Conceptos del análisis de vibraciones mecánicas en máquinas rotativas

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Per discutere i concetti di analisi delle vibrazioni meccaniche nelle macchine rotanti, il primo passo è ricordare che una vibrazione è un'oscillazione intorno a un punto di equilibrio. Questa posizione di equilibrio si ha quando le forze che agiscono sull'oggetto hanno una risultante pari a zero.

Nei macchinari rotanti, come pompe e ventilatori, le vibrazioni sono generate dalle forze cicliche interne alla macchina. Se, ad esempio, si considera un albero sbilanciato, dalla vibrazione del rotore si genera un segnale sinusoidale, come mostrato nella diapositiva.

Il segnale mostra lo spostamento della vibrazione. Quando la massa di squilibrio è in alto, il segnale raggiunge la massima ampiezza positiva. Quando lo squilibrio si trova nelle posizioni intermedie, l'ampiezza della vibrazione è pari a zero. Quando lo squilibrio è in basso, il segnale raggiunge il valore minimo. Il segnale visualizzato rappresenta un periodo, pari alla velocità di rotazione dell'albero.

La vibrazione misurata nella pratica dipende non solo dalle forze cicliche interne, ma anche dalla rigidità e dall'attenuazione delle vibrazioni della macchina. Questo aspetto è noto come impedenza meccanica.

Vibraciones mecanicas en máquinas rotativas

I parametri delle vibrazioni meccaniche nelle macchine rotanti sono:

Ampiezza di picco: L'ampiezza massima del segnale dal punto di equilibrio.
Ampiezza da picco a picco: È la differenza tra il valore di picco negativo e il valore di picco positivo.
Ampiezza RMS: È la radice quadrata della media dei quadrati del segnale. Nel caso di un segnale sinusoidale puro, il valore RMS è pari a 0,707 volte il valore di picco.
Periodo (T): È il tempo necessario al sistema per completare un ciclo, cioè quando il sistema raggiunge la posizione iniziale provenendo dalla stessa direzione, come mostrato nella figura seguente.

Frequenza delle vibrazioni meccaniche nelle macchine rotanti

La frequenza è il numero di cicli compiuti in un periodo di tempo, solitamente in un minuto (CPM) o in un secondo (Hz). È importante comprendere il concetto di frequenza nelle apparecchiature rotanti. Il modo più semplice per comprenderlo è prendere come esempio la rotazione dell'albero. Poiché conosciamo il numero di giri al minuto dai dati della macchina, questa è la frequenza di rotazione dell'apparecchiatura.

In una macchina si verificano molti eventi durante la rivoluzione. Questi eventi si verificano intrinsecamente a causa della progettazione della macchina e del suo funzionamento. Le frequenze di questi eventi dipendono solitamente dalla frequenza di rotazione e possono essere calcolate e visualizzate nei modelli di vibrazione di una macchina.

Stadio di vibrazione meccanica in macchine rotanti

Vibraciones mecanicas en máquinas rotativas

Se si considerano due alberi che ruotano alla stessa velocità e con lo stesso peso di sbilanciamento su una delle loro pale. La differenza è che i pesi non sono collocati nella stessa posizione angolare su entrambi i rotori.

Vibraciones mecanicas en máquinas rotativas

L'asse rosso della figura avrà la stessa forma d'onda dell'asse nero, ma con un piccolo ritardo (vediamo la scala temporale). La fase è il ritardo nel tempo in cui si verifica un evento rispetto all'altro (ad esempio, prendendo come riferimento il punto di equilibrio). Tuttavia, la fase è misurata in gradi, perché si considerano le onde sinusoidali di due segnali di vibrazione.

Misura della fase delle vibrazioni meccaniche sulle macchine rotanti

La cosa difficile da capire con la fase delle vibrazioni meccaniche sulle macchine rotanti è che si può avere una misurazione della differenza di fase sul rotore stesso. In effetti, questo è il motivo per cui la misura di fase è uno strumento utile per la diagnostica delle macchine.

La prima cosa da considerare nella misura di fase è il riferimento. In pratica si possono avere due riferimenti: un segnale tachimetrico o un altro segnale di vibrazione alla stessa frequenza. Se si utilizza un segnale di trigger da un tachimetro si ha un riferimento reale della posizione dell'albero, mentre se si definisce un segno in corrispondenza della posizione angolare come nostro zero, si ottiene una fase assoluta.

Se si utilizza un altro segnale di vibrazione alla stessa frequenza come riferimento, si misura la fase relativa tra i due segnali, come mostrato nella diapositiva. Di solito la differenza di fase viene misurata alla frequenza di rotazione dell'albero.

Vibraciones mecanicas en máquinas rotativas

La figura mostra i parametri misurati per ciascun trasduttore: un segnale di 2,6 mm/s a 250º e un altro segnale di 2,1 mm/s a 60º. Questa misura di fase di 250º e 60º è assoluta, cioè misurata rispetto a un segnale tachimetrico (T), mentre la differenza di fase (190º) è la fase relativa tra i due segnali.

In pratica, la fasatura relativa viene generalmente utilizzata per la diagnostica delle macchine e la fasatura assoluta per il bilanciamento degli alberi.

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