Comprensione dello squilibrio (sbilanciamento) nelle macchine rotanti

Definizione: Che cosa è lo squilibrio?

Sbilanciare (spesso usato in modo intercambiabile con squilibrio) è una condizione in un rotore in cui il centro di massa (o baricentro) non è allineato con il centro di rotazione. Questo offset, noto come eccentricità, significa che la massa non è distribuita uniformemente attorno all'asse di rotazione. Quando il rotore gira, questa distribuzione irregolare della massa crea una forza centrifuga netta che allontana il rotore dal suo centro, causando vibrazioni nell'intera macchina. Lo squilibrio è la fonte più comune di vibrazioni nei macchinari rotanti.

La firma classica dello squilibrio

Lo squilibrio ha una firma vibrazionale molto distinta e riconoscibile, che lo rende relativamente facile da diagnosticare:

• Frequenza: La vibrazione avviene esattamente 1x la velocità di rotazione del rotore. Se la macchina accelera o rallenta, la frequenza della vibrazione la seguirà perfettamente.
• Direzione: La vibrazione è prevalentemente nel radiale direzione (orizzontale e verticale). In genere, le vibrazioni assiali (di spinta) sono molto ridotte.
• Ampiezza: L'ampiezza della vibrazione è proporzionale al quadrato della velocità di rotazione. Raddoppiando la velocità, la forza di sbilanciamento (e la conseguente vibrazione) quadruplicherà.
• Fase: La misurazione della fase per lo squilibrio è in genere stabile e ripetibile.

Tipi di squilibrio

Lo squilibrio può essere classificato in tre tipi principali:

1. Squilibrio statico

Noto anche come "squilibrio di forza", questo è il tipo più semplice. Si verifica quando la massa è distribuita in modo non uniforme su un singolo piano, come un singolo punto pesante su un disco sottile. È chiamato "statico" perché può essere rilevato con il rotore a riposo; se posizionato su bordi di coltello privi di attrito, il rotore rotolerà finché il punto pesante non si troverà in basso. Può essere corretto con un singolo peso posizionato a 180° rispetto al punto pesante.

2. Squilibrio di coppia

Ciò si verifica quando ci sono due punti pesanti uguali alle estremità opposte di un rotore, posizionati a 180° l'uno dall'altro. Questo crea una "coppia" o un movimento oscillatorio che cerca di far ruotare il rotore da un'estremità all'altra. Un rotore con squilibrio di coppia puro è bilanciato staticamente (non rotola sui bordi di un coltello), ma vibra fortemente durante la rotazione. Richiede due pesi di correzione su due piani separati per contrastare il movimento oscillatorio.

3. Squilibrio dinamico

Questa è la condizione più comune riscontrata nei macchinari reali. È una combinazione di squilibrio statico e di coppia. La correzione dello squilibrio dinamico richiede correzioni di massa in almeno due piani diversi lungo il rotore, un processo noto come bilanciamento dinamico.

Cause comuni di squilibrio

Lo squilibrio può essere presente fin dalla fabbricazione o svilupparsi durante il funzionamento. Le cause più comuni includono:

• Imperfezioni di fabbricazione: Porosità nelle fusioni, densità irregolare del materiale e tolleranze di lavorazione.
• Errori di assemblaggio: Componenti installati in modo errato, bulloni serrati in modo non uniforme o chiavi disallineate.
• Usura e deterioramento: Erosione, corrosione o usura irregolari sulle pale dei ventilatori o sulle giranti delle pompe.
• Accumulo di materiale: Accumulo di sporco, polvere o prodotto sui rotori di ventilatori, soffianti e centrifughe.
• Guasto del componente: Un contrappeso lanciato o una lama rotta creeranno immediatamente una grave condizione di squilibrio.

Perché correggere lo squilibrio è fondamentale

Lasciare che una macchina funzioni con uno squilibrio significativo è dannoso per la sua salute. La forza ciclica costante provoca:

• Guasto prematuro del cuscinetto: I cuscinetti sono sottoposti a carichi dinamici elevati, che ne provocano una rapida usura.
• Fatica e crepe: La vibrazione provoca sollecitazioni da fatica sull'albero, sulla fondazione e su altri componenti.
• Efficienza ridotta: L'energia viene sprecata sotto forma di vibrazioni e calore, anziché svolgere un lavoro utile.
• Rischi per la sicurezza: Uno squilibrio grave può portare a guasti catastrofici.

Lo squilibrio viene corretto tramite una procedura di bilanciamento sistematica, che rappresenta uno dei metodi più efficaci per migliorare l'affidabilità dei macchinari.

← Torna all'indice principale