La SKF ha elaborato una soluzione completa per ridurre la temperatura dei cuscinetti dei ventilatori industriali e così ottenere maggiore affidabilità, più lunghe durate di esercizio, minori costi di manutenzione e minore impatto sull’ambiente.

I ventilatori industrialisono parti vitali di molti processi industriali e devono offrire prestazioni elevate e bassi costi di esercizio. Per incrementarne la produttività i cuscinetti e i relativi componenti rivestono un ruolo assai importante. Combinando le proprie conoscenze in cinque aree fondamentali – cuscinetti e sopporti, lubrificazione, tenute e servizi – la SKF offre una soluzione standard per migliorare queste macchine.

I guasti dei cuscinetti sono decisamente costosi nei ventilatori industriali, dato che queste macchine hanno spesso un ruolo determinante nei processi produttivi. La rottura di un cuscinetto ne può provocare l’arresto improvviso con conseguente perdita di migliaia di euro. Per tale motivo è assolutamente prioritario che i cuscinetti abbiano la maggior durata possibile.

In precedenza, nei ventilatori ogni iniziativa di miglioramento era specifica della singola applicazione. Oggi invece gli ingegneri SKF hanno elaborato una soluzione standard per migliorare i ventilatori. L’intento è quello di ridurre la temperatura di lavoro mediante l’impiego di cuscinetti e di sopporti ottimizzati e di un nuovo sistema di circolazione dell’olio. Funzionare a basse temperature significa ottenere maggiore affidabilità, minori costi di manutenzione e maggiori durate di esercizio.

 

Condizioni di lavoro severe
Nell’industria la maggior produttività spesso esige che i ventilatori lavorino in condizioni limite. Se si incrementa la velocità di rotazione si incorre in temperature di lavoro più elevate; molti ventilatori, inoltre, sono impiegati per smaltire gas caldi, con temperature che vanno dai 100 ai 600 °C. Parte di tale calore viene trasferito ai cuscinetti per irraggiamento e conduzione attraverso l’albero. Lavorare a tali temperature può compromettere il funzionamento dei cuscinetti stessi, con fermate impreviste delle macchine, perdite di tempo e mancata produzione.

Le alte temperature hanno anche un impatto negativo sulla lubrificazione, in quanto riducono la durata dell’olio. Un lubrificante degradato dà luogo a un aumento dell’attrito interno dei cuscinetti, a una lubrificazione inadeguata e a un possibile guasto dei cuscinetti stessi, con le conseguenze appena citate. Più di un terzo dei guasti prematuri di tali componenti è causato da problemi di lubrificazione.

 

Componenti utili a ridurre la temperatura
Combinando le proprie conoscenze in una vasta area tecnologica che comprende cuscinetti, sopporti, lubrificazione, tenute e servizi, la SKF ha elaborato una soluzione completa per ridurre la temperatura nelle applicazioni dei ventilatori industriali.

Prima di stabilire in che modo intervenire per migliorare un ventilatore, si esegue un’analisi funzionale dell’impianto in cui opera. Nel caso il cliente lo richieda, la SKF può farsi carico dell’intera procedura, che va dalla valutazione all’installazione di un nuovo sistema.

L’intervento proposto dalla SKF per migliorare i ventilatori interessa vari componenti, ciascuno in grado di contribuire ad abbassare la temperatura di lavoro dei cuscinetti: un nuovo sistema di circolazione dell’olio, che ha la capacità di ridurre le temperature e la necessità di manutenzione, un sistema di cuscinetti orientabili atto a sviluppare meno calore per attrito e speciali sopporti disegnati per la lubrificazione a circolazione d’olio. L’offerta include anche un sistema di monitoraggio delle condizioni per segnalare eventuali situazioni di rischio. Il migliore risultato si ottiene ovviamente installando la totalità dei componenti.

