Entendendo os defeitos de acoplamento
Defeitos de acoplamento são danos, desgaste ou deterioração dos acoplamentos mecânicos que unem um veio motor a um veio acionado - motor-bomba, motor-ventilador, turbina-caixa de velocidades, etc. Incluem elementos flexíveis desgastados, dentes danificados em acoplamentos de engrenagens, inserções elastoméricas rachadas ou rasgadas, encaixes soltos entre o cubo e o eixo e danos infligidos por desalinhamento. Uma vez que o acoplamento se situa na encruzilhada mecânica entre duas máquinas, as suas avarias produzem uma vibração assinatura: dominante 2× e 3× harmônicos de velocidade de funcionamento, frequentemente acompanhada por uma elevada vibração axial.
A função de um acoplamento é transmitir o binário enquanto acomoda o pequeno e inevitável desalinhamento entre dois veios montados separadamente e isola uma máquina dos choques da outra. Mas essa flexibilidade é finita. Os acoplamentos têm uma vida útil definida e falham devido a um desalinhamento excessivo, sobrecarga, fadiga ou simples desgaste - e é exatamente por isso que a inspeção regular e a monitorização das vibrações compensam o esforço muitas vezes.
1. Tipos comuns de acoplamentos e seus defeitos
As diferentes concepções de acoplamento falham de formas diferentes, pelo que a identificação do tipo é o primeiro passo para interpretar os seus sintomas.
Acoplamentos elastoméricos (de elementos flexíveis)
Estes transmitem o binário através de um elemento de borracha ou poliuretano que se flecte para absorver o desalinhamento. As falhas típicas são desgaste do elemento devido à flexão constante, à fadiga fissuração, rasgamento em caso de sobrecarga ou de desalinhamento excessivo, endurecimento como o calor e a idade roubam o elemento de flexibilidade, e ataque químico de óleo ou produtos químicos de processo. À medida que o elemento se degrada, os harmónicos 2× e 3× aumentam, a vibração axial aumenta e a resposta torna-se errática; o estado final é a rutura completa do elemento e a perda de acionamento.
Acoplamentos de engrenagens
Aqui, o binário passa através dos dentes da engrenagem que deslizam para acomodar o desalinhamento. Os defeitos incluem desgaste dos dentes desse deslizamento, falha de lubrificação o que provoca arranhões, falha de vedação que permite a saída de gordura e a entrada de contaminantes quebra de dentes sob sobrecarga ou fadiga, e folga no cubo no eixo. A vibração mostra um forte 2× (a assinatura do desalinhamento transmitida através do acoplamento desgastado), picos na própria frequência natural do acoplamento (frequentemente 200-1000 Hz), chocalhos e impactos quando a folga se torna excessiva, e uma confusão de harmónicos do contacto não linear dos dentes. Os acoplamentos de engrenagens partilham grande parte da sua física de falha com a família mais ampla de defeitos de engrenagem.
Acoplamentos de grelha / de mola metálica
Uma grelha metálica serpentina assenta nas ranhuras para proporcionar flexibilidade. As falhas são o desgaste ou a rutura da grelha, a fadiga do elemento de mola, a degradação da lubrificação e os danos no vedante da tampa. Os sintomas são o aumento da vibração 2×, ruído de segmentos de grelha soltos ou partidos e chocalhos de alta frequência.
Acoplamentos de disco / membrana
Estes discos metálicos finos e flexíveis não necessitam de lubrificação, o que os torna populares mas rígidos. Os defeitos são fadiga discal (fissuração por flexão repetida), folga dos parafusos nas ferragens de ligação, e completar quebra da embalagem do disco. Uma vez que o acoplamento é rígido, o desalinhamento sobrecarrega-o fortemente, produzindo uma elevada vibração de 2×, um ruído metálico se os parafusos se soltarem e a possibilidade de uma falha catastrófica súbita.
2. Caraterísticas de vibração dos problemas de acoplamento
Em todos estes tipos, surge um padrão consistente que permite ao analista reconhecer rapidamente uma falha de acoplamento.
Conteúdo de frequência
- 2× dominante: a maior parte dos defeitos de acoplamento concentra a energia no dobro da velocidade de funcionamento - a caraterística distintiva.
- Componente 3×: frequentemente presente e um forte indicador de desalinhamento angular que actua através de um acoplamento desgastado.
- 1× pode subir: a assimetria de acoplamento pode acrescentar um desequilíbrio-como o componente 1×.
- Conteúdo de alta frequência: os chocalhos e os impactos espalham o ruído de banda larga por todo o espetro.
Traduzir as RPM de uma máquina para as correspondentes frequências 1×, 2× e 3× em Hz é um primeiro passo de rotina; um calculadora de frequências harmónicas fá-lo de uma só vez e ajuda-o a colocar os cursores num espetro.
