Comprensione dei difetti delle ventole assiali
Definizione: Cosa sono i difetti delle ventole assiali?
Difetti della ventola assiale sono problemi specifici dei ventilatori assiali in cui l'aria scorre parallelamente all'asse dell'albero attraverso un rotore a forma di elica. Questi difetti includono errori nell'angolo di passo delle pale, degradazione del gioco delle punte, pale fatica e cricche, guasti al fissaggio del mozzo, stallo rotante e risonanze aerodinamiche. I ventilatori assiali differiscono dai ventilatori centrifughi per il percorso del flusso e la distribuzione della forza, rendendoli suscettibili a modalità di guasto specifiche legate alla torsione delle pale, ai flussi di dispersione alle estremità e alle variazioni di spinta assiale.
I ventilatori assiali sono comuni nei sistemi HVAC, nelle torri di raffreddamento, nei ventilatori di tiraggio delle centrali elettriche e nella ventilazione industriale. Il loro grande diametro e le pale relativamente leggere li rendono particolarmente sensibili alla fatica indotta dalle vibrazioni e alle instabilità aerodinamiche.
Difetti specifici della ventola assiale
1. Problemi di inclinazione e angolazione delle pale
Impostazione del tono errata
- Ventilatori a passo regolabile: Angolo della lama regolabile per la messa a punto delle prestazioni
- Disadattamento: Lame impostate su un angolo sbagliato per le condizioni operative
- Effetti: Scarse prestazioni, forti vibrazioni, tendenza allo stallo
- Impostazione non uniforme: Lame ad angoli diversi che creano squilibrio
Deformazione della torsione della lama
- Pale permanentemente attorcigliate da carichi aerodinamici o centrifughi
- Modifica gli angoli di flusso, influisce sulle prestazioni
- Può creare squilibrio se la torsione è asimmetrica
- Distorsione termica dovuta ai gradienti di temperatura
2. Problemi di spazio libero sulla punta
Importanza critica nei ventilatori assiali
- Perdita di flusso sulle punte delle pale (vortici di punta)
- Efficienza molto sensibile alla distanza della punta
- Ogni aumento di 1% nella clearance comporta una perdita di efficienza di ~1-2%
- Influisce sulle vibrazioni e sulle prestazioni acustiche
Spazio eccessivo
- Cause: Usura, distorsione dell'alloggiamento, flessione della lama, crescita termica
- Effetti: Perdita di prestazioni, aumento della forza del vortice della punta, vibrazioni
- Tipico Nuovo: 0,5-1,5% di apertura della pala
- Azione necessaria: > 3% di span indica sostituzione o ricostruzione
Sfregamenti sulle punte
- Le punte delle lame entrano in contatto con l'alloggiamento
- Da eccessivo vibrazione, crescita termica o disallineamento
- Crea rumore, vibrazioni, danni alla lama
- Segni di usura visibili sulle punte delle lame e sull'alloggiamento
3. Difetti strutturali della lama
crepe da fatica
- Posizione: Radice della pala (attacco al mozzo), bordo d'attacco
- Causa: Carichi aerodinamici alternati, vibrazioni, risonanza
- Rilevamento: Ispezione con liquidi penetranti, particelle magnetiche o ultrasuoni
- Criticità: Può portare alla liberazione della lama
Guasti all'attacco della lama
- Saldature che si rompono nella giunzione pala-mozzo
- Attacchi imbullonati che si allentano
- Crepe del filetto di radice
- Guasto progressivo se non rilevato
4. Instabilità aerodinamiche
Stallo rotante
- Separazione del flusso su alcune lame che ruotano attorno all'anello
- Vibrazione sub-sincrona (velocità del rotore 0,2-0,5×)
- Si verifica a basso flusso o alta resistenza di ingresso
- Può essere violento e danneggiare le lame
Svolazzare
- Vibrazione autoeccitata della pala da accoppiamento aeroelastico
- Il movimento della lama influenza il flusso d'aria, il flusso d'aria influenza il movimento della lama
- Frequenza alla frequenza naturale della pala
- Può causare un rapido guasto della lama
- Raro ma catastrofico quando si verifica
Firme di vibrazione
Frequenza di passaggio della lama
- Calcolo: BPF = Numero di lame × RPM / 60
- Ventilatori assiali: BPF spesso prominente (più alto dei ventilatori centrifughi)
- Ampiezza elevata: Problemi di gioco della punta, danni alla lama, problemi di flusso
- Armoniche: Più armoniche BPF indicano problemi di lama o di flusso
Sbilanciare
- Da accumulo di lame, erosione o non uniformità dell'angolo di inclinazione
- 1× componente di vibrazione
- Correggibile tramite bilanciamento con pesi montati sulla lama
Vibrazioni legate allo stallo
- Componenti sub-sincrone (0,2-0,5×)
- Ampiezza casuale e fluttuante
- Aumento del rumore a banda larga
- Scompare quando il flusso aumenta
Rilevamento e monitoraggio
Analisi delle vibrazioni
- Monitoraggio delle vibrazioni dei cuscinetti standard
- Andamento dell'ampiezza BPF
- Cercare componenti sub-sincroni (stallo)
- Misurazione delle vibrazioni assiali (variazioni di spinta)
Monitoraggio delle prestazioni
- Misurazione del flusso d'aria (metodo della differenza di pressione)
- Tendenze del consumo energetico
- Calcolo dell'efficienza
- Confronta con le prestazioni di progettazione/baseline
Ispezione
- Ispezione visiva della lama per crepe, erosione, corrosione
- Verifica dell'angolo di inclinazione della pala
- Misurazione della distanza della punta
- Ispezione del mozzo e del punto di attacco
- NDT per il rilevamento di crepe nei ventilatori critici
Manutenzione e correzione
Manutenzione della lama
- Pulisci i residui dalle lame (e riequilibrale)
- Riparare piccoli danni da erosione/corrosione
- Sostituire le lame incrinate o gravemente danneggiate
- Verificare che tutte le pale abbiano lo stesso angolo di inclinazione
- Controllare e serrare i bulloni di fissaggio della lama
Restauro della liquidazione
- Aggiungere anelli di protezione o guarnizioni di punta se il gioco è eccessivo
- Ricostruire l'alloggiamento per ridurre il diametro
- Sostituire la ventola se economicamente giustificato
Controllo del punto operativo
- Regolare la resistenza del sistema per far funzionare la ventola vicino al punto di progettazione
- Controllo della velocità variabile per un abbinamento ottimale
- Evitare il funzionamento nella zona di stallo
- Controllo della valvola di aspirazione o della serranda per la riduzione della portata
I difetti delle ventole assiali combinano i problemi standard delle macchine rotanti con fenomeni aerodinamici specifici delle macchine a flusso assiale. La comprensione dei problemi strutturali delle pale, della criticità del gioco in punta e delle instabilità aerodinamiche come lo stallo rotante, combinata con un adeguato monitoraggio delle vibrazioni e test delle prestazioni, consente il funzionamento affidabile di queste essenziali macchine per la movimentazione dell'aria nelle applicazioni industriali.
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