ISOLAMENTO DELLE VIBRAZIONI NEI MACCHINARI INDUSTRIALI. CONTROLLO DEL MOVIMENTO UTILIZZANDO BASAMENTI D’INERZIA O SUPPORTI ANTIVIBRANTI OTTIMIZZATI

Il controllo del movimento deve essere curato perché crea un effetto sulla forza vibratoria della massa isolata.

Nella tabella sottostante si possono vedere diverse opzioni per l’installazione di supporti antivibranti su macchinari industriali.

1. a) La macchina si trova su un basamento d'inerzia. A seconda della flessibilità del pavimento, la struttura portante principale sarà in qualche modo isolata dalle vibrazioni della macchina.

2. b) La macchina è montata su supporti antivibranti, il livello di forza trasferita è ridotto e dipende dalla rigidezza dinamica dei supporti antivibranti.

3. c) La macchina è installata su supporti antivibranti posti su un basamento d’inerzia. Se il pavimento è flessibile, l'introduzione del basamento produce un sistema di molle. Se la frequenza naturale del pavimento/blocco d'inerzia è maggiore della frequenza disturbante della macchina, non dovrebbero verificarsi problemi.

4. d) La macchina è posta su un basamento d’inerzia installato su supporti antivibranti. Il grado di isolamento delle vibrazioni sarà soddisfacente se la rigidezza dinamica dei supporti antivibranti sarà adeguata, mentre l'effetto del blocco d'inerzia sarà quello di ridurre il movimento della macchina isolata a causa degli effetti dell'azione rotatoria o alternata.

Fig. 2: Diverse possibilità di installazione dei supporti antivibranti.

I basamenti d’inerzia sono di solito realizzati in calcestruzzo armato. Normalmente vengono utilizzati per i seguenti motivi:

1. 1. Aumentare la stabilità del sistema.

Di solito si trovano macchine che incorporano fori di fissaggio troppo vicini tra loro. Se si vuole garantire una stabilità adeguata è consigliabile un corretto distanziamento tra i supporti. Si possono utilizzare basi in calcestruzzo o guide in acciaio che stabiliscono una distanza tra i vari supporti. La Fig. 3 e la Fig. 4 mostrano esempi di come questo può essere realizzato.

Fig. 3: Caldaia supportata con supporti antivibranti a molla Vibrabsorber+Sylomer.

Fig. 4: Motore diesel monocilindrico isolato con supporti AMC-MECANOCAUCHO BRB installati su un telaio distanziatore.

2. 2. Abbassare il centro di gravità.

L’installazione di macchinari industriali su una base di cemento armato ha l'effetto di abbassare il centro di gravità dell’insieme. In aggiunta si avrà un miglioramento della stabilità fornita dall'estensione della larghezza della base e l'effetto di ridurre la probabilità di un movimento oscillatorio. Una sezione riguardante questa modalità di installazione è illustrata in Fig.5



Fig. 5: Macchina installata su un basamento di cemento a T per abbassare il centro di gravità.

3. 3. Per distribuire più uniformemente il peso.

Spesso i macchinari industriali sono molto più pesanti da un lato rispetto all'altro. Questo significa che, se sono installati direttamente su supporti antivibranti, per far fronte ad una distribuzione del peso non uniforme bisogna installare supporti differenti fra loro alle due estremità dell'apparecchiatura. Se la macchina è installata su un blocco di cemento la distribuzione del peso sarà più uniforme e, a condizione che il blocco sia abbastanza pesante, può consentire di utilizzare la stessa tipologia di supporti antivibranti. Le Figure 6&7 illustrano un esempio in cui non solo si ottiene un carico uniforme che graverà sui supporti antivibranti, ma anche un metodo migliore per sostenere le tubazioni.

Fig. 6: Pompa più braccio fissato al basamento d'inerzia.	Fig. 7: Se il basamento di calcestruzzo è spesso, anche se il braccio si trova in uno degli angoli la stabilità non sarà compromessa. Immagine di supporti 2 AMC 500+Sylomer® installati sotto il blocco d'inerzia in calcestruzzo del sistema HVAC di un centro commerciale in Francia.

4. 4. Per ridurre al minimo l'effetto di forze esterne.

L’utilizzo di un basamento d’inerzia non migliora la trasmissibilità per una data deflessione statica, se la massa dell'installazione viene raddoppiata deve essere raddoppiata anche la rigidezza dei supporti antivibranti. Ciò significa che l'apparecchiatura sarà molto meno suscettibile ad effetti di forze esterne come la pressione di reazione di una ventola e le coppie transitorie dovute a variazioni di velocità o di carico.



Fig. 8: Installazione di un Genset su supporti per pavimenti flottanti FZH+Sylomer® installati in un blocco di cemento sul tetto di un edificio. Immagine concessa dalla sede centrale della banca BBVA a Lima, Perù.

5. 5. Per fornire o sostituire rigidezza.

Una base di inerzia può essere utilizzata per fornire rigidezza all'apparecchiatura nello stesso modo in cui viene utilizzata una base in acciaio. Questo porterà di conseguenza ad una minore usura.

