Comprensione dell'allentamento meccanico nei macchinari rotanti
Definizione: Che cosa è l'allentamento meccanico?
allentamento meccanico è una condizione in cui i componenti di macchinari rotanti presentano giochi eccessivi, fissaggio inadeguato, accoppiamenti usurati o deterioramento strutturale che consente un movimento relativo indesiderato tra parti che dovrebbero essere collegate rigidamente. Ciò crea un comportamento non lineare vibrazione comportamento caratterizzato da molteplici armoniche della velocità di corsa, delle variazioni irregolari di ampiezza e delle differenze direzionali nelle vibrazioni che non seguono schemi normali.
L'allentamento è un problema comune dei macchinari che non solo causa direttamente vibrazioni eccessive, ma impedisce anche una diagnosi e una correzione efficaci di altri problemi come sbilanciare o disallineamento. È necessario individuarlo e correggerlo prima che altri sforzi per ridurre le vibrazioni possano avere successo.
Tipi di allentamento meccanico
Tipo A: Allentamento rotazionale (allentamento del cuscinetto)
Gioco eccessivo tra cuscinetto e albero o alloggiamento:
- Cuscinetto-albero: Superficie dell'albero usurata, accoppiamento con interferenza inadeguato, foro del cuscinetto danneggiato
- Cuscinetto-alloggiamento: Foro dell'alloggiamento usurato, cappello del cuscinetto allentato, accoppiamento a pressione inadeguato
- Cuscinetto interno: Eccessivo gioco del cuscinetto dall'usura
- Sintomo: Armoniche 1×, 2×, 3×; più alte nelle direzioni radiali
Tipo B: Allentamento strutturale (piedistallo/fondazione)
Fissaggio inadeguato dei componenti non rotanti:
- Piedistalli allentati: Bulloni di ancoraggio non serrati, malta deteriorata
- Montaggio su base mobile: Bulloni di montaggio dell'attrezzatura allentati o mancanti
- Telaio o fondamenta incrinati: Danni strutturali che consentono il movimento
- Sintomo: Armoniche multiple (spesso fino a 5× o più); risposta irregolare e non lineare
Tipo C: Allentamento dei componenti
Componenti assemblati sciolti:
- Giranti allentate: Girante allentata sull'albero, chiavetta usurata o mancante
- Giunti allentati: Mozzi di accoppiamento allentati sugli alberi
- Pulegge/ingranaggi allentati: Componenti azionati allentati sull'albero
- Coperture/protezioni allentate: Pannelli di lamiera che sbattono
- Sintomo: Armoniche e subarmoniche; possibili componenti 1/2×, 1/3×
Firma di vibrazione
Caratteristiche di frequenza
La flessibilità produce modelli di frequenza distintivi:
- Armoniche multiple: Forte 1×, 2×, 3×, 4× e superiore (a differenza dello squilibrio che è principalmente 1×)
- Sub-armoniche: Potrebbero essere presenti componenti 1/2×, 1/3× (allentamento di tipo C)
- Contenuto non armonico: Picchi a multipli non interi della velocità di corsa
- Rumore di fondo elevato: Aumento della banda larga dovuto ad impatti casuali
Comportamento dell'ampiezza
- Livello generale elevato: Vibrazione totale sproporzionata rispetto alle forze motrici
- Non lineare: La vibrazione non è scalabile in modo prevedibile con la velocità o il carico
- Erratico: L'ampiezza varia significativamente tra le misurazioni
- Differenze direzionali: Può essere 2-5 volte più alto in una direzione rispetto alla direzione perpendicolare
Caratteristiche di fase
- Instabile Fase: L'angolo di fase cambia in modo irregolare tra le misurazioni
- Grande dispersione di fase: variazione ±30-90° alla stessa velocità
- Sconfitte Bilanciamento: La fase imprevedibile rende inaffidabili i calcoli di bilanciamento
Caratteristiche della forma d'onda temporale
- Forma d'onda irregolare e non sinusoidale
- Picchi troncati o tagliati (impatti contro i vincoli)
- Eventi impulsivi casuali
- Perdita di struttura periodica
Posizioni e cause comuni
Correlato ai cuscinetti
- Superfici del perno dell'albero usurate che consentono al cuscinetto di oscillare
- Fori dell'alloggiamento del cuscinetto usurati o danneggiati
- Interferenza inadeguata (selezione errata della tolleranza)
- Bulloni del cappello del cuscinetto allentati o non adeguatamente serrati
- Alloggiamenti dei cuscinetti divisi con superfici di accoppiamento usurate
Fondazione e montaggio
- Bulloni di ancoraggio allentati (allentamento strutturale più comune)
- Stucco deteriorato o mancante sotto i piedistalli
- Fondamenta in calcestruzzo fessurate
