Vibrazione sincrona e sub-sincrona spiegata
Vibrazione sincrona è qualsiasi vibrazione che si verifica a una frequenza che è un multiplo intero esatto della frequenza primaria di una macchina velocità di marcia (1×). È, letteralmente, «in sincronia» con la rotazione dell'albero ed è di gran lunga la categoria di vibrazione più comune riscontrata nei macchinari rotanti. Riconoscere se un picco in un spettro di vibrazione è sincrono, sub-sincrono, o asincrono è uno dei primi e più efficaci passi in qualsiasi diagnosi.
1. Definizione: che cos'è la vibrazione sincrona?
Un componente vibrante è sincrono quando la sua frequenza segue la velocità dell'albero con un rapporto intero:
- La vibrazione alla velocità di marcia esatta (1×) è sincrona.
- Anche le vibrazioni al doppio della velocità di marcia (2×), al triplo (3×) e così via sono sincrone: questi ordini superiori sono i armoniche della velocità di rotazione.
La caratteristica distintiva è che un picco sincrono si muove insieme alla macchina: se si modifica la velocità, il picco si sposta rimanendo fissato allo stesso multiplo. La stragrande maggioranza dei guasti meccanici quotidiani — squilibrio, disallineamento, a albero piegato, e allentamento meccanico — si manifestano tutte come vibrazioni sincrone. Lo squilibrio, ad esempio, si manifesta sempre a 1× RPM e segue perfettamente ogni variazione della velocità della macchina, ed è proprio per questo che bilanciamento in situ si rivolge alla componente 1×.
2. Definizione: che cos'è la vibrazione subsincrona?
Vibrazione sub-sincrona è qualsiasi vibrazione che si verifica a una frequenza sotto la velocità di funzionamento primaria (inferiore a 1×) — il prefisso “sub-” significa semplicemente “al di sotto di”. Una vibrazione sub-sincrona significativa è spesso un grave segnale di allarme, poiché è tipicamente generata da sistemi autoeccitati e instabili rotore-dinamico fenomeni piuttosto che dalla normale usura meccanica o da problemi di accoppiamento. È fondamentale notare che, a differenza delle vibrazioni sincrone, la funzione di forzante delle vibrazioni subsincrone è generata dal movimento del rotore stesso, ed è proprio questo che le rende in grado di trasformarsi in un instabilità.
3. Come distinguerli in uno spettro FFT
Separare questi componenti in un FFT lo spettro è semplice, una volta che si sa cosa cercare:
- Picchi sincroni: il picco a 1× RPM (velocità di marcia) e tutti i picchi che corrispondono a multipli interi esatti (2×, 3×, …).
- Picchi subsincroni: eventuali picchi significativi che compaiono sull'asse delle frequenze prima il picco a 1× — per esempio a 0,42×–0,48× della velocità di marcia, il classico segno distintivo di vortice d'olio.
- Picchi non sincroni: picchi che non sono un multiplo intero della velocità di corsa, spesso legati a frequenze di guasto dei cuscinetti o da fonti esterne.
Poiché il confine tra queste categorie è definito in base alla velocità di corsa, è fondamentale disporre di un riferimento di velocità attendibile. A tachimetro impulso — o analisi degli ordini su un apparecchio a velocità variabile — consente all'analista di individuare con precisione la linea 1× ed evitare di classificare erroneamente un picco.
4. Perché questa distinzione è fondamentale
Distinguere le vibrazioni sincrone da quelle subsincrone è fondamentale ai fini della diagnosi, poiché le due indicano tipologie di problemi completamente diverse — e soluzioni diverse:
- Problemi sincroni (come lo squilibrio) sono vibrazioni forzate. Di solito possono essere risolti con interventi meccanici — come il bilanciamento o l'allineamento — e sono generalmente prevedibili e stabili.
- Problemi sub-sincroni sono spesso vibrazioni autoeccitate o instabilità. Esse indicano un problema nella progettazione di base o nelle condizioni del sistema rotore-cuscinetto e non possono essere risolte tramite l'equilibratura. Tali condizioni possono essere instabili e altamente distruttive. Tra le cause più comuni figurano il vortice d'olio e frusta d'olio in film fluido cuscinetti radenti, e tra rotore e statore sfregamenti.
Per questo motivo, un picco subsincrono di elevata ampiezza viene generalmente considerato una condizione di allarme più grave rispetto a un picco sincrono della stessa ampiezza: il primo può mettere a rischio l'integrità della macchina, mentre il secondo richiede solitamente un intervento di manutenzione.
5. Agire in base alla diagnosi
Una volta che lo spettro indica che l'energia dominante è sincrona, la strada da seguire è solitamente quella della correzione piuttosto che della riprogettazione. Un picco dominante 1× indica uno squilibrio e la necessità di un intervento di bilanciamento; valori elevati sia di 1× che di 2×, spesso accompagnati da attività assiale, indicano un disallineamento. Sul campo, questo è esattamente il campo di applicazione di uno strumento a due canali come il Balanset-1A gestisce: misura 1× ampiezza e fase che definiscono una risposta sincrona allo squilibrio e calcolano i pesi di correzione necessari per ridurla. Se, al contrario, l'analisi rivela una forte componente subsincrona, la risposta corretta consiste nell'esaminare i giochi dei cuscinetti, la lubrificazione e la stabilità del rotore — non nel ricorrere a pesi di prova.
