Cos'è il bilanciamento del rotore? Una guida completa

Definizione: Il concetto fondamentale dell'equilibrio

Bilanciamento del rotore Il bilanciamento è il processo sistematico di miglioramento della distribuzione della massa di un corpo rotante (un rotore) per garantire che l'asse centrale della massa effettiva coincida con il suo vero asse centrale geometrico. Quando un rotore è sbilanciato, durante la rotazione si generano forze centrifughe, che causano vibrazioni eccessive, rumore, riduzione della durata dei cuscinetti e guasti potenzialmente catastrofici. L'obiettivo del bilanciamento è ridurre al minimo queste forze aggiungendo o rimuovendo quantità precise di peso in punti specifici, riducendo così le vibrazioni a un livello accettabile.

Perché il bilanciamento è un'attività di manutenzione critica?

Lo sbilanciamento è una delle fonti più comuni di vibrazioni nei macchinari rotanti. Eseguire un bilanciamento di precisione non significa solo ridurre le vibrazioni; è un'attività di manutenzione fondamentale che offre vantaggi significativi:

• Maggiore durata dei cuscinetti: Le forze di squilibrio vengono trasmesse direttamente ai cuscinetti. Riducendo queste forze si prolunga notevolmente la durata dei cuscinetti.
• Affidabilità della macchina migliorata: Le minori vibrazioni riducono lo stress su tutti i componenti della macchina, comprese guarnizioni, alberi e supporti strutturali, riducendo così i guasti.
• Sicurezza migliorata: Livelli elevati di vibrazioni possono causare guasti ai componenti, creando notevoli rischi per la sicurezza del personale.
• Livelli di rumore ridotti: Le vibrazioni meccaniche sono una delle principali fonti di rumore industriale. Una macchina ben bilanciata funziona in modo molto più silenzioso.
• Minore consumo energetico: L'energia che altrimenti andrebbe sprecata creando vibrazioni e calore viene convertita in lavoro utile, migliorando l'efficienza.

Tipi di bilanciamento: statico vs. dinamico

Le procedure di equilibratura sono classificate in base al tipo di squilibrio che correggono. Le due tipologie principali sono l'equilibratura statica e quella dinamica.

Bilanciamento statico (bilanciamento su un solo piano)

Lo sbilanciamento statico si verifica quando il baricentro del rotore è disassato rispetto al suo asse di rotazione. Questo viene spesso visualizzato come un singolo "punto pesante". L'equilibratura statica corregge questo problema applicando un singolo peso di correzione a 180° rispetto al punto pesante. È chiamata "statica" perché questo tipo di sbilanciamento può essere rilevato a rotore fermo (ad esempio, su rulli a lama). È adatta per rotori stretti e a forma di disco come ventole, mole e volani, dove il rapporto lunghezza-diametro è ridotto.

Bilanciamento dinamico (bilanciamento a due piani)

Lo squilibrio dinamico è una condizione più complessa che include sia lo squilibrio statico che lo squilibrio di coppia. Lo squilibrio di coppia si verifica quando ci sono due punti pesanti uguali alle estremità opposte del rotore, a 180° di distanza l'uno dall'altro. Ciò crea un movimento di oscillazione, o momento, che può essere rilevato solo quando il rotore è in rotazione. L'equilibratura dinamica è necessaria per la maggior parte dei rotori, soprattutto quelli con una lunghezza maggiore del loro diametro (come indotti, alberi e turbine dei motori). Richiede correzioni in almeno due piani diversi lungo la lunghezza del rotore per contrastare sia la forza che lo squilibrio di coppia.

La procedura di bilanciamento: come si esegue

Il bilanciamento moderno viene in genere eseguito utilizzando attrezzature specializzate e un approccio sistematico, spesso utilizzando il metodo del coefficiente di influenza:

1. Esecuzione iniziale: La macchina viene utilizzata per misurare l'ampiezza iniziale della vibrazione e l'angolo di fase causati dallo squilibrio esistente. Vengono utilizzati un sensore di vibrazione e un tachimetro (per il riferimento di fase).
2. Corsa di prova con i pesi: Un peso di prova noto viene fissato temporaneamente al rotore in una posizione angolare nota su un piano di correzione.
3. Seconda corsa: La macchina viene nuovamente azionata e vengono misurate la nuova ampiezza e fase della vibrazione. La variazione di vibrazione (la differenza vettoriale) è causata esclusivamente dal peso di prova.
4. Calcolo: Conoscendo l'effetto del peso di prova sulla vibrazione, lo strumento di bilanciamento calcola un "coefficiente di influenza". Questo coefficiente viene poi utilizzato per determinare la quantità precisa di peso di correzione e l'angolo esatto in cui deve essere posizionato per contrastare lo squilibrio originale.
5. Correzione e verifica: Il peso di prova viene rimosso, viene installato il peso di correzione permanente calcolato e viene eseguita una prova finale per verificare che le vibrazioni siano state ridotte a un livello accettabile. Per l'equilibratura a due piani, questo processo viene ripetuto per il secondo piano.

Standard e tolleranze rilevanti

I livelli di vibrazione accettabili non sono arbitrari. Sono definiti da standard internazionali, in particolare ISO 21940 (che ha sostituito la precedente ISO 1940). Questi standard definiscono i "Gradi di Qualità dell'Equilibrio" (ad esempio, G 6.3, G 2.5, G 1.0) per diverse classi di macchinari. Un numero G più basso indica una tolleranza più ristretta. Questi gradi vengono utilizzati per calcolare il massimo squilibrio residuo ammissibile per un dato rotore in base alla sua massa e alla sua velocità di esercizio, garantendone il rispetto dei requisiti operativi.

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