6. 6. Per ridurre i problemi dovuti a modalità accoppiate.

Il più alto dei due movimenti di oscillazione laterale accoppiati per un apparecchio alto, può verificarsi a una frequenza da due a tre volte superiore alla frequenza naturale verticale. Questo può portare a problemi di risonanza. L'aggiunta di una base inerziale ha l'effetto di abbassare la frequenza naturale di oscillazione che aiuta ad evitare questo problema.



Fig. 9: Installazione di lavatrici su un blocco di cemento con Sylomer® SR-11 in 37 mm di spessore.

Per evitare problematiche dovute a modalità di coppia, la macchina può essere installata su un blocco di fondazione elevata. In questo caso, il baricentro del sistema è sul piano degli isolatori di vibrazioni e in questo modo le modalità di oscillazione vengono disaccoppiate e si possono evitare elevati movimenti del sistema.

La figura 10 mostra un esempio di un grande compressore a doppio pistone a V installato utilizzando questa massa inerziale elevata, poiché ciò evita il movimento delle connessioni dei tubi sui cilindri inclinati.

Per modellare questo sistema, gli ingegneri applicativi AMC-MECANOCAUCHO possono aiutare realizzando un modello matematico del sistema utilizzando un software di calcolo multicorpo come mostrato nell'articolo Isolamento delle vibrazioni dei macchinari industriali.

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Fig. 10: Installazione di un compressore a pistoni su un blocco d'inerzia elevato.

7. 7. Per ridurre al minimo gli effetti degli errori nelle stime delle posizioni del centro di gravità dell'apparecchiatura.

Quando si selezionano i supporti antivibranti, è necessario calcolare il carico totale presente su ogni supporto in modo da poter scegliere l'isolatore più appropriato. Questo normalmente deve essere eseguito prima che l'apparecchiatura sia disponibile e si devono utilizzare delle posizioni dei baricentri di gravità di ogni elemento stimate in fase progettuale. Se queste informazioni sono imprecise, i carichi stimati possono essere notevolmente differenti da quelli che si verificano nella realtà. Questo comporta che i supporti antivibranti vengano grossolanamente sotto o sovraccaricati, o che l'attrezzatura si trovi ad un'inclinazione inaccettabile. Quest'ultimo problema diventa sempre più probabile con l'utilizzo di supporti antnvibranti con elevate deflessioni statiche. Se si utilizza un basamento d’inerzia in cemento, il baricentro di quest’ultima è normalmente ben noto e preciso e, se la massa del blocco di inerzia è comparabile con la massa del resto dell'attrezzatura, anche se le informazioni inerenti l’attrezzatura non sono accurate le possibili imprecisioni nel baricentro finale stimato saranno di lieve entità. Questo riduce i possibili errori di carichi presenti sui supporti antivibranti e riduce la probabilità di ottenere un'installazione inclinata. Questa possibilità viene ulteriormente ridotta anche perché gli isolatori che verranno impiegati per sopportare il peso aggiuntivo del basamento d'inerzia saranno più rigidi.



Fig. 11: Installazione di Sylomer SR-11-25 su tutta la superficie. Il calcestruzzo verrà poi versato in modo tale da consentire il posizionamento di diverse macchine HVAC sopra il blocco di inerzia. L'applicazione è sul tetto di un Centro Commerciale.

8. 8. Agire come barriera acustica.

Quando un'apparecchiatura molto rumorosa viene installata direttamente sul pavimento di una sala apparecchiature, il pavimento stesso a contatto con l'apparecchiatura potrà essere soggetto a livelli di pressione sonora molto elevati nelle immediate vicinanze. Quest'area dove il pavimento è esposto a questi livelli elevati, può causare problemi di trasmissione del rumore alla stanza sottostante. Un basamento d’inerzia in calcestruzzo può fungere da barriera in maniera efficace, proteggendo le aree del pavimento più vulnerabili.

Interessanti misure da adottare quando non è possibile utilizzare basamenti d'inerzia.

1. 1. Installazione di supporti equidistanti dal centro di gravità e, se possibile, sui punti dove si avverte la vibrazione minima. (nodi).

La posizione dei supporti antivibranti determina i modi di vibrazione dell’elemento sospeso. Si consiglia una distribuzione uniforme del carico su tutti i supporti. Un modo semplice per ottenere questo risultato consiste nell’installare i supporti antivibranti equidistanti dal centro di gravità dell'attrezzatura sospesa. La seguente Fig.11 mostra la posizione del baricentro di una macchina e dei supporti con le distanze a e b rispetto al baricentro. Riuscire ad ottenere la medesima distanza tra a e b aiuterà a raggiungere questo obiettivo.

Fig. 11: Supporti equidistanti dal centro di gravità si ottengono quando a=b.

I supporti installati all'altezza del baricentro (nei motori l'albero motore può essere un indicatore di questo punto) forniscono sospensioni più stabili ed evitano il movimento eccessivo dell'insieme sospeso, in particolare in applicazioni mobili o in movimento.

