Frequenza di passaggio della lama (BPF) nell'analisi delle vibrazioni

Definizione: Che cosa è la frequenza di passaggio della lama?

Frequenza di passaggio della lama (BPF) è una componente di frequenza importante che si riscontra nella firma vibrazionale di macchine aerodinamiche e idrodinamiche come ventilatori, pompe, soffianti e compressori. Rappresenta la velocità con cui le pale o le palette rotanti di una girante passano attraverso un punto stazionario, come una paletta di intercettazione, un diffusore o la posizione di un sensore. Questa interazione crea una pulsazione di pressione distinta per ogni passaggio della pala, generando un segnale di vibrazione a una frequenza prevedibile.

Come calcolare la frequenza di passaggio della lama

Il BPF è semplice da calcolare ed è una funzione della velocità di rotazione della macchina e del numero di pale sulla sua girante o rotore.

La formula è:

BPF = Numero di lame × Velocità di rotazione

Ad esempio, un ventilatore con 7 pale che ruotano a 1.800 giri al minuto avrebbe un BPF di:

BPF = 7 lame × 1.800 giri/min = 12.600 CPM (cicli al minuto)

Per convertirlo in Hertz (Hz), basta dividere per 60:

BPF = 12.600 CPM / 60 = 210 Hz

Perché il BPF è importante nella diagnostica delle macchine?

La vibrazione alla frequenza di passaggio della lama è una caratteristica normale e prevista di qualsiasi macchina che movimenta aria o fluidi con le pale. Tuttavia, l'ampiezza della vibrazione a questa frequenza è un indicatore critico delle condizioni meccaniche e aerodinamiche della macchina. Un aumento significativo dell'ampiezza del BPF, o la comparsa delle sue armoniche, spesso indica lo sviluppo di problemi.

Problemi comuni indicati da un'ampiezza BPF elevata

Vibrazioni elevate a 1xBPF o ai suoi multipli (2xBPF, 3xBPF, ecc.) possono essere sintomo di vari problemi:

• Problemi aerodinamici o idraulici: Una delle cause principali è un flusso irregolare o turbolento all'ingresso o all'uscita della macchina. Ciò può essere dovuto a ostruzioni, canalizzazioni inadeguate o al funzionamento della macchina lontano dal suo punto di massima efficienza (BEP).
• Squilibrio del rotore o della girante: Sebbene lo squilibrio si manifesti principalmente a una velocità di rotazione pari a 1x, una distribuzione non uniforme della massa può anche comportare un carico non uniforme sulla pala e un aumento del BPF.
• Danni o usura della lama: Una lama crepata, piegata, scheggiata o erosa interromperà le pulsazioni di pressione uniformi, causando un aumento significativo delle vibrazioni BPF.
• Distanze non appropriate: Una posizione eccentrica del rotore all'interno del suo alloggiamento, o una distanza non corretta tra le punte delle pale e l'involucro, possono causare forti pulsazioni di pressione quando le pale superano il punto più stretto.
• Risonanza strutturale: Se il BPF o una delle sue armoniche eccita una frequenza naturale della struttura, delle tubazioni o delle fondamenta della macchina, la vibrazione sarà notevolmente amplificata.

Armoniche della frequenza di passaggio della lama (2xBPF, 3xBPF)

La presenza di forti armoniche del BPF indica spesso un problema più grave o una pulsazione più distinta e netta nel flusso del fluido. Ad esempio, una pala fortemente piegata o un'ostruzione significativa in prossimità della girante possono creare un impulso di pressione più netto e meno sinusoidale, che si manifesterà come armoniche multiple nello spettro FFT.

Tecniche di analisi

La diagnosi dei problemi correlati alla BPF comporta:

1. Calcolo del BPF: Per prima cosa, determinare il BPF teorico in base al numero di pale e alla velocità note.
2. Analisi dello spettro: Esaminare lo spettro FFT per identificare i picchi a 1xBPF e le sue armoniche.
3. Tendenze: Confronta l'ampiezza attuale del BPF con i dati storici. Un aumento improvviso o graduale è un chiaro segno di deterioramento.
4. Analisi di fase: Utilizzando un analizzatore a doppio canale, le letture di fase possono aiutare a determinare se il problema è correlato al movimento del rotore o a un problema strutturale.

Monitorando la frequenza di passaggio delle pale, i team di manutenzione possono ottenere informazioni preziose sullo stato di salute delle loro apparecchiature rotanti critiche e identificare potenziali guasti prima che si verifichino.

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