 

Sistema automatico di lubrificazione
Nella manutenzione preventiva la lubrificazione gioca un ruolo importante e può essere gestita in vari modi a seconda dell’applicazione. I metodi tradizionali sono di solito la lubrificazione manuale a grasso, la lubrificazione centralizzata a grasso, il bagno d’olio e la lubrificazione a circolazione d’olio. Le temperature riscontrabili nei ventilatori per gas caldi sono spesso tali che un sistema di lubrificazione a circolazione d’olio è assolutamente indispensabile, dato che né la lubrificazione a grasso né quella a bagno d’olio sono sufficienti ad asportare calore. Anni di esperienze hanno portato alla realizzazione di una nuova unità standard per la circolazione dell’olio nei ventilatori industriali (fig.1).

L’unità SKF per la circolazione dell’olio fa arrivare a ciascun cuscinetto olio refrigerato e pulito ed è il componente più importante nella soluzione per ridurre la temperatura. Come tutti i sistemi di lubrificazione a circolazione d’olio è piuttosto complesso, ma tutti i suoi componenti concorrono al buon risultato finale (fig.2).

Un grosso serbatoio consente una lunga permanenza dell’olio al suo interno e l’eliminazione dell’aria. Mentre in esercizio il lubrificante deve essere raffreddato prima del riutilizzo, all’avviamento viene riscaldato, affinché mantenga sempre la viscosità appropriata. Un filtro a cartuccia di grande capacità blocca le particelle contaminanti. L’unità è munita anche di sensori della pressione che segnalano quando questa è troppo alta e quando occorre sostituire i filtri. Se la pressione supera un certo valore si apre automaticamente un bypass. Un valvola bypass manuale consente di sostituire i filtri durante il funzionamento.

Un problema che si riscontra comunemente nelle unità tradizionali per la lubrificazione è la quantità eccessiva d’olio che ritorna nel serbatoio. Di solito, per superare l’inconveniente, i sistemi prevedono una valvola di troppopieno, che però comporta perdite di energia, aumenti di temperatura dell’olio, usura dei componenti e degrado dell’olio stesso. Nel sistema SKF la quantità di olio in circolazione viene invece ottimizzata, riducendo in tal modo i consumi di energia e di olio, oltretutto a vantaggio dell’ambiente. Per ciascuna unità di lubrificazione standard esistono varianti: a richiesta, possono essere disponibili un refrigeratore e un’unità di allarme e monitoraggio, mentre per applicazioni critiche è prevista una pompa di standby. Quando l’olio circola in un sistema chiuso e ben controllato le perdite sono minime e si riducono gli effetti sull’ambiente. Per ventilatori grandi, la SKF offre una famiglia completa di sistemi di circolazione Flowline studiata per soddisfare svariate esigenze (ved. Evolution #4–2007).

 

Viscosità dell’olio
La funzione base della lubrificazione è quella di creare tra i corpi volventi, le piste e la gabbia dei cuscinetti una pellicola d’olio molto sottile, ma ben formata, che eviti i contatti metallo su metallo. E’ importante che tale pellicola abbia un giusto spessore, che viene determinato dalla temperatura di esercizio del cuscinetto e dalla viscosità dell’olio impiegato. Dato che la viscosità dell’olio varia con la temperatura e diminuisce con l’aumentare di questa, un parametro molto importante nella scelta dell’olio è la sua viscosità alla temperatura di funzionamento del cuscinetto.

L’efficacia del lubrificante è soprattutto determinata dal grado di separazione delle superfici nei contatti di rotolamento. Se si vuole avere una pellicola d’olio debitamente formata, il lubrificante deve avere una data viscosità minima quando l’applicazione ha raggiunto la temperatura di regime. La condizione dell’olio è definita dal rapporto di viscosità k = v/v₁
in cui:
k = rapporto di viscosità
v = viscosità del lubrificante alla temperatura di funzionamento, [mm²/s]
v₁ = viscosità necessaria alla temperatura di funzionamento, dipendente dal diametro medio del cuscinetto e dalla velocità di rotazione, [mm²/s].
(Per indicazioni sui calcoli si prega di consultare il Catalogo Generale SKF)

Si consiglia un tipo d’olio avente un valore di k tra 1 e 4 alla temperatura di funzionamento del cuscinetto, il che normalmente corrisponde a una viscosità che va da 68 a 220 mm²/s (ISO VG 68 – 220) alla temperatura di riferimento di 40 °C. Se il valore di k è inferiore a 1, le superfici non sono completamente separate e sussiste il rischio di contatti metallo su metallo. Con valori di k superiori a 5 aumenta l’attrito nel cuscinetto e quindi la temperatura di quest’ultimo.