Caraterísticas direcionais
- Elevada vibração axial: frequentemente superior a 50 % do nível radial - a impressão digital clássica do desalinhamento transmitido através de um acoplamento.
- Padrão radial: tende a ser mais elevado nos rolamentos mais próximos do acoplamento.
- Fase axial de 180°: as medições axiais nas extremidades do condutor e do acionador estão frequentemente em antifase, o que constitui um poderoso indício de confirmação.
3. Deteção e diagnóstico
A confirmação de um defeito de acoplamento combina dados de instrumentos com inspeção prática.
Análise de vibração
Faça o acompanhamento da amplitude 2× - um aumento constante indica um desgaste crescente ou um desalinhamento - e compare os rácios axial/radial. Observe a existência de chocalhos e impactos de alta frequência e utilize análise de fase através do acoplamento, em que uma grande diferença de fase entre as duas extremidades revela o problema. Um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A é adequado para este trabalho: a medição simultânea da amplitude e da fase 1× e 2× em ambos os lados do acoplamento permite que um engenheiro separe uma falha genuína de acoplamento/desalinhamento do desequilíbrio residual do rotor no local, antes de decidir se a correção é o realinhamento, um novo elemento ou o rotor equilíbrio. As conclusões constam de um documento escrito relatório de diagnóstico.
Inspeção física
- Imagem: procurar fissuras, desgaste, danos e fugas de óleo.
- O parafuso verifica: verificar se todos os parafusos de acoplamento estão apertados.
- Ajuste do cubo: verificar se os veios estão soltos - um cubo que se desliza no seu encaixe imita outras falhas.
- Elementos flexíveis: inspecionar quanto a desgaste, fissuras e endurecimento.
- Lubrificação: confirmar se a massa lubrificante está presente e limpa nas engrenagens e nos acoplamentos da grelha.
- Alinhamento: utilização alinhamento de eixos por laser para confirmar que o acoplamento está dentro da tolerância.
Indicadores operacionais
Os sentidos captam uma quantidade surpreendente: ruído invulgar na área do acoplamento, danos ou desgaste visíveis, fugas de lubrificante, um acoplamento quente ao toque e o cheiro a borracha queimada de um elemento elastomérico sobreaquecido.
4. Manutenção preventiva
A maioria das falhas de acoplamento pode ser evitada e a prevenção é muito mais barata do que os danos secundários que um acoplamento defeituoso inflige ao equipamento ligado.
Alinhamento
Alinhar com precisão na instalação, verificar o alinhamento periodicamente (anualmente ou de acordo com o calendário), manter-se dentro das tolerâncias de desalinhamento do fabricante e ter em conta crescimento térmico para que uma máquina alinhada a frio continue alinhada à temperatura de funcionamento. A calculadora de tolerâncias de alinhamento de eixos transforma as RPM nos limites de desvio e angulares permitidos para o trabalho.
Lubrificação (engrenagens e acoplamentos de grelha)
Utilizar a massa lubrificante especificada, relubrificar de acordo com o calendário (normalmente a cada 6-12 meses), manter os vedantes intactos para a reter e renovar os vedantes em cada revisão. A falha de lubrificação é um dos caminhos mais rápidos para a destruição dos dentes do acoplamento de engrenagens.
Calendário de inspeção e substituição
Uma rotina por níveis funciona bem: semanal controlos visuais exteriores e a deteção de ruídos anormais; trimestralmente tendências de vibração e controlos de temperatura; anual verificação do alinhamento e inspeção pormenorizada; e desmontagem completa e inspeção interna em grandes interrupções. Substituir os componentes de acordo com critérios claros - elementos elastoméricos quando rachados para além de cerca de um terço da sua profundidade, quando endurecidos, ou no limite de horas do fabricante; dentes de acoplamento de engrenagem quando o desgaste excede os limites ou a corrosão cobre mais de ~30 % da superfície; elementos de grade ou mola quando quebrados, rachados ou de acordo com o calendário de substituição; e após uma falha grave, considerar a renovação de ambas as metades e os cubos em conjunto. Ao selecionar ou dimensionar um acoplamento flexível de substituição, um calculadora de acoplamentos flexíveis e um calculador de tolerância de desequilíbrio de acoplamento ajudar a adequá-lo ao direito e confirmar a sua contribuição para o equilíbrio orçamental.
Os defeitos de acoplamento estão entre as fontes mais comuns de vibração em máquinas acopladas - mas também entre as mais reconhecíveis. A caraterística assinatura 2× combinada com elevada vibração axial torna-os facilmente identificáveis, e a inspeção regular apoiada pela monitorização da vibração permite que um acoplamento desgastado seja substituído numa paragem planeada em vez de uma falha catastrófica que leva consigo a máquina ligada.
