Comprensione delle vibrazioni all'avvio nei macchinari rotanti
Definizione: Che cosa sono le vibrazioni all'avvio?
Vibrazione all'avvio si riferisce al vibrazione caratteristiche e comportamento delle macchine rotanti durante il periodo di accelerazione da fermo alla normale velocità di funzionamento. Ciò comprende sia le prestazioni previste vibrazione transitoria mentre la macchina passa attraverso velocità critiche e qualsiasi fenomeno di vibrazione anomala che possa verificarsi specificatamente durante la fase di avviamento, come arco termico, instabilità dei cuscinetti o cedimenti meccanici.
La comprensione e il monitoraggio delle vibrazioni all'avvio sono essenziali per un funzionamento sicuro della macchina, poiché molti problemi legati alle vibrazioni si manifestano più chiaramente durante l'avvio e il transitorio di avvio può rappresentare il periodo di funzionamento più stressante dal punto di vista meccanico.
Caratteristiche tipiche delle vibrazioni all'avvio
Progressione normale delle vibrazioni all'avvio
In una macchina che funziona correttamente, la vibrazione durante l'avvio segue uno schema prevedibile:
Fase iniziale (velocità 0-20%)
- Vibrazioni molto basse da sbilanciare (forza proporzionale alla velocità²)
- Qualsiasi vibrazione significativa indica problemi meccanici o arco termico
- La vibrazione lenta del rullo fornisce la base per le condizioni meccaniche
Accelerazione attraverso velocità critiche
- L'ampiezza della vibrazione aumenta man mano che ci si avvicina a ogni velocità critica
- Ampiezza di picco alla velocità critica (risonanza)
- Rapida diminuzione man mano che la velocità continua oltre la velocità critica
- 180° fase passare attraverso ogni velocità critica
- Picchi multipli se esistono più velocità critiche al di sotto della velocità operativa
Approccio alla velocità operativa
- La vibrazione si stabilizza a livello stazionario
- Principalmente componente 1× da squilibrio residuo
- La stabilizzazione termica può causare cambiamenti graduali nei primi 30-60 minuti
Problemi comuni di vibrazione all'avvio
1. Arco termico
Arco termico è il problema di vibrazione più comune specifico all'avvio:
- Sintomo: Elevate vibrazioni durante l'accelerazione iniziale, che diminuiscono gradualmente con il riscaldamento della macchina
- Causa: Riscaldamento asimmetrico che crea una curvatura temporanea dell'albero
- Frequenza: 1× sincrono
- Comportamento: Elevato anche a basse velocità di rollio; diminuisce al raggiungimento dell'equilibrio termico
- Soluzione: Procedure di riscaldamento estese, funzionamento del meccanismo di rotazione
2. Vibrazione a velocità critica eccessiva
- Sintomo: Picchi di vibrazione molto elevati durante il passaggio attraverso velocità critiche
- Cause: Povero smorzamento, elevato squilibrio, funzionamento troppo vicino alla velocità critica
- Rischio: Potenziali danni ai cuscinetti e alle guarnizioni durante ogni avviamento
- Soluzione: Migliorare l'equilibrio, aumentare la velocità di accelerazione attraverso zone critiche, aggiungere smorzamento
3. Sfregamento durante l'accelerazione
- Sintomo: Vibrazioni irregolari improvvise e componenti sub-sincroni
- Causa: Spazi insufficienti, vibrazioni eccessive della velocità critica che causano il contatto
- Rischio: Danni termici, distruzione della guarnizione
- Soluzione: Verificare le distanze, migliorare l'equilibrio, rallentare l'accelerazione
4. Instabilità del cuscinetto durante l'avvio
- Sintomo: Vibrazione sub-sincrona che si sviluppa durante l'accelerazione
- Causa: Cuscinetto non ancora alla temperatura di esercizio e rigidità/smorzamento ottimali
- Comportamento: Potrebbe scomparire quando il cuscinetto si riscalda
- Soluzione: Riscaldamento prolungato a velocità intermedia prima della piena accelerazione
