I supporti antivibranti e i giunti sono elementi fondamentali per raggiungere un grado di comfort elevato. Sono la barriera che impedisce rumore e vibrazioni in ogni angolo della nostra imbarcazione
by Gian Piero Repetti
Eccoci dunque alla terza puntata della nostra rubrica. Vi ricordate gli episodi precedenti? Abbiamo affrontato i fondamentali della vibroacustica, il rumore e le vibrazioni che, insinuandosi attraverso le strutture, sono capaci di raggiungere qualunque angolo della nostra barca. Le barriere che ci proteggono esistono e ci isolano da tutto questo inevitabile rumore: sono i supporti antivibranti e i giunti.
Quando entriamo in sala macchine neanche li notiamo: il propulsore, il riduttore, il generatore fanno la parte dei solisti. Ma sono i supporti e i giunti che lavorano, silenziosamente e senza troppo clamore, per permetterci di godere del nostro amato silenzio a bordo. Vi confesso che ho fatto un po’ di fatica questa volta: mi è sembrata una trattazione troppo tecnica e ho avuto qualche dubbio sul se e come affrontare l’argomento.
Ma alla fine mi sono convinto, perché la conoscenza di questi componenti costituisce uno di quei mattoni indispensabili che mi ero ripromesso di fornirvi. Spero che sia utile e vi permetta di entrare con una curiosità nuova nella vostra sala macchine, ammirando i protagonisti, ma potendo scorgere anche tutta l’orchestra intorno. In questa puntata risponderemo a tre domande che riguardano i nostri cari isolatori:
• Dove si trovano a bordo
• Quali funzioni svolgono
• Quali tipi ne esistono e come sono fatti
Dove si trovano a bordo?
Se ci è chiaro il loro scopo, a questa domanda risponderemo con facilità: si trovano in ogni punto dove le vibrazioni possono essere trasmesse alla struttura della barca. Entrate nella vostra sala macchine e date un’occhiata sotto il vostro motore, l’invertitore, il generatore: gli isolatori sono tutti quei ‘piedi’ o supporti appunto, di varie forme e dimensioni.
Ma non dimenticatevi di guardare in alto, sopra il motore, che per funzionare correttamente deve scaricare i gas combusti: anche le condotte dei gas di scarico hanno bisogno di essere collegate con lo scafo o con il ponte sovrastante la sala macchine, e anche loro trasmettono le vibrazioni generate dal motore. Oltre alle vibrazioni originate dalle macchine singolarmente, esse sono anche tra di loro connesse: diciamo che possono ‘scambiarsi’ vibrazioni. Avremmo quindi bisogno di giunti che possano connettere le macchine e trasmettere la potenza prodotta, ma che le preservino da un punto di vista vibratorio.
Quali funzioni svolgono?
Nel caso dei supporti antivibranti, la funzione di isolamento è combinata con quella di supporto del peso delle macchine che su di essi poggiano; assorbono anche i movimenti esterni provocati dai moti della barca, preservando le macchine ad essi connesse. Nel caso dei giunti, la funzione di isolamento delle vibrazioni è combinata con la capacità di trasmettere la coppia motrice e compensare i disallineamenti tra albero motore e condotto. A seconda delle esigenze costruttive e di layout delle barche, i cantieri di costruzione realizzano diverse tipologie di linee propulsive, oggi sempre più compatte, che ci permettono quindi di godere di spazi più vivibili a bordo. Si potrebbero declinare in tante varianti, ma per comprenderne i principi fondamentali di funzionamento le tre seguenti sono sufficienti:
• Motore e riduttore collegati, ma non rigidamente (la cosiddetta configurazione free standing)
• Accoppiamenti flangiati tra motore e riduttore (in gergo tecnico campanata)
• V-Drive (per la tipica forma a V che prende la linea di propulsione)
I giunti: tipologie
GIUNTI ELASTICI TORSIONALI
Installati a monte del riduttore, sono concepiti per assorbire gli spostamenti assiali (ovvero quelli longitudinali dei supporti) attraverso una membrana metallica. Allo stesso modo, grazie alla componente elastica realizzata in gomma vulcanizzata, consentono gli spostamenti radiali (verticali e laterali). La combinazione geometrica dei due componenti assolve quindi al problema degli spostamenti nelle tre direzioni. Esistono diverse configurazioni in grado di rispondere alle diverse esigenze, agendo sulle frequenze torsionali e sui movimenti verticali del motore.
