Comprensión de los defectos de los ventiladores axiales
Defectos del ventilador axial son los fallos específicos de los ventiladores de flujo axial, en los que el aire se mueve en paralelo al eje del árbol a través de una hélice. rotor. Entre ellos se incluyen los errores de ángulo de paso de las palas, la degradación de la separación de las puntas, los fatiga y agrietamiento, fallos en la fijación del cubo, desprendimiento rotativo (rotating stall) y resonancias aerodinámicas. Los ventiladores axiales difieren de los centrífugos en su trayectoria de flujo y distribución de fuerzas, lo que los expone a modos de fallo únicos relacionados con la torsión de las palas, el flujo de fuga en la punta y el empuje axial variable. Forman parte de la amplia familia de defectos del ventilador pero exigen su propio enfoque diagnóstico.
Los ventiladores axiales están presentes en todos los sistemas de climatización, torres de refrigeración, ventiladores de tiro de centrales eléctricas y ventilación industrial. Su gran diámetro y su peso relativamente ligero los hacen especialmente propensos a la fatiga inducida por las vibraciones y a las inestabilidades aerodinámicas. análisis de vibraciones estudio cuando se sabe qué firmas buscar.
1. Problemas de paso y ángulo de los álabes
Ajuste de paso incorrecto
- Ventiladores de paso regulable: el ángulo de la pala es ajustable para afinar el rendimiento.
- Desajuste: palas ajustadas a un ángulo incorrecto para las condiciones de funcionamiento.
- Efectos: bajo rendimiento, altas vibraciones y tendencia a entrar en pérdida.
- Ajuste no uniforme: Las palas situadas en ángulos diferentes distribuyen la masa y la carga aerodinámica de forma desigual, creando desequilibrio.
Deformación por torsión de la hoja
- Palas permanentemente torcidas por cargas aerodinámicas o centrífugas.
- Ángulos de flujo alterados, que degradan el rendimiento.
- Torsión asimétrica que crea desequilibrio.
- Distorsión térmica provocada por gradientes de temperatura en el rotor.
2. Problemas de holgura de la punta
Por qué la separación de la punta es crítica en los ventiladores axiales
- El flujo se filtra por las puntas de las palas, formando vórtices en las puntas.
- La eficiencia es muy sensible a la holgura de la punta.
- Cada aumento de 1% en la holgura pierde aproximadamente 1-2% de eficiencia.
- La holgura también afecta a las vibraciones y al rendimiento acústico.
Espacio libre excesivo
- Causas: desgaste, la distorsión de la carcasa, la desviación de las aspas y el crecimiento térmico.
- Efectos: pérdida de rendimiento, vórtices de punta más fuertes y aumento de las vibraciones.
- Holgura típica de un equipo nuevo: 0,5-1,5% de la envergadura de la pala.
- Acción necesaria: más de 3% de la envergadura indica que el ventilador necesita sustitución o reconstrucción.
Frotaciones de puntas
- Puntas de las palas en contacto con la carcasa.
- Causada por un exceso de vibración, crecimiento térmico, o desalineación.
- Genera ruido, vibraciones y daños en las palas: una forma localizada de roce del rotor.
- Deja marcas de desgaste visibles tanto en las puntas de las palas como en la carcasa.
3. Defectos estructurales de la pala
Grietas por fatiga
- Ubicación: la raíz de la pala (donde se une al buje) y el borde de ataque.
- Causa: cargas aerodinámicas alternas, vibraciones y resonancia de álabes.
- Detección: líquidos penetrantes, partículas magnéticas o ultrasonidos ensayos no destructivos.
- Criticidad: si no se detecta, una grieta por fatiga puede progresar hasta la liberación de la pala, es decir, el desprendimiento de toda la pala.
Fallos en la fijación de la pala
- Soldaduras agrietadas en la unión pala-buje.
- Fijaciones atornilladas sueltas.
- Grietas en el filete de la raíz.
- Fallo progresivo si la condición no se detecta a tiempo.
4. Inestabilidades aerodinámicas
Desprendimiento rotativo
- Separación de flujo que se forma en algunos álabes y gira alrededor del anillo.
- Produce subsincrónico vibración a 0,2-0,5× velocidad del rotor.
- Se produce con un caudal bajo o una resistencia de entrada elevada.
- Puede ser violento y dañino para los álabes.
Aleteo
- Vibración autoexcitada de las palas debida al acoplamiento aeroelástico: una forma de vibración autoexcitada.