Progettazione della procedura di avvio
Ottimizzazione del tasso di accelerazione
La velocità di accelerazione deve essere adattata alle caratteristiche della macchina:
Zone di accelerazione lenta
- Rollio iniziale (velocità 0-10%): Molto lento nel rilevare problemi termici o meccanici
- Di seguito il primo punto critico: Velocità moderata per il riscaldamento termico
- Soprattutto critici: Può accelerare più rapidamente alla velocità operativa
Zone di passaggio rapido
- Intervalli di velocità critica: Accelerare rapidamente (±15-20% attorno a ciascuna velocità critica)
- Tasso tipico: 2-5 volte la velocità di accelerazione normale
- Scopo: Ridurre al minimo il tempo di risonanza, limitare l'accumulo di ampiezza delle vibrazioni
Punti di attesa
- Velocità di immersione termica: Mantenere a 30%, 50%, 70% per turbine di grandi dimensioni
- Durata: 10-30 minuti per ogni presa
- Scopo: Consentire la stabilizzazione termica, ridurre i gradienti termici
- Controllo delle vibrazioni: Verificare che la vibrazione sia accettabile prima di procedere
Criteri di monitoraggio e accettazione
Monitoraggio in tempo reale
Durante l'avvio, monitorare:
- Livello di vibrazione complessivo: Non superare i limiti di allarme a nessuna velocità
- Temperature dei cuscinetti: Aumento graduale accettabile; un aumento rapido indica problemi
- Monitoraggio della velocità: Conferma che la macchina accelera senza intoppi
- Angolo di fase: Tieni traccia di cambiamenti inaspettati che indicano problemi meccanici
Criteri di accettazione
- Picchi di velocità critici: Dovrebbe corrispondere alle previsioni ±10-15%
- Ampiezze di picco: Non deve superare i limiti di progettazione (tipicamente definiti nelle specifiche dell'apparecchiatura)
- Vibrazione in stato stazionario: Dovrebbe raggiungere livelli accettabili dopo la stabilizzazione termica
- Ripetibilità: Le startup successive dovrebbero mostrare un comportamento coerente
Risoluzione dei problemi di vibrazione anomala all'avvio
Alta vibrazione iniziale
Possibili cause:
- Arco termico da precedente operazione o spegnimento
- Arco meccanico o asta piegata
- Problemi ai cuscinetti (usura, disallineamento)
- Allentamento o difetti meccanici
Aumento delle vibrazioni durante il riscaldamento
Possibili cause:
- Sviluppo dell'arco termico dal riscaldamento asimmetrico
- Crescita termica che influenza l'allineamento
- Il gioco dei cuscinetti varia con la temperatura
- Dilatazione termica che chiude i giochi che portano a sfregamenti
Vibrazione irregolare durante l'accelerazione
Possibili cause:
- Sfregamento o contatto intermittente
- Componenti allentati che si depositano o si spostano
- Problemi di accoppiamento
- Comportamento variabile dei cuscinetti
Documentazione e dati di base
Messa in servizio iniziale
Stabilire la firma di vibrazione di avvio di base:
- Registra i dati completi di runup
- Generare diagrammi di Bode e grafici a cascata
- Documentare tutte le velocità critiche e le ampiezze di picco
- Archivio come riferimento per confronti futuri
Confronto periodico
- Confronta l'avvio attuale con la linea di base
- Cercare cambiamenti nei punti critici della velocità (indica cambiamenti meccanici)
- Traccia le variazioni nelle ampiezze di picco (indica squilibrio o variazioni di smorzamento)
- Monitorare i nuovi componenti di vibrazione non presenti nella linea di base
L'analisi delle vibrazioni all'avvio fornisce una finestra sullo stato di salute della macchina che integra il monitoraggio in condizioni stazionarie. Molti problemi in fase di sviluppo si manifestano più chiaramente durante l'avvio, rendendo l'analisi dell'andamento delle vibrazioni all'avvio un prezioso strumento di manutenzione predittiva per le apparecchiature rotanti critiche.
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