Comprensione delle classificazioni dei gradi di bilanciamento
A grado di bilanciamento - chiamato anche grado di qualità dell'equilibrio o Grado G - è una classificazione standardizzata che specifica il grado di bilanciamento di un particolare tipo di macchina rotante. Definita principalmente da ISO 21940-11 (il moderno successore della ISO 1940-1), il sistema di classificazione ordina le apparecchiature in base alle loro caratteristiche operative e assegna a ciascuna categoria un'adeguata tolleranza di bilanciamento. Il suo grande valore è quello di fornire ai produttori, ai manutentori e agli utenti finali un unico linguaggio riconosciuto a livello internazionale per la specificazione e la verifica dei rotori. qualità di bilanciamento, quindi una "pompa G6.3" significa la stessa cosa in ogni officina del mondo.
1. Il sistema dei gradi G
I gradi di bilanciamento sono scritti con la lettera “G” seguita da un numero: G2.5, G6.3, G16 e così via. Il numero è il prodotto del residuo ammissibile squilibrio eccentricità (in millimetri) e la velocità angolare massima di servizio (in radianti al secondo). In parole più semplici, si tratta della velocità di vibrazione di squilibrio ammessa, espressa in mm/s - la velocità orbitale del centro di massa del rotore. Questa singola cifra cattura in modo chiaro la fisica che conta: un grado trattiene il rotore forza centrifuga entro i limiti che la macchina può tollerare.
Il principio chiave
Numeri G più bassi significano requisiti più severi: meno squilibrio residuo ammissibile e funzionamento più fluido. Numeri G più alti consentono uno squilibrio residuo maggiore. Il sistema riconosce deliberatamente che macchine diverse hanno esigenze molto diverse a seconda della velocità, della massa, dell'applicazione e dell'ambiente operativo; non esiste un unico numero “buono”, ma solo il numero appropriato all'impiego.
2. Gradi comuni e loro applicazioni
La norma ISO 21940-11 definisce i gradi da G0,4 (massima precisione) a G4000 (minima). I gradi che la maggior parte degli ingegneri incontra nella pratica sono questi:
G0.4 - Altissima precisione
Applicazioni: giroscopi, mandrini e azionamenti di sistemi ad alta precisione, apparecchiature di misura di precisione.
Caratteristiche: richiede attrezzature di bilanciamento specializzate e un ambiente controllato, e viene normalmente eseguita in un laboratorio di precisione dedicato. bilanciamento officina.
G1.0 - Alta precisione
Applicazioni: azionamenti di rettificatrici, azionamenti audio e video, mandrini di macchine utensili ad alta precisione. (I turbocompressori ricadono sotto G6.3 nella tabella ISO 21940-11; gradi più severi per essi sono specifici del costruttore o del progetto.)
Caratteristiche: richiede un controllo accurato di ogni parametro di bilanciamento e una strumentazione di alta qualità.
G2.5 - Industriale di precisione
Applicazioni: turbine a gas e a vapore, rotori rigidi di turbogeneratori, compressori, azionamenti di macchine utensili, unità disco per computer e motori elettrici medi e grandi con velocità nominali superiori a 950 rpm.
Caratteristiche: il punto di riferimento per le apparecchiature industriali di alta qualità e ad alta velocità, e facilmente realizzabile con un solido bilanciamento in situ pratica.
G6.3 - Industriale generale (il grado più comune)
Applicazioni: motori elettrici generici, macchine per l'industria di processo, pompe centrifughe, ventilatori e soffianti, riduttori, turbocompressori, centrifughe (separatori, decanter) e rotori di macchinari generici.
Caratteristiche: il grado di riferimento per la maggior parte dei macchinari industriali, con un buon equilibrio tra fattibilità e prestazioni, e facilmente raggiungibile con le apparecchiature di bilanciamento portatili.
G16 - Industria pesante
Applicazioni: alberi di trasmissione (alberi propulsori e cardanici), trasmissioni ad albero motore (intrinsecamente equilibrate, montate rigidamente), frantoi, macchine agricole e singoli componenti del motore.
Caratteristiche: adatto ad apparecchiature robuste e a bassa velocità che tollerano maggiori vibrazioni.
G40 e oltre - Industria molto pesante
Applicazioni: ruote per auto, cerchi, gruppi ruota e alberi di trasmissione (G40); trasmissioni ad albero motore montate elasticamente e intrinsecamente equilibrate (G40); motori alternativi completi per auto e camion (G100); e trasmissioni ad albero motore di grandi motori diesel marini lenti (G1600-G4000).
Caratteristiche: applicato a macchine massicce e lente, dove il bilanciamento di precisione non è necessario né dal punto di vista economico né da quello tecnico.
3. Come scegliere il grado giusto
La scelta di un grado è una questione di ponderazione di diversi fattori:
- Tipo e design dell'apparecchiatura: le tabelle ISO 21940-11 associano i tipi di macchina ai gradi raccomandati e sono il naturale punto di partenza.
- Velocità di funzionamento: Le macchine più veloci hanno in genere bisogno di un grado più stretto, perché la forza centrifuga aumenta con il quadrato della velocità.
- Tipo di montaggio: Le apparecchiature su fondamenta flessibili o supporti isolanti possono spesso tollerare un numero G più elevato rispetto alle apparecchiature montate rigidamente.