- El movimiento de las palas modifica el flujo de aire y éste, a su vez, impulsa el movimiento de las palas.
- Se produce en el álabe frecuencia natural.
- Puede causar el fallo rápido de los álabes.
- Raro, pero catastrófico cuando ocurre.
5. Firmas de vibración
Frecuencia de paso de álabe
- Cálculo: BPF = número de palas × RPM / 60. Esto se puede calcular instantáneamente con Calculadora de frecuencia de paso de álabes.
- Ventiladores axiales: el frecuencia de paso de álabe suele ser prominente, más que en los ventiladores centrífugos.
- Amplitud elevada: apunta a problemas de holgura de punta, daños en los álabes o problemas de flujo.
- Armónicos: BPF múltiple armónicos indican problemas en las aspas o en el flujo.
Desequilibrio
- Se debe a la acumulación, erosión o falta de uniformidad del ángulo de inclinación de los álabes.
- Aparece como un componente de velocidad de giro 1×.
- Corregible mediante equilibrado de campo con pesos montados en los álabes.
Vibración por entrada en pérdida aerodinámica
- Componentes subsíncronos en el rango 0,2-0,5×.
- Amplitud aleatoria y fluctuante.
- Aumento del ruido de banda ancha.
- Desaparece al aumentar el flujo: una prueba de confirmación útil.
6. Detección y control
Análisis de vibraciones
- Control estándar de las vibraciones de los rodamientos.
- Tendencia de la amplitud BPF en el tiempo.
- Vigilancia de los componentes subsíncronos que indican entrada en pérdida.
- Vibración axial medición para captar las variaciones de empuje.
Monitorización del rendimiento
- Medición del caudal de aire por el método de la presión diferencial.
- Tendencia del consumo de energía.
- Cálculo de la eficiencia.
- Comparación con el diseño o base rendimiento.
Inspección
- Inspección visual de las palas para detectar grietas, erosión y corrosión.
- Verificación del ángulo de paso de las palas.
- Medición de la holgura de punta de pala.
- Inspección de cubos y puntos de fijación.
- END para la detección de grietas en ventiladores críticos.
7. Equilibrado de campo y límites de vibración
Dado que un ventilador axial funciona sobre sus propios cojinetes, la forma práctica de tratar el desequilibrio dominante 1× es equilibrarlo in situ en lugar de desmontar el rotor. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide el 1× amplitud y fase a la velocidad de funcionamiento, calcula el coeficientes de influencia del ventilador, y le indica la masa y el ángulo del peso de corrección que añadir en los álabes. A continuación, comprueba el resultado con el desequilibrio residual tolerancia. Para los grados de aceptación y calidad de equilibrio, los grandes ventiladores industriales se dirigen específicamente a ISO 14694, mientras que la gravedad global de las vibraciones en los soportes de los rodamientos se evalúa en función de los modernos ISO 20816-3 (la norma que sustituyó a la ISO 10816-3).
8. Mantenimiento y corrección
Mantenimiento de palas
- Limpie las incrustaciones de los álabes y vuelva a equilibrar.
- Reparar pequeños daños por erosión y corrosión.
- Sustituya los álabes agrietados o muy dañados.
- Compruebe que todas las palas se encuentran en el mismo ángulo de inclinación.
- Compruebe y apriete los pernos de fijación de los álabes.
Restauración de la holgura
- Añadir anillos de obturación o retenes de punta donde la holgura sea excesiva.
- Reconstruir la carcasa para reducir su diámetro.
- Sustituya el ventilador si está justificado económicamente.
Control del punto de operación
- Ajuste la resistencia del sistema para que el ventilador funcione cerca de su punto de diseño.
- Utilice el control de velocidad variable para una adaptación óptima.
- Evite el funcionamiento en la zona de pérdida.
- Utilizar un control de aleta de entrada o de compuerta para la regulación de caudal.
Los defectos de los ventiladores axiales combinan los problemas habituales de la maquinaria rotativa con fenómenos aerodinámicos exclusivos de las máquinas de flujo axial. La comprensión de los problemas estructurales de los álabes, la importancia de la holgura de las puntas y las inestabilidades, como la entrada en pérdida rotativa, junto con un control adecuado de las vibraciones y pruebas de rendimiento, permiten que estas máquinas esenciales de movimiento de aire funcionen de forma fiable en el servicio industrial.
