Comprensione dei difetti di accoppiamento
Difetti di accoppiamento si tratta di danni, usura o deterioramento dei giunti meccanici che collegano un albero motore a un albero 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, fatica 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 alla lubrificazione causando grippaggio, guasto della guarnizione che permette al grasso di fuoriuscire e alle impurità di entrare, del tutto rottura dei denti in caso di sovraccarico o affaticamento, e allentamento del mozzo sull'albero. La vibrazione mostra un forte componente 2× (la firma del disallineamento trasmessa attraverso il giunto usurato), picchi alla frequenza naturale del giunto stesso (spesso compresa tra 200–1000 Hz), rumori metallici e urti quando il gioco diventa eccessivo, nonché un insieme caotico 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 a 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 completa rottura del pacco dischi. Poiché il giunto è rigido, un disallineamento lo sottopone a forti sollecitazioni, causando forti vibrazioni a 2×, rumori metallici in caso di allentamento dei bulloni e il rischio di un guasto improvviso e catastrofico.
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 trasmesso attraverso un giunto usurato.
- 1× può aumentare: l'asimmetria di accoppiamento può aggiungere un squilibrio-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 forte indizio di conferma.
3. Individuazione e diagnosi
La conferma di un guasto all'accoppiamento richiede di combinare i dati strumentali con un'ispezione diretta.
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 Balanset-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 l'equilibratura del rotore bilanciamento. I risultati devono essere riportati in un documento scritto rapporto diagnostico.
Ispezione fisica
- 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. Il cedimento della lubrificazione 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 ad abbinarlo all'impiego e a confermare il suo contributo al budget di bilanciamento.
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 2×, 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.
