Vibrazioni eccessive su apparecchiature rotanti come pompe, riduttori, turbine e compressori sono un chiaro segno che l’apparecchiatura non funziona correttamente. Le apparecchiature che presentano vibrazioni eccessive molto probabilmente non raggiungeranno la durata prevista e possono essere fonte di fermi macchina non programmati o situazioni pericolose. Pertanto, è importante individuare la causa principale delle vibrazioni misurando e analizzando i segnali di vibrazione. Di seguito vengono discusse le cause più comuni delle vibrazioni.
Problemi di allineamento
Quando due o più macchine rotanti sono collegate, il corretto allineamento è fondamentale.
Gli errori di allineamento tipici sono:
- Disallineamento parallelo:
Le linee centrali degli alberi sono parallele ma non allineate. Ciò può verificarsi sia in senso orizzontale che verticale. Il disallineamento parallelo è noto anche come disallineamento di offset. - Disallineamento angolare:
Gli alberi si incontrano in un punto, ma non sono paralleli. Ciò può verificarsi sia sull’asse orizzontale che su quello verticale. Il disallineamento angolare è noto anche come disallineamento da gioco. - Disallineamento combinato parallelo-angolare:
Una combinazione di disallineamento sia parallelo che angolare. Il disallineamento combinato parallelo-angolare è il tipo di disallineamento più comune.
Sbilanciamento
Quando il baricentro di un oggetto rotante non si trova esattamente sulla linea centrale, si verifica uno squilibrio della macchina che provoca vibrazioni. Quando una macchina è sbilanciata, può causare danni alla macchina stessa, alle fondamenta, alle tubazioni, ecc. Esistono tre tipi di squilibrio: squilibrio statico, squilibrio accoppiato e squilibrio dinamico.
Squilibrio statico
Lo squilibrio statico si verifica quando l’asse del baricentro (asse di inerzia) non è allineato con il centro di rotazione (linea centrale dell’albero) e il punto di massima massa e il baricentro si trovano sullo stesso piano. Lo squilibrio statico può essere il risultato di uno spostamento parallelo dell’asse principale di massa rispetto alla linea centrale dell’albero e può essere causato da una distribuzione non simmetrica della massa o da una deformazione. In teoria, lo squilibrio statico può essere rilevato posizionando l’oggetto con un punto di rotazione a ciascuna estremità. In presenza di squilibrio statico e di attrito pari a zero, la forza di gravità farà ruotare il lato più pesante verso il basso.
Squilibrio accoppiato
Lo squilibrio accoppiato si verifica quando un oggetto rotante presenta due o più masse sbilanciate su piani diversi, che si annullano a vicenda in posizione di riposo. L’asse principale delle masse non è più parallelo al centro di gravità, ma lo attraversa. Quando il sistema inizia a ruotare, queste masse subiscono l’influenza delle forze centrifughe, generando vibrazioni.
Squilibrio dinamico
Lo squilibrio dinamico è il tipo più comune di squilibrio ed è il risultato dello squilibrio statico e di quello accoppiato. L’asse di massa principale è spostato e non è parallelo alla linea centrale dell’albero.
Risonanza
Ogni macchina presenta una o più frequenze di risonanza (frequenza naturale). Quando una frequenza di rotazione coincide con la frequenza di risonanza della macchina, si verifica la risonanza. La risonanza può avere un impatto significativo.
Parti libere
Cuscinetti allentati, bulloni allentati e corrosione possono causare vibrazioni eccessive della macchina. A causa delle forze meccaniche presenti nella macchina, le parti allentate possono causare rapidamente danni.
Lo squilibrio dinamico è il tipo più comune di squilibrio ed è il risultato dello squilibrio statico e di quello accoppiato. L’asse di massa principale è spostato e non è parallelo alla linea centrale dell’albero.
Danni ai cuscinetti
Nel settore dei macchinari rotanti, si incontrano due tipi principali di cuscinetti: i cuscinetti a rulli e i cuscinetti a manicotto.
Un cuscinetto a rulli può subire danni in diversi modi, ciascuno con una propria “impronta” vibrazionale:
- Danno all’anello interno
- Danno all’anello esterno
- Danni alla gabbia
- Danni agli elementi rotanti (ad es. cilindri, coni e aghi)
Ogni parte di un cuscinetto a rulli ha una propria frequenza. Calcolando queste frequenze, è possibile utilizzare l’analisi delle vibrazioni per determinare se le vibrazioni sono il risultato di un danno al cuscinetto.
A differenza dei cuscinetti a rulli, i cuscinetti a manicotto non utilizzano un elemento rotolante, ma si avvalgono di un film fluido (olio) per ridurre l’attrito. Le vibrazioni possono essere causate da imprecisioni nel film fluido; se non è possibile formare un film d’olio stabile, questo può rompersi, provocando un “oil whip” o un “oil whirl”. Inoltre, questo tipo di cuscinetto è più sensibile alle influenze esterne sulla posizione dell’albero, poiché la sua posizione nel cuscinetto non è fissa.
Ingranaggi danneggiati o usurati
Le vibrazioni del riduttore sono spesso causate da denti degli ingranaggi danneggiati o usurati. Quando l’ingranamento di un dente coinvolge un dente danneggiato, la forza non può essere trasferita come avviene con gli altri ingranamenti. Se un dente dell’ingranaggio è rotto, in quel punto del ciclo può essere trasferita meno forza. Di conseguenza si verificano delle vibrazioni.
