Compreender a desaceleração na análise de máquinas rotativas
Desaceleração livre — também conhecido como desaceleração — é o processo de deixar uma máquina rotativa abrandar da velocidade de funcionamento até parar, sem travagem ativa, recorrendo às perdas naturais decorrentes do atrito, do atrito do ar e do atrito dos rolamentos. Em dinâmica do rotor e análise de vibração, uma desaceleração por inércia teste é um procedimento de diagnóstico no qual vibração os dados são registados continuamente à medida que a máquina desacelera, fornecendo informações detalhadas sobre velocidades críticas, frequências naturais, e o caráter dinâmico do sistema. Juntamente com a sua imagem espelhada, o aceleração Este teste constitui uma ferramenta fundamental para a colocação em serviço de novos equipamentos, a resolução de problemas de vibração persistentes e a validação de modelos rotodinâmicos em relação à máquina tal como foi efetivamente construída e instalada.
1. Objetivo e aplicações
Identificação da velocidade crítica
A principal finalidade dos ensaios de desaceleração é determinar as velocidades críticas:
- à medida que a velocidade desce por cada velocidade crítica, a amplitude da vibração atinge o seu máximo;
- picos no amplitudeo gráfico em função da velocidade marca as velocidades críticas;
- uma alteração concomitante de 180° fase o deslocamento confirma que se trata de ressonância verdadeira ressonância em vez de outro efeito relacionado com a velocidade; e
- É possível registar várias velocidades críticas num único ensaio.
Medição da frequência natural
As velocidades críticas correspondem às frequências naturais:
- a primeira velocidade crítica ocorre na primeira frequência natural, a segunda na segunda, e assim por diante;
- o teste confirma experimentalmente as previsões analíticas; e
- é amplamente utilizado para validar modelos de elementos finitos.
Determinação do amortecimento
A nitidez de cada pico de ressonância revela o sistema amortecimento:
- picos agudos e altos indicam baixo amortecimento;
- picos largos e baixos indicam um elevado amortecimento;
- a rácio de amortecimento pode ser calculado a partir da largura e da amplitude do pico; e
- esse valor é fundamental para prever os níveis de vibração durante o funcionamento futuro.
Avaliação da distribuição do desequilíbrio
- as relações de fase às velocidades críticas revelam como o desequilíbrio está distribuído ao longo do rotor;
- eles conseguem distinguir o estático do desequilíbrio de binário; e
- ajudam a planear a estratégia de equilíbrio antes de se adicionar qualquer peso.
2. Procedimento de teste de desaceleração por inércia
Preparação
- Instalar sensores: Coloque acelerómetros ou transdutores de velocidade nas chumaceiras, tanto na direção horizontal como na vertical.
- Instalar um tacómetro: óptico ou magnético tacômetro para monitorizar a velocidade de rotação e fornecer a referência de fase.
- Configurar a aquisição de dados: configure a gravação contínua com uma frequência de amostragem adequada.
- Defina o intervalo de velocidade: normalmente desde a velocidade de funcionamento até 10–20 % dessa velocidade, ou até a máquina parar.
Execução
- Estabilizar à velocidade de funcionamento: funcionar a velocidade normal até se atingir o equilíbrio térmico e uma vibração estável.
- Iniciar desaceleração por inércia: desligue a alimentação do acionamento — motor, turbina ou outro motor primário — e deixe que a desaceleração ocorra naturalmente.
- Monitorizar continuamente: registar a amplitude, a fase e a velocidade da vibração ao longo de toda a desaceleração.
- Preste atenção à segurança: esteja atento a vibrações excessivas que possam indicar uma ressonância inesperada ou instabilidade.
- Desaceleração total: continue a registar até que a máquina pare ou atinja a velocidade mínima pretendida.
Parâmetros de recolha de dados
- Taxa de amostragem: suficientemente alta para captar todas as frequências de interesse — normalmente 10 a 20 vezes a frequência máxima.
- Duração: determinado pela inércia do rotor, variando entre 30 segundos e 10 minutos.
- Medições: amplitude, fase e velocidade em todos os pontos de medição.
- Amostragem síncrona: dados recolhidos em incrementos angulares constantes para apoiar análise de ordens.
3. Análise e visualização de dados
Diagrama de Bode
A visualização padrão dos dados de desaceleração é a Diagrama de Bode:
- traço superior: amplitude da vibração em função da velocidade;
- traço inferior: ângulo de fase em função da velocidade;
- Assinatura da velocidade crítica: um pico de amplitude com a respetiva desfasagem de 180°; e
- por local: gráficos separados para cada ponto de medição e direção.
Gráfico em cascata
A gráfico em cascata (diagrama em cascata) apresenta uma visão tridimensional:
- Eixo X: frequência (Hz ou ordens);
- Eixo Y: velocidade (rpm);
- Eixo Z (cor): amplitude da vibração;
- o componente 1× aparece como uma linha diagonal que indica a velocidade;
- frequências naturais aparecem como linhas horizontais a uma frequência constante; e
- a sua intersecção — onde a linha 1× cruza uma linha de frequência natural — é uma velocidade crítica.
Gráfico Polar
- os vetores de vibração são representados graficamente para várias velocidades;
- forma-se uma espiral característica à medida que a velocidade diminui ao passar por cada velocidade crítica; e
- A mudança de fase é claramente visível à medida que o vetor se desloca.
