Comprensione delle classificazioni dei gradi di bilanciamento
Definizione: Che cos'è un grado di bilanciamento?
A grado di bilanciamento (chiamato anche grado di qualità dell'equilibrio o Grado G) è un sistema di classificazione standardizzato che specifica la qualità di bilanciamento richiesta per diversi tipi di macchinari rotanti. Definito principalmente da ISO 21940-11 standard (precedentemente ISO 1940-1), i gradi di bilanciamento classificano le apparecchiature in base alle loro caratteristiche operative e assegnano appropriati tolleranze di bilanciamento.
Il sistema di classificazione garantisce che tutte le parti interessate (produttori, tecnici di manutenzione e utenti finali) operino secondo standard coerenti e riconosciuti a livello internazionale quando specificano e verificano la qualità del bilanciamento del rotore.
Il sistema G-Grade
I gradi di bilanciamento sono designati come "G" seguito da un valore numerico, come G 2,5, G 6,3 o G 16. Il numero rappresenta il prodotto del residuo ammissibile sbilanciare eccentricità (in millimetri) e velocità angolare (in radianti al secondo). In termini più semplici, rappresenta la velocità di vibrazione ammissibile in mm/s.
Principio chiave
Numeri G più bassi indicano requisiti di bilanciamento più rigorosi (minore squilibrio residuo ammissibile), mentre numeri G più alti consentono un maggiore squilibrio residuo. Il sistema riconosce che diversi tipi di apparecchiature hanno esigenze di qualità del bilanciamento molto diverse in base alla velocità, alla massa, all'applicazione e all'ambiente operativo.
Gradi di bilanciamento comuni e loro applicazioni
La norma ISO 21940-11 definisce i gradi da G 0,4 (massima precisione) a G 4000 (minima precisione). Ecco i gradi più comunemente riscontrati:
G 0.4 – Precisione ultra elevata
Applicazioni:
- Mandrini per rettificatrici
- Giroscopi
- Apparecchiature di misura di precisione
Caratteristiche: Richiede attrezzature di bilanciamento specializzate e ambienti controllati. Solitamente eseguito in officine specializzate per il bilanciamento di precisione.
G 1.0 – Alta precisione
Applicazioni:
- Mandrini per macchine utensili ad alta precisione
- Turbocompressori
- Centrifughe ad alta velocità
- Unità disco per computer
Caratteristiche: Richiede un attento controllo di tutti i parametri di bilanciamento e una strumentazione di alta qualità.
G 2.5 – Precisione industriale
Applicazioni:
- Turbine a gas e a vapore
- Rotori rigidi del turbogeneratore
- Compressori
- Azionamenti per macchine utensili
- Motori elettrici di medie e grandi dimensioni (con requisiti speciali)
- Separatori centrifughi
Caratteristiche: Standard per apparecchiature industriali di alta qualità e ad alta velocità. Raggiungibile con buone bilanciamento del campo pratiche.
G 6.3 – Industriale generale (più comune)
Applicazioni:
- Motori elettrici per uso generale
- Macchinari per l'industria di processo
- pompe centrifughe
- Ventilatori e soffiatori
- Riduttori
- Rotori per macchinari generali
- Compressori a media velocità
Caratteristiche: Grado "standard" per la maggior parte dei macchinari industriali. Rappresenta un buon equilibrio tra realizzabilità e prestazioni. Facilmente realizzabile con attrezzature di bilanciamento portatili.
G 16 – Industriale pesante
Applicazioni:
- Alberi di trasmissione (alberi di trasmissione, alberi cardanici)
- Motori diesel multicilindrici con sei o più cilindri
- Frantoi
- Macchine agricole
- Singoli componenti dei motori
Caratteristiche: Adatto per apparecchiature robuste e a bassa velocità, dove la tolleranza alle vibrazioni è maggiore.
G 40 e superiori – Industriale molto pesante
Applicazioni:
- Motori diesel a quattro cilindri (G 40)
- Macchinari a bassa velocità montati rigidamente
- Attrezzatura molto grande e a rotazione lenta
Caratteristiche: Applicato ad apparecchiature di grandi dimensioni e a bassa velocità, in cui un bilanciamento ad alta precisione non è giustificato economicamente o tecnicamente necessario.
Come selezionare il grado di equilibratura appropriato
Per scegliere il grado di equilibratura corretto è necessario considerare diversi fattori:
1. Tipo e progettazione dell'apparecchiatura
La norma ISO 21940-11 fornisce tabelle dettagliate che abbinano i tipi di apparecchiature alle qualità raccomandate. Questo è il punto di partenza principale per la selezione della qualità.
2. Velocità operativa
Le attrezzature ad alta velocità richiedono in genere un bilanciamento più stretto (numero G inferiore) perché le forze centrifughe aumentano con il quadrato della velocità.