- Bulloni di montaggio dell'attrezzatura allentati sulla piastra di base
- Fori dei bulloni danneggiati o allungati
Componenti rotanti
- Ventola o girante allentati sull'albero (chiave usurata, viti di fissaggio allentate)
- Mozzi di accoppiamento con interferenza insufficiente
- Viti di fissaggio della puleggia allentate o mancanti
- Componenti del rotore allentati sull'albero
Strutturale
- Telai o involucri delle macchine rotti
- crepe da fatica nelle saldature
- Bulloni strutturali allentati
- Incollaggio o adesivi deteriorati
Metodi di rilevamento
Analisi delle vibrazioni
- Analisi FFT: Cerca armoniche multiple (1×, 2×, 3×, 4×, 5×+)
- Test di coerenza: Una bassa coerenza tra le misurazioni indica un comportamento non lineare
- Confronto direzionale: Grandi differenze tra orizzontale e verticale
- Risposta all'eccitazione esterna: Rubinetto, osservare una risposta anomala
Ispezione fisica
Ispezione visiva
- Cercare fessure, crepe, corrosione, danni
- Controllare i segni dei testimoni che indicano il movimento
- Osservare i modelli di usura della vernice alle interfacce
- Cerca trucioli metallici che indicano sfregamento
Test del rubinetto
- Colpire con un martello i componenti sospetti e allentati
- Ascoltare suoni sordi o soffietti invece di un suono solido
- Verificare la presenza di movimenti o vibrazioni eccessivi
- Confronta con componenti noti e funzionanti
Verifica della coppia
- Controllare tutti i bulloni con la chiave dinamometrica
- Verificare rispetto alle specifiche
- Cercare elementi di fissaggio rotti, danneggiati o corrosi
- Controllare i fili spanati
Test push/pull
- Applicare forza ai componenti sospetti
- Osservare i movimenti che non dovrebbero verificarsi
- Utilizzare gli indicatori a quadrante per quantificare il gioco
- Confronta con componenti nuovi o adeguatamente protetti
Procedure di correzione
Per allentamento dei cuscinetti
- Sostituire il cuscinetto: Se il cuscinetto stesso è usurato
- Riparazione dell'albero: Ripristinare l'albero usurato con cromatura o saldatura, rilavorarlo a misura
- Riparazione dell'alloggio: Alloggiamento della macchina di dimensioni maggiori, utilizzare cuscinetti più grandi; oppure costruire con spray/saldatura metallica
- Migliora la vestibilità: Utilizzare gli adattamenti di interferenza appropriati secondo le specifiche del produttore
- Cappucci dei cuscinetti: Stringere o sostituire se usurato
Per allentamento strutturale
- Stringere tutti i dispositivi di fissaggio: Serrare secondo le specifiche utilizzando il modello corretto
- Sostituire i bulloni danneggiati: Installare nuovi bulloni di grado e dimensione corretti
- Riparazione delle fondamenta: Rimuovere la vecchia malta, pulire le superfici, versare la nuova malta
- Crepe nella saldatura: Riparare le crepe nei telai o nei piedistalli se opportuno
- Aggiungi rinforzo: Rinforzi o rinforzi per strutture deboli
Per allentamento dei componenti
- Serrare nuovamente le viti di fissaggio con la coppia di serraggio corretta e il frenafiletti
- Sostituire le chiavi e le sedi delle chiavi usurate
- Utilizzare accoppiamenti con interferenza adeguati per i componenti press-fit
- Componenti di perni o chiavi che si sono allentati ripetutamente
- Sostituire i componenti danneggiati
Strategie di prevenzione
Fase di progettazione
- Specificare le dimensioni e le quantità adeguate degli elementi di fissaggio
- Progettare gli adattamenti di interferenza appropriati
- Fornire un'adeguata rigidità strutturale
- Evitare concentrazioni di stress che portano alla formazione di crepe
- Specificare i gradi e i materiali di fissaggio appropriati
Fase di installazione
- Utilizzare chiavi dinamometriche calibrate
- Seguire le corrette sequenze di serraggio
- Utilizzare composti frenafiletti dove appropriato
- Assicurarsi che le superfici siano pulite e piane prima del montaggio
- Verificare che gli adattamenti soddisfino le specifiche
- Eseguire ispezioni di controllo qualità
Fase di manutenzione
- Verifica periodica della coppia (annuale o secondo il programma di monitoraggio delle vibrazioni)
- Tendenza delle vibrazioni per rilevare l'allentamento in via di sviluppo
- Ispezioni visive durante le interruzioni
- Stringere nuovamente se necessario
- Intervenire tempestivamente sulle vibrazioni prima che causino allentamenti
Sfide diagnostiche
Mascherare altri problemi
- L'allentamento può mascherare o imitare altri difetti
