Entendendo a desaceleração em análises de máquinas rotativas
Definição: O que é Coastdown?
Descida na costa (também chamado de desaceleração ou parada gradual) é o processo de permitir que uma máquina rotativa reduza sua velocidade de operação até parar completamente sem a aplicação de frenagem ativa, contando com a desaceleração natural resultante do atrito, da resistência do ar e de outras perdas. No contexto de dinâmica do rotor e análise de vibrações, Um teste de desaceleração é um procedimento diagnóstico onde vibração Os dados são registrados continuamente à medida que a máquina desacelera, fornecendo informações valiosas sobre velocidades críticas, frequências naturais, e características dinâmicas do sistema.
Os testes de desaceleração são uma ferramenta fundamental para o comissionamento de novos equipamentos, a resolução de problemas de vibração e a validação de modelos dinâmicos de rotores.
Finalidade e aplicações
1. Identificação da Velocidade Crítica
O principal objetivo dos testes de desaceleração é identificar as velocidades críticas:
- À medida que a velocidade diminui abaixo de cada velocidade crítica, a amplitude da vibração atinge o pico.
- Picos em amplitude O gráfico de velocidade versus velocidade marca as velocidades críticas
- Acompanhando 180° fase A mudança confirma a ressonância.
- É possível identificar várias velocidades críticas em um único teste.
2. Medição da Frequência Natural
As velocidades críticas correspondem às frequências naturais:
- A primeira velocidade crítica ocorre na primeira frequência natural.
- Segundo crítico na segunda frequência natural, etc.
- Fornece verificação experimental de previsões analíticas.
- Utilizado para validar modelos de elementos finitos
3. Determinação do amortecimento
A nitidez dos picos de ressonância revela o sistema. amortecimento:
- Picos acentuados e elevados indicam baixo amortecimento.
- Picos amplos e baixos indicam alto amortecimento.
- A taxa de amortecimento pode ser calculada a partir da largura e amplitude do pico.
- Fundamental para prever os níveis de vibração durante a operação futura.
4. Avaliação da Distribuição Desequilibrada
- As relações de fase em velocidades críticas revelam desequilíbrio distribuição
- É possível identificar desequilíbrios estáticos versus desequilíbrios de momento.
- Ajuda a planejar uma estratégia de equilíbrio.
Procedimento de teste de desaceleração
Preparação
- Instalar sensores: Local acelerómetros ou transdutores de velocidade em locais de rolamento nas direções horizontal e vertical.
- Instalar tacômetro: Sensor óptico ou magnético para monitorar a velocidade de rotação e fornecer referência de fase.
- Configurar aquisição de dados: Configure a gravação contínua com uma taxa de amostragem adequada.
- Defina a faixa de velocidade: A faixa típica de velocidade operacional é de 10 a 20% ou até a máquina parar.
Execução
- Estabilizar na velocidade de operação: Deixe funcionar em velocidade normal até atingir o equilíbrio térmico e a vibração estável.
- Iniciar desaceleração: Desconecte a alimentação elétrica (motor, turbina, etc.) e permita a desaceleração natural.
- Monitoramento contínuo: Registre a amplitude, a fase e a velocidade da vibração durante toda a desaceleração.
- Monitoramento de segurança: Fique atento a vibrações excessivas que podem indicar ressonâncias ou instabilidades inesperadas.
- Desaceleração completa: Continue a gravação até que a máquina pare ou atinja a velocidade mínima desejada.
Parâmetros de coleta de dados
- Taxa de amostragem: Suficientemente alta para captar todas as frequências de interesse (normalmente 10-20 vezes a frequência máxima).
- Duração: Depende da inércia do rotor — pode levar de 30 segundos a 10 minutos.
- Medidas: Amplitude, fase e velocidade da vibração em todos os pontos de detecção.
- Amostragem Síncrona: Dados amostrados em incrementos angulares constantes para análise de ordem.
Análise e Visualização de Dados
Diagrama de Bode
A visualização padrão para dados de desaceleração é a Diagrama de Bode:
- Travessa superior: Amplitude da vibração versus velocidade
- Traçado inferior: Ângulo de fase versus velocidade
- Assinatura de velocidade crítica: Pico de amplitude com deslocamento de fase correspondente de 180°
- Vários enredos: Gráficos separados para cada local e direção de medição.
Terreno em cascata
Gráficos de cachoeiras Fornecer visualização 3D:
- Eixo X: Frequência (Hz ou ordens)
- Eixo Y: Velocidade (RPM)
- Eixo Z (cor): Amplitude de vibração
- 1× Componente: Aparece como um rastreamento de linha diagonal com velocidade
- Frequências Naturais: Aparecem como linhas horizontais (frequência constante)
- Pontos de intersecção: Onde a linha 1× cruza a linha de frequência natural = velocidade crítica
Gráfico Polar
- Vetores de vibração plotados em múltiplas velocidades
- Padrão espiral característico à medida que a velocidade diminui até atingir velocidades críticas.
