5 Cause di Vibrazione dei Ventilatori Industriali e Come Eliminarle

Causa 1: Squilibrio della girante (la più comune)

Foto 1. Equilibratura di un ventilatore industriale in corso: sensori di vibrazione montati sui cuscinetti, tachimetro laser puntato sull'albero e dati diagnostici visualizzati sul tablet

Lo squilibrio è la distribuzione non uniforme della massa attorno alla girante rispetto al suo asse di rotazione. Anche una piccola variazione di massa provoca un'eccentricità: parte dell'energia del motore non viene impiegata per spostare l'aria, ma per far vibrare l'involucro.

Come si sviluppa lo squilibrio:

• Accumulo di materiale: durante l'esercizio, polvere, sporco e prodotti di processo si accumulano sulle pale, spostando il baricentro
• Usura o corrosione non uniforme: le pale si consumano a velocità diverse, soprattutto in ambienti abrasivi
• Lavori di riparazione: la sostituzione o la saldatura di singole pale senza ribilanciamento successivo distrugge l'equilibratura di fabbrica
• Perdita dei contrappesi: i contrappesi precedentemente montati possono staccarsi a causa di vibrazione o corrosione

Sintomi dello squilibrio:

• Forte vibrazione dell'involucro, particolarmente evidente alle velocità più elevate
• Ronzio a bassa frequenza trasmesso alle fondamenta
• Surriscaldamento dei cuscinetti (oltre 60–70°C)
• Frequente sostituzione dei cuscinetti

Fig. 1. Diagnosi dello squilibrio: se la vibrazione complessiva (V1s) è approssimativamente uguale alla vibrazione alla frequenza rotazionale (V1o), la causa principale è lo squilibrio della girante

Soluzione:

Equilibratura dinamica della girante. I moderni analizzatori di vibrazione portatili (come il Balanset-1A) consentono di bilanciare la girante direttamente nel luogo in cui opera, senza smontare il ventilatore.

Foto 2. Analisi della vibrazione con contrappeso di prova montato, velocità ~2960 rpm

Il tecnico monta i sensori di vibrazione sui supporti dei cuscinetti e un sensore ottico di velocità sull'albero. Dopo alcune misurazioni, lo strumento calcola la posizione esatta e la massa del contrappeso correttivo. L'intero processo richiede 1–2 ore.

Causa 2: Cuscinetti usurati o danneggiati

Foto 3. Equilibratura della girante di un ventilatore di aspirazione: il lavoro viene eseguito direttamente in loco senza smontare l'apparecchiatura

I cuscinetti sono un componente di fondamentale importanza per qualsiasi ventilatore. Secondo le statistiche, fino all'80% dei guasti ai cuscinetti è causato da problemi di equilibratura o allineamento. Detto ciò, i cuscinetti usurati possono a loro volta essere fonte di vibrazione.

Sintomi di cuscinetti difettosi:

• Rumore ad alta frequenza (fruscio, ronzio) non correlato alla frequenza rotazionale
• Temperatura elevata del supporto del cuscinetto
• La vibrazione non si riduce dopo l'equilibratura
• Nello spettro di vibrazione compaiono picchi a frequenze non sincrone (BPFO, BPFI, BSF)

Come distinguerlo dallo squilibrio:

In caso di squilibrio, la vibrazione si manifesta principalmente alla frequenza rotazionale (1×). In caso di difetti ai cuscinetti, la vibrazione si verifica alle frequenze caratteristiche del cuscinetto, che NON sono multipli della velocità dell'albero.

Soluzione:

Sostituzione dei cuscinetti. Dopo la sostituzione è opportuno eseguire l'equilibratura, poiché il montaggio di nuovi cuscinetti può alterare l'equilibrio del sistema.

Causa 3: Disallineamento dell'albero

Il disallineamento si verifica quando gli assi di rotazione dell'albero del ventilatore e dell'albero del motore non coincidono. Ciò pone un carico aggiuntivo sui cuscinetti e sul giunto e provoca vibrazione.

Tipi di disallineamento:

• Parallelo: gli assi sono paralleli ma sfalsati
• Angolare: gli assi si intersecano ad angolo
• Combinato: una combinazione di entrambi i tipi (il caso più comune)

Sintomi del disallineamento:

• Vibrazione elevata a 2 volte la frequenza rotazionale (seconda armonica)
• Elevata vibrazione assiale (lungo l'albero)
• Surriscaldamento del giunto
• Rapida usura del giunto e dei cuscinetti

Soluzione:

Allineamento laser degli alberi. I moderni sistemi di allineamento laser consentono di allineare gli alberi con precisione al centesimo di millimetro. Dopo l'allineamento è opportuno effettuare una misurazione di controllo della vibrazione.

Approfondimento: Allineamento degli alberi e perché l'equilibratura non basta senza di esso

Causa 4: Gioco meccanico o danni alle fondamenta

Il gioco meccanico è una perdita di rigidità nelle giunzioni strutturali. Le cause includono bulloni di fissaggio allentati, crepe nelle fondamenta e giochi eccessivi nei sedi dei cuscinetti.

Sintomi del gioco meccanico:

• Armonie multiple nello spettro di vibrazione (1×, 2×, 3×, 4×...)
• Lo spettro assomiglia a una "foresta" di picchi
• La vibrazione è instabile da un avviamento all'altro
• Oscillazione o gioco visibili

Soluzione:

1. Ispezionare attentamente tutti i giunti bullonati
2. Serrare i bulloni di ancoraggio delle fondamenta
3. Ispezionare e riparare le crepe nel telaio
4. Verificare le sedi dei cuscinetti

Una volta eliminato il gioco meccanico, spesso si scopre che era questa — e non lo squilibrio — la vera causa della vibrazione.

Causa 5: Risonanza strutturale

La risonanza si verifica quando la velocità operativa del ventilatore coincide (o è prossima) con una delle frequenze naturali della struttura. In questo caso, anche uno squilibrio minimo produce vibrazioni estremamente elevate.

Sintomi della risonanza:

• La vibrazione aumenta bruscamente a una determinata velocità rotazionale
• Variare la velocità di ±100 rpm può modificare la vibrazione di un fattore 5–10
• La fase della vibrazione si sposta di 180° passando attraverso la risonanza
• Le letture sono instabili anche a velocità costante

Soluzione:

L'equilibratura nella zona di risonanza è praticamente impossibile con i metodi standard. È necessario:

• Modificare la velocità operativa del ventilatore (ove possibile)
• Modificare la rigidità della struttura (rinforzare il telaio, cambiare i supporti)
• Utilizzare metodi di equilibratura speciali indipendenti dalla fase

Lista di controllo per l'autodiagnosi

Prima di chiamare uno specialista, eseguire un semplice controllo:

Caso reale: stabilimento di prefabbricati in calcestruzzo

Questo esempio mostra chiaramente che l'equilibratura di un ventilatore non è un costo, bensì un investimento altamente redditizio nell'affidabilità delle vostre apparecchiature.