4. Testes de desaceleração vs. testes de aceleração
Vantagens da desaceleração livre
- Não é necessária alimentação externa: basta desligar o accionamento e deixar a máquina travar por inércia.
- Desaceleração mais lenta: Um tempo de permanência mais longo em cada velocidade proporciona uma melhor resolução de frequência.
- Mais seguro: o sistema está a perder energia em vez de a ganhar.
- Menos stress: As velocidades críticas são ultrapassadas à medida que a energia diminui.
Vantagens da aceleração (runup)
- Aceleração controlada: é possível controlar a taxa de passagem pelas velocidades críticas.
- Parte do processo normal de arranque: um análise de arranque podem ser recolhidos durante um arranque de rotina.
- Condições ativas: existem cargas de processo, pelo que os dados são mais representativos do funcionamento real.
Considerações de comparação
- Temperatura: A aceleração é normalmente realizada a frio; a desaceleração começa a partir de condições de funcionamento a quente.
- Rigidez da chumaceira: Pode variar entre temperaturas altas (desaceleração) e baixas (aceleração).
- Atrito e amortecimento: ambos dependem da temperatura e alteram as amplitudes de pico.
- Comparação de dados: As diferenças entre as curvas de aceleração e de desaceleração podem, por si só, revelar efeitos térmicos ou decorrentes da carga.
5. Aplicações e casos de utilização
Colocação em funcionamento de equipamento novo
- verificar se as velocidades críticas correspondem às previsões de projeto;
- confirmar que as margens de separação são adequadas;
- validar o modelo rotordinâmico; e
- estabelecer dados de base para referência futura.
Solução de problemas de vibração
- determinar se a vibração elevada está relacionada com a velocidade (uma ressonância);
- descobrir velocidades críticas até agora desconhecidas;
- avaliar o efeito de uma modificação ou reparação; e
- distinguir a ressonância de outras fontes de vibração.
Procedimentos de balanceamento
- para rotores flexíveis, o coastdown identifica quais os modos que necessitam de balanceamento;
- ajuda a escolher as velocidades de balanceamento adequadas; e
- verifica a melhoria após equilíbrio modal.
Verificação de Modificação
- após a substituição dos rolamentos, verifique a alteração da velocidade crítica resultante;
- após alterações na massa ou na rigidez, verifique a variação prevista na frequência natural; e
- comparar as desacelerações antes e depois para quantificar a melhoria.
6. Melhores práticas para testes de desaceleração
Considerações de segurança
- certifique-se de que todas as pessoas nas proximidades sabem que o teste está a decorrer;
- esteja atento às vibrações para detectar ressonâncias inesperadas;
- manter disponível uma função de desligamento de emergência;
- limpar a área em redor do equipamento; e
- Se se verificar uma vibração excessiva, considere efetuar uma paragem de emergência em vez de deixar a máquina desacelerar por inércia.
Qualidade de dados
- Taxa de desaceleração correta: nem tão rápido que haja poucos pontos de dados por velocidade, nem tão lento que as condições térmicas se alterem durante o teste.
- Condições estáveis: minimizar as variações das variáveis do processo durante o teste.
- Corridas múltiplas: efetue duas ou três desacelerações por inércia para verificar a repetibilidade.
- Todas as localizações de uma só vez: registar todos os rolamentos simultaneamente.
Documentação
- registar as condições de funcionamento — temperatura, carga, configuração;
- captar todos os dados relativos à vibração e à velocidade;
- Gere gráficos de análise padrão (Bode, cascata, polar)
- identificar e assinalar todas as velocidades críticas encontradas; e
- comparar com as previsões do projeto ou com dados de testes anteriores e, em seguida, arquivá-lo.
7. Interpretação dos resultados
Identificando velocidades críticas
- procure picos de amplitude no gráfico de Bode;
- confirmar cada uma com o seu desfasamento de 180°;
- repare na velocidade a que o pico ocorre; e
- calcular a margem de segurança em relação à velocidade de funcionamento.
Avaliação da severidade
- Amplitude de pico: Até que nível a vibração atinge na velocidade crítica?
- Nitidez do pico: Um pico acentuado indica um baixo amortecimento e um potencial problema.
- Proximidade de funcionamento: A que ponto a velocidade de operação se aproxima de uma velocidade crítica?
- Aceitabilidade: normalmente, é necessária uma margem de separação de cerca de ±15–20 %.
Análise Avançada
- extrair formas modais a partir de medições multiponto;
- calcular os coeficientes de amortecimento a partir das características de pico;
- distinguir os modos diretos dos modos retrógrados precessão modos; e
- comparar os resultados com Diagrama de Campbell previsões.
8. Desaceleração no terreno
No local, uma desaceleração por inércia não requer um banco de ensaio específico — pode ser registada com um instrumento portátil no momento em que o variador é desligado. Um analisador de dois canais, como o Balanset-1A, com o seu tacómetro a laser a fornecer a referência de fase, regista continuamente a amplitude, a fase e a velocidade à medida que o rotor abranda, permitindo que o engenheiro identifique os picos de velocidade crítica diretamente no diagrama de Bode resultante. O mesmo conjunto de dados que localiza uma ressonância também confirma se um desequilíbrio de 1× está a contribuir, permitindo que o diagnóstico e o acompanhamento equilibragem no local fluxo de trabalho a partir de um único teste de desaceleração. Em suma, os testes de desaceleração fornecem dados empíricos que complementam as previsões analíticas e revelam o comportamento dinâmico real das máquinas rotativas em condições reais de funcionamento.