GIUNTI DI LINEA D’ASSE
Installati a valle del riduttore, rispetto ai precedenti, sono più rigidi dal punto di vista torsionale; tuttavia, grazie ad una speciale configurazione meccanica, risultano adeguatamente morbidi radialmente. Infine, la loro componente in gomma, costituita da un certo numero di boccole posizionate a raggera su appositi dischi in metallo, funge da barriera contro la trasmissione del rumore strutturale.
Partiamo dal caso free-standing: FIGURA A. In questa configurazione motore e riduttore si muovono in modo indipendente, quindi possono essere trattati diciamo ‘separatamente’, da un punto di vista dell’analisi vibrazionale.
Il motore. Per isolarlo abbiamo bisogno di supporti piuttosto morbidi (ricordate la seconda puntata? più sono morbidi, più isolano le vibrazioni!), ma che sostengano tutto il peso della macchina. Il ruolo del supporto sarà quello di ‘tagliare’ le vibrazioni provenienti dal motore, compensando anche gli spostamenti indotti dai movimenti della barca. La scelta del supporto può essere diversa, ma una forma idonea ad assolvere questa combinazione di funzioni è quella conica.
Un giunto ad alta elasticità, come quello in FIGURA B, taglierà la via di trasmissione del rumore dal motore verso il riduttore. Questo giunto ha la funzione dunque di isolare le vibrazioni e modificare le caratteristiche torsionali del sistema propulsivo, migliorandole e quindi tagliando le vibrazioni torsionali. Grazie alla componente elastica, sarà inoltre in grado di compensare i movimenti del motore, essendo anche compatibile con la deformazione degli antivibranti, lo schiacciamento, a cui sono sottoposti a causa del peso del motore.
Siamo così arrivati al riduttore, FIGURA C, che collega il propulsore all’elica. Ricordiamoci che, a causa dell’elica, la nostra linea propulsiva riceve una spinta che deve essere assorbita da qualche parte nel sistema, in modo tale che essa rimanga saldamente ancorata nella sua posizione originaria.
Se è il riduttore a svolgere questa funzione, i suoi supporti assolveranno le funzioni di:
1. Trattenere il riduttore nella sua posizione longitudinale, cioè reggere la spinta.
2. Isolare le vibrazioni.
3. Compensare piccoli movimenti relativi laterali.
Il supporto sarà rigido nella direzione longitudinale, sopportando un’enorme spinta, più morbido nella direzione verticale: una boccola rappresenta, in questo caso, un buon compromesso. Esiste una soluzione alternativa a questa configurazione, migliore dal punto vista vibroacustico, che affida ad un altro componente, esterno al riduttore, la funzione di reggere la spinta propulsiva.
Date uno sguardo alla configurazione della FIGURA D: quali differenze notate rispetto alla precedente? Sono comparsi due nuovi componenti:
1. Un cuscinetto reggispinta tra riduttore e asse portaelica, accoppiato con un giunto di linea
d’asse.
2. Supporti di forma diversa sul riduttore, a forma di disco o anello, montati su piastre metalliche, più morbidi dei supporti a boccola, soprattutto in senso trasversale e longitudinale.
Questa seconda configurazione rende le macchine più indipendenti, il motore e riduttore sono più liberi di muoversi nello spazio. L’energia spesa nel movimento e assorbita dagli isolatori non viene dunque trasmessa alla struttura. Nelle altre due configurazioni, collegamento campanato e V-drive, le considerazioni riguardanti i supporti antivibranti saranno simili; ciò che cambia è il tipo di collegamento motore/riduttore, è il giunto che li collega ad avere caratteristiche diverse. Ma analizziamole più in dettaglio.
Ecco il caso campanato: FIGURA E. Il giunto tra motore e riduttore avrà funzione quasi esclusivamente torsionale (nella figura il giunto non si vede, si intravede, è chiuso dentro la campana!) Il blocco motore-riduttore potrà essere sistemato con antivibranti che dovranno essere rigidi per reggere la spinta, ma morbidi nelle altre direzioni, come quelli in figura, definiti a V, per la loro forma.
