Comprensione del bilanciamento a due piani
Definizione: Che cos'è il bilanciamento a due piani?
Bilanciamento su due piani è un bilanciamento dinamico procedura in cui pesi di correzione sono posizionati su due piani separati lungo la lunghezza del rotore per eliminare sia lo squilibrio statico che squilibrio di coppia. Questo metodo è richiesto per la maggior parte dei macchinari rotanti industriali, in particolare per i rotori in cui la lunghezza assiale è paragonabile o maggiore del diametro.
A differenza di bilanciamento su un solo piano, che affronta solo lo sfalsamento del centro di massa del rotore, il bilanciamento a due piani corregge sia lo squilibrio della forza traslazionale sia il momento (coppia) che causa l'oscillazione o l'oscillazione del rotore durante la rotazione.
Quando è necessario il bilanciamento a due piani?
L'equilibratura su due piani è necessaria nelle seguenti situazioni:
1. Rotori lunghi o sottili
Qualsiasi rotore con un rapporto lunghezza-diametro superiore a circa 0,5-1,0 richiede un bilanciamento su due piani. Questo include:
- Indotti per motori elettrici
- Alberi di pompe e compressori
- Rotori di ventilatori multistadio
- Alberi di trasmissione e giunti
- Mandrini e utensili rotanti
- Rotori di turbine
2. Presenza di squilibrio di coppia
Quando le misurazioni delle vibrazioni mostrano un movimento sfasato significativo tra i due supporti dei cuscinetti (che indica un movimento di oscillazione o inclinazione), squilibrio di coppia è presente e deve essere corretto mediante bilanciamento su due piani.
3. Quando il bilanciamento su un singolo piano è inadeguato
Se un tentativo di bilanciamento su un solo piano riduce le vibrazioni su un cuscinetto ma le aumenta su un altro, questo è un chiaro segnale che è necessario un bilanciamento su due piani.
4. Rotori rigidi con massa distribuita
Anche per rotori rigidi operanti al di sotto del loro primo velocità critica, se la massa è distribuita su una lunghezza assiale significativa, l'equilibratura su due piani garantisce che le vibrazioni siano ridotte al minimo in tutte le posizioni dei cuscinetti.
La procedura di bilanciamento a due piani
L'equilibratura a due piani è più complessa dell'equilibratura a piano singolo perché le correzioni su un piano influenzano le vibrazioni su entrambi i cuscinetti. La procedura utilizza metodo del coefficiente di influenza con più pesi di prova:
Fase 1: Misurazione iniziale
Far funzionare la macchina alla sua velocità di bilanciamento e misurare i vettori di vibrazione iniziali (ampiezza e fase) in entrambe le posizioni dei cuscinetti. Etichettarli come "Cuscinetto 1" e "Cuscinetto 2". Questi dati rappresentano l'effetto combinato di tutti gli squilibri presenti nel rotore.
Fase 2: definire i piani di correzione
Seleziona due piani di correzione Lungo il rotore, dove è possibile aggiungere o rimuovere pesi. Questi piani dovrebbero essere il più distanti possibile e accessibili possibile. Le posizioni più comuni includono vicino a ciascuna estremità del rotore, in corrispondenza delle flange di accoppiamento o dei mozzi delle ventole.
Fase 3: Peso di prova nel piano 1
Arrestare la macchina e applicare un peso di prova in una posizione angolare nota sul primo piano di correzione. Avviare la macchina e misurare la nuova vibrazione su entrambi i cuscinetti. La variazione di vibrazione su ciascun cuscinetto, causata dal peso di prova nel Piano 1, viene registrata. Questo stabilisce due coefficienti di influenza: l'effetto del Piano 1 sul Cuscinetto 1 e l'effetto del Piano 1 sul Cuscinetto 2.
Fase 4: Peso di prova nel piano 2
Rimuovere il primo peso di prova e applicarne un altro in una posizione nota sul secondo piano di correzione. Avviare nuovamente la macchina e misurare le vibrazioni su entrambi i cuscinetti. Questo determina altri due coefficienti di influenza: l'effetto del Piano 2 sul Cuscinetto 1 e l'effetto del Piano 2 sul Cuscinetto 2.
Passaggio 5: calcolare i pesi di correzione
Lo strumento di bilanciamento ha ora quattro coefficienti di influenza, che formano una matrice 2×2 che descrive come il sistema del rotore risponde ai pesi su ciascun piano. Utilizzando matematica vettoriale e inversione di matrice, lo strumento risolve un sistema di equazioni simultanee per calcolare la massa e l'angolo esatti richiesti in ciascun piano di correzione per ridurre al minimo le vibrazioni su entrambi i cuscinetti contemporaneamente.
