Comprensione dello squilibrio iniziale
Squilibrio iniziale — detto anche squilibrio originale o squilibrio iniziale rilevato — è il sbilanciare condizione che esiste in un rotore before any bilanciamento correzione è stata applicata. Rappresenta lo stato di riferimento del rotore, rilevato durante la prima esecuzione della procedura di bilanciamento. La sua entità e la sua posizione angolare vengono determinate misurando la vibrazione ampiezza e fase mentre il rotore gira alla velocità di bilanciamento. Tutto ciò che segue in un'operazione di bilanciamento fa riferimento a questo vettore di partenza: è il parametro di confronto con cui si valuta l'efficacia del lavoro, e ciò che rimane al termine della correzione prende il nome di squilibrio residuo.
1. Fonti dello squilibrio iniziale
Lo squilibrio iniziale si accumula da numerose fonti nel corso della vita di un rotore — nella fabbricazione, nel montaggio, in esercizio e persino durante gli interventi di manutenzione volti a migliorarlo.
Tolleranze di fabbricazione
Anche con lavorazioni meccaniche di precisione, la simmetria perfetta è impossibile:
- Variazioni della densità del materiale: materiale non omogeneo, vuoti interni o inclusioni creano asimmetria di massa.
- Tolleranze di lavorazione: piccoli scostamenti dalla vera concentricità — esaurire o eccentricità — producono squilibrio.
- Variazione dello spessore delle pareti: nei rotori fusi o costruiti per saldatura, pareti irregolari comportano una distribuzione non uniforme delle masse.
- Porosità e difetti di fusione: sacche d'aria, ritiri o inclusioni di scoria spostano la massa.
Errori e variazioni di montaggio
Quando un rotore è assemblato da più componenti, può essere introdotto squilibrio anche se ogni singolo pezzo è individualmente corretto:
- Accumulo di tolleranze: parti ben bilanciate possono comunque sommarsi vectorially in un totale significativo.
- Connessioni con chiavetta: linguette, cave per linguette e scanalature sono per natura asimmetriche.
- Fori e viteria di fissaggio: fori a passo irregolare o elementi di fissaggio non corrispondenti introducono squilibrio.
- Accoppiamenti termici e a pressione: i componenti calettati a pressione o per interferenza potrebbero non essere perfettamente concentrici.
Cause operative
Lo squilibrio si sviluppa anche in esercizio, allontanandosi dallo stato di bilanciamento originale del rotore:
- Accumulo di materiale: depositi di sporco, polvere, incrostazioni o prodotti di processo su giranti, pale di ventilatori o superfici del rotore.
- Erosion and Indossare: perdita non uniforme di materiale per abrasione, corrosione, O cavitazione.
- Parti rotte o mancanti: una pala del ventilatore persa, una paletta della girante spezzata, un componente che si è spostato.
- Deformazione: Piegatura, deformazione o deformazione plastica dovute a urti, surriscaldamento o sovraccarico.
- Componenti allentati: componenti che si sono allentati e hanno cambiato posizione.
Attività di manutenzione e riparazione
Paradossalmente, la manutenzione può introdurre lo stesso squilibrio che si propone di eliminare:
- Montaggio di pezzi di ricambio con massa o distribuzione di massa diversa.
- Riparazioni saldate che aggiungono metallo in modo asimmetrico.
- Rilavorazione o lavorazione che rimuove il materiale in modo non uniforme
- Verniciatura o rivestimento applicati in modo non uniforme.
2. Come Viene Misurato lo Squilibrio Iniziale
Lo squilibrio iniziale viene quantificato nella prima misurazione di una procedura di bilanciamento.
Parametri di misura
- Ampiezza delle vibrazioni: l'ampiezza della componente 1× (una volta per giro), tipicamente in mm/s, in/s o mil. Essa varia direttamente con l'entità dello squilibrio.
- angolo di fase: la posizione angolare del punto pesante in gradi, rispetto a un riferimento rilevato da un fasore chiave o tachimetro. La fase indica dove si trova la massa di squilibrio.
- Velocità: la velocità di rotazione alla quale vengono eseguite le misurazioni — importante perché forza centrifuga provocata dallo squilibrio aumenta con il quadrato della velocità.
Rappresentazione vettoriale
Lo squilibrio iniziale è rappresentato come un vettore “O” (da “Originale”) con ampiezza e direzione, generalmente tracciato su un diagramma polare dove:
- la lunghezza del vettore’ rappresenta l'ampiezza della vibrazione, e
- l'angolo del vettore’ rappresenta la fase — la posizione del punto pesante.
3. Importanza nel processo di bilanciamento
La misurazione dello squilibrio iniziale svolge più funzioni contemporaneamente.
Riferimento di base per le correzioni
Tutti i calcoli di bilanciamento sono riferiti allo squilibrio iniziale. L'obiettivo è aggiungere pesi di correzione che generano un vettore di vibrazione uguale e opposto al vettore iniziale, annullandolo.
