Comprensione dello squilibrio (sbilanciamento) nelle macchine rotanti
Squilibrio — usato in modo intercambiabile con sbilanciare — è la condizione in cui un rotoreIl centro di massa non coincide con l'asse di rotazione. La massa è distribuita in modo non uniforme attorno all'albero, quindi quando il rotore gira la massa sfalsata genera una forza netta forza centrifuga che sposta il rotore dal suo centro e fa vibrare l'intera macchina. Questo scostamento del centro di massa dal centro geometrico è dell'rotore eccentricità, e le vibrazioni che genera rendono lo squilibrio il guasto più comune nei macchinari rotanti — e solitamente il primo che un tecnico diagnostico verifica.
1. Definizione: quali sono le cause della forza
La forza che agisce è quella centrifuga: F = m·r·ω², dove m·r è lo squilibrio (la massa eccentrica moltiplicata per il suo raggio) e ω è la velocità angolare. Ne derivano immediatamente due conseguenze. Innanzitutto, la forza ruota insieme all'albero, quindi agisce sui cuscinetti una volta ogni giro. In secondo luogo, varia proporzionalmente alla piazza in termini di velocità: un rotore che sembra funzionare bene se ruotato lentamente a mano può diventare molto impegnativo a pieno regime, ed è per questo che qualità di bilanciamento I requisiti diventano molto più rigorosi all'aumentare della velocità di rotazione. Lo squilibrio viene quantificato come il prodotto tra massa e raggio, solitamente espresso in grammi-millimetri (g·mm), poiché sia la quantità di massa decentrata che la distanza dall'asse determinano la forza.
2. Diagnosi dello squilibrio: la firma classica
Lo squilibrio è relativamente facile da individuare perché il suo vibrazione la firma è così coerente — uno dei motivi principali per cui rappresenta il punto di partenza naturale in analisi delle vibrazioni:
- Frequenza: la vibrazione si trova esattamente a 1× la velocità di rotazione (il velocità di marcia). Basta aumentare o diminuire la velocità della macchina e il picco la segue perfettamente.
- Direzione: l'energia è prevalentemente radiale — in orizzontale e in verticale — con solitamente poco assiale vibrazione (assiale).
- Ampiezza: proporzionale al quadrato della velocità di rotazione, quindi raddoppiando la velocità si quadruplica all'incirca la forza di squilibrio e la vibrazione che ne deriva.
- Fase: l'1× fase La lettura è stabile e ripetibile, ed è proprio questo che rende possibile individuare il punto pesante.
Poiché un picco dominante 1× può derivare anche da disallineamento, a albero piegato o risonanza, un analista attento conferma lo squilibrio in base al suo whole schema: alto 1×, basso armoniche, costituita prevalentemente da energia radiale, e una fase stabile. Una componente 2× di grande entità, al contrario, fa pensare a un disallineamento o allentamento meccanico.
3. I tre tipi di squilibrio
Squilibrio statico
Chiamato anche «squilibrio di forze», questo è il tipo più semplice, in cui la massa è sfalsata su un unico piano — si pensi a un punto più pesante su un disco sottile. È «statico» perché si manifesta a riposo: in equilibrio su bordi affilati privi di attrito, il rotore ruota finché il punto più pesante non si posiziona nella parte inferiore. Un singolo peso posto a 180° di distanza dal punto più pesante lo corregge, il regno di bilanciamento su un solo piano.
Squilibrio di coppia
Due punti di peso uguale situati alle estremità opposte del rotore, distanti 180°, si annullano a livello di forza risultante ma formano un coppia — un momento di oscillazione che fa ruotare il rotore su se stesso. Un rotore di questo tipo è bilanciato staticamente (non ruota sui bordi affilati), ma vibra fortemente durante il funzionamento, e occorrono due contrappesi su due piani distinti per annullare il momento.
Squilibrio dinamico
Lo squilibrio dinamico, fenomeno riscontrabile in quasi tutti i macchinari reali, combina effetti statici ed effetti di coppia. Per correggerlo è necessario modificare la massa in almeno due piani lungo il rotore — bilanciamento dinamico (a due piani). Quando le componenti statica e di coppia risultano allineate angolarmente, questo caso particolare viene definito squilibrio quasi-statico.
4. Cause più comuni
Lo squilibrio può essere presente fin dalla produzione o svilupparsi durante il funzionamento. Tra le cause più frequenti figurano:
- Difetti di fabbricazione: Porosità nelle fusioni, densità irregolare del materiale e tolleranze di lavorazione.
- Errori di montaggio: componenti installati in modo errato, bulloni serrati in modo non uniforme o chiavi disallineate.
- Usura: erosione irregolare, corrosione o Indossare sulle pale del ventilatore e sulla pompa giranti.
- Accumulo di materiale: sporcizia, polvere o residui di prodotto che si accumulano sui rotori di ventilatori, soffianti e centrifughe.
- Guasto di un componente: un contrappeso scagliato o una lama rotta provocano immediatamente un grave squilibrio.
5. Perché è fondamentale correggere gli squilibri
Lasciare che una macchina funzioni con uno squilibrio significativo la danneggia progressivamente, poiché la forza ciclica sollecita la struttura ad ogni giro:
- Guasto prematuro dei cuscinetti: I cuscinetti sono sottoposti a carichi dinamici elevati e si usurano rapidamente.
- Affaticamento e fessurazione: la sollecitazione ripetuta si accumula fatica danni all'albero, alle fondamenta e alle parti circostanti.
- Efficienza ridotta: l'energia viene dispersa sotto forma di vibrazioni e calore, anziché essere convertita in energia utile.
- Rischi per la sicurezza: In casi estremi, un grave squilibrio può portare a un guasto catastrofico.
6. Correzione degli squilibri sul campo
Lo squilibrio si risolve con un approccio sistematico bilanciamento procedura — una delle misure più efficaci per migliorare l'affidabilità dei macchinari. L'obiettivo non è azzerare lo squilibrio, bensì mantenerlo a un livello minimo e ben definito squilibrio residuo entro i limiti di tolleranza. I limiti accettati derivano dal Grado G sistema di ISO 21940-11 (che ha sostituito la precedente norma ISO 1940-1); la vibrazione risultante viene quindi valutata in base ai limiti di severità previsti nella ISO 20816 (il successore moderno della norma ISO 10816). Un documento gratuito Calcolatore dello squilibrio residuo (ISO 21940-11) converte il grado e la velocità operativa selezionati in g·mm ammissibili per piano.
Su una macchina già assemblata, il lavoro viene svolto in loco anziché su una macchina equilibratrice. Un analizzatore portatile a due canali come il Bilanciamento-1a misura l'ampiezza e la fase 1×, ricava il coefficienti di influenza da un peso di prova, e calcola la massa e l'angolo di ciascuno peso di correzione per configurazioni a uno o due piani bilanciamento in situ. Poiché opera direttamente sui cuscinetti della macchina a velocità di funzionamento, non solo corregge lo squilibrio, ma verifica anche che lo squilibrio residuo rientri nei limiti previsti dalla classe ISO selezionata.
