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 di vita prevista e possono essere fonte di fermi macchina non programmati o di situazioni pericolose. Pertanto, è importante individuare la causa principale delle vibrazioni misurando e analizzando i segnali di vibrazione. Le cause più comuni delle vibrazioni sono illustrate di seguito.
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. Questo può essere sia orizzontale che verticale. Il disallineamento parallelo è noto anche come disallineamento offset. - Disallineamento angolare:
Gli alberi si incontrano in un punto, ma non sono paralleli. Questo può avvenire sia sull'asse orizzontale che su quello verticale. Il disallineamento angolare è noto anche come disallineamento del gap. - Disallineamento combinato parallelo-angolare:
Una combinazione di disallineamento parallelo e angolare. Il disallineamento combinato parallelo-angolare è il disallineamento più comune.
Squilibrio
Quando il baricentro di un oggetto rotante non si trova esattamente sulla linea centrale, si verifica uno sbilanciamento della macchina con conseguenti vibrazioni. Quando una macchina è sbilanciata, può causare danni alla macchina stessa, alle fondamenta, alle tubature, ecc. Esistono tre tipi di squilibrio: squilibrio statico, squilibrio accoppiato e squilibrio dinamico.
Squilibrio statico
Si parla di squilibrio statico quando l'asse del baricentro (asse di inerzia) non è in linea con il centro di rotazione (mezzeria dell'albero) e il punto pesante e il baricentro si trovano sullo stesso piano. Lo squilibrio statico può essere il risultato di uno spostamento parallelo dell'asse della massa principale rispetto all'asse centrale dell'albero e può essere causato da una distribuzione o deformazione non simmetrica della massa. In teoria, lo squilibrio statico può essere rilevato posizionando l'oggetto con un punto di rotazione su ciascuna estremità. Quando c'è uno squilibrio statico e l'attrito è nullo, la gravità farà ruotare il lato pesante verso il basso.
Squilibrio accoppiato
Lo squilibrio accoppiato si verifica quando un oggetto rotante ha due o più masse sbilanciate su piani diversi, che si equivalgono in posizione di riposo. L'asse della massa principale non è più parallelo al baricentro, ma attraversa l'asse del baricentro. Quando il sistema inizia a ruotare, queste masse saranno influenzate dalle forze centrifughe, dando luogo a vibrazioni.
Squilibrio dinamico
Lo squilibrio dinamico è il tipo più comune di squilibrio ed è il risultato di uno squilibrio statico e accoppiato. L'asse della massa principale è spostato e non parallelo all'asse centrale dell'albero.
Risonanza
Ogni macchina ha una o più frequenze di risonanza (frequenza naturale). Quando una frequenza di rotazione coincide con la frequenza di risonanza della macchina, si verifica una risonanza. La risonanza può avere un impatto notevole.
Parti sciolte
Cuscinetti allentati, bulloni 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 di squilibrio più comune ed è il risultato di uno squilibrio statico e accoppiato. L'asse della massa principale è spostato e non parallelo all'asse centrale dell'albero.
Danni ai cuscinetti
Nelle macchine rotanti si incontrano due tipi principali di cuscinetti: i cuscinetti a rulli e i cuscinetti a manicotto.
Un cuscinetto a rulli può essere danneggiato in diversi modi, ciascuno con la propria impronta vibratoria:
- Danni all'anello interno
- Danni all'anello esterno
- Danni alla gabbia
- Danni agli elementi di rotolamento (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 volvente, ma un film fluido (olio) per ridurre l'attrito. Le vibrazioni possono essere causate da imprecisioni nel film fluido; se non si riesce a formare un film d'olio stabile, questo può rompersi, dando luogo a una frusta d'olio o a un vortice d'olio. Inoltre, questo tipo di cuscinetto è più sensibile alle influenze esterne sulla posizione dell'albero, perché la sua posizione nel cuscinetto non è fissa.
Ingranaggi danneggiati o usurati
Le vibrazioni del cambio sono spesso causate da denti danneggiati o usurati. Quando l'ingranaggio è danneggiato, la forza non può essere trasferita come negli altri ingranaggi. Se un dente dell'ingranaggio è rotto, è possibile trasferire meno forza in questo punto del ciclo. Di conseguenza, si verificano vibrazioni.
