Comprensione dello squilibrio iniziale
Definizione: Che cos'è lo squilibrio iniziale?
Squilibrio iniziale (chiamato anche squilibrio originale o squilibrio come trovato) è il sbilanciare condizione che esiste in un rotore prima di qualsiasi bilanciamento Sono state applicate correzioni. Rappresenta lo stato di base del rotore e viene misurato durante la prima esecuzione di una procedura di bilanciamento. L'entità e la posizione angolare dello squilibrio iniziale vengono determinate misurando vibrazione ampiezza e fase mentre il rotore funziona alla sua velocità di bilanciamento.
Lo sbilanciamento iniziale è il punto di partenza per tutti i calcoli di bilanciamento e fornisce il riferimento rispetto al quale viene misurata l'efficacia della procedura di bilanciamento. Una volta completato il bilanciamento, qualsiasi sbilanciamento residuo viene chiamato squilibrio residuo.
Fonti di squilibrio iniziale
Lo squilibrio iniziale può derivare da numerose fonti durante la produzione, l'assemblaggio e il funzionamento:
1. Tolleranze di fabbricazione
Anche con una produzione di precisione, la simmetria perfetta è impossibile. Tra le fonti:
- Variazioni della densità del materiale: Materiali non omogenei o vuoti e inclusioni interni creano asimmetrie di massa.
- Tolleranze di lavorazione: Piccole deviazioni dalla perfetta concentricità, come eccentricità o eccentricità, provocano squilibrio.
- Variazioni dello spessore della parete: Nei rotori fusi o fabbricati, le variazioni nello spessore delle pareti creano una distribuzione non uniforme della massa.
- Porosità e difetti di fusione: Sacche d'aria, restringimenti o inclusioni di scorie nelle fusioni influiscono sulla distribuzione della massa.
2. Errori e varianti di assemblaggio
Quando i rotori sono assemblati da più componenti, può verificarsi uno squilibrio:
- Accumulo di tolleranze: I singoli componenti possono essere ben bilanciati, ma una volta assemblati, i loro piccoli squilibri possono sommarsi vettorialmente, creando uno squilibrio totale significativo.
- Collegamenti con chiave: Le chiavi, le scanalature e le scanalature creano intrinsecamente asimmetria.
- Fori per bulloni e elementi di fissaggio: Fori per bulloni distribuiti in modo non uniforme o elementi di fissaggio mancanti o diversi creano squilibrio.
- Adattamenti termici e press-fit: I componenti assemblati tramite pressatura o accoppiamento forzato potrebbero non essere perfettamente concentrici.
3. Cause operative
Durante il servizio può svilupparsi uno squilibrio, che aumenta rispetto allo stato di equilibrio originale del rotore:
- Accumulo di materiale: Accumulo di sporco, polvere, calcare o materiale di processo sulle pale delle ventole, sulle giranti o sulle superfici del rotore.
- Erosione e usura: Perdita irregolare di materiale dovuta ad abrasione, corrosione o cavitazione.
- Parti rotte o mancanti: Pale della ventola perse, palette della girante rotte o componenti dislocati.
- Deformazione: Piegatura, deformazione o deformazione plastica dovute a urti, surriscaldamento o sovraccarico.
- Componenti sciolti: Parti che si sono allentate e hanno cambiato posizione.
4. Attività di manutenzione e riparazione
Ironicamente, i lavori di manutenzione possono talvolta introdurre squilibri:
- Sostituzione di componenti con parti che hanno massa o distribuzione di massa diversa
- Riparazioni di saldatura che aggiungono massa in modo asimmetrico
- Rilavorazione o lavorazione che rimuove il materiale in modo non uniforme
- Verniciatura o rivestimento applicati in modo non uniforme
Come viene misurato lo squilibrio iniziale
Lo squilibrio iniziale viene quantificato durante la prima misurazione di una procedura di bilanciamento:
Parametri di misura
- Ampiezza di vibrazione: L'entità della componente di vibrazione 1X (una volta per giro), tipicamente misurata in mm/s, pollici/s o mil. Questa è direttamente correlata alla gravità dello squilibrio.
- Angolo di fase: La posizione angolare del punto pesante, misurata in gradi rispetto a un segno di riferimento (tipicamente rilevato da un fasore chiave o tachimetro). L'angolo di fase indica dove si trova la massa sbilanciata.
- Velocità: La velocità di rotazione alla quale vengono effettuate le misurazioni, poiché la forza di squilibrio dipende dalla velocità.