- Previene l'accuratezza bilanciamento a causa della risposta non lineare
- Fa allineamento difficile o impossibile
- Può generare modelli di vibrazione simili a crepe o difetti dei cuscinetti
Natura progressiva
- La lassità spesso inizia in modo lieve e peggiora progressivamente
- La vibrazione dovuta all'allentamento provoca ulteriore allentamento (feedback positivo)
- Può progredire da lieve a grave in poche settimane se non corretto
- Alla fine provoca danni secondari a cuscinetti, alberi, fondamenta
Relazione con altri difetti
Allentamento vs. squilibrio
| Caratteristica | Sbilanciare | Scioltezza |
|---|---|---|
| Frequenza primaria | Solo 1× | 1×, 2×, 3×, 4×+ armoniche |
| Stabilità di fase | Coerente, ripetibile | Erratico, cambiamenti tra le misurazioni |
| Linearità | Vibrazione ∝ velocitಠ| Non lineare, imprevedibile |
| Risposta al bilanciamento | Vibrazione ridotta | Miglioramento minimo o nullo |
| Modello direzionale | Simile orizzontale/verticale | Spesso molto più alto in una direzione |
Allentamento vs. disallineamento
- Disallineamento: Principalmente 2× con alcuni 1×, fase stabile
- Scioltezza: Armoniche multiple (da 1× a 5×+), fase instabile
- Combinazione: Il disallineamento può causare allentamento e l'allentamento peggiora gli effetti del disallineamento
Impatto sulle prestazioni della macchina
Effetti diretti
- Alta vibrazione: Livelli eccessivi che causano disagio e problemi di sicurezza
- Rumore: Suoni di tintinnio, colpi o colpi
- Precisione ridotta: Errori di posizionamento dell'albero
- Usura accelerata: Il carico d'impatto danneggia i componenti
Danni secondari
- Danni ai cuscinetti: I carichi d'impatto e il disallineamento dovuto all'allentamento danneggiano i cuscinetti
- Fretting dell'albero: Il micromovimento negli accoppiamenti allentati provoca corrosione da sfregamento
- Guasto del dispositivo di fissaggio: I bulloni possono affaticarsi e rompersi a causa dei carichi alternati
- Propagazione delle crepe: Le vibrazioni propagano le crepe esistenti
- Deterioramento delle fondamenta: Le vibrazioni continue danneggiano il calcestruzzo e la malta
Problemi operativi
- Impedisce un bilanciamento efficace
- Rende impossibile mantenere l'allineamento
- Confusione diagnostica che maschera altri problemi
- Affidabilità ridotta delle apparecchiature
Esempio di caso
Situazione: Ventilatore a tiraggio indotto di grandi dimensioni, 1200 giri/min, vibrazioni eccessive
- Sintomi iniziali: Vibrazione complessiva 8 mm/s (limite di allarme 4,5 mm/s)
- Spettro: Componenti forti 1×, 2×, 3×, 4×
- Tentativi di bilanciamento: Tre tentativi, nessun miglioramento, fase irregolare
- Indagine: L'ispezione fisica ha rivelato che quattro degli otto bulloni di ancoraggio erano allentati
- Correzione: Serrare nuovamente tutti i bulloni di ancoraggio alla specifica di 400 N·m
- Risultato: La vibrazione è scesa immediatamente a 1,8 mm/s
- Seguito: Un singolo ciclo di bilanciamento ha ridotto le vibrazioni a 0,8 mm/s (il sistema ora era lineare)
- Lezione: Controllare sempre che non vi siano allentamenti prima di effettuare il bilanciamento
Migliori pratiche
Lista di controllo diagnostica
Quando si esaminano problemi di vibrazione, verificare sempre che non vi siano allentamenti:
- Analizza lo spettro per più armoniche
- Controllare la ripetibilità di fase
- Eseguire test di presa sui componenti sospetti
- Verificare tutte le coppie di serraggio dei bulloni
- Ispezionare per crepe, usura, deterioramento
- Correggere prima l'allentamento prima di altre diagnosi o correzioni
Protocollo di manutenzione
- Includere i controlli della coppia dei bulloni nei programmi di manutenzione preventiva
- Documentare i valori di coppia di base
- Rilassamento della coppia di tendenza nel tempo
- Utilizzare composti frenafiletti su elementi di fissaggio critici
- Sostituire piuttosto che stringere ripetutamente se il rilassamento si ripete
L'allentamento meccanico è una causa comune ma spesso trascurata delle vibrazioni dei macchinari. La sua caratteristica firma multiarmonica, il comportamento non lineare e l'interferenza con altre misure diagnostiche e correttive rendono essenziale verificare e correggere l'allentamento come primo passo in qualsiasi intervento di risoluzione dei problemi di vibrazione.
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