Un altro giunto si potrà utilizzare per isolare il sistema in direzione dell’elica, rigido in direzione longitudinale, più morbido radialmente per assolvere la funzione di isolatore. Nel caso in cui il reggispinta sia esterno al riduttore, i supporti saranno morbidi, ancora conici, come quelli della configurazione free-standing.
Infine il V-Drive: FIGURA F. Si tratta della stessa situazione vibroacustica già affrontata nel caso free-standing, dove si inserisce un altro componente, il cardano, per collegare il motore e riduttore posizionati lontani l’uno dall’altro.
Di questo si terrà conto nella scelta dei supporti corretti. Abbiamo incontrato diverse tipologie di isolatori che vengono selezionati sulla base delle loro caratteristiche e funzioni: osserviamoli un po’ più da vicino, analizzandone le peculiarità.
I supporti antivibranti: come sono fatti
Li abbiamo già incontrati, avendone analizzato la loro funzione nelle varie configurazioni propulsive. I materiali che li compongono sono gomma e metallo, tanto che spesso per semplicità vengono definiti supporti ‘gomma-metallo’, mentre la loro geometria ci permette di identificarli in maniera univoca. Qui sotto sono riassunte le principali tipologie, classificandole proprio a seconda della loro forma.
Supporti conici
Sono formati da una base di metallo che viene fissata al basamento, una parte in gomma (il cono), un cappello e un perno centrale. Il motore carica il cappello, la parte in gomma reagisce, grazie alla sua elasticità e alla sua geometria, nelle tre direzioni, garantendo una stabilità di forma. Il supporto rimane sempre centrato rispetto alla sua posizione a riposo.
Supporti a rigidezza preferenziale
Sono i supporti che, per la loro conformazione, sono caratterizzati da una rigidezza diversa nelle tre direzioni. Il supporto a V rappresentato in figura ha una rigidezza longitudinale sei volte maggiore di quella laterale e verticale. Proprio questa sua caratteristica gli permette di contrastare la spinta dell’elica.
Il supporto nella figura qui sopra è un supporto a disco, rigido verticalmente e molto morbido trasversalmente. Non viene usato da solo, ma solitamente impilato ed installato su di una piastra metallica con un’altra coppia di dischi.
Supporti cilindrici
Si definiscono anche a boccola. La parte in gomma è interna e costretta tra due parti metalliche. Sopportano la spinta, resistono alla sollecitazione della coppia di ribaltamento del riduttore, hanno una rigidezza minore trasversalmente.
SUPPORTI CONDOTTE
No, non mi sono dimenticato dei supporti condotte. Due sono le funzioni svolte dall’isolatore, e due sono le tipologie di supporti, che combinate, agiscono nella risoluzione del problema. Il primo supporto regge il peso della condotta, l’altro la mantiene nella sua posizione: sono rispettivamente i supporti condotte e gli stabilizzatori. I supporti sono assolutamente analoghi a quelli del motore, dimensionati per il peso della condotta che devono sopportare; gli stabilizzatori sono simili ai supporti per il riduttore, fatti per reagire a sforzi di trazione e compressione. Dovendo lavorare a contatto con tubazioni ad alta temperatura alcuni sono dotati di un isolante termico tra parte elastica ed il collegamento alla condotta, per preservarne la parte in gomma.
Adesso, se già non l’avevate, dovreste avere un’idea più chiara della configurazione della vostra linea d’asse, potrete facilmente riconoscere dove sono installati giunti e supporti a bordo della vostra barca, e anche identificarne le loro tipologie.
Siamo stati bravi? Inviateci le foto della vostra barca e della vostra linea propulsiva, individuando la tipologia di supporto e giunto (se accessibile!) installati a bordo. Pubblicheremo sulla nostra pagina LinkedIn le foto degli armatori che avranno indovinato la corretta configurazione della propria barca. Alla prossima puntata!
(La Vibroacustica 3 – Barchemagazine.com – Luglio 2020)
