VIBRODIAGNOZA SLABIRILOR MECANICE
PE ARBORI IN INDUSTRIA HARTIEI

Autori: CRISTIAN BANARIE si DORIAN DIMA
Publicat: Buletinul Institutului Politehnic Iasi, publicat de Universitatea Tehnica „Gh. Asachi“, Iasi, Tomul XLX (LIV), Supliment I, 2004, Sectia Costructii de masini

Rezumat: Vibrodiagnoza slabirilor mecanice pe arbori reprezinta una dintre aplicatiile metodelor de diagnosticare a defectelor prin intermediul analizei vibratiilor. Analiza acestor tipuri de defecte a indicat existenta unor amprente si caracteristici specifice in spectrele de vibratii aferente utilajelor. Cunoasterea si identificarea acestor aspecte particulare in spectrele de vibratii ale utilajelor contribuie la functionarea instalatiilor in conditii de siguranta sporita.
Cuvinte cheie: vibratii, diagnoza, slabiri mecanice.

In comunicarea de mai jos se prezinta principiiile de identificare a slabirilor mecanice pe arbori prin analiza spectrelor de vibratii.

1. Consideratii teoretice

O gama larga de defectiuni specifice industriei hartiei si in special utilajelor care au suferit reparatii repetate sunt cele din gama slabirilor mecanice pe arbori. Acest tip de defectiuni se manifesta prin slabiri ale strangerilor rulmentilor pe arbori, slabiri ale strangerilor rulmentilor in carcase, jocuri intre arbori si cuplaje, jocuri intre arbori si elementele conduse(rotoare in cazul pompelor si ale motoarelor, roti dintate in cazul angrenajelor, etc) sau slabiri ale elementelor intermediare sau de siguranta(bucse de strangere, pene, etc). Aceste slabiri mecanice pot cauza, pe langa cresterea uzurilor foarte rapida si riscul avarierii componentelor care sunt in interactiune(in special la transmisiile cu roti dintate).

Vibratiile cauzate de slabirile mecanice de pe arbori sunt cele mai periculoase din intreaga gama de vibratii care au drept cauza slabiri(slabiri structurale, slabiri in fixarea utilajelor) deorece conduc la solicitari suplimentare, prin soc, ale arborilor si ale lagarelor. Dintre aceste doua componente lagarele sunt elementele cele mai sensibile la solicitarile prin soc si prezenta acestora conduce la deteriorarea rapida a acestora. Astfel, cresterea nivelului de vibratii  conduce la reducerea duratei de viata a rulmentilor prin factorul a3V  (coeficient de ajustare a duratei de viata a rulmentului in functie de functionare in regim de vibratii) conform binecunoscutei relatii de apreciere a duratei de viata de mai jos:

, unde     (1)

Se mentioneaza ca a3V este un factor subunitar si are in vedere influenta amplitudinilor acceleratiilor vibratiilor asupra duratei de viata.

2.  Descrierea solutiei de identificare a defectului prin analiza vibratiilor

Colectarea datelor de pe utilajele supuse monitorizarii s-a efectuat in domeniile urmatoare de vibratii: viteza(FFT), acceleratie(FFT si variatie in timp), acceleratie cu aplicarea filtrelor 50 - 1 kHz si 500 - 10 kHz impreuna cu demodularea semnalului(“enveloping”). Domeniile de frecventa alese pentru aceste colectari au fost astfel alese pentru a acoperi intreg domeniu de manifestare a oricaror defecte, nu numai cele legate de slabiri mecanice. Dupa colectarea datelor de pe utilaje si transferul acestora catre sistemul de calcul pe care functioneaza aplicatia PRISM®4 demareaza etapa de analiza si diagnosticare a defectelor.
Caracteristica generala a slabirilor mecanice pe arbori in spectrele de vibratii o reprezinta cresterea amplitudinii acceleratiei in domeniul frecventei fundamentale(frecventa de rotatie a arborelui) dar si al armonicilor acesteia. Aceasta manifestare este strans legata de pierderea unei parti din energia de rotatie – energie care reprezinta fluxul principal care parcurge arborele – prin microdeplasari ale arborelui, in domeniul oferit de jocurile existente. Aceste deplasari au valori foarte mici, de la cativa microni pana la zecimi de milimetru, ceea ce face ca vibratiile sa aiba drept sursa socurile datorate acestor deplasari si nu deplasari ale unor mase de dimensiuni mari si implicit si transfer de energie ca in cazul slabirilor structurale sau de fixare, vibratii care se manifesta mai evident si in spectrele de viteza.