 

Sistema con cuscinetti orientabili
Nei ventilatori industriali il sistema dei cuscinetti deve permettere i disallineamenti, le inflessioni dell’albero e le dilatazioni termiche di questo. Le applicazioni tradizionali prevedono un sistema costituito da due cuscinetti orientabili a sfere o a rulli (fig.3). Tale sistema deve essere in grado di permettere le dilatazioni termiche dell’albero e pertanto, mentre uno dei cuscinetti serve da vincolo assiale, l’altro si deve poter spostare assialmente nella rispettiva sede del sopporto. Spostandosi, il cuscinetto “libero” sviluppa un attrito considerevole, il quale a sua volta provoca vibrazioni, contrasti assiali e calore nel sistema, il tutto a scapito della durata dei cuscinetti.

Il sistema autoallineante SKF (fig.4) evita questo problema. Esso è costituito da un cuscinetto orientabile nella posizione di vincolo assiale e da un cuscinetto toroidale a rulli CARB in quella non di vincolo. Il CARB è un cuscinetto radiale orientabile, munito di un anello interno che si muove indipendentemente da quello esterno, analogamente ai cuscinetti a rulli cilindrici. Il sistema nel suo insieme permette i disallineamenti e le inflessioni dell’albero, mentre di per sé il cuscinetto CARB permette al suo interno gli allungamenti dell’albero, praticamente senza attrito e senza provocare contrasti assiali all’interno del sistema stesso.

Dato che non ci sono carichi assiali interni, la soluzione presenta minore attrito e quindi minori temperature di esercizio. Risultano minori anche le vibrazioni e la rumorosità. Il sistema consente una progettazione più sicura e ottimizzata, il che, a sua volta, consente intervalli di rilubrificazione più lunghi e maggiori durate dei cuscinetti.

Nei sistemi orientabili SKF sia il cuscinetto orientabile a rulli sia quello CARB appartengono alla classe di prestazioni SKF Explorer. I cuscinetti SKF Explorer offrono sostanziali miglioramenti per quanto riguarda i più importanti parametri funzionali, a tutto vantaggio della loro durata di esercizio.

 

Sopporti
L’assortimento SKF dei sopporti standard comprende forme costruttive atte a risolvere i problemi di temperatura. Per i ventilatori industriali i sopporti più adatti per le velocità e le temperature elevate sono quelli ritti standard SKF SONL (fig. 6) e SKF SAF.

I sopporti SONL hanno un serbatoio profondo che può contenere un grande volume d’olio per un’efficiente asportazione del calore. Essi sono idonei sia per la lubrificazione a bagno d’olio sia per quella a circolazione e sono muniti di tenute speciali per evitare trafilamenti.

I sopporti ritti SAF sono disponibili in varianti standard per la lubrificazione a circolazione d’olio. Sono muniti di grandi fori di drenaggio per favorire il flusso dell’olio e ottimizzare l’effetto refrigerante. Se impiegati nell’ambito di un sistema di lubrificazione a olio, devono essere muniti di tenute striscianti LER per evitare trafilamenti.

Un’ulteriore alternativa è rappresentata dai sopporti ritti SNL modificati per la lubrificazione a olio, dotati di tenute ad alte prestazioni e di un’elevata capacità di smaltimento del calore.

Impiegando uno di questi sopporti SKF unitamente ad un sistema autoallineante SKF si riducono sensibilmente le temperature di lavoro dei cuscinetti.

 

Conclusione
I cuscinetti montati su ventilatori spesso operano in condizioni limite, in ambienti ad alta temperatura. Grazie alle conoscenze specialistiche in vari campi, la SKF può fornire una soluzione completa e standard per migliorare le prestazioni di queste macchine. I risultati – maggiore affidabilità, più lunga durata di esercizio dei cuscinetti e minore manutenzione – sono ovviamente commercialmente assai vantaggiosi, ma lo sono anche dal punto di vista della sostenibilità ambientale.