Comprensione dei difetti di accoppiamento
Difetti di accoppiamento si tratta di danni, usura o deterioramento dei giunti meccanici che collegano un albero motore a uno condotto — motore-pompa, motore-ventola, turbina-riduttore e così via. Tra questi figurano elementi flessibili usurati, denti danneggiati nei giunti a ingranaggi, inserti elastomerici incrinati o strappati, accoppiamenti allentati tra mozzo e albero e danni causati da sollecitazioni prolungate disallineamento. Poiché il giunto si trova nel punto di incontro meccanico tra due macchine, i suoi guasti provocano un caratteristico vibrazione firma: dominante 2× e 3× armoniche Di velocità di marcia, spesso accompagnato da un elevato vibrazione assiale.
La funzione di un giunto è quella di trasmettere la coppia, compensando al contempo il leggero e inevitabile disallineamento tra due alberi montati separatamente e isolando una macchina dagli urti dell'altra. Ma tale flessibilità ha un limite. I giunti hanno una durata di vita definita e possono guastarsi a causa di un disallineamento eccessivo, di un sovraccarico, fatica o per semplice usura — ed è proprio per questo che ispezioni regolari e il monitoraggio delle vibrazioni ripagano ampiamente lo sforzo.
1. Tipi comuni di giunti e relativi difetti
I diversi modelli di giunti presentano guasti di vario tipo, pertanto identificarne il tipo è il primo passo per interpretarne i sintomi.
Giunti elastomerici (con elementi flessibili)
Questi trasmettono la coppia tramite un elemento in gomma o poliuretano che si flette per assorbire il disallineamento. I guasti più comuni sono usura dell'elemento a causa delle continue flessioni, affaticamento fessurazione, strappo in caso di sovraccarico o disallineamento eccessivo, indurimento man mano che il calore e il tempo ne compromettono l'elasticità, e attacco chimico a causa della presenza di olio o sostanze chimiche di processo. Man mano che l'elemento si degrada, le armoniche di secondo e terzo ordine aumentano, le vibrazioni assiali crescono e la risposta diventa irregolare; lo stato finale è la rottura completa dell'elemento e la perdita di trazione.
Giunti ad ingranaggi
In questo caso, la coppia viene trasmessa attraverso i denti degli ingranaggi in presa, che scorrono per compensare il disallineamento. I difetti includono usura dei denti da quello scivolamento, guasto al sistema di lubrificazione causando graffi, guasto della guarnizione che permette al grasso di fuoriuscire e alle impurità di entrare, senza alcun dubbio rottura dei denti in caso di sovraccarico o affaticamento, e allentamento del mozzo sull'albero. La vibrazione presenta picchi di intensità doppia (dovuti alla firma del disallineamento trasmessa attraverso il giunto usurato), picchi alla frequenza naturale del giunto stesso (spesso compresa tra 200 e 1000 Hz), rumori metallici e urti quando il gioco diventa eccessivo, nonché una serie di armoniche dovute al contatto non lineare tra i denti. I giunti a ingranaggi condividono gran parte dei meccanismi di guasto con la più ampia famiglia di difetti degli ingranaggi.
Giunti a griglia / a molla metallica
Una griglia metallica a serpentina è inserita in apposite fessure per garantire flessibilità. I guasti più comuni sono l'usura o la rottura della griglia, l'affaticamento degli elementi elastici, il deterioramento della lubrificazione e il danneggiamento della guarnizione di copertura. I sintomi includono un aumento delle vibrazioni di 2°, rumori causati da segmenti della griglia allentati o rotti e un tintinnio ad alta frequenza.
Giunti a disco / a membrana
Questi dischi metallici sottili e flessibili non necessitano di lubrificazione, il che li rende molto diffusi ma rigidi. I difetti sono affaticamento del disco (crepe dovute a ripetute flessioni), allentamento dei bulloni nei componenti di collegamento e completare rottura della confezione a disco. Poiché il giunto è rigido, un disallineamento lo sottopone a forti sollecitazioni, causando vibrazioni intense, rumori metallici in caso di allentamento dei bulloni e il rischio di un guasto improvviso e grave.
2. Caratteristiche delle vibrazioni nei problemi relativi agli accoppiamenti
In tutti questi casi emerge uno schema ricorrente che consente all'analista di individuare rapidamente un difetto di accoppiamento.
Composizione in frequenza
- 2× dominante: la maggior parte dei difetti di accoppiamento concentra l'energia al doppio della velocità di funzionamento: questo è il segno distintivo.
- Componente 3×: spesso presente, e un chiaro indizio di un disallineamento angolare causato dall'usura del giunto.
- 1× può aumentare: l'asimmetria di accoppiamento può aggiungere un sbilanciare-simile a un componente 1×.
- Contenuti ad alta frequenza: I rumori metallici e gli urti diffondono un rumore a banda larga su tutto lo spettro.
La conversione del numero di giri al minuto (RPM) di un macchinario nelle corrispondenti frequenze 1×, 2× e 3× in Hz è un primo passo di routine; un calcolatore di frequenze armoniche lo fa in un solo passaggio e ti aiuta a posizionare i cursori su uno spettro.
Caratteristiche direzionali
- Elevate vibrazioni assiali: spesso superiore al 50 % del livello radiale — il classico segno distintivo di un disallineamento trasmesso tramite un giunto.