In consecinta identificarea unor astfel de defectiuni debuteaza cu analiza spectrului de vibratii in acceleratie FFT. Pentru expunerea corecta a modurilor de manifestare a acestui tip de defecte se vor utiliza spectrele unui singur utilaj (un motor electric cu puterea de 15 kW si turatia de 1500 rot/min.). In figura 1 este reprezentat un astfel de spectru care prezinta modul de manifestare tipic al unei astefel de defectiuni. Manifestarea unui astfel de defect are caracteristica o amplitudine ridicata a acceleratiei in domeniul frecventei fundamentale(in exemplul alaturat la frecventa de 25 Hz corespunzatoare unei turatii de 1500 rot/min) si a multiplilor acesteia(pana la al 13 multiplu). Amplitudinea acceleratiei multiplelor 2, 3 si 4 a fundamentalei sunt mai mari decat ale fundamentalei ceea ce localizeaza acest tip de slabire in zona lagarului, manifestata prin joc intre carcasa lagarului si rulment.

In figura 2 este reprezentata spectrul in enveloping FFT al aceluiasi utilaj. Se identifica cresterea valorii in enveloping in domeniul frecventei fundamentale, dar si cresterea valorilor in domeniile armonicilor acesteia – mai evidente armonicile 2 – 8. Se poate localiza totodata si defectul, daca armonica impara este dominanta cat si multiplii acesteia,  slabirea se afla intre arbore si rulment(strangere insuficienta intre arbore si rulment), daca armonica a patra este dominanta cat si multiplii acesteia(multiplii 4X) slabirea se afla intre carcasa rulmentului si rulment, daca armonica a doua sau a treia este dominanta fara multiplii dominanti ai acestora, slabirea se afla pe cuplajul de transmitere a miscarii, daca amplitudinea fundamentalei este dominanta si frecventele fundamentale ale transmisiei cu roti dintate(Gear Meash Freqvecy) si armonicile superioare ale acesteia sunt excitate, jocul este localizat intre arbore si roata dintata.

Reprezentarea spectrului FFT de viteza – fig 3 - evidentiaza valori ale vitezei in domeniul armonicilor fundamentalei cat si al armonicilor 2, 3, 4 si 5, dar nu ofera suficiente informatii asupra cauzelor. Astfel, in exemplu ales, utilajul mai prezinta si alte defectiuni, evidentiate in acest spectru dar care nu face parte din categoria slabirilor mecanice pe arbore. Cu toate acestea, aparitia armonicilor superioare fundamentalei   indica existenta unei slabiri, confirmarea acesteia si localizarea facandu-se cu ajutorul reprezentarilor spectrale in acceleratie si enveloping, expuse anterior.

Reprezentarea si analiza spectrului de variatie a acceleratiei, filtrate si demodulate, in timp(enveloping) - fig 4 - certifica defectul si-l localizeaza. Astfel, pe acest spectru se identifica modul de variatie in timp a acceleratiei cat si armonica dominanta si implicit efectul defectiunii. Pe figura sunt reprezentate coordonatele fundamentalei cat si ale armonicilor 2, 3 si 4 identificandu-se ca armonica a 4-a este cea care initiaza ciclul.

In cele 4 casete sunt reprezentate aspectele caracteristice ale modului de manifestare a unor astfel de defectiuni pentru alte utilaje .

3. Avantajele diagnosticarii slabirilor mecanice

Diagnosticarea slabirilor mecanice prin aceasta metoda prezinta urmatoarele avantaje:

1. reducerea costurilor de intretinere a utilajelor;
2. cresterea sigurantei in functionare a utilajelor;
3. reducerea uzurilor in lagare dar si al altor elemente cu functionare conditionata de acestea;
4. reducerea stationarii utilajelor ca urmare a interventiilor neplanificate;
5. cresterea calitatii produsului finit.

Referinte
1.    NTN Communications, Inc 2003 – Bearings
2.    SKF Reliability Systems, San Diego 2002 – condition Monitoring

intro : servicii : solutii : biblioteca : contact

Noutati

Abonare

Cautare

Parteneri