Comprendere il runout dell'albero nell'analisi delle vibrazioni
Circolarità radiale (Runout) è il termine generale per le imperfezioni di un rotore che producono un segnale alla frequenza di rotazione (1×) anche quando l'albero gira così lentamente che le forze dinamiche come squilibrio sono trascurabili. In senso stretto, è la variazione totale di una superficie rotante rispetto a un cerchio perfetto, misurata rispetto al vero centreline. L'insidia che trae in errore tanti analisti è che il runout sembra esattamente come lo squilibrio nel vibrazione dati — eppure non è un problema legato alle masse e non può essere eliminato con la bilanciamento.
Poiché entrambi i fenomeni si manifestano a 1× velocità di marcia, distinguerli è una delle competenze più importanti nella diagnostica dei rotori. Sbagliare vuol dire sprecare tempo inseguendo un bilanciamento che non convergerà mai; fare bene significa correggere il difetto reale — o compensarlo con precisione prima di tentare un bilanciamento. Le sezioni seguenti definiscono i due tipi distinti di runout, spiegano perché compromettono la diagnostica e illustrano la tecnica standard per rimuoverne l'influenza.
1. Tipi di runout: una distinzione fondamentale
Tutto comincia con la separazione delle due cose fondamentalmente diverse che l'unica parola “runout” può indicare.
Runout meccanico
Il runout meccanico è un'imperfazione geometrica reale imperfezione fisica o geometrica dell'albero: la superficie non è perfettamente tonda, oppure non è perfettamente centrata sull'asse di rotazione. Le cause tipiche includono:
- Ovalizzazione: il perno è leggermente ovale o ha una forma irregolare dovuta alla lavorazione.
- Eccentricità: un componente come una puleggia, un giunto o un ingranaggio è lavorato o montato fuori centro rispetto all'asse dell'albero.
- Albero curvo o inclinato: a permanent bend spazza la superficie in entrata e in uscita rispetto a un punto fisso ad ogni rivoluzione. Una versione transitoria correlata, flessione termica, compare quando la macchina si scalda e scompare quando si stabilizza.
Poiché è una caratteristica geometrica reale, il runout meccanico può essere misurato direttamente con un comparatore mentre l'albero viene ruotato lentamente a mano. La lettura totale del comparatore è il valore riportato nei rapporti di ispezione, e il nostro Calcolatore del runout radiale dell'albero (TIR) aiuta a correlare quella lettura a una tolleranza ammissibile.
Runout elettrico
Il runout elettrico non è affatto un difetto della forma dell'albero, bensì una artefatto di misura peculiare dei sensori senza contatto sonde di prossimità a correnti parassite. Queste sonde generano un campo magnetico ad alta frequenza e deducono il gioco da come la superficie dell'albero lo carica. Se tale superficie presenta variazioni localizzate nelle sue proprietà magnetiche o elettriche, la sonda rileva un gioco fluttuante anche quando la reale distanza albero-sonda è perfettamente costante. Le sue cause sono metallurgiche e legate alla superficie, piuttosto che geometriche:
- Variazioni nella permeabilità del materiale: una zona localizzata magnetizzata — spesso eredità del posizionamento di un comparatore a base magnetica sul perno — produce un segnale 1× forte e persistente.
- Variazioni della finitura superficiale: graffi, ammaccature o segni di lavorazione nell'area di rilevamento della sonda.
- Composizione del materiale non uniforme: variazioni nella lega o nella struttura metallurgica dell'albero stesso.
È fondamentale notare che il runout elettrico è invisibile a un comparatore — la geometria è corretta — eppure costituisce una fonte di errore rilevante nella turbomacchina monitorata secondo standard quali API 670, dove le sonde di prossimità sono i sensori principali.
2. Perché il Runout Compromette la Diagnostica e la Bilanciatura
Il segnale proveniente da entrambi i tipi di runout si trova a 1× la velocità di rotazione — esattamente la stessa frequenza dello squilibrio — il che crea due problemi distinti per l'analista.
- Si maschera da squilibrio: un picco 1× elevato nello spettro induce una diagnosi di squilibrio sicura ma errata, spingendo a tentare operazioni di bilanciatura inutili e destinate al fallimento, poiché non vi è massa in eccesso da correggere.
- Contamina un equilibratura reale: quando lo squilibrio effettivo È presente, il vettore di runout si aggiunge ad esso. Qualsiasi tentativo serio di bilanciare il rotore deve prima isolare la vera risposta dinamica, il che significa misurare la componente di runout e sottraendo vettorialmente sottrarlo dal segnale 1× totale.
Ecco perché un picco 1× da solo non è mai sufficiente per definire la diagnosi — confermare un vero squilibrio rispetto a fenomeni simili come il runout, disallineamento, a rotore incrinato, o risonanza è il cuore di una vibrazione competente diagnosi.
3. Compensazione del runout: il vettore di slow-roll
Il rimedio accettato consiste nel compensazione dell'eccentricità, un passaggio essenziale nell'analisi di qualsiasi macchina strumentata con sonde di prossimità. Si articola in tre fasi:
- Slow roll: la macchina viene avviata a una velocità deliberatamente bassa — tipicamente 200–500 giri/min — dove le forze centrifughe dello squilibrio sono trascurabili, quindi quasi l'intero segnale 1× è runout.
- Misurare il vettore di slow-roll: il vettore di vibrazione 1× (ampiezza e fase) acquisito a questa velocità viene registrato come vettore di “slow-roll” o “runout”.
- Sottrarre il vettore: il vettore di slow-roll memorizzato viene quindi sottratto vettorialmente dal vettore di vibrazione 1× misurato alla piena velocità operativa.
Ciò che rimane è il vettore 1× compensato dal runout, che rappresenta il vero movimento dinamico dell'albero causato dallo squilibrio e da altre forze rotordinamiche. Questo valore compensato — non la lettura grezza — è ciò che deve guidare la diagnostica e il calcolo di pesi di correzione.
4. Misurazione e compensazione sul campo
Lo stesso principio si applica al lavoro con strumenti portatili, anche su macchine che utilizzano accelerometri piuttosto che sonde installate in modo permanente. Prima di procedere è buona norma eseguire un field balance consiste nel verificare il runout meccanico con un comparatore centesimale e nel controllare l'albero per individuare eventuali magnetismi residui, escludendo i falsi positivi prima di aggiungere qualsiasi massa di prova. Un analizzatore portatile a due canali come il Balanset-1A misura l'ampiezza e la fase 1× da cui dipende la bilanciatura; acquisire un riferimento di slow-roll quando la macchina lo consente permette all'analista di confermare che la risposta 1× cresce effettivamente con la velocità — la firma caratteristica di un vero squilibrio — anziché rimanere costante, il che indicherebbe direttamente il runout.
