Comprensione del disallineamento dell'albero nelle macchine rotanti

Definizione: Che cosa è il disallineamento?

Disallineamento dell'albero è una condizione in cui gli assi di rotazione di due o più alberi accoppiati non sono allineati quando la macchina funziona in normali condizioni operative. Insieme allo sbilanciamento, è una delle cause più comuni di guasti prematuri dei macchinari, con conseguente aumento delle vibrazioni, danni a cuscinetti e tenute e consumo energetico eccessivo. L'obiettivo dell'allineamento di precisione è quello di allineare il più possibile gli assi degli alberi entro le tolleranze specificate.

Tipi di disallineamento

Il disallineamento è classificato in due tipologie principali, anche se nella maggior parte dei casi reali è presente una combinazione di entrambe.

1. Disallineamento parallelo (o offset)

Il disallineamento parallelo si verifica quando gli assi dei due alberi sono paralleli tra loro ma sfalsati di una certa distanza. Questo può essere visualizzato come se un albero fosse più alto o più basso (sfalsamento verticale) o più spostato da un lato (sfalsamento orizzontale) rispetto all'altro.

2. Disallineamento angolare

Il disallineamento angolare si verifica quando i due alberi formano un angolo tra loro. I loro assi si intersecano nel punto di accoppiamento, ma non sono sulla stessa linea. Questo crea uno "spazio" nell'accoppiamento che è più ampio da un lato rispetto all'altro.

3. Disallineamento combinato

Questo è lo scenario più comune, in cui gli alberi subiscono contemporaneamente disallineamenti paralleli e angolari.

La firma vibrazionale del disallineamento

Il disallineamento genera una firma di vibrazione molto distinta che può essere identificata in uno spettro FFT:

• Indicatore primario (2x): Il segno più comune e classico di disallineamento è un picco di vibrazione ad alta ampiezza esattamente 2x la velocità di rotazione (2° ordine)Questo perché le forze causate dal disallineamento sottopongono gli alberi e il giunto a due cicli di flessione per rivoluzione.
• Elevata vibrazione assiale: Il disallineamento spesso produce forti vibrazioni nel assiale direzione (parallela all'albero). Un picco 2x elevato nella direzione assiale è un indicatore molto forte di disallineamento.
• Altre armoniche (1x, 3x, 4x): Sebbene 2x sia l'indicatore principale, anche un disallineamento può eccitare la frequenza di rotazione pari a 1x. Un disallineamento grave, in particolare un offset parallelo, può anche generare armoniche superiori come 3x e 4x.
• Frequenze specifiche dell'accoppiamento: Alcuni tipi di giunti, quando usurati o sollecitati da disallineamenti, possono generare vibrazioni alle loro frequenze caratteristiche.

Uno spettro di vibrazione che mostra un picco 2x che è 50% o più del picco 1x, soprattutto se accompagnato da un'elevata vibrazione assiale, è un caso da manuale di disallineamento.

Cause comuni di disallineamento

Il disallineamento può essere presente fin dall'installazione iniziale o svilupparsi nel tempo.

• Installazione non corretta: La causa più comune è la mancanza di allineamento di precisione durante la configurazione iniziale della macchina.
• Crescita termica: Quando le macchine si riscaldano dalla temperatura ambiente alla temperatura di esercizio, i loro componenti si espandono. Un motore potrebbe aumentare di altezza, o il corpo di una pompa potrebbe espandersi, disallineando gli alberi. Un allineamento di precisione deve tenere conto di questa crescita termica.
• Deformazione del tubo: Le forze generate da tubazioni di ingresso o di uscita non adeguatamente supportate possono disallineare una pompa o un compressore rispetto al suo motore. Questo è un problema molto comune nelle industrie di processo.
• Problemi di fondazione: Una base debole o crepata, oppure bulloni di ancoraggio allentati, possono far sì che la macchina si sposti nel tempo.
• Piede zoppo: Condizione in cui uno dei piedini di montaggio della macchina non è appoggiato in piano sulla piastra di base, provocando la torsione o la distorsione del telaio della macchina quando viene imbullonato.

Perché correggere il disallineamento è fondamentale

Utilizzare una macchina non allineata ha gravi conseguenze:

• Guasto dei cuscinetti e delle guarnizioni: Gli elevati carichi ciclici imposti agli alberi vengono trasmessi direttamente ai cuscinetti e alle guarnizioni, causandone il guasto prematuro.
• Guasto dell'accoppiamento: I giunti sono progettati per gestire piccoli disallineamenti, ma un disallineamento eccessivo ne causerà l'usura e il rapido guasto.
• Fatica dell'albero: La flessione ripetuta degli alberi può causare cricche da fatica e, infine, la rottura dell'albero.
• Aumento del consumo energetico: Una notevole quantità di energia viene sprecata sotto forma di calore e vibrazioni, anziché svolgere un lavoro utile.

L'allineamento di precisione, mediante strumenti quali comparatori a quadrante o sistemi di allineamento laser, è un elemento fondamentale di qualsiasi programma efficace di affidabilità e manutenzione.

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