- Vicinanza alle persone: I macchinari in spazi occupati possono richiedere un grado più restrittivo per quanto riguarda il rumore e la sicurezza.
- Requisiti speciali: Le applicazioni mediche, di precisione e aerospaziali spesso richiedono un bilanciamento più stretto rispetto alla prassi industriale standard.
- Economia: Ogni passaggio a un grado più stretto costa di più, quindi il grado scelto deve corrispondere alle esigenze operative senza eccedere nelle specifiche.
4. Dal grado allo squilibrio ammissibile
Il grado è il dato di partenza per il calcolo dello squilibrio residuo massimo ammissibile squilibrio residuo per un rotore specifico:
Tuper (g·mm) = (9549 × G × M) / giri/min
- Tuper = squilibrio residuo ammissibile, in grammi-millimetri
- G = il numero di grado (ad esempio 6.3 per G6.3)
- M = massa del rotore, in chilogrammi
- giri al minuto = velocità di servizio, in giri al minuto
Esempio di lavoro
Prendiamo il rotore di un ventilatore di 100 kg che gira a 1500 giri/minuto, secondo le specifiche G6.3:
Tuper = (9549 × 6.3 × 100) / 1500 ≈ 4011 g·mm
Se il piano di correzione raggio di 200 mm, 4011 g·mm corrispondono a circa 20 grammi di squilibrio residuo ammissibile a quel raggio. Il Calcolatore dello squilibrio residuo (ISO 21940-11) esegue questa conversione istantaneamente e poi divide il totale tra due piani.
5. Macchine a velocità variabile e a più velocità
Quando una macchina funziona in una gamma di velocità, il grado viene applicato con cura:
- Funzionamento a velocità costante: applicare il grado alla normale velocità di funzionamento.
- Velocità variabile: applicare il grado alla massima velocità di funzionamento continuo, dove le forze centrifughe sono maggiori.
- Passaggio a velocità critiche: per rotori flessibili, bilanciare al velocità critiche possono richiedere un'attenzione separata, con la possibilità di bilanciamento modale sotto ISO 21940-12.
6. Verifica e accettazione
Una volta bilanciamento è finito, la qualità ottenuta deve essere verificata rispetto al grado specificato. Esistono due percorsi:
- Misura diretta dello squilibrio: su una macchina equilibratrice, lo squilibrio residuo viene letto direttamente e confrontato con Uper.
- Misurazione delle vibrazioni: nell'equilibratura sul campo, l'ampiezza di vibrazione 1× serve come indicatore indiretto della qualità dell'equilibrio.
Il rotore viene accettato quando lo squilibrio residuo misurato è pari o inferiore al valore calcolato Uper, o quando la vibrazione in servizio soddisfa lo standard di severità applicabile - oggi la ISO 20816 (che ha sostituito la ISO 10816). Su una macchina installata, questa verifica viene effettuata in loco: uno strumento portatile a due canali come il Balanset-1A misura l'1× ampiezza e fase nei cuscinetti della macchina alla velocità di esercizio, calcola il coefficienti di influenza, applica la correzione e conferma che il residuo rientra nel grado scelto, senza smontare il rotore.
7. Da ISO 1940 a ISO 21940
Il sistema di grado G è stato stabilito per la prima volta nella norma ISO 1940-1, pubblicata originariamente nel 1986. Nel 2016 la serie ISO 1940 è stata revisionata 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 stati riportati essenzialmente invariati, quindi le specifiche più vecchie rimangono valide, ma lo standard moderno aggiunge:
- Classificazioni aggiornate delle apparecchiature.
- Una guida più chiara sulla selezione dei gradi.
- Migliore integrazione con la più ampia famiglia di standard di dinamica dei rotori.
- Procedure migliorate per i rotori flessibili.
8. Idee sbagliate comuni
“Più stretto è sempre meglio”
Realtà: una qualità di bilanciamento eccessivamente specifica fa aumentare i costi senza alcun beneficio proporzionale. Una macchina bilanciata a G2,5 non è necessariamente superiore alla stessa macchina a G6,3, dove G6,3 è la qualità corretta per l'impiego.
“Il grado equivale al livello di vibrazione”
Realtà: il numero G rappresenta l'eccentricità di squilibrio ammessa, non l'ampiezza delle vibrazioni. Il valore effettivo vibrazione una macchina dipende da molti fattori oltre all'equilibrio: rigidità, smorzamento, risonanza, disallineamento e il gioco meccanico tra questi.
“Un grado si adatta all'intero impianto”
Realtà: I diversi tipi di macchine richiedono gradi diversi anche all'interno di uno stesso impianto. Una smerigliatrice di precisione e un frantoio hanno requisiti di bilanciamento molto diversi e non dovrebbero mai condividere un'unica specifica generale.
9. Documentazione e specifiche
Quando si commissiona un lavoro di equilibratura, la specifica deve indicare chiaramente:
- Il grado e lo standard richiesti, ad esempio “Bilanciamento a G6.3 per ISO 21940-11”.
- La velocità di servizio da utilizzare per il calcolo della tolleranza.
- Il numero di piani di correzione richiesti.
- Il metodo di verifica — macchina equilibratrice in officina o misurazione delle vibrazioni sul campo.
Una specifica chiara e completa di questo tipo elimina l'ambiguità e fornisce sia all'equilibratore che al cliente un registro difendibile di ciò che è stato richiesto e di ciò che è stato ottenuto.
