Comprensión de la desaceleración en el análisis de maquinaria rotativa
descenso —también conocido como «reducción de velocidad» o «desaceleración»— es el proceso mediante el cual se deja que una máquina giratoria reduzca su velocidad desde la velocidad de funcionamiento hasta detenerse sin aplicar ningún tipo de frenado activo, aprovechando las pérdidas naturales debidas a la fricción, la resistencia aerodinámica y la resistencia de los cojinetes. En dinámica del rotor y análisis de vibraciones, a coastdown prueba es un procedimiento diagnóstico en el que vibración Los datos se registran de forma continua a medida que la máquina desacelera, lo que proporciona una gran cantidad de información sobre velocidades críticas, frecuencias naturales, y el carácter dinámico del sistema. Junto con su imagen especular, el runup Esta prueba es una herramienta fundamental para la puesta en servicio de nuevos equipos, la resolución de problemas de vibraciones persistentes y la validación de modelos rotodinámicos en comparación con la máquina tal y como se ha fabricado e instalado.
1. Finalidad y aplicaciones
Identificación de la velocidad crítica
El principal objetivo de las pruebas de inercia es determinar las velocidades críticas:
- a medida que la velocidad desciende por debajo de cada velocidad crítica, la amplitud de la vibración alcanza su máximo;
- peaks in the amplitudEn el gráfico de «-versus-velocidad», marca las velocidades críticas;
- un giro de 180° fase El cambio confirma que es cierto resonancia en lugar de otro efecto relacionado con la velocidad; y
- En una sola pasada se pueden registrar varias velocidades críticas.
Medición de la frecuencia natural
Las velocidades críticas corresponden a las frecuencias naturales:
- la primera velocidad crítica se produce en la primera frecuencia natural, la segunda en la segunda, y así sucesivamente;
- la prueba confirma experimentalmente las predicciones analíticas; y
- Se utiliza ampliamente para validar modelos de elementos finitos.
Determinación de la amortiguación
La nitidez de cada pico de resonancia revela el sistema mojadura:
- los picos altos y pronunciados indican un bajo nivel de amortiguación;
- las picos anchos y bajos indican un alto nivel de amortiguación;
- el damping ratio se puede calcular a partir de la anchura y la amplitud del pico; y
- esa cifra es fundamental para predecir los niveles de vibración en el futuro.
Evaluación del desequilibrio en la distribución
- Las relaciones de fase a las velocidades críticas revelan cómo el desequilibrar se distribuye a lo largo del rotor;
- pueden distinguir entre estático y desequilibrio de pareja; and
- Ayudan a planificar la estrategia de equilibrado antes de añadir peso.
2. Procedimiento de la prueba de desaceleración por inercia
Preparación
- Instale sensores: place acelerómetros o transductores de velocidad en las ubicaciones de los cojinetes, tanto en dirección horizontal como vertical.
- Instalar un tacómetro: óptico o magnético tacómetro para medir la velocidad de rotación y proporcionar la referencia de fase.
- Configurar la adquisición de datos: configura la grabación continua con una frecuencia de muestreo adecuada.
- Define el rango de velocidad: normalmente desde la velocidad de funcionamiento hasta el 10-20 % de esta, o hasta que la máquina se detenga.
Ejecución
- Estabilizar a la velocidad de funcionamiento: Funcionar a velocidad normal hasta alcanzar el equilibrio térmico y una vibración estable.
- Iniciar la marcha por inercia: Desconecte la alimentación del accionamiento —motor, turbina u otro motor primario— y deje que se produzca una desaceleración natural.
- Supervisar de forma continua: registrar la amplitud, la fase y la velocidad de las vibraciones durante toda la desaceleración.
- Presta atención por tu seguridad: Esté atento a cualquier vibración excesiva que indique una resonancia inesperada o inestabilidad.
- Desaceleración total: Sigue registrando hasta que la máquina se detenga o alcance la velocidad mínima de interés.
Parámetros de recopilación de datos
- Frecuencia de muestreo: lo suficientemente alta como para captar todas las frecuencias de interés —por lo general, entre 10 y 20 veces la frecuencia máxima—.
- Duración: determinado por la inercia del rotor, en un intervalo de entre 30 segundos y 10 minutos.
- Medidas: amplitud, fase y velocidad en todas las ubicaciones de los sensores.
- Muestreo síncrono: datos tomados en incrementos angulares constantes para respaldar análisis de pedidos.
3. Análisis y visualización de datos
Diagrama de Bode
La vista predeterminada de los datos de desaceleración es la Diagrama de Bode:
- traza superior: amplitud de la vibración en función de la velocidad;
- traza inferior: ángulo de fase en función de la velocidad;
- Firma de velocidad crítica: un pico de amplitud con el correspondiente desplazamiento de fase de 180°; y
- por ubicación: gráficos independientes para cada punto de medición y cada dirección.
Parcela de cascada
A gráfico de cascada (diagrama en cascada) ofrece una vista tridimensional:
- Eje X: frecuencia (Hz o órdenes);
- Eje Y: velocidad (rpm);
- Eje Z (color): amplitud de la vibración;
- el componente 1× aparece como una línea diagonal que indica la velocidad;
- frecuencias naturales aparecen como líneas horizontales a una frecuencia constante; y
- su intersección —el punto en el que la línea de 1× cruza una línea de frecuencia natural— es una velocidad crítica.
Diagrama polar
- los vectores de vibración se representan gráficamente a distintas velocidades;
- se forma una espiral característica a medida que la velocidad disminuye al pasar por cada velocidad crítica; y
- El cambio de fase se aprecia claramente a medida que el vector gira.
