¿Qué es el análisis torsional? Evaluación de vibraciones por torsión • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué es el análisis torsional? Evaluación de vibraciones por torsión • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué es el análisis torsional? Evaluación de vibraciones por torsión

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Comprensión del análisis torsional

Definición: ¿Qué es el análisis torsional?

Análisis torsional es la medición, evaluación y modelado de vibración torsional—oscilaciones de torsión alrededor del eje del eje— en los trenes de transmisión de maquinaria rotativa. A diferencia de vibración lateral (flexión), que se mide fácilmente con una medida estándar. acelerómetros, La vibración torsional requiere técnicas de medición especializadas (galgas extensométricas, tacómetros duales, vibrometría láser) y análisis para detectar oscilaciones angulares, determinar las frecuencias naturales torsionales y evaluar el riesgo de fatiga en ejes, acoplamientos y engranajes.

El análisis torsional es fundamental para transmisiones de motores alternativos, ejes de transmisión largos, cajas reductoras de alta potencia y motores con variador de frecuencia, donde la vibración torsional puede provocar fallas catastróficas en el eje o el acoplamiento, incluso con niveles de vibración lateral aceptables. Se trata de una capacidad de diagnóstico especializada, pero esencial, para prevenir fallas repentinas e inesperadas en los sistemas de transmisión de potencia.

¿Por qué es necesario el análisis torsional?

Vibración torsional frente a vibración lateral

  • Lateral: Flexión, movimiento lateral, medido con acelerómetros estándar
  • Torsional: Gira sobre su eje, sin desplazamiento lateral, invisible a los sensores estándar.
  • Independencia: Puede presentar torsión severa con baja lateralidad (y viceversa).
  • Daños: La torsión puede provocar fallos en el eje/acoplamiento sin previo aviso en las mediciones laterales.

Modos de falla

  • Fracturas por fatiga del eje (típicamente a 45° del eje)
  • Fallo del elemento de acoplamiento (dientes de engranaje, elementos flexibles)
  • Rotura de dientes de engranajes por cargas oscilantes
  • Daños en la llave y el chavetero por desgaste

Técnicas de medición

1. Método de galgas extensométricas

Medición directa de la tensión torsional:

  • Galgas extensométricas adheridas a 45° con respecto al eje del eje (orientación de máxima tensión cortante)
  • Mide la deformación por cizallamiento debida a la torsión.
  • Requiere anillos colectores o telemetría inalámbrica para ejes giratorios.
  • El más preciso, pero complejo y costoso.
  • uso principal de investigación y desarrollo

2. Método del tacómetro dual

  • Dos sensores ópticos en diferentes ubicaciones del eje
  • Medir la diferencia de fase entre ubicaciones
  • Diferencia de fase = torsión angular = vibración torsional
  • Sin contacto y práctico
  • Limitado a torsión de baja frecuencia (< 100 Hz típicamente)

3. Vibrometro láser torsional

  • Sistema láser Doppler especializado
  • Mide las fluctuaciones de velocidad angular
  • Sin contacto
  • Amplio rango de frecuencia
  • Caro pero potente

4. Análisis de corriente del motor

  • La vibración torsional crea fluctuaciones de corriente.
  • Analizar el espectro de corriente del motor
  • Indirecto pero no invasivo
  • Herramienta de detección útil

Análisis torsional analítico

Modelado matemático

  • Modelo torsional de masa concentrada del tren de transmisión
  • Calcular las frecuencias naturales torsionales
  • Predecir la respuesta a las fuentes de excitación
  • Identificar velocidades críticas y resonancias

Fuentes de excitación

  • Motores alternativos: Los pulsos de disparo crean una excitación torsional
  • Malla de engranajes: El engranaje de los dientes crea un par oscilante
  • VFD: armónicos de la frecuencia de conmutación PWM
  • Eléctrico: Frecuencias de paso de polos y deslizamiento del motor

Diagrama de Campbell para torsión

  • Graficar las frecuencias naturales torsionales frente a la velocidad
  • Líneas de orden de excitación superpuestas
  • Identificar las velocidades críticas de torsión (puntos de interferencia)
  • Selección de velocidad de funcionamiento de la guía

Aplicaciones críticas

Accionamientos de motores alternativos

  • generadores diésel
  • compresores de motores de gas
  • propulsión marina
  • Las grandes pulsaciones de par requieren análisis

Ejes de transmisión largos

  • Accionamientos de laminación
  • ejes de hélices marinas
  • Accionamientos de máquinas de papel
  • La longitud genera una baja rigidez torsional.

Cajas de cambios de alta potencia

  • cajas de engranajes de turbinas eólicas
  • Reductores de engranajes industriales > 1000 HP
  • Excitación de modos torsionales por engranaje

Sistemas de motores VFD

  • Los variadores de frecuencia generan excitación torsional.
  • Los armónicos PWM pueden excitar resonancias torsionales.
  • Preocupación creciente por la proliferación de VFD

Resultados del análisis

Frecuencias naturales torsionales

  • Identificar a partir de la medición o el cálculo
  • Comparar con las frecuencias de excitación
  • Verifique la separación adecuada

niveles de estrés

  • Calcular la tensión cortante alterna a partir de la vibración medida
  • Comparar con los límites de resistencia del material
  • Evaluar el consumo de vida útil por fatiga
  • Determinar si las tensiones son aceptables

Mojadura

  • Medir a partir de la respuesta en resonancias torsionales
  • Normalmente muy bajo (< 1% de crítico)
  • Una baja amortiguación implica resonancias agudas.

Estrategias de mitigación

Separación de frecuencias

  • Asegúrese de que las frecuencias naturales torsionales estén separadas de las frecuencias de excitación.
  • Cambiar el diámetro del eje, la longitud o la rigidez del acoplamiento
  • Modificar las inercias (añadir volante de inercia)

Adición de amortiguación

  • Amortiguadores torsionales (viscosos o de fricción)
  • Acoplamientos de alta amortiguación
  • Reduce la amplificación de resonancia

Cambios en la velocidad de funcionamiento

  • Evite el funcionamiento continuo a velocidades críticas de torsión.
  • Restringir rangos de velocidad
  • Ajuste del variador de frecuencia para minimizar la excitación

El análisis torsional es una disciplina especializada en vibraciones que aborda las oscilaciones de torsión capaces de provocar fallos catastróficos imperceptibles para la monitorización estándar de vibraciones laterales. Si bien requiere técnicas especializadas de medición y análisis, el análisis torsional resulta esencial para accionamientos de motores alternativos, ejes largos, cajas de engranajes de alta potencia y sistemas VFD, donde la vibración torsional supone importantes riesgos para la fiabilidad y la seguridad.

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