Analisi delle vibrazioni: cause e identificazione

Definizione: Che cosa è un battito vibratorio?

Nel contesto dell'analisi delle vibrazioni, un colpo o percosse è un fenomeno distintivo caratterizzato da un aumento e una diminuzione periodici dell'ampiezza di un segnale di vibrazione. Questa modulazione si verifica quando due segnali di vibrazione separati di frequenze molto vicine, ma non identiche, sono presenti contemporaneamente e si combinano tra loro. La forma d'onda temporale risultante appare come una singola onda sinusoidale la cui ampiezza aumenta e diminuisce lentamente secondo uno schema ritmico.

La fisica dietro il pestaggio

Il battimento è il risultato di interferenze costruttive e distruttive. Quando i picchi delle due onde di vibrazione si allineano (in fase), le loro ampiezze si sommano, dando origine a un'ampiezza complessiva maggiore. Quando il picco di un'onda si allinea con il minimo dell'altra (fuori fase), si annullano a vicenda, dando origine a un'ampiezza complessiva inferiore. Questo ciclo continuo di rinforzo e cancellazione crea il caratteristico suono e la tipica vibrazione "battimento" o "gorgheggio".

La frequenza di questa modulazione di ampiezza, nota come frequenza di battimento, è uguale alla differenza assoluta tra le due frequenze sorgente.

Frequenza di battimento = |Frequenza 1 – Frequenza 2|

Ad esempio, se due macchine generano vibrazioni a 29,5 Hz e 30,5 Hz, la frequenza di battimento risultante sarà |29,5 – 30,5| = 1,0 Hz. Ciò significa che l'ampiezza complessiva della vibrazione aumenterà e diminuirà una volta al secondo.

Cause comuni di urti nei macchinari industriali

La presenza di una frequenza di battimento è un prezioso indizio diagnostico perché indica l'esistenza di due frequenze di pilotaggio ravvicinate. Le fonti comuni in ambito industriale includono:

• Più macchine su una struttura comune: L'esempio più classico è quello di due pompe o ventilatori con design identico che funzionano sulla stessa piattaforma o sistema di tubazioni. Se le loro velocità di funzionamento sono leggermente diverse (ad esempio, 1780 giri/min e 1785 giri/min), produrranno un battito a bassa frequenza.
• Motori elettrici: Il battimento può verificarsi tra la frequenza di rotazione del motore e una frequenza elettrica, come la frequenza di passaggio dei poli in un motore a induzione.
• Pompe o compressori multistadio: Interazione tra diverse fasi che funzionano a velocità effettive leggermente diverse.
• Riduttori: Interazione tra due ingranaggi con un numero simile di denti.
• Pulsazioni idrauliche o aerodinamiche: Interazione tra due diverse fonti di turbolenza legata al flusso.

Come identificare il battito nei dati sulle vibrazioni

Analisi della forma d'onda nel tempo

La forma d'onda temporale è il modo più diretto per osservare il battimento. Il segnale mostrerà un chiaro schema ripetitivo di modulazione di ampiezza. Il tempo tra due picchi (o depressioni) di ampiezza consecutivi è il periodo della frequenza di battimento.

Analisi dello spettro di frequenza (FFT)

Nello spettro di frequenza, un battito apparirà come due picchi distinti situati molto vicini l'uno all'altroUna FFT standard potrebbe non avere una risoluzione sufficiente per separarle, facendole apparire come un unico picco ampio. Per diagnosticare correttamente un battimento, l'analista deve utilizzare una FFT ad alta risoluzione (aumentando il numero di linee spettrali). Questo risolverà chiaramente le due singole componenti di frequenza che causano il battimento.

Vincere è un problema?

Il battito in sé non è un difetto, ma piuttosto un sintomo di frequenze interagenti. Tuttavia, può essere problematico:

• Rumore fastidioso: Il suono crescente e decrescente può essere più evidente e irritante per il personale rispetto a un rumore costante.
• Problemi di ampiezza di picco: L'ampiezza massima durante la fase di interferenza costruttiva può essere quasi il doppio dell'ampiezza dei singoli segnali. Questo livello di picco potrebbe superare i limiti di allarme o causare sollecitazioni eccessive sui componenti, anche se la vibrazione media è accettabile.
• Mascherare altri problemi: A volte il segnale fluttuante può rendere difficile l'identificazione di altri problemi di vibrazione sottostanti.

Per risolvere un battito problematico, in genere è necessario identificare le due frequenze sorgente e tentare di modificare la velocità di una delle macchine o di introdurre uno smorzamento per attenuare i picchi di ampiezza.

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