- Schema radiale: tende ad essere più elevata nei cuscinetti più vicini al giunto.
- Fase assiale di 180°: le misurazioni assiali alle estremità del motore e dell'elemento condotto sono spesso in controfase, un indizio molto significativo a conferma di ciò.
3. Individuazione e diagnosi
Per individuare un guasto all'accoppiamento è necessario combinare i dati strumentali con un'ispezione manuale.
Analisi delle vibrazioni
Monitorare l'ampiezza 2× — un aumento costante indica un'usura crescente o un disallineamento — e confrontare i rapporti tra assiale e radiale. Prestare attenzione a rumori metallici e urti ad alta frequenza, e utilizzare analisi di fase lungo il giunto, dove una notevole differenza di fase tra le due estremità rivela il problema. Un analizzatore portatile a due canali come il Bilanciamento-1a è particolarmente adatto a questo tipo di lavoro: la misurazione simultanea dell'ampiezza e della fase 1× e 2× su entrambi i lati dell'accoppiamento consente all'ingegnere di distinguere, direttamente in loco, un vero e proprio guasto dovuto all'accoppiamento o al disallineamento dallo squilibrio residuo del rotore, prima di decidere se la soluzione sia il riallineamento, la sostituzione di un elemento o la sostituzione del rotore bilanciamento. I risultati devono essere riportati in un documento scritto rapporto diagnostico.
Ispezione visiva
- Visivo: verificare la presenza di crepe, segni di usura, danni e perdite d'olio.
- Controllo dei bulloni: verificare che tutti i bulloni di accoppiamento siano ben serrati.
- Adattamento al mozzo: verificare che gli alberi non siano allentati: un mozzo che si sposta leggermente nella sua sede può simulare altri guasti.
- Elementi flessibili: verificare la presenza di segni di usura, crepe e indurimento.
- Lubrificazione: Verificare che sia presente del grasso e che sia pulito negli accoppiamenti a ingranaggi e a griglia.
- Allineamento: utilizzo allineamento dell'albero con il laser per verificare che l'accoppiamento rientri nei limiti di tolleranza.
Indicatori operativi
I sensi rilevano una quantità sorprendente di dettagli: rumori insoliti provenienti dalla zona del giunto, danni o segni di usura visibili, perdite di lubrificante, un giunto che risulta caldo al tatto e l'odore di gomma bruciata causato dal surriscaldamento di un elemento elastomerico.
4. Manutenzione preventiva
La maggior parte dei guasti ai giunti è prevenibile, e la prevenzione è di gran lunga meno costosa dei danni secondari che un giunto guasto provoca alle apparecchiature collegate.
Allineamento
Eseguire un allineamento di precisione al momento dell'installazione, verificare periodicamente l'allineamento (una volta all'anno o secondo un programma prestabilito), rispettare i limiti di tolleranza di disallineamento indicati dal produttore e tenere conto di crescita termica in modo che una macchina allineata a freddo rimanga allineata anche a temperatura di esercizio. A Calcolatore della tolleranza di allineamento degli alberi converte il numero di giri al minuto (RPM) nei limiti di scostamento e angolari consentiti per il lavoro.
Lubrificazione (giunti a ingranaggi e a griglia)
Utilizzare il grasso indicato, eseguire la rilubrificazione secondo il programma previsto (in genere ogni 6–12 mesi), mantenere intatte le guarnizioni per garantire la tenuta e sostituirle ad ogni revisione. Un'lubrificazione inadeguata è una delle cause più rapide di danneggiamento dei denti dell'accoppiamento a ingranaggi.
Programma di ispezione e sostituzione
Una routine a più livelli funziona bene: settimanale controlli visivi esterni e verifica dell'eventuale presenza di rumori anomali; trimestrale monitoraggio delle vibrazioni e controlli della temperatura; annuale verifica dell'allineamento e ispezione dettagliata; nonché smontaggio completo e ispezione interna presso interruzioni importanti. Sostituire i componenti in base a criteri chiari: gli elementi elastomerici quando presentano crepe che superano circa un terzo della loro profondità, quando si induriscono o al raggiungimento del limite di ore indicato dal produttore; i denti degli accoppiamenti a ingranaggi quando l'usura supera i limiti o la corrosione puntiforme copre più del 30 % circa della superficie; gli elementi a griglia o a molla quando sono rotti, incrinati o secondo il programma di sostituzione; e, in seguito a un guasto grave, valutare la sostituzione simultanea di entrambe le metà e dei mozzi. Quando si seleziona o si dimensiona un giunto flessibile di ricambio, un calcolatore per giunti flessibili e un Calcolatore della tolleranza di squilibrio dell'accoppiamento aiutare a conciliarlo con il bilancio e confermare il suo contributo al pareggio di bilancio.
I difetti dei giunti sono tra le cause più comuni di vibrazioni nei macchinari accoppiati, ma anche tra le più facilmente riconoscibili. La caratteristica firma a doppia onda, unita alle elevate vibrazioni assiali, li rende facilmente identificabili; inoltre, ispezioni regolari supportate dal monitoraggio delle vibrazioni consentono di sostituire un giunto usurato durante un fermo programmato, anziché dopo un guasto catastrofico che comprometterebbe anche la macchina collegata.
