpo di martello, un rullo di tuono, una cassa vuota che risuona, ecc. I rumori di impatto possono essere uditi dall'urto dei denti degli ingranaggi e dai battiti delle cinghie difettose. Gli impulsi d'urto possono essere così fugaci che per distinguere gli impulsi d'urto periodici dai processi transitori è necessaria una speciale apparecchiatura di registrazione ad alta velocità. Nell'area in cui si verificano molti impulsi di impatto, la sovrapposizione dei loro picchi crea un effetto di ronzio costante.

Dipendenza delle vibrazioni dal tipo di supporto del ventilatore

La scelta corretta del supporto o della fondazione del ventilatore è necessaria per un funzionamento regolare e senza problemi. Per garantire l'allineamento dei componenti rotanti durante l'installazione del ventilatore, del motore e di altri dispositivi di azionamento, si utilizza un telaio in acciaio o una base in cemento armato. A volte il tentativo di risparmiare sulla costruzione del supporto porta all'incapacità di mantenere l'allineamento richiesto dei componenti della macchina. Ciò è particolarmente inaccettabile quando le vibrazioni sono sensibili alle variazioni di allineamento, soprattutto nel caso di macchine costituite da parti separate collegate da elementi di fissaggio metallici.
Anche le fondamenta su cui poggia la base possono influenzare le vibrazioni del ventilatore e del motore. Se la frequenza naturale della fondazione è vicina alla frequenza di rotazione del ventilatore o del motore, la fondazione risuonerà durante il funzionamento del ventilatore. Questo può essere rilevato misurando le vibrazioni in diversi punti della fondazione, del pavimento circostante e dei supporti del ventilatore. Spesso, in condizioni di risonanza, la componente verticale della vibrazione supera notevolmente quella orizzontale. Le vibrazioni possono essere smorzate rendendo più rigida la fondazione o aumentandone la massa. Anche se lo squilibrio e il disallineamento vengono eliminati, consentendo di ridurre le forze di forzatura, possono ancora esistere condizioni preliminari di vibrazione significative. Ciò significa che se il ventilatore, insieme al suo supporto, è vicino alla risonanza, il raggiungimento di valori di vibrazione accettabili richiederà un bilanciamento più preciso e un allineamento dell'albero più accurato di quelli tipicamente richiesti per queste macchine. Questa situazione è indesiderabile e dovrebbe essere evitata aumentando la massa e/o la rigidità del supporto o del blocco di cemento.

