Comprensione del metodo a tre passaggi nel bilanciamento del rotore
Definizione: Che cos'è il metodo delle tre prove?
Il metodo a tre esecuzioni è la procedura più utilizzata per bilanciamento dinamico a due piani. Determina il pesi di correzione necessari in due piani di correzione utilizzando esattamente tre serie di misurazioni: una serie iniziale per stabilire la linea di base sbilanciare condizione, seguita da due sequenziali peso di prova esecuzioni (una per ogni piano di correzione).
Questo metodo fornisce un equilibrio ottimale tra precisione ed efficienza, richiedendo meno avviamenti e arresti della macchina rispetto al metodo a quattro esecuzioni fornendo dati sufficienti per calcolare correzioni efficaci per la maggior parte degli impianti industriali bilanciamento applicazioni.
La procedura in tre passaggi: passo dopo passo
La procedura segue una sequenza semplice e sistematica:
Esecuzione 1: misurazione iniziale della linea di base
La macchina viene fatta funzionare alla sua velocità di bilanciamento nelle sue condizioni di sbilanciamento, così come si presenta. Vibrazioni le misurazioni vengono effettuate in entrambe le posizioni dei cuscinetti (designate come Cuscinetto 1 e Cuscinetto 2), registrando entrambi ampiezza e angolo di fase. Queste misurazioni rappresentano i vettori di vibrazione causati dalla distribuzione originale dello squilibrio.
- Misurazione al cuscinetto 1: Ampiezza A₁, Fase θ₁
- Misurazione al cuscinetto 2: Ampiezza A₂, Fase θ₂
- Scopo: Stabilisce la condizione di vibrazione di base (O₁ e O₂) che deve essere corretta
Esecuzione 2: Peso di prova nel piano di correzione 1
La macchina viene arrestata e un peso di prova noto (T₁) viene temporaneamente fissato in una posizione angolare contrassegnata con precisione nel primo piano di correzione (tipicamente vicino al cuscinetto 1). La macchina viene riavviata alla stessa velocità e le vibrazioni vengono nuovamente misurate su entrambi i cuscinetti.
- Aggiungere: Peso di prova T₁ all'angolo α₁ nel piano 1
- Misurazione al cuscinetto 1: Nuovo vettore di vibrazione (O₁ + effetto di T₁)
- Misurazione al cuscinetto 2: Nuovo vettore di vibrazione (O₂ + effetto di T₁)
- Scopo: Determina come un peso nel Piano 1 influisce sulla vibrazione di entrambi i cuscinetti
Lo strumento di bilanciamento calcola il coefficienti di influenza per il Piano 1 mediante sottrazione vettoriale delle misure iniziali da queste nuove misure.
Esecuzione 3: Peso di prova nel piano di correzione 2
Il primo peso di prova viene rimosso e un secondo peso di prova (T₂) viene fissato in una posizione contrassegnata sul secondo piano di correzione (tipicamente vicino al cuscinetto 2). Viene eseguita un'altra misurazione, registrando nuovamente le vibrazioni su entrambi i cuscinetti.
- Rimuovere: Peso di prova T₁ dal piano 1
- Aggiungere: Peso di prova T₂ all'angolo α₂ nel piano 2
- Misurazione al cuscinetto 1: Nuovo vettore di vibrazione (O₁ + effetto di T₂)
- Misurazione al cuscinetto 2: Nuovo vettore di vibrazione (O₂ + effetto di T₂)
- Scopo: Determina come un peso nel Piano 2 influisce sulla vibrazione di entrambi i cuscinetti
Lo strumento ora dispone di un set completo di quattro coefficienti di influenza che descrivono il modo in cui ciascun piano influenza ciascun cuscinetto.
Calcolo dei pesi di correzione
Dopo che le tre esecuzioni sono state completate, il software di bilanciamento esegue matematica vettoriale per risolvere i pesi di correzione:
La matrice del coefficiente di influenza
Dalle tre misurazioni vengono determinati quattro coefficienti:
- α₁₁: Come il Piano 1 influenza la Direzione 1 (effetto primario)
- α₁₂: Come il piano 2 influenza il cuscinetto 1 (accoppiamento incrociato)
- α₂₁: Come il piano 1 influenza il cuscinetto 2 (accoppiamento incrociato)
- α₂₂: Come il Piano 2 influenza la Direzione 2 (effetto primario)
Risolvere il sistema
Lo strumento risolve due equazioni simultanee per trovare W₁ (correzione per il Piano 1) e W₂ (correzione per il Piano 2):
- α₁₁ · W₁ + α₁₂ · W₂ = -O₁ (per annullare la vibrazione sul cuscinetto 1)
- α₂₁ · W₁ + α₂₂ · W₂ = -O₂ (per annullare le vibrazioni sul cuscinetto 2)
La soluzione fornisce sia la massa che la posizione angolare richieste per ciascun peso di correzione.
Passaggi finali
- Rimuovere entrambi i pesi di prova
- Installare i pesi di correzione permanenti calcolati su entrambi i piani
- Eseguire una verifica per confermare che la vibrazione è stata ridotta a livelli accettabili
- Se necessario, eseguire un bilanciamento del trim per perfezionare i risultati
Vantaggi del metodo a tre run
Il metodo a tre passaggi è diventato lo standard del settore per l'equilibratura a due piani grazie a diversi vantaggi chiave:
1. Efficienza ottimale
Tre prove rappresentano il minimo necessario per stabilire quattro coefficienti di influenza (una condizione iniziale più una prova di funzionamento per piano). Ciò riduce al minimo i tempi di fermo macchina, garantendo al contempo una caratterizzazione completa del sistema.