Valutazione della severità
L'ampiezza dello squilibrio iniziale indica la gravità del problema e aiuta a stabilire:
- se il bilanciamento è l'intervento corretto, o se un altro difetto meccanico — scioltezza o disallineamento — devono essere corretti prima;
- la dimensione appropriata di pesi di prova; and
- se una sola correzione è sufficiente o se sono necessarie più iterazioni.
Un utile controllo di coerenza, prima di intervenire sul rotore, consiste nel convertire l'ampiezza misurata nella forza che il rotore genera effettivamente; il nostro Calcolatrice della forza centrifuga dallo squilibrio converte direttamente un dato squilibrio e una data velocità in newton, rendendo evidente l'urgenza.
Monitoraggio dell'avanzamento
Il confronto tra lo squilibrio iniziale e lo squilibrio residuo dopo la correzione quantifica la qualità dell'intervento. Un buon bilanciamento riduce tipicamente la vibrazione del 70–90% o più rispetto al livello iniziale.
Calcolo del coefficiente di influenza
Nel metodo del coefficiente di influenza, il vettore dello squilibrio iniziale viene sottratto dalla vibrazione misurata durante la passata con il 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 della massa di prova.
Da tale effetto isolato, l'analizzatore calcola il coefficiente di influenza e, di conseguenza, la massa e l'angolo di correzione corretti. Per un lavoro su piano singolo è possibile riprodurre questo calcolo con il Calcolatrice del coefficiente di influenza.
4. Relazione con lo squilibrio residuo
Lo scopo principale della bilanciatura è ridurre lo squilibrio iniziale a un livello residuo accettabilmente basso. La relazione è semplice, prima e dopo:
- Squilibrio iniziale: la condizione “prima”.
- Correzione: la procedura di bilanciatura e l'installazione delle masse.
- Squilibrio residuo: la condizione “dopo”.
Idealmente il residuo dovrebbe essere inferiore al 10–30% del valore iniziale, con il target esatto definito dal requisito di qualità di bilanciatura del rotore secondo ISO 21940-11 (il successore moderno di Norma ISO 1940-1). Convertire un Grado G e la velocità di esercizio in un valore ammissibile in grammi-millimetri è rapida con il Calcolatore dello squilibrio residuo (ISO 21940-11).
5. Livelli tipici di squilibrio iniziale
L'entità dello squilibrio iniziale varia ampiamente in base al tipo di apparecchiatura e alla storia operativa.
Rotori nuovi o recentemente bilanciati
La vibrazione è tipicamente compresa tra 0,5 e 2,0 mm/s (da 0,02 a 0,08 in/s) per i macchinari industriali — condizione di bilanciatura buona o accettabile.
Rotori moderatamente sbilanciati
Una vibrazione tra 2,0 e 7,0 mm/s (da 0,08 a 0,28 in/s) indica che il rotore dovrebbe essere bilanciato a breve. Si tratta di uno stato comune per le apparecchiature in attesa di manutenzione ordinaria.
Rotori gravemente sbilanciati
Una vibrazione superiore a 7,0 mm/s (0,28 in/s) segnala uno squilibrio grave che richiede un intervento immediato, spesso causato da una paletta mancante, da accumuli eccessivi o da danni significativi a componenti.
Nota: si tratta di linee guida generali per i tipici macchinari industriali. Il livello accettabile specifico dipende dal tipo di macchina, dalle dimensioni, dalla velocità e dal tipo di installazione, come definito da norme quali la ISO 20816 serie (ex ISO 10816).
6. Misurazione sul campo e documentazione
Su una macchina assemblata, lo squilibrio iniziale viene rilevato in loco anziché su un macchina equilibratrice. Un analizzatore portatile a due canali come il Bilanciamento-1a rileva l'ampiezza e la fase 1× nei cuscinetti propri della macchina alla velocità di esercizio, registra il vettore originale “O” e quindi guida le sessioni di massa di prova e di correzione che lo riducono — rilevando il vero stato as-found in cui il rotore effettivamente funziona, inclusi gli effetti di assemblaggio e termici che una macchina equilibratrice da officina non potrebbe mai vedere.
Qualunque strumento venga utilizzato, la misurazione dello squilibrio iniziale deve essere inclusa nel registro di bilanciatura:
- ampiezza e fase della vibrazione in ciascun punto di misura;
- la velocità operativa durante la misurazione;
- la data e l'identificazione dell'apparecchiatura; e
- Eventuali cause visibili di squilibrio rilevate durante l'ispezione
Questa documentazione costruisce uno storico delle condizioni del rotore e supporta analisi delle tendenze nel tempo — rivelando, ad esempio, se lo sbilanciamento aumenta lentamente a causa di depositi o erosione e consentendo di pianificare la manutenzione prima che la vibrazione diventi grave.
