Compreender a linha central do eixo na monitorização de vibração
Na monitorização de máquinas com sondas de proximidade, o posição da linha central do eixo é a posição média, ou de equilíbrio, do centro geométrico do eixo dentro da folga do seu rolamento de película de fluido. Enquanto um vibração A medição — a componente CA do sinal — descreve o movimento dinâmico rápido do eixo around essa posição média, a medida da linha central — a componente DC — descreve onde na verdade, a posição média situa-se no interior do rolamento. Acompanhar a forma como essa posição DC se altera ao longo do tempo proporciona algumas das informações mais valiosas disponíveis sobre a carga do rolamento, o alinhamento e o desgaste a longo prazo, todos os quais um orbit plot por si só deixaria escapar.
1. Por que é importante a posição na linha central
Um rotor num chumaceira de deslizamento não se encontra no centro do seu furo. Em repouso, situa-se no fundo do espaço livre; uma vez em funcionamento, sobe pela cunha hidrodinâmica de óleo e estabiliza numa posição deslocada e excêntrica, determinada pela velocidade, carga, viscosidade do óleo e pelas forças transmitidas através do acoplamento. Essa posição de equilíbrio é uma leitura física direta das forças constantes que atuam sobre o rotor. A vibração indica a intensidade com que o eixo está a tremer; a linha central indica para onde está a ser empurrado. As duas respondem a questões fundamentalmente diferentes, e um diagnóstico completo de uma máquina de película de fluido necessita de ambas.
2. Como se mede a posição da linha central do eixo
A posição é calculada a partir da tensão de saída em corrente contínua de um par de sondas de proximidade X–Y — duas sondas montadas com um ângulo de 90 graus entre si no mesmo plano axial. O processo decorre da seguinte forma:
- Tensão entre os elétrodos: O controlador de cada sonda de proximidade emite uma tensão CC negativa diretamente proporcional à distância entre a ponta da sonda e a superfície do eixo. Uma calibração comum é de −200 mV/mil, pelo que a tensão torna-se mais negativa à medida que o eixo se afasta da sonda. A definição e verificação correta dessa distância de polarização constituem uma etapa de rotina na colocação em serviço, e o nosso Calculadora de tensão de folga da sonda de proximidade facilita a conversão.
- Zerar a posição: Para estabelecer um valor de referência, as tensões de entre-eixo CC são normalmente zeradas ou registadas com o eixo em repouso na parte inferior do seu rolamento.
- Acompanhamento da posição média: À medida que a máquina arranca e atinge a velocidade e a temperatura de funcionamento, o eixo eleva-se sobre a sua película hidrodinâmica de óleo. O sistema monitoriza continuamente as tensões médias de folga CC das sondas X e Y.
- Traçar a posição: Ao plotar as tensões CC X e Y uma em relação à outra, o sistema de monitoramento pode exibir a posição média do eixo em um gráfico 2D que representa a folga do rolamento.
Uma vez que a medição se baseia no conteúdo de corrente contínua de um corrente de Foucault sinal, requer um par de sondas instaladas de forma permanente e um monitor capaz de distinguir a tendência lenta de corrente contínua — e não um dispositivo portátil acoplado em corrente alternada deslocamento leitura. É por isso que a monitorização da linha central é uma característica dos sistemas de proteção instalados em turbomáquinas, e não das rotas de inspeção.
3. O valor diagnóstico de um gráfico da linha central do eixo
A gráfico da linha central do eixo mostra a trajetória da posição média do eixo à medida que a velocidade ou a carga da máquina varia. Nas turbomáquinas, trata-se de uma poderosa ferramenta de diagnóstico, que revela várias condições que os dados de vibração, por si só, não conseguem identificar.
1. Verificar se o rolamento está a funcionar normalmente
No arranque, um rotor em bom estado num rolamento de película de fluido eleva-se e desloca-se lateralmente à medida que se forma a cunha hidrodinâmica de óleo — resultado da geometria do rolamento e do sentido de rotação. O traçado que deixa no gráfico da linha central deve ser suave e repetível sempre que a máquina arranca. Um traçado consistente confirma que os rolamentos estão a gerar a elevação adequada e que o rotor está corretamente posicionado no seu folga.