Rappresentazione vettoriale
Lo squilibrio iniziale è rappresentato come un vettore "O" (per "Originale") con sia ampiezza che direzione. Questo vettore è in genere visualizzato su un diagramma polare, Dove:
- La lunghezza del vettore rappresenta l'ampiezza della vibrazione
- L'angolo del vettore rappresenta la fase (posizione del punto pesante)
Importanza nel processo di bilanciamento
La misurazione iniziale dello squilibrio svolge diverse funzioni critiche:
1. Base di riferimento per le correzioni
Tutti i calcoli di bilanciamento fanno riferimento allo squilibrio iniziale. L'obiettivo del bilanciamento è quello di aggiungere pesi di correzione che producono un vettore di vibrazione uguale e opposto al vettore di squilibrio iniziale, annullandolo.
2. Valutazione della gravità
L'entità dello squilibrio iniziale indica la gravità del problema e aiuta a determinare:
- Se è necessario il bilanciamento o se è necessario affrontare prima altri problemi meccanici
- La dimensione appropriata di pesi di prova usare
- Se lo squilibrio può essere corretto in un singolo tentativo di bilanciamento o richiede più iterazioni
3. Monitoraggio dei progressi
Confrontando lo squilibrio iniziale con squilibrio residuo Dopo l'applicazione delle correzioni, è possibile quantificare l'efficacia della procedura di bilanciamento. Un buon bilanciamento riduce in genere le vibrazioni di 70-90 μm o più rispetto al livello iniziale.
4. Calcolo del coefficiente di influenza
Nel metodo del coefficiente di influenza, il vettore di squilibrio iniziale viene sottratto dal vettore di vibrazione misurato durante l'esecuzione del peso di prova per isolare l'effetto del peso di prova: T = (O+T) – O, dove O è lo squilibrio iniziale e T è l'effetto del peso di prova.
Relazione con lo squilibrio residuo
L'obiettivo finale del bilanciamento è quello di ridurre lo squilibrio iniziale a un livello accettabilmente basso di squilibrio residuo. La relazione è:
- Squilibrio iniziale: La condizione “prima”
- Correzione: La procedura di bilanciamento e l'installazione dei pesi
- Squilibrio residuo: La condizione “dopo”
Idealmente, lo squilibrio residuo dovrebbe essere inferiore a 10-30% dello squilibrio iniziale, con l'obiettivo specifico che dipende dai requisiti di qualità dell'equilibrio del rotore secondo standard come ISO 21940-11.
Livelli tipici di squilibrio iniziale
L'entità dello squilibrio iniziale varia notevolmente a seconda del tipo di apparecchiatura e della cronologia degli interventi di manutenzione:
Rotori nuovi o recentemente bilanciati
Le vibrazioni variano tipicamente da 0,5 a 2,0 mm/s (da 0,02 a 0,08 pollici/s) per i macchinari industriali. Questo valore rappresenta condizioni di equilibrio da buone a accettabili.
Rotori moderatamente sbilanciati
Vibrazioni comprese tra 2,0 e 7,0 mm/s (da 0,08 a 0,28 pollici/s) indicano che il rotore deve essere bilanciato a breve. Questa è una condizione comune per le apparecchiature che necessitano di manutenzione ordinaria.
Rotori gravemente sbilanciati
Vibrazioni superiori a 7,0 mm/s (0,28 pollici/s) indicano uno squilibrio grave che richiede un intervento immediato. Ciò potrebbe essere dovuto alla mancanza di una lama, a un accumulo eccessivo di materiale o a danni importanti ai componenti.
Nota: questi valori sono linee guida generali per i tipici macchinari industriali. I livelli specifici accettabili dipendono dal tipo di macchina, dalle dimensioni, dalla velocità e dal montaggio, come definito da standard come ISO 20816.
Documentazione e rendicontazione
Le misurazioni iniziali dello squilibrio devono sempre essere documentate come parte del registro di bilanciamento:
- Ampiezza e fase della vibrazione in ogni punto di misurazione
- Velocità operativa durante la misurazione
- Data e identificazione dell'attrezzatura
- Eventuali cause visibili di squilibrio rilevate durante l'ispezione
Questa documentazione fornisce una registrazione storica delle condizioni del rotore e aiuta a identificare le tendenze nel tempo, ad esempio se lo squilibrio aumenta lentamente a causa di cause operative.
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