Demistificazione del monitoraggio delle vibrazioni - Parte 4: Diagnosi di squilibrio, disallineamento, allentamento e usura dei cuscinetti

Accesso rapido 
Parte 1: Perché il monitoraggio delle vibrazioni è importante e come funziona
Parte 2: Principi di analisi delle vibrazioni sulle macchine rotanti
Parte 3: Identificazione e interpretazione dei modelli complessivi di vibrazioni e guasti
Parte 4: Diagnosi di squilibrio, disallineamento, allentamento e usura dei cuscinetti

I quattro guasti più comuni delle macchine

Ogni componente di una macchina produce un segnale di vibrazione unico. I segnali visualizzati nello spettro spesso formano schemi caratteristici. Il riconoscimento degli schemi è una parte fondamentale dell'analisi delle vibrazioni, ma sono necessari una formazione e un'esperienza significative per riconoscerli e interpretarli.

Non perdere tempo ad analizzare centinaia di rari guasti delle macchine quando il 90% delle volte le macchine rotanti soffrono di quattro guasti comuni: disallineamento, squilibrio, allentamento e usura dei cuscinetti.

Tabella riassuntiva dei quattro guasti più comuni

Di seguito è riportata una panoramica semplificata dei modelli utilizzati per riconoscere i quattro guasti più comuni delle macchine. 

Sbilanciamento

Uno squilibrio è un punto pesante sull'albero che provoca forze in tutte le direzioni radiali che provocano vibrazioni eccessive e aumentano l'usura di cuscinetti, guarnizioni, ecc. Vedere la Figura 2 di seguito.

Disallineamento

Il disallineamento si verifica quando gli assi di rotazione di due alberi non sono allineati quando la macchina funziona in normali condizioni operative. Ciò genera forze che causano vibrazioni eccessive e aumentano l'usura di cuscinetti, guarnizioni, ecc. Per i dettagli, vedere la Figura 3 sottostante.

Scioltezza

L'allentamento si verifica quando l'albero, la fondazione o un componente si allentano, provocando forze che provocano vibrazioni eccessive e aumentano l'usura di cuscinetti, guarnizioni, ecc., come nella Figura 4.

Guasto al cuscinetto

I cuscinetti si usurano a causa di carichi eccessivi, altri guasti alla macchina, scarsa lubrificazione o installazione, ecc. Se non si interviene, col tempo i cuscinetti finiranno per rompersi, e la Figura 5 ne mostra l'aspetto:

Perché le frequenze dei cuscinetti non sono sincrone (picchi non interi)

La geometria delle sfere, della gabbia e delle piste si manifesta a velocità diverse, non a un multiplo della velocità dell'albero. Ciò significa che i picchi non sincroni provengono tipicamente dai cuscinetti a rulli. Molti programmi di vibrazione richiedono quattro frequenze per diagnosticare i guasti dei cuscinetti: pista interna, pista esterna, gabbia e rotazione delle sfere (vedere Figura 6). Una delle eccezioni è Flukes 810, che utilizza il riconoscimento automatico dei pattern.

La figura 7 (sotto) è un esempio di guasto del cuscinetto.

Si noti che il picco di vibrazione dell'albero è a 1X. Se la macchina ha quattro pale della girante della pompa, un picco più piccolo sarà presente a 4X.

Ma cos'è quel picco a 3.56X? Una macchina non può avere 3.56 pale della ventola o 3.56 palette della pompa. Probabilmente è dovuto a un cuscinetto a rulli.

Comprendere la gravità di quattro guasti comuni

La gravità dei quattro guasti più comuni può essere monitorata nel tempo sulla base della cronologia di centinaia di migliaia di macchine analizzate da numerosi esperti di vibrazioni nell'arco di 30 anni.

Queste conoscenze ed esperienze sono state incorporate in algoritmi basati su regole e in un database di base che hanno dimostrato di essere efficaci su macchine rotanti standard: motori, pompe, ventilatori, compressori, soffianti e mandrini monoalbero.

La progressione dei guasti delle macchine è stata analizzata per ogni classe di macchina e per ogni guasto, e sono emersi modelli che consentono al programma diagnostico all'interno di un tester di vibrazioni di diagnosticare accuratamente la gravità di ciascun guasto. Di seguito è riportato il modo in cui un analista esperto analizzerebbe manualmente i dati, sebbene sia importante ricordare che un tester come il Fluke 810 esegue tutto questo automaticamente.

Progressione dello squilibrio: osserva la gravità mentre peggiora 

Un punto pesante sull'albero provoca forze in tutte le direzioni radiali che provocano vibrazioni eccessive e aumentano l'usura di cuscinetti, guarnizioni, ecc. I segnali di squilibrio sono piuttosto chiari: vibrazioni 1X (dell'albero) superiori al normale in direzione radiale e tangenziale.

Poiché 1X è meglio visibile nella gamma bassa, cercate la presenza di squilibrio confrontando i picchi 1X nella gamma bassa. Se i picchi 1X crescono nel tempo in direzione radiale e/o tangenziale, ma non in direzione assiale, allora la faglia è di squilibrio.

La gravità è determinata dall'ampiezza del picco 1X rispetto alla linea di base.