Guida al monitoraggio delle condizioni di vibrazione e alla diagnostica

Il principio principale del monitoraggio delle condizioni delle vibrazioni delle macchine (di seguito denominate condizioni) consiste nell'osservare i risultati delle misurazioni opportunamente pianificate per identificare una tendenza all'aumento dei livelli di vibrazione e considerarla dal punto di vista dei potenziali problemi. Il monitoraggio è applicabile in situazioni in cui il danno si sviluppa lentamente e il deterioramento delle condizioni del meccanismo si manifesta attraverso segni fisici misurabili.
Le vibrazioni dei ventilatori, derivanti dallo sviluppo di difetti fisici, possono essere monitorate a determinati intervalli e, quando viene rilevato un aumento del livello di vibrazione, è possibile aumentare la frequenza di osservazione e condurre un'analisi dettagliata delle condizioni. In questo caso, le cause delle variazioni di vibrazione possono essere identificate sulla base dell'analisi della frequenza di vibrazione, che consente di determinare le misure necessarie e di pianificarne l'attuazione molto prima che il danno diventi grave. Di solito, le misure sono considerate necessarie quando il livello di vibrazioni aumenta di 1,6 volte o di 4 dB rispetto al livello di base.
Il programma di monitoraggio delle condizioni è costituito da diverse fasi, che possono essere sinteticamente formulate come segue:
a) identificare le condizioni del ventilatore e determinare il livello di vibrazione di base (può differire dal livello ottenuto durante i test di fabbrica a causa di diversi metodi di installazione, ecc;)
b) selezionare i punti di misura delle vibrazioni;
c) determinare la frequenza di osservazione (misurazione);
d) stabilire la procedura di registrazione delle informazioni;
e) determinare i criteri di valutazione dello stato vibrazionale del ventilatore, i valori limite per le vibrazioni assolute e le variazioni di vibrazione, riassumere l'esperienza di funzionamento di macchine simili.
Poiché i ventilatori funzionano tipicamente senza problemi a velocità che non si avvicinano a quella critica, il livello di vibrazioni non dovrebbe cambiare in modo significativo con lievi variazioni di velocità o di carico, ma è importante notare che quando il ventilatore funziona con velocità di rotazione variabile, i valori limite di vibrazione stabiliti si applicano alla massima velocità di rotazione operativa. Se la velocità massima di rotazione non può essere raggiunta entro il limite di vibrazione stabilito, ciò può indicare la presenza di un problema serio e richiedere un'indagine speciale.
Alcune raccomandazioni diagnostiche fornite nell'Appendice C si basano sull'esperienza di funzionamento dei ventilatori e sono destinate all'applicazione sequenziale quando si analizzano le cause dell'aumento delle vibrazioni.
Per valutare qualitativamente le vibrazioni di un ventilatore specifico e determinare le linee guida per ulteriori azioni, è possibile utilizzare i limiti delle zone di condizione di vibrazione stabiliti dalla norma ISO 10816-1.
Si prevede che per i nuovi ventilatori i livelli di vibrazione siano inferiori ai valori limite indicati nella tabella 3. Questi valori corrispondono al limite della zona A della condizione di vibrazione secondo la norma ISO 10816-1. Questi valori corrispondono al limite della zona A della condizione di vibrazione secondo la norma ISO 10816-1. I valori raccomandati per i livelli di allarme e di spegnimento sono stabiliti in base all'analisi delle informazioni raccolte su tipi specifici di ventilatori.
INFORMAZIONI SULLA CONFORMITÀ
NORME INTERNAZIONALI DI RIFERIMENTO UTILIZZATE COME RIFERIMENTI NORMATIVI NELLA PRESENTE NORMA
Tabella H.1
Designazione della norma interstatale di riferimento
Designazione e titolo della norma internazionale di riferimento e designazione condizionata del suo grado di conformità alla norma interstatale di riferimento
ISO 1940-1-2007
ISO 1940-1:1986. Vibrazioni. Requisiti per la qualità di bilanciamento dei rotori rigidi. Parte 1. Determinazione dello sbilanciamento ammissibile (IDT)
ISO 5348-2002
ISO 5348:1999. Vibrazioni e urti. Montaggio meccanico degli accelerometri (IDT)
ISO 7919-1-2002
ISO 7919-1:1996. Vibrazioni di macchine non ricircolanti. Misure su alberi rotanti e criteri di valutazione. Parte 1. Linee guida generali (IDT)
ISO 10816-1-97
ISO 10816-1:1995. Vibrazioni. Valutazione delle condizioni della macchina mediante misure di vibrazione su parti non rotanti. Parte 1. Linee guida generali (IDT)
ISO 10816-3-2002
ISO 10816-3:1998. Vibrazioni. Valutazione delle condizioni della macchina mediante misure di vibrazione su parti non rotanti. Parte 3. Macchine industriali con potenza nominale superiore a 15 kW e velocità nominali da 120 a 15000 giri/min, misure in situ (IDT)
ISO 10921-90
ISO 5801:1997. Ventilatori industriali. Test delle prestazioni con condotti standardizzati (NEQ)
ISO 19534-74
ISO 1925:2001. Vibrazioni. Bilanciamento. Vocabolario (NEQ)
ISO 24346-80
ISO 2041:1990. Vibrazioni e urti. Vocabolario (NEQ)
ISO 31322-2006 (ISO 8821:1989)
ISO 8821:1989. Vibrazioni. Bilanciamento. Linee guida per la considerazione dell'effetto chiavetta nella bilanciatura di alberi e parti montate (MOD)
ISO 31351-2007 (ISO 14695:2003)
ISO 14695:2003. Ventilatori industriali. Metodi di misurazione delle vibrazioni (MOD)
Nota: nella presente tabella vengono utilizzate le seguenti denominazioni condizionali del grado di conformità dello standard: IDT - standard identici;
Categorie: EsempioGiranti

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