ISO 1940-1: Vibrazioni meccaniche – Requisiti di qualità dell’equilibrio per rotori in uno stato costante (rigido)

Riepilogo

La norma ISO 1940-1 è una delle norme più importanti e frequentemente consultate nel campo dell'equilibratura dei rotori. Fornisce un metodo sistematico per classificare i rotori per tipologia, determinare un livello di qualità di equilibratura appropriato e calcolare una tolleranza di equilibratura specifica. Il fulcro della norma è il concetto di Gradi di qualità dell'equilibrio (gradi G), che consente ai produttori e al personale addetto alla manutenzione di specificare e verificare la precisione di un lavoro di bilanciamento in modo standardizzato. Questo standard si applica specificamente a rotori rigidi—quelli che non si flettono o si piegano alla velocità del loro servizio.

Nota: questa norma è stata formalmente sostituita dalla ISO 21940-11, ma i suoi principi e il sistema G-Grade rimangono la base fondamentale per l'equilibratura rigida dei rotori in tutto il mondo.

Indice (struttura concettuale)

La norma è strutturata per guidare l'utente attraverso il processo di determinazione di uno squilibrio residuo ammissibile:

1. 1. Ambito e campo di applicazione:

   Questa sezione iniziale stabilisce i confini e lo scopo dello standard. Afferma esplicitamente che le sue regole e linee guida si applicano a rotori che si comportano in modo rigido In tutto il loro intervallo di velocità operativa. Questo è il presupposto fondamentale dell'intera norma: il rotore non subisce flessioni o deformazioni significative dovute a forze di sbilanciamento. L'ambito di applicazione è ampio e mira a coprire un'ampia gamma di macchinari rotanti in tutti i settori industriali. Tuttavia, chiarisce anche che si tratta di una norma di uso generale e che per alcuni tipi specifici di macchinari (ad esempio, turbine a gas aerospaziali), potrebbero essere applicabili altre norme più rigorose. L'obiettivo è quello di fornire un metodo sistematico per specificare le tolleranze di bilanciamento, essenziali per il controllo qualità nella produzione e nella riparazione.

2. 2. Gradi di qualità dell'equilibrio (gradi G):

   Questa sezione è il cuore dello standard. Introduce il concetto di Gradi di qualità dell'equilibrio (gradi G) come un modo per classificare i requisiti di bilanciamento per diversi tipi di macchinari. Il grado G è definito come il prodotto dello squilibrio specifico (eccentricità, e) e la velocità angolare massima di servizio (Ω), dove G = e × ΩQuesto valore rappresenta una velocità di vibrazione costante, fornendo una misura standardizzata della qualità. Lo standard fornisce una tabella completa che elenca un'ampia varietà di tipi di rotore (ad esempio, motori elettrici, giranti di pompe, ventilatori, turbine a gas, alberi motore) e assegna a ciascuno un grado G raccomandato. Questi gradi si basano su decenni di dati empirici ed esperienza pratica. Ad esempio, un grado G6.3 potrebbe essere raccomandato per un motore industriale standard, mentre un mandrino per rettifica di precisione richiederebbe un grado G1.0 o G0.4 molto più rigoroso. Un valore G inferiore indica sempre una tolleranza di bilanciamento più stretta e precisa, il che si traduce in un minore squilibrio residuo ammissibile.

3. 3. Calcolo dello squilibrio residuo consentito:

   Questa sezione fornisce il collegamento matematico essenziale tra il grado G teorico e una tolleranza pratica e misurabile. Descrive in dettaglio la formula per calcolare lo squilibrio specifico ammissibile (e_per), che rappresenta lo spostamento ammissibile del baricentro dall'asse di rotazione. La formula deriva direttamente dalla definizione del G-Grade:

   e_per = G / Ω

   Per un utilizzo pratico con le unità di misura più comuni, la norma fornisce la formula:

   e_per [g·mm/kg] = (G [mm/s] × 9549) / n [RPM]

   Una volta raggiunto lo squilibrio specifico ammissibile (e_per) viene calcolato, viene moltiplicato per la massa del rotore (M) per trovare lo squilibrio residuo totale ammissibile (Tu_per) per l'intero rotore: Tu_per = e_per × MQuesto valore finale, espresso in unità di misura come grammi-millimetri (g·mm), è l'obiettivo che l'operatore della macchina equilibratrice deve raggiungere. Il rotore è considerato equilibrato quando lo squilibrio residuo misurato è inferiore a questo valore calcolato.

4. 4. Assegnazione dello squilibrio residuo ai piani di correzione:

   Questa sezione affronta il passaggio critico della distribuzione dello squilibrio totale ammissibile calcolato (Tu_per) in tolleranze specifiche per ciascuno dei due piani di correzioneÈ necessaria una bilancia a due piani per correggere entrambi statico e squilibrio di coppiaLa norma fornisce formule per questa allocazione, che dipende dalla geometria del rotore. Per un rotore semplice e simmetrico, lo squilibrio totale è spesso suddiviso equamente tra i due piani. Tuttavia, per geometrie più complesse, come rotori a sbalzo o rotori con baricentro non centrato tra i cuscinetti, la norma fornisce formule specifiche. Queste formule tengono conto delle distanze dei piani di correzione e del baricentro dai cuscinetti, garantendo che la tolleranza per ciascun piano sia correttamente ripartita. Questo passaggio è fondamentale perché una macchina equilibratrice misura lo squilibrio in ciascun piano in modo indipendente; pertanto, l'operatore necessita di un valore target specifico per ciascun piano (ad esempio, "Lo squilibrio ammissibile nel Piano I è di 15 g·mm e nel Piano II è di 20 g·mm").

5. 5. Fonti di errore nel bilanciamento:

   Questa sezione finale funge da guida pratica ai fattori reali che possono compromettere la precisione di un lavoro di equilibratura, anche quando è stata calcolata una tolleranza precisa. Sottolinea che raggiungere un equilibrio perfetto è impossibile e che l'obiettivo è ridurre lo squilibrio residuo a un livello inferiore alla tolleranza calcolata. La norma affronta diverse fonti chiave di errore che devono essere gestite, tra cui: errori nella calibrazione della macchina equilibratrice stessa; imperfezioni geometriche dei perni del rotore o delle superfici di montaggio (eccentricità); errori introdotti dagli utensili utilizzati per montare il rotore sulla macchina (ad esempio, un albero sbilanciato); ed effetti operativi non presenti durante l'equilibratura a bassa velocità, come l'espansione termica o le forze aerodinamiche. Questo capitolo funge da checklist fondamentale per il controllo qualità, ricordando al professionista di considerare l'intero processo di equilibratura, non solo il valore finale sul display della macchina.

Concetti chiave

• Standardizzazione: Il sistema G-Grade fornisce un linguaggio universale per la qualità dell'equilibratura. Un cliente può specificare "equilibratura G6.3" e qualsiasi officina di equilibratura al mondo saprà esattamente quale tolleranza è richiesta.
• Dipendenza dalla velocità: La norma chiarisce che la tolleranza di bilanciamento dipende in modo critico dalla velocità di funzionamento della macchina. Un rotore più veloce richiede un bilanciamento più stretto (uno squilibrio residuo ammissibile inferiore) per produrre lo stesso livello di vibrazioni di un rotore più lento.
• Praticità: Lo standard fornisce un quadro pratico e collaudato basato su decenni di dati empirici, contribuendo a evitare sia il sottobilanciamento (che provoca vibrazioni elevate) sia il sovrabilanciamento (che è inutilmente costoso).

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