Osservare l'aumento della gravità del guasto in ogni fase dello squilibrio e prendere nota dell'azione di riparazione suggerita nella Figura 8 sottostante.

Progressione del disallineamento: osserva la gravità mentre peggiora 

Gli assi di rotazione di due alberi non sono allineati quando la macchina funziona in condizioni operative normali. Ciò provoca vibrazioni eccessive e aumenta l'usura di cuscinetti, guarnizioni, ecc.

Le indicazioni di disallineamento sono piuttosto chiare. Includono vibrazioni superiori al normale, pari a 1X (albero) in direzione assiale e 2X in direzione radiale/tangenziale.

I picchi più elevati saranno visibili sia sul motore che sulla pompa perché c'è un disallineamento tra i due alberi.

Poiché i picchi 1X e 2X sono meglio visibili nella gamma bassa, cercate un disallineamento confrontando i picchi 1X e 2X nella gamma bassa. Se i picchi aumentano nel tempo, il problema è un disallineamento.

La gravità è determinata dall'ampiezza rispetto alla linea di base.

Osservare l'aumento della gravità del guasto in ogni fase del disallineamento e prendere nota dell'azione di riparazione suggerita nella Figura 9.

Progressione della rilassatezza: osserva la gravità mentre peggiora 

L'albero, la fondazione o un componente si sono allentati, provocando forze che provocano vibrazioni eccessive e aumentano l'usura di cuscinetti, guarnizioni, ecc.

Le indicazioni di allentamento sono piuttosto semplici. Includono armoniche 1X più alte del normale in qualsiasi direzione. Poiché queste armoniche sono meglio visibili nella gamma bassa, cercate l'allentamento confrontando le armoniche 1X nella gamma bassa.

Se le armoniche 1X aumentano nel tempo in una o tutte le direzioni, allora il guasto è di tipo "lasco". La gravità è determinata dall'ampiezza delle armoniche 1X rispetto alla linea di base.

Osservare l'aumento della gravità del guasto in ogni fase di allentamento e prendere nota dell'azione di riparazione suggerita nella Figura 10 sottostante.

Progressione dell'usura dei cuscinetti: monitorare la gravità man mano che peggiora 

I segnali di un problema ai cuscinetti possono andare e venire. Un mese sono presenti e il mese dopo no. Sappiamo tutti che i cuscinetti non migliorano.

Tenetelo presente quando diagnosticate guasti ai cuscinetti. Cercate picchi non interi in qualsiasi direzione. Osservate l'evoluzione della gravità del guasto in ogni fase di usura e annotate l'azione di riparazione suggerita (vedere Figura 11). Nota: i dati del motore sono normali. 

L'usura dei cuscinetti è solitamente causata da altri fattori che agiscono sui cuscinetti stessi. Se i cuscinetti si guastano prematuramente, potrebbe essere opportuno verificare la presenza di altri difetti minori nella macchina, come squilibrio, disallineamento o allentamento. Ad esempio, un disallineamento moderato può aumentare o meno di intensità nel tempo, ma gli effetti del disallineamento aumenteranno nel tempo lo stress su cuscinetti e guarnizioni.

Assicuratevi che il tester che utilizzate visualizzi tutti i guasti riscontrati in una macchina, in modo da poter individuare i potenziali candidati alla causa principale del guasto. Anche se il disallineamento non è grave, è comunque necessario diagnosticarlo e correggerlo al più presto per evitare danni collaterali a cuscinetti e guarnizioni. 

Conclusione: dai segnali di vibrazione a una manutenzione più intelligente

In questa serie, abbiamo analizzato il funzionamento delle vibrazioni, cosa rivelano e come si collegano direttamente ai guasti più comuni nelle apparecchiature rotanti. Ma la vera conclusione è questa:

Il monitoraggio delle vibrazioni fornisce ai team di manutenzione il segnale giusto al momento giusto. 

È abbastanza precoce per pianificare e agire, ma sufficientemente mirato da evitare rumore di fondo e falsi positivi. Si adatta a qualsiasi ambiente, da semplici strumenti di screening a sistemi diagnostici avanzati, e interagisce con i tecnici ovunque si trovino, sia che stiano identificando problemi o confermandone le cause profonde.

Poiché i team sono impegnati a gestire più attrezzature con meno risorse, le vibrazioni diventano più di una semplice misurazione. Diventano una strategia.

Con gli strumenti giusti e una chiara comprensione di ciò che le vibrazioni ti stanno dicendo, puoi passare dalle riparazioni reattive alla pianificazione basata sulle condizioni e far funzionare i tuoi asset più a lungo, con meno sorprese.

Autore Bio: John Bernet è uno specialista di applicazioni e prodotti meccanici presso Fluke Corporation. Grazie ai suoi oltre 30 anni di esperienza nella manutenzione e gestione di centrali nucleari e macchinari in impianti commerciali, John ha collaborato con clienti di tutti i settori implementando programmi di affidabilità. È un analista di vibrazioni certificato di Categoria II e un professionista certificato per l'affidabilità della manutenzione (CMRP), con oltre 20 anni di esperienza nella diagnosi di guasti alle macchine.