2. Diagnóstico do desgaste dos rolamentos
À medida que um rolamento se desgasta, o eixo vai descendo gradualmente dentro da sua folga. Ao sobrepor a posição atual da linha central à posição registada há um ano, um analista consegue ver claramente a tendência e prever quando o rolamento precisará de ser substituído — muito antes de desgaste dos rolamentos começa a produzir uma vibração intensa. A linha central é, na verdade, um canal de alerta precoce que antecipa a tendência da vibração.
3. Detecção de alterações no alinhamento ou na carga
A posição do eixo é determinada pelas forças que sobre ele atuam. Se o alinhamento de uma máquina se alterar — devido à dilatação térmica, à tensão nos tubos ou ao assentamento da fundação —, as forças nos rolamentos alteram-se e a posição da linha central desloca-se em consequência. Uma alteração repentina na posição da linha central durante um funcionamento que, de resto, se encontraria em estado estacionário, constitui um forte indício de uma alteração significativa nas forças que atuam sobre o rotor e justifica uma investigação imediata. Trata-se de um dos indicadores de campo mais evidentes do desenvolvimento de desalinhamento ou um arco térmico, e uma verificação cruzada útil sobre fundação condição.
4. Identificação de instabilidades nos rolamentos
Em determinadas condições, o eixo nunca se estabiliza numa posição fixa e, em vez disso, começa a oscilar ou a balançar dentro do rolamento. Esta condição — redemoinho de óleo ou chicote de óleo, uma forma de instabilidade do rotor — aparece como um desvio grande e instável no gráfico da linha central, distinguindo-se da trajetória regular e repetível de uma máquina em bom estado. Leia em conjunto com o precessão A presença dessa assinatura no espetro confirma que se trata de um problema de autoexcitação e não de um problema forçado.
4. Posição da linha central em relação à órbita
É essencial distinguir os dois gráficos que um único par de sondas de proximidade pode produzir, uma vez que são interpretados de formas completamente diferentes:
- O gráfico da linha central do eixo usa o Tensão CC to show the média posição do eixo. É a ferramenta ideal para analisar mudanças graduais ao longo do tempo — tendências — e para o comportamento durante arranque e encerramento.
- O gráfico de órbita do eixo usa o Tensão CA to show the dynamic motion do eixo em torno da sua posição central média. É a ferramenta ideal para diagnosticar falhas dinâmicas específicas, tais como desequilíbrio e desalinhamento.
Uma capta a lenta deriva do ponto de equilíbrio; a outra capta a rápida oscilação em torno desse ponto. Quando utilizadas em conjunto, proporcionam uma visão completa e detalhada do estado e do comportamento do rotor no interior dos seus rolamentos.
5. Notas práticas e limitações
Algumas realidades determinam a forma como os dados da linha central são utilizados no terreno:
- Desvio mecânico e elétrico: a leitura de corrente contínua inclui qualquer runout na área alvo da sonda, que deve ser caracterizada com rotação lenta para que não seja confundida com uma verdadeira mudança de posição.
- Aplica-se aos rolamentos de película de fluido: O conceito baseia-se no movimento de um munhão sobre uma película de óleo, pelo que tem pouca relevância para os rolamentos de elementos rolantes, que não dispõem do mesmo espaço livre para se moverem.
- O contexto térmico é importante: É normal que haja variações de posição enquanto a máquina aquece; o sinal de diagnóstico é uma alteração que ocorre após foi atingido o equilíbrio térmico.
Nas máquinas críticas instaladas, a monitorização da linha central faz parte do sistema de proteção permanente. Nas muitas máquinas mais pequenas que não dispõem de sensores de proximidade, o trabalho equivalente em termos de fiabilidade é realizado com um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A, que mede a vibração da carcaça e o 1× amplitude e fase nos rolamentos e — quando a avaria é um desequilíbrio — corrige-a através de equilibragem no local o rotor no seu lugar. As duas abordagens são complementares: o gráfico da linha central indica a posição de um rotor de grandes dimensões, enquanto o analisador portátil diagnostica e corrige as forças dinâmicas que o movimentam.