Se i supporti vibranti vengono installati nei punti dove è presente l’ampiezza di vibrazioni minore (nodi), saranno sottoposti alla forza vibratoria più bassa, questo porterà ad un isolamento ottimizzato delle vibrazioni.

Fig. 12: Punti nodali su un motore diesel, evidenziati come quadrati rossi.

1. 2. Utilizzo di supporti antivibranti ad elevato coefficiente di smorzamento (dissipazione energetica).

Quando non è possibile installare masse/basamenti in calcestruzzo, l'alternativa può essere quella di utilizzare supporti che incorporano un sistema di smorzamento. L'impiego di supporti ad alto coefficiente di smorzamento può consentire soluzioni stabili. La dissipazione energetica spesso si ottiene con il trasferimento di un fluido viscoso da una cavità all'altra, come mostrato nel video qui sotto.

Fig. 13: Video esplicativo del processo di dissipazione energetica utilizzando i supporti antisismici Vibrabsorber+Sylomer Antiseismic Visco sotto un banco di prova dinamico.

AMC-MECANOCAUCHO produce un’ampia gamma di supporti antivibranti che utilizzano sistemi idraulici per fornire uno smorzamento aggiuntivo. Questi antivibranti possono venire prodotti con molla+Sylomer o gomma, le loro portate variano da 20Kg (44lbs) a 50 tonnellate (112.000Lbs) di carico massimo. Il loro sistema di smorzamento può essere regolato dalla viscosità del fluido e dagli orifizi in cui il liquido dovrà passare. Nel caso dei supporti Vibrabsorber+Sylomer Visco, essi incorporano un sistema di smorzamento regolabile "MAX-MED-MIN", che regola il passaggio del flusso del fluido viscoso. Per maggiori informazioni cliccare qui.

Fig. 14: Vibrabsorber+Sylomer antiseismic Visco.

Fig. 14:: I supporti Vibrabsorber+Sylomer Visco incorporano un dispositivo di smorzamento regolabile e un dispositivo per limitare lo spostamento come mostrato in questo link.

Fig. 15: Supporti idraulici AMC-MECANOCAUCHO .

Fig. 16: Coni idraulici . AMC-MECANOCAUCHO

Nel video sotto viene installata una pressa da tranciatura senza basamento d'inerzia in calcestruzzo. Il video a sinistra mostra la pressa che viene installata senza sistema di smorzamento. Il video a destra mostra l’installazione mediante i supporti Vibrabsorber+Sylomer antiseismic Visco. La dissipazione energetica prodotta all'interno della camera del fluido, fornisce al lavoratore un ambiente più stabile e sicuro.

Fig. 17: Supporti antivibranti a molla AMC-MECANOCAUCHO VIBRABSORBER+SYLOMER ANTISEISMIC VISCO, che incorporano un dispositivo di dissipazione dell'energia. Questo dispositivo fornisce lo smorzamento a macchinari eccentrici che per un corretto funzionamento richiedono una rapida stabilizzazione.

Le Fig 18 e 19, mostrano come i supporti idraulici possono essere utilizzati nei motori a 3 cilindri. Risultati ottimali si ottengono quando i supporti sono equidistanti dal centro di gravità e all'altezza dell'albero motore (o centro di gravità).

1. 3. Utilizzo di supporti antivibranti a spostamento limitato mediante snubber.

I supporti antivibranti possono essere dotati di step elastici differenti. Un range di carico lineare elastico fornisce la rigidezza necessaria per l'isolamento delle vibrazioni del macchinario. Nell'eventualità che si verificano elevate forze a trazione o compressione, l'architettura dei supporti fornisce uno step di rigidezza secondario. Normalmente questo si ottiene mediante parti metalliche che entrano in contatto con una sezione della gomma che funge da ammortizzatore.

Una rigidezza progressiva si ottiene quando la gomma comprimendosi riempie le aree cave del supporto antivibrante. La Figura 22 mostra un FEM del processo di schiacciamento di un supporto AMC-MECANOCAUCHO CB sotto carico.

Fig. 22:Processo di schiacciamento di un supporto AMC-MECANOCAUCHO CB sotto carico.

1. 4. Utilizzare stabilizzatori nei punti di massima ampiezza dell'elemento sospeso.

L'installazione di stabilizzatori nei punti di maggiore ampiezza può essere una soluzione, tuttavia è necessario prestare particolare attenzione affinché questo punto non trasmetta vibrazioni eccessive agli elementi di supporto adiacenti (Telaio). L'elemento deve funzionare solamente quando la macchina è esposta agli urti, mantenendo la più bassa rigidezza possibile mentre la macchina è in funzione. La Fig 23 mostra un gruppo elettrogeno mobile installato con un supporto CB che funge da stabilizzatore multiassiale nel punto in cui si registra il movimento massimo.

Fig. 23: Gruppo elettrogeno a mobilità estrema che utilizza i supporti CB come stabilizzatori multiassiali.

AMC MECANOCAUCHO produce supporti antivibranti e dispone di un team di Ingegneri Applicativi in grado di soddisfare le vostre esigenze, non esitate a contattare il nostro Ufficio Tecnico se avete bisogno di aiuto su questo argomento.