Passaggio 6: Installa le correzioni e verifica
Installare in modo permanente entrambi i pesi di correzione calcolati e avviare la macchina per la verifica finale. Idealmente, le vibrazioni su entrambi i cuscinetti dovrebbero essere ridotte a livelli accettabili. In caso contrario, è possibile eseguire un bilanciamento di assetto per perfezionare le correzioni.
Comprensione della matrice del coefficiente di influenza
Il vantaggio dell'equilibratura a due piani risiede nella matrice dei coefficienti di influenza. Ogni piano di correzione influenza le vibrazioni di entrambi i cuscinetti e questi effetti di accoppiamento incrociato devono essere presi in considerazione:
- Effetti diretti: Un peso nel Piano 1 ha l'influenza più forte sulla vibrazione del vicino Cuscinetto 1, mentre un peso nel Piano 2 ha l'effetto più forte sul vicino Cuscinetto 2.
- Effetti di accoppiamento incrociato: Tuttavia, un peso nel Piano 1 influisce anche sul Cuscinetto 2 (anche se solitamente in misura minore), e un peso nel Piano 2 influisce anche sul Cuscinetto 1.
I calcoli dello strumento di bilanciamento tengono conto simultaneamente di tutti e quattro questi effetti, garantendo che i pesi di correzione lavorino insieme per ridurre al minimo le vibrazioni in tutti i punti di misurazione.
Vantaggi del bilanciamento a due piani
- Correzione completa: Risolve sia lo squilibrio statico che quello di coppia, offrendo una soluzione di bilanciamento completa per la maggior parte dei tipi di rotore.
- Riduce al minimo le vibrazioni su tutti i cuscinetti: A differenza dell'equilibratura su un solo piano, l'equilibratura su due piani ottimizza la riduzione delle vibrazioni nell'intero sistema del rotore.
- Prolunga la durata dei componenti: Riducendo le vibrazioni in entrambe le posizioni dei cuscinetti, si riduce al minimo l'usura di cuscinetti, guarnizioni e giunti.
- Standard del settore: L'equilibratura su due piani è l'approccio standard per la maggior parte dei macchinari industriali ed è richiesta da molti produttori di apparecchiature e dagli standard di settore.
- Adatto per rotori rigidi: Efficacemente bilancia rotori rigidi che operano al di sotto della loro prima velocità critica, che rappresenta la stragrande maggioranza delle apparecchiature industriali.
Confronto tra bilanciamento a piano singolo e multipiano
- vs. Piano singolo: L'equilibratura a due piani è più complessa e richiede più tempo, ma garantisce una riduzione delle vibrazioni superiore per tutti i rotori a disco, fatta eccezione per quelli più stretti.
- vs. Multi-Piano: Per rotori flessibili Per operare a velocità superiori a quelle critiche, potrebbero essere necessari tre o più piani di correzione. Tuttavia, l'equilibratura a due piani è sufficiente per la stragrande maggioranza dei macchinari industriali.
Sfide e soluzioni comuni
1. Piani di correzione inaccessibili
Sfida: a volte le posizioni ideali del piano di correzione non sono accessibili su una macchina assemblata.
Soluzione: utilizzare posizioni disponibili come mozzi di accoppiamento, pale di ventole o flange esterne. Gli strumenti moderni possono tenere conto matematicamente di spaziature tra i piani non ottimali.
2. Risposta insufficiente al peso di prova
Sfida: se il peso di prova produce una variazione minima nella vibrazione, i coefficienti di influenza saranno imprecisi.
Soluzione: utilizzare un peso di prova più grande o posizionarlo con un raggio più ampio per aumentarne l'effetto.
3. Comportamento del sistema non lineare
Sfida: alcuni rotori (in particolare quelli con componenti allentati, piede zoppo o che funzionano in prossimità della risonanza) non rispondono in modo lineare ai pesi di correzione.
Soluzione: risolvere prima i problemi meccanici (stringere i bulloni, correggere il piede zoppo) ed eseguire il bilanciamento lontano dalle velocità critiche, quando possibile.
Applicazioni di bilanciamento del campo
Il bilanciamento a due piani è il metodo standard per bilanciamento del campo di macchinari industriali. Grazie agli analizzatori di vibrazioni portatili e agli strumenti di bilanciamento, i tecnici possono eseguire l'equilibratura a due piani direttamente in loco, senza dover smontare o spedire il rotore a un'officina di bilanciamento. Questo approccio consente di risparmiare tempo, ridurre i costi e garantire che il rotore sia bilanciato in condizioni operative reali, tenendo conto di fattori come la rigidità dei cuscinetti, la flessibilità delle fondazioni e i carichi di processo.
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