Supporto di bilanciamento del rotore ad alta velocità per pompe per vuoto

Introduzione

L'equilibratura di rotori ad alta velocità nelle pompe da vuoto richiede apparecchiature specializzate capaci di mantenere la precisione in condizioni operative estreme. Per soddisfare questi requisiti, nel 2002 e nel 2009 sono stati sviluppati banchi di equilibratura dedicati. Questi sistemi sono progettati per l'equilibratura dinamica di rotori di turbina assemblati alle effettive velocità operative, comprese tra 42,000 e 60,000 rpm, direttamente nei propri supporti di cuscinetto. L'obiettivo progettuale era ottenere valori di squilibrio residuo conformi alla precisione di Classe 1 secondo GOST 22061-76, la norma sovietica sulla qualità di equilibratura (il suo moderno equivalente internazionale è la ISO 21940-11, in precedenza ISO 1940-1).

Progettazione e configurazione strutturale

La figura 1 mostra lo schema del supporto di bilanciamento ad alta velocità utilizzato per i rotori delle pompe per vuoto.

Figura 1 – Disposizione strutturale del supporto di bilanciamento della pompa per vuoto ad alta velocità:
1 – Piattaforma rigida
2 – Molle cilindriche antivibranti
3 – Base di montaggio cilindrica
4 – Pompa per vuoto bilanciata
5 – Copertura protettiva
6 – Sensore di angolo di fase
7 – Sensore di vibrazione sul coperchio
8 – Sensore di vibrazione sulla base
9 – Unità di misura e di calcolo

Il supporto è costruito su una piattaforma rettangolare (1), supportata da quattro molle cilindriche (2), che garantiscono l'isolamento dalle vibrazioni. La piattaforma è rinforzata con rinforzi longitudinali e trasversali, ottenendo un'elevata rigidità e riducendo al minimo il peso. Questa soluzione strutturale garantisce un'elevata sensibilità alle forze di sbilanciamento e previene oscillazioni risonanti in tutto l'intervallo di velocità della pompa durante l'equilibratura.

La base di montaggio (3) è fissata rigidamente alla piattaforma e serve per posizionare la pompa (4) con precisione. La pompa è racchiusa in un apposito coperchio (5), che ospita anche il sensore di angolo di fase (6). Due sensori di vibrazione (7 e 8) sono montati rispettivamente sul coperchio e sulla base. Tutti i sensori sono collegati a un'unità di misura e calcolo (9), che esegue analisi in tempo reale e calcola i pesi correttivi.

Procedura di bilanciamento

L'equilibratura viene effettuata in due fasi sequenziali per garantire la precisione in condizioni di rotore sia rigido che flessibile.

Fase 1 – Bilanciamento del rotore rigido

Nella fase iniziale, il rotore della pompa viene equilibrato a velocità di rotazione fino a 8,000 rpm, dove si comporta come un corpo rigido. L'obiettivo qui è compensare sia gli squilibri statici sia quelli di coppia. Nei test su questo banco isolato dalle vibrazioni, il sistema raggiunge livelli di vibrazione residua inferiori a 0.01 mm/s RMS nell'intervallo di frequenza 3,500–8,000 rpm. Questa lettura ultra-bassa è un risultato di prova su banco ottenuto in condizioni controllate, non un valore tipico di misura sul campo.

Fase 2 – Bilanciamento del rotore flessibile ad alta velocità

Nella seconda fase, il bilanciamento viene eseguito alla velocità operativa del rotore, ovvero 42.000 o 60.000 giri/min, a seconda del modello di pompa. A questa velocità, il rotore entra in uno stato flessibile e subisce una deformazione, che porta a un ulteriore squilibrio dinamico. Viene calcolata e applicata una correzione finale per minimizzare questi effetti. Il livello di vibrazione residua dopo il bilanciamento ad alta velocità non supera 0,3 mm/s RMS, garantendo un funzionamento stabile della pompa a lungo termine.

Caratteristiche delle prestazioni

• Vibrazione residua (stadio rigido): ≤ 0.01 mm/s (3,500–8,000 rpm, risultato di prova su banco)

• Vibrazione residua (stadio flessibile): ≤ 0,3 mm/s (42.000–60.000 giri/min)

• Tempo totale del ciclo di bilanciamento: In genere meno di 30 minuti

Conclusione

Il supporto di bilanciamento ad alta velocità per rotori di pompe per vuoto combina rigidità strutturale, misurazione di precisione e calcolo avanzato. Consente un bilanciamento accurato in condizioni operative reali, compensando gli squilibri sia statici che dinamici. La soluzione soddisfa i rigorosi standard in materia di vibrazioni e migliora significativamente l'affidabilità e la durata dei sistemi di pompe per vuoto ad alta velocità.