3. Tipo di montaggio
Le apparecchiature montate su fondamenta flessibili o sistemi di isolamento possono spesso tollerare numeri G più elevati rispetto alle apparecchiature montate rigidamente.
4. Vicinanza al personale
I macchinari negli spazi occupati potrebbero richiedere un bilanciamento più stretto per motivi di rumore e sicurezza.
5. Requisiti speciali
Alcune applicazioni (apparecchiature mediche, produzione di precisione, settore aerospaziale) richiedono un bilanciamento più stretto rispetto alla pratica industriale standard.
6. Considerazioni economiche
Ogni passaggio verso una pendenza più stretta aumenta i costi di bilanciamento. La pendenza selezionata deve soddisfare le esigenze operative senza eccessivi requisiti.
Relazione tra grado e squilibrio ammissibile
Il grado di equilibratura viene utilizzato per calcolare il massimo consentito squilibrio residuo per un rotore specifico:
Formula
Tuper (g·mm) = (9549 × G × M) / RPM
Dove:
- Tuper = Squilibrio residuo ammissibile in grammi-millimetri
- G = Numero di grado di qualità della bilancia (ad esempio, 6.3 per G 6.3)
- M = Massa del rotore in chilogrammi
- giri al minuto = Velocità di servizio in giri al minuto
Esempio
Un rotore di ventola da 100 kg che gira a 1500 giri/min con grado G 6.3:
Tuper = (9549 × 6,3 × 100) / 1500 = 401 g·mm
Se il raggio del piano di correzione è di 200 mm, ciò equivale a 2,0 grammi di squilibrio residuo consentito.
Considerazioni su velocità multiple e velocità variabile
Per macchinari che operano a diverse velocità:
- Funzionamento a velocità costante: Applicare il grado alla normale velocità operativa
- Velocità variabile: Applicare il grado alla massima velocità operativa continua
- Passando attraverso velocità critiche: Per rotori flessibili, potrebbe essere necessaria una particolare considerazione dell'equilibrio a velocità critiche, che potrebbe richiedere tecniche di bilanciamento modale
Verifica e accettazione
Dopo bilanciamento è completo, la qualità dell'equilibrio raggiunto deve essere verificata rispetto al grado specificato:
Metodi di misurazione
- Misurazione diretta dello squilibrio: Su una macchina equilibratrice, lo squilibrio residuo viene misurato direttamente e confrontato con Uper
- Misurazione delle vibrazioni: Nel bilanciamento sul campo, l'ampiezza delle vibrazioni viene utilizzata come indicatore indiretto della qualità del bilanciamento
Criteri di accettazione
Il rotore è considerato accettabile quando:
- Squilibrio residuo misurato ≤ U calcolatoper, O
- I livelli di vibrazione sono conformi alla norma ISO 20816 o ad altri standard di vibrazione applicabili
Contesto storico: da ISO 1940 a ISO 21940
Il sistema di grado G è stato originariamente stabilito nella norma ISO 1940-1 (pubblicata per la prima volta nel 1986). Nel 2016, la serie ISO 1940 è stata rivista e rinumerata come serie ISO 21940, con la ISO 21940-11 che ha sostituito la ISO 1940-1. I principi fondamentali e i valori di grado sono rimasti sostanzialmente invariati, ma la nuova norma prevede:
- Classificazioni delle apparecchiature aggiornate
- Indicazioni più chiare sulla selezione del grado
- Migliore integrazione con altri standard di dinamica del rotore
- Procedure migliorate per rotori flessibili
Idee sbagliate comuni
Idea sbagliata 1: "Più stretto è sempre meglio"“
Realtà: Specificare eccessivamente la qualità dell'equilibratura aumenta i costi senza alcun beneficio proporzionale. Le apparecchiature G 2.5 non offrono necessariamente prestazioni migliori di quelle G 6.3 nelle applicazioni in cui G 6.3 è appropriato.
Idea sbagliata 2: “Il grado è direttamente uguale al livello di vibrazione”
Realtà: Sebbene correlato, il numero G rappresenta l'eccentricità di sbilanciamento ammissibile, non l'ampiezza di vibrazione. La vibrazione effettiva dipende da molti fattori, oltre alla qualità dell'equilibrio.
Idea sbagliata 3: “Un solo grado è adatto a tutte le apparecchiature di uno stabilimento”
Realtà: Diversi tipi di attrezzature richiedono qualità diverse anche all'interno dello stesso impianto. Un macinatore di precisione e un frantoio hanno requisiti di bilanciamento molto diversi.
Documentazione e specifiche
Quando si specifica il lavoro di bilanciamento, la documentazione deve indicare chiaramente:
- Grado di equilibratura richiesto (ad esempio, "Equilibratura secondo G 6.3 secondo ISO 21940-11")
- Velocità di servizio per il calcolo della tolleranza
- Numero di piani di correzione richiesti
- Metodo di verifica (macchina equilibratrice in officina o misurazione delle vibrazioni sul campo)
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