2. Affidabilità comprovata
Decenni di esperienza sul campo dimostrano che tre prove forniscono dati sufficienti per un bilanciamento affidabile nella stragrande maggioranza delle applicazioni industriali.
3. Risparmio di tempo e costi
Rispetto al metodo a quattro prove, l'eliminazione di una prova riduce il tempo di bilanciamento di circa 20%, con conseguente riduzione dei tempi di fermo e dei costi di manodopera.
4. Esecuzione più semplice
Un minor numero di esecuzioni comporta una minore gestione dei pesi di prova, minori possibilità di errori e una gestione dei dati più semplice.
5. Adatto alla maggior parte delle applicazioni
Per macchinari industriali tipici con effetti di accoppiamento incrociato moderati e accettabili tolleranze di bilanciamento, tre corse danno sempre risultati positivi.
Quando utilizzare il metodo delle tre prove
Il metodo a tre prove è appropriato per:
- Bilanciamento industriale di routine: Motori, ventilatori, pompe, soffianti: la maggior parte delle apparecchiature rotanti
- Requisiti di precisione moderati: Gradi di qualità della bilancia da G 2,5 a G 16
- Applicazioni di bilanciamento del campo: Bilanciamento in situ dove è importante ridurre al minimo i tempi di inattività
- Sistemi meccanici stabili: Attrezzatura in buone condizioni meccaniche e risposta lineare
- Geometrie standard del rotore: Rotori rigidi con rapporti tipici lunghezza-diametro
Limitazioni e quando non utilizzarlo
Il metodo delle tre prove può essere inadeguato in determinate situazioni:
Quando è preferito il metodo a quattro prove
- Requisiti di alta precisione: Tolleranze molto strette (da G 0,4 a G 1,0) dove la verifica aggiuntiva della linearità è preziosa
- Forte accoppiamento incrociato: Quando i piani di correzione sono molto vicini tra loro o la rigidità è altamente asimmetrica
- Caratteristiche del sistema sconosciute: Primo bilanciamento di attrezzature insolite o personalizzate
- Macchinari problematici: Apparecchiature che mostrano segni di comportamento non lineare o problemi meccanici
Quando un singolo piano potrebbe essere sufficiente
- Rotori stretti a disco in cui lo squilibrio dinamico è minimo
- Quando solo una posizione del cuscinetto mostra vibrazioni significative
Confronto con altri metodi
Metodo a tre run vs. a quattro run
| Aspetto | Tre run | Quattro corse |
|---|---|---|
| Numero di corse | 3 (iniziale + 2 prove) | 4 (iniziale + 2 prove + combinate) |
| Tempo richiesto | Più corto | ~20% più lungo |
| Controllo di linearità | No | Sì (Esegui 4 verifiche) |
| Applicazioni tipiche | lavoro industriale di routine | Attrezzature critiche ad alta precisione |
| Precisione | Buono | Eccellente |
| Complessità | Inferiore | Più alto |
Metodo a tre passaggi vs. metodo a piano singolo
Il metodo a tre run è fondamentalmente diverso da bilanciamento su un solo piano, che utilizza solo due esecuzioni (iniziale più una prova) ma può correggere solo un piano e non può affrontare squilibrio di coppia.
Le migliori pratiche per il successo del metodo a tre tentativi
Selezione del peso di prova
- Scegli pesi di prova che producano una variazione di ampiezza di vibrazione di 25-50%
- Troppo piccolo: rapporto segnale/rumore basso ed errori di calcolo
- Troppo grande: rischio di risposta non lineare o livelli di vibrazione non sicuri
- Utilizzare dimensioni simili per entrambi i piani per mantenere una qualità di misurazione costante
Coerenza operativa
- Mantenere esattamente la stessa velocità per tutte e tre le corse
- Se necessario, consentire la stabilizzazione termica tra le corse
- Garantire condizioni di processo coerenti (flusso, pressione, temperatura)
- Utilizzare posizioni dei sensori e metodi di montaggio identici
Qualità dei dati
- Prendi più misurazioni per ogni esecuzione e calcolane la media
- Verificare che le misurazioni di fase siano coerenti e affidabili
- Verificare che i pesi di prova producano cambiamenti chiaramente misurabili
- Cercare anomalie che potrebbero indicare errori di misurazione
Precisione di installazione
- Contrassegnare e verificare attentamente le posizioni angolari del peso di prova
- Assicurarsi che i pesi di prova siano fissati saldamente e non si spostino durante le corse
- Installare i pesi di correzione finale con la stessa cura e precisione
- Controllare due volte le masse e gli angoli prima della corsa finale
Risoluzione dei problemi comuni
Risultati scadenti dopo la correzione
Possibili cause:
- Pesi di correzione installati con angoli sbagliati o con masse sbagliate
- Le condizioni operative sono cambiate tra le prove e l'installazione correttiva
- Problemi meccanici (allentamento, disallineamento) non affrontati prima dell'equilibratura
- Risposta del sistema non lineare
I pesi di prova producono una piccola risposta
Soluzioni:
- Utilizzare pesi di prova più grandi o posizionarli a un raggio maggiore
- Controllare il montaggio del sensore e la qualità del segnale
- Verificare che la velocità operativa sia corretta
- Considerare se il sistema ha uno smorzamento molto elevato o una sensibilità di risposta molto bassa
Misurazioni incoerenti
Soluzioni:
- Concedere più tempo per la stabilizzazione termica e meccanica
- Migliorare il montaggio del sensore (utilizzare perni invece di magneti)
- Isolare da fonti di vibrazioni esterne
- Risolvere problemi meccanici che causano comportamenti variabili
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