Bilanciatura di rotori

Nell’articolo di oggi andremo a vedere cosa sia la bilanciatura di un rotore, a cosa effettivamente serva e come venga messa in pratica. Buona lettura!

Cos’è la bilanciatura di un rotore?

Immaginiamo di avere un qualsiasi elemento rotante (ad alta velocità) all’interno di una macchina. Potrebbe essere il rotore di una pompa, così come la girante di una turbina, piuttosto che l’albero di un motore ecc. La bilanciatura è l’operazione di regolazione baricentrica dell’elemento rotante stesso, al fine di ridurre quanto più possibile l’eccentricità dello stesso.

Quello che solitamente succede, sia a causa delle imperfezioni del materiale di base che delle lavorazioni aggiunte (sia di asportazione meccanica che di saldatura), è la mancanza di una assial-simmetria nei componenti soggetti a rotazione: in altre parole, vi saranno delle piccole differenze tra le varie parti dei rotori che porteranno il baricentro a non essere più coincidente al centro di rotazione. Di conseguenza, a causa della forza d’inerzia dovuta alla rotazione nonchè alla forza centrifuga del componente, si verranno a creare degli squilibri rotazionali che, oltre a far lavorare in maniera errata la girante stessa, andranno a generare vibrazioni (dunque sforzi, nei casi peggiori anche molto grandi) sui supporti della stessa, con il risultato di aumentare il rischio di cedimenti per fatica.

In particolare, per un rotore non bilanciato, il vero problema avviene qualora la velocità del rotore (non bilanciato) sia uguale ad una delle velocità critiche, ovvero ad una delle velocità rotazionali che mandano lo stesso rotore in risonanza. In questa condizione, l’ampiezza delle oscillazioni sarà ad ogni giro maggiore, fino ad arrivare ad una condizione di rottura.

Come viene effettuata la bilanciatura di un rotore?

Di base, per bilanciare un rotore si hanno 2 possibilità, da valutare in base alle esigenze specifiche del componente: addizione o sottrazione di materiale. Vengono quindi aggiunte delle piccole masse (solitamente dei punti di saldatura) o sottratte (effettuando delle nicchie sul componente stesso) laddove necessario.

La prima fase di una bilanciatura consiste nello studio della posizione del centro di massa. Esso viene effettuato ponendo il rotore su 2 celle di carico, che rilevano le forze agenti durante la rotazione. Lo studio dei suoi effetti permette di capire quali siano i carichi sui supporti (dove sono applicate le celle di carico, dunque dove abbiamo la reale lettura delle forze di reazione vincolare) e le rispettive direzioni di applicazione (ha senso parlare di direzioni di applicazione se si tiene conto di un sistema di riferimento rotante).

Una volta ricevuta l’informazione ai vincoli, si utilizzeranno le classiche formule di equilibrio dinamico per ottenere la posizione del baricentro lungo il rotore e la forza centrifuga sviluppata da esso. Conoscendo la velocità alla quale è stato effettuato il test rotordinamico, conosceremo di conseguenza la distanza del baricentro dal centro di rotazione.

Una volta riscontrata la posizione del centro di massa, la fase conclusiva sarà la fase di bilanciatura del rotore. Come già accennato, la scelta di bilanciare per addizione o sottrazione di materiale dipende dal tipo di applicazione (ingombro disponibile, contatti/giochi con altri componenti, ecc). La prima cosa da fare sarà impostare la posizione delle masse in aggiunta o in asportazione: una volta fatto ciò, si imposterà un sistema di equazioni di equilibrio, che porterà a definire l’entità delle masse aggiunte o rimosse (a seconda della posizione scelta)

Conclusioni

L’articolo di oggi voleva dare un’infarinatura per quanto riguarda la bilanciatura di rotori. Spero che l’articolo sia stato di vostro gradimento: fatemelo sapere nei commenti.

Noi ci risentiamo nel prossimo articolo

Un saluto

Luca

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