Înțelegerea nealinierii arborelui în mașinile rotative
Nealinierea arborelui este o stare în care axele de rotație ale a două sau mai multor arbori cuplați nu sunt coliniare atunci când mașina funcționează în condiții normale de operare. Alături de dezechilibra, este una dintre cele mai frecvente cauze ale defectării premature a utilajelor, crescând vibrații, distrugând rulmenții și etanșările și irosind energie. Scopul alinierii de precizie este de a aduce axele arborilor cât mai aproape de coliniaritate, în limita unei toleranțe specificate, la temperatura și sarcina la care mașina funcționează efectiv.
1. Tipuri de dezaliniere
Nealinierea este clasificată în două tipuri principale, deși în majoritatea cazurilor din lumea reală este prezentă o combinație a ambelor.
Dezaliniere paralelă (offset)
Dezalinierea paralelă apare atunci când cele două axe ale arborilor sunt paralele între ele, dar decalate cu o anumită distanță. Imaginați-vă un arbore situat mai sus sau mai jos decât celălalt (decalaj vertical) sau deplasat într-o parte (decalaj orizontal). Axele nu se întâlnesc niciodată; pur și simplu rulează una lângă cealaltă.
Nealiniere unghiulară
Dezalinierea unghiulară apare atunci când cei doi arbori se află într-un unghi unul față de celălalt. Axele lor se intersectează la cuplaj, dar nu se află pe aceeași linie, ceea ce deschide un “spațiu” la cuplaj, mai larg pe o parte decât pe cealaltă.
Dezaliniere combinată
Acesta este cel mai frecvent scenariu în practică: arborii suferă simultan o deplasare paralelă și o nealiniere unghiulară. Mașinile reale nu prezintă aproape niciodată un singur tip de nealiniere în mod izolat, motiv pentru care alinierea se corectează în ambele plane, vertical și orizontal, în același timp.
2. Semnătura vibratorie a nealinierii
Nealinierea produce o semnătură foarte distinctă, pe care un analist o poate identifica într-un FFT spectrum:
- Indicator principal (2×): semnul clasic este un vârf de amplitudine mare exact la 2× turația de rotație (ordinul 2). Forțele de nealiniere supun arborii și cuplare la două cicluri de încovoiere pe rotație, astfel încât energia se concentrează la dublul viteză de funcționare.
- Vibrații axiale puternice: dezalinierea produce adesea componente puternice vibrații axiale (paralel cu arborele). Un vârf 2× ridicat în direcția axială este unul dintre cei mai puternici indicatori dintre toți.
- Alți armonici (1×, 3×, 4×): deși 2× este predominant, nealinierea poate de asemenea crește componenta 1×, iar cazurile severe — în special deplasarea paralelă — generează armonici superioare armonice precum 3× și 4×.
- Frecvențe specifice cuplajului: unele cuplaje, atunci când sunt uzate sau solicitate de nealiniere, generează vibrații la propriile lor frecvențe caracteristice.
Un spectru care prezintă un vârf 2× egal cu 50% sau mai mult din vârful 1×, mai ales când este însoțit de vibrații axiale ridicate, este un caz tipic de nealiniere. Deoarece componenta 1× poate fi și ea ridicată, nealinierea este ușor de confundat cu dezechilibrul; indiciile decisive sunt mărimea relativă a vârfului 2× și intensitatea citirii axiale. Confirmarea diagnosticului cu fază măsurători efectuate de o parte și de alta a cuplajului elimină ambiguitatea — mașinile nealiniate prezintă de regulă o diferență de fază axială de aproximativ 180° între cele două părți ale cuplajului.
3. Cauze frecvente ale nealinierii
Nealinierea poate fi prezentă încă din ziua instalării sau se poate dezvolta treptat în exploatare.
- Instalare incorectă: cea mai frecventă cauză este pur și simplu lipsa unei alinieri de precizie în timpul instalării inițiale a mașinii.
- Creșterea termică: pe măsură ce mașinile se încălzesc de la temperatura ambiantă la cea de funcționare, componentele lor se dilată. Un motor poate crește în înălțime sau carcasa unei pompe se poate umfla, scoțând arborii din aliniere. O bună aliniere la rece decalează în mod deliberat mașinile astfel încât acestea să ajungă into aliniate odată încălzite — acesta este motivul pentru care compensarea dilatării termice este integrat în valorile-țintă.
- Pipe strain: forțele provenite de la conductele de admisie sau de evacuare slab susținute pot scoate o pompă sau un compresor din aliniere față de motorul de antrenare — o problemă foarte frecventă în industriile de proces.
- Probleme legate de fundație: o fundație slabă sau fisurată ori buloane de ancorare slăbite permit deplasarea mașinii în timp. O rigiditate insuficientă rigiditatea fundației permite de asemenea derivarea alinierii sub sarcină.
- Picior moale: o situație în care unul dintre picioarele de montaj nu se așază plan pe placa de bază, răsucind sau deformând cadrul mașinii atunci când șuruburile sunt strânse. Picior moale trebuie corectată înainte ca alinierea să poată fi menținută.
4. De ce este esențială corectarea dezalinierii
Funcționarea unui utilaj cu desaliniere are consecințe grave:
- Defecțiuni ale rulmenților și garniturilor: sarcinile ciclice ridicate de pe arbori se transmit direct în rulmenți și etanșări, provocând defectarea lor prematură — o cauză primară frecventă a apariției repetate a defecte ale rulmentului.
- Defectarea cuplajului: cuplajele tolerează prin concepție o mică valoare a dezalinierii, însă o dezaliniere excesivă le uzează și le defectează rapid.
- Shaft fatigue: încovoierea repetată a arborilor poate iniția oboseală fisuri și poate duce în cele din urmă la defectarea arborelui.
- Consum crescut de energie: o putere semnificativă se pierde sub formă de căldură și vibrații în loc să efectueze lucru util.
5. Corectarea și verificarea alinierii
Alinierea de precizie — folosind comparatoare cu cadran sau alinierea arborilor cu laser sisteme — este o piatră de temelie a oricărui program eficient de fiabilitate și mentenanță. Corectarea se face de obicei prin adăugarea sau înlăturarea unor distanțiere (șaibe) calibrate sub picioare și prin deplasarea orizontală a mașinii, mișcările necesare fiind calculate pe baza decalajului și a unghiularității măsurate; un calculator pentru grosimea șaibelor transformă citirile comparatorului în pachetul exact de distanțiere pentru fiecare picior, iar o toleranță de aliniere referință confirmă dacă rezultatul este acceptabil pentru turația respectivă.
Lucrarea nu se încheie la cuplaj. După aliniere, mașina trebuie verificată din nou printr-o măsurătoare de vibrații pentru a confirma că nivelurile vârfului de 2× și cele axiale au scăzut. Aici un dispozitiv portabil cu două canale analizor de vibrații cum ar fi Balanset-1A este de neprețuit: captează spectrul de dinainte și de după, precum și faza de cuplaj încrucișat, verificând că corectarea a redus efectiv forțele de dezaliniere în loc doar să le deplaseze. Deoarece dezechilibrul și dezalinierea coexistă atât de des, același instrument poate apoi reduce orice 1× rezidual prin echilibrarea la fața locului odată ce cuplajul este aliniat corect — gravitatea generală fiind apreciată în raport cu ISO 20816-3 limitele moderne (standardul care a înlocuit ISO 10816-3).