- Mudanças de fase claramente visíveis
Teste de desaceleração versus teste de aceleração
Vantagens do Deslizamento
- Não requer alimentação externa: Basta desconectar a unidade de acionamento e deixar a máquina funcionar indefinidamente.
- Desaceleração mais lenta: Mais tempo em cada velocidade, melhor resolução.
- Mais seguro: O sistema perde energia naturalmente em vez de ganhá-la.
- Menos estresse: As velocidades críticas foram ultrapassadas com energia decrescente.
Vantagens da corrida
- Aceleração controlada: É possível controlar a taxa através de velocidades críticas.
- Parte do processo normal de inicialização: Dados coletados durante a inicialização de rotina
- Condições ativas: Cargas de processo presentes, mais representativas da operação.
Considerações de comparação
- Efeitos da temperatura: Partida a frio; desaceleração a partir de condições de operação a quente.
- Rigidez do rolamento: Pode variar entre temperaturas altas (desaceleração) e baixas (aceleração).
- Atrito e amortecimento: Dependente da temperatura, afetando as amplitudes de pico.
- Comparação de dados: As diferenças entre os dados de aceleração e desaceleração podem revelar efeitos térmicos ou de carga.
Aplicações e casos de uso
Comissionamento de novos equipamentos
- Verificar se as velocidades críticas correspondem às previsões do projeto.
- Confirme margens de separação adequadas.
- Validar modelos dinâmicos de rotores
- Estabelecer dados de referência para uso futuro.
Solução de problemas de vibração
- Determine se a vibração elevada está relacionada à velocidade (ressonância).
- Identificar velocidades críticas previamente desconhecidas
- Avaliar os efeitos das modificações ou reparos.
- Diferenciar a ressonância de outras fontes de vibração.
Procedimentos de compensação
- Para rotores flexíveis, A desaceleração identifica quais modos precisam de balanceamento.
- Determina as velocidades de balanceamento adequadas.
- Verifica a melhoria após equilíbrio modal
Verificação de Modificação
- Após alterações nos rolamentos, verifique as mudanças críticas de velocidade.
- Após alterações na massa ou rigidez, confirme as alterações previstas na frequência natural.
- Compare os dados de antes e depois da desaceleração para quantificar a melhoria.
Melhores práticas para testes de desaceleração
Considerações de segurança
- Certifique-se de que todos os funcionários estejam cientes de que o teste está em andamento.
- Monitore atentamente a vibração para detectar ressonâncias inesperadas.
- Disponibilizar capacidade de desligamento de emergência
- Área livre ao redor do equipamento durante o teste
- Caso ocorra vibração excessiva, considere uma parada de emergência em vez de continuar a desaceleração.
Qualidade de dados
- Taxa de desaceleração adequada: Nem muito rápido (número insuficiente de pontos de dados em cada velocidade) nem muito lento (alterações térmicas durante o teste).
- Condições estáveis: Minimize as alterações nas variáveis de processo durante o teste.
- Execuções múltiplas: Realize 2 a 3 desacelerações para verificação da repetibilidade.
- Todos os locais de medição: Registre os dados em todos os pontos de ancoragem simultaneamente.
Documentação
- Registre as condições de operação (temperatura, carga, configuração).
- Capturar dados completos de vibração e velocidade
- Gere gráficos de análise padrão (Bode, cascata, polar)
- Identificar e marcar todas as velocidades críticas encontradas
- Comparar com as previsões do projeto ou dados de testes anteriores.
- Dados arquivados para referência futura.
Interpretação dos Resultados
Identificando velocidades críticas
- Procure por picos de amplitude no diagrama de Bode.
- Confirme com defasagem de 180°
- Observe a velocidade com que ocorre o pico.
- Calcule a margem de separação a partir da velocidade operacional.
Avaliação da gravidade
- Amplitude de pico: Qual é a intensidade máxima de vibração atingida na velocidade crítica?
- Nitidez máxima: Um pico acentuado indica baixo amortecimento, um problema em potencial.
- Proximidade operacional: Quão próxima a velocidade operacional está das velocidades críticas?
- Aceitabilidade: Normalmente, requer uma margem de separação de ±15-20%.
Análise Avançada
- Extrair formas de modo a partir de medições multiponto
- Calcule os coeficientes de amortecimento a partir das características de pico.
- Identificar os modos de rotação para frente e para trás
- Compare com Diagrama de Campbell previsões
Os testes de desaceleração são uma ferramenta de diagnóstico essencial na dinâmica de rotores, fornecendo dados empíricos que complementam as previsões analíticas e revelando o comportamento dinâmico real de máquinas rotativas em condições reais de operação.
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