4. Pruebas de desaceleración frente a pruebas de aceleración
Ventajas de la desaceleración
- No requiere alimentación externa: basta con desconectar la transmisión y dejar que el vehículo siga por inercia.
- Desaceleración más lenta: Un mayor tiempo de permanencia a cada velocidad proporciona una mejor resolución de frecuencia.
- Más seguro: el sistema está perdiendo energía en lugar de ganarla.
- Less stress: Las velocidades críticas se superan a medida que disminuye la energía.
Ventajas del arranque
- Aceleración controlada: Se puede controlar la velocidad en el rango de velocidades críticas.
- Parte del proceso normal de arranque: a análisis de arranque se pueden recopilar durante un arranque rutinario.
- Condiciones vigentes: Hay cargas de proceso, por lo que los datos son más representativos del funcionamiento real.
Consideraciones comparativas
- Temperatura: La puesta en marcha se suele realizar en frío; la parada se inicia desde condiciones de funcionamiento en caliente.
- Rigidez de los rodamientos: Puede diferir entre caliente (descenso) y frío (avance).
- Fricción y amortiguación: Ambos dependen de la temperatura y modifican las amplitudes máximas.
- Comparación de datos: Las diferencias entre las curvas de aceleración y desaceleración pueden revelar por sí mismas efectos térmicos o relacionados con la carga.
5. Aplicaciones y casos de uso
Puesta en servicio de equipos nuevos
- comprobar que las velocidades críticas coincidan con las previsiones del diseño;
- verificar que los márgenes de separación sean adecuados;
- validar el modelo rotodinámico; y
- establish datos de referencia para futuras consultas.
Solución de problemas de vibración
- determinar si las vibraciones intensas están relacionadas con la velocidad (una resonancia);
- descubrir velocidades críticas hasta ahora desconocidas;
- evaluar el efecto de una modificación o reparación; y
- separar la resonancia de otras fuentes de vibración.
Procedimientos de equilibrado
- para rotores flexibles, coastdown identifica qué modos deben equilibrarse;
- ayuda a elegir las velocidades de equilibrado adecuadas; y
- comprueba la mejora tras balanceo modal.
Verificación de modificaciones
- tras cambiar los cojinetes, compruebe el cambio resultante en la velocidad crítica;
- tras cualquier variación en la masa o la rigidez, compruebe el cambio previsto en la frecuencia natural; y
- comparar las desaceleraciones iniciales y finales para cuantificar la mejora.
6. Buenas prácticas para las pruebas de desaceleración
Consideraciones de seguridad
- asegúrate de que todas las personas que se encuentren cerca sepan que la prueba está en curso;
- presta mucha atención a las vibraciones del reloj para detectar resonancias inesperadas;
- mantener disponible una función de apagado de emergencia;
- despejar el espacio alrededor del equipo; y
- Si se producen vibraciones excesivas, considere la posibilidad de realizar una parada de emergencia en lugar de dejar que el vehículo se detenga por inercia.
Calidad de los datos
- Tasa de desaceleración correcta: ni tan rápido que haya muy pocos puntos de datos por velocidad, ni tan lento que las condiciones térmicas varíen durante la ejecución.
- Condiciones estables: minimizar los cambios en las variables del proceso durante la prueba.
- Multiple runs: Realice dos o tres pruebas de desaceleración por inercia para comprobar la repetibilidad.
- Todas las ubicaciones a la vez: registrar todas las coordenadas simultáneamente.
Documentación
- registrar las condiciones de funcionamiento: temperatura, carga y configuración;
- recoger todos los datos de vibración y velocidad;
- Generar gráficos de análisis estándar (Bode, cascada, polar)
- identificar y señalar todas las velocidades críticas detectadas; y
- compararlo con las previsiones del diseño o con los datos de pruebas anteriores y, a continuación, archivarlo.
7. Interpretación de los resultados
Identificación de velocidades críticas
- busca los picos de amplitud en el diagrama de Bode;
- confirmar cada una con su desfase de 180°;
- fíjate en la velocidad a la que se produce el pico; y
- calcular el margen de separación con respecto a la velocidad de funcionamiento.
Evaluación de la severidad
- Amplitud máxima: ¿A qué nivel alcanza la vibración en la velocidad crítica?
- Nitidez del pico: Un pico pronunciado indica un bajo nivel de amortiguación y un posible problema.
- Distancia de funcionamiento: ¿En qué medida se aproxima la velocidad de carrera a la velocidad crítica?
- Aceptabilidad: Por lo general, se requiere un margen de separación de aproximadamente ±15-20 %.
Análisis avanzado
- extract formas modales a partir de mediciones multipunto;
- calcular los coeficientes de amortiguamiento a partir de las características de pico;
- distinguir entre adelante y atrás torbellino modes; and
- comparar los resultados con Diagrama de Campbell predictions.
8. Desplazamiento por inercia en campo abierto
En las instalaciones, una prueba de desaceleración por inercia no requiere un banco de pruebas específico: se puede registrar con un instrumento portátil en el momento en que se apaga el variador. Un analizador de dos canales como el Balanset-1A, cuyo tacómetro láser proporciona la referencia de fase, registra de forma continua la amplitud, la fase y la velocidad a medida que el rotor se va ralentizando, de modo que el ingeniero puede leer directamente los picos de velocidad crítica en la curva de Bode resultante. El mismo conjunto de datos que localiza una resonancia también confirma si existe un desequilibrio de 1× que esté contribuyendo a ella, lo que permite el diagnóstico y el seguimiento equilibrado de campo el flujo de trabajo a partir de una sola prueba de desaceleración. En resumen, las pruebas de desaceleración proporcionan datos empíricos que complementan las predicciones analíticas y revelan el comportamiento dinámico real de la maquinaria rotativa en condiciones de funcionamiento reales.
