TTS - Il nuovo servizio manutentivo
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No. 11 – Focus: Ventilatori & Soffianti La rivista manutentiva del gruppo PRÜFTECHNIK PRÜFTECHNIK News In questo numero: TTS – Il nuovo servizio manutentivo TTS – Il nuovo servizio manutentivo Temporary Telediagnosis Service, o permanenza sul posto di uno o più Quando si blocca il ventilatore di un meglio TTS, è il nuovo servizio offerto esperti. forno da PRÜFTECHNIK a costruttori e opera- Questa edizione di Telediagnosi.com è Misurazioni di conformità sui venti- tori di macchine e sistemi. Se una mac- dedicata a ventilatori e soffianti, ma vuo- latori delle torri di raffreddamento china o una linea è soggetta a malfun- le anche promuovere il nuovo servizio Ridurre le vibrazioni con la zionamenti ripetuti, si procede all’instal- TTS poiché siamo certi di offrire ai nostri bilanciatura in campo lazione temporanea di un sistema di clienti un prezioso strumento di manu- Monitorare la lubrificazione dei monitoraggio per misurare i livelli di tenzione availability-oriented per massi- cuscinetti con uno strumento di vibrazioni in un certo periodo di tempo mizzare la disponibilità delle macchine. vibrazioni e risalire così alle cause di fondo. TELE- Ci auguriamo che troviate utili e inte- Misurare la linearità e la planarità DIAGNOSI significa che i dati di macchi- ressanti le informazioni fornite in questo Calcolare le frequenze naturali delle na o della linea vengono trasmessi a numero e vi ricordiamo che PRÜFTECH- cinghie specialisti per l’analisi remota, rispar- NIK è sempre lieta di rispondere a qual- Individuare le risonanze strutturali miando così i costi di trasferimento e di siasi domanda posta dai nostri Clienti. senza fermare la ventola Novità Servizi di Condition Monitoring Quando si blocca il ventilatore di un forno Dr. Edwin Becker I forni rotativi funzionano 24 ore al Ismaning, Germania. le vibrazioni solo se riesce a monitorar- giorno… tranne quando il ventilatore si Per gli specialisti dell’Hotline queste ne la progressione durante il funziona- blocca a causa di vibrazioni eccessive. situazioni sono all’ordine del giorno e mento della macchina. Allora anche il forno si arresta – e la dopo una rapida descrizione del proble- Pochi giorni dopo viene installato un situazione diventa grave se la causa del ma, si decide d’installare un sistema TTS sistema VIBNODE® dotato di 6 accelero- malfunzionamento resta ignota. di monitoraggio online delle vibrazioni metri e capace di trasmettere via mail le Il seguente esempio di un malfunzio- basato sul VIBNODE®. misurazioni al Centro di Monitoraggio. namento tipico avvenuto in un cementi- Oltre a una certa curiosità sul sistema La Figura 3 mostra la disposizione dei ficio dimostra la flessibilità del TTS e i VIBNODE®, il responsabile della produ- sensori sul ventilatore, mentre in Figura suoi vantaggi immediati. L’incidente si è zione ha deciso d’installare il sistema 4 vediamo il sistema VIBNODE® installa- verificato di venerdì, quando tutti già poiché sapeva che persino il miglior to sul posto con modem telefonico inte- pensavano al weekend. Purtroppo, nel specialista può identificare le cause del- grato. >> pomeriggio il sistema di monitoraggio delle vibrazioni registrava il superamen- to di una soglia d’allarme da parte di uno dei ventilatori dei forni. Inizialmen- te, il responsabile della produzione si chiede se non è il caso di alzare un po’ la soglia, ma poi decide di ricorrere a uno specialista e per ”andare sul sicuro“ chiama l’Hotline della PRÜFTECHNIK a 1 Fig. 1: Forno rotativo Fig. 2: Sezione interna di un forno rotativo
La rivista manutentiva del gruppo PRÜFTECHNIK Dopo due sole settimane è apparso chiaro che le vibrazioni in senso assiale erano molto più forti di quanto inizial- mente si pensava. In determinate situa- zioni, la sollecitazione raggiungeva va- lori prossimi a 18 mm/s. e l’esperienza insegna che le vibrazioni assiali hanno un grande potenziale di danneggiamen- to. La Figura 6 mostra il grafico registrato poco prima di un arresto del forno. Per circa 30 minuti le vibrazioni sono co- stantemente aumentate fino a raggiun- Fig. 3: Disposizione dei sensori Fig. 4: Sistema TTS installato sul ventilatore del forno gere livelli molto alti. La causa di questo sul ventilatore eccitamento era una vibrazione naturale in senso assiale che si sviluppava solo in un campo molto ri- stretto di velocità ro- tazionale. La misurazione e il rapporto diagnostico raccomandavano pertanto di preveni- re l’insorgere delle vibrazioni evitando questo campo molto ristretto di velocità rotazionale del ven- tilatore. Il nostro Centro Fig. 5: Concetto di monitoraggio remoto Diagnostico può for- nire il servizio TTS di monitoraggio e diagnosi ovunque nel mondo. Dopotut- to, grazie a Internet è facile trasmettere in modo pressoché istantaneo i dati delle misurazioni al Centro Diagnostico anche da località molto remote. Se poi vengono usati modem GPRS con con- tratti flat, le misurazioni possono essere trasmesse anche in assenza di connes- sioni telefoniche a un prezzo alquanto contenuto. Anteprima Il prossimo numero di TELEDIAGNOSI parlerà di torri eoliche. Esperienze diagnostiche: Bilanciatura delle pale del rotore Applicazione: Determinare i target di allineamento per ridurre le vibrazioni Applicazione: Monitorare corretta- mente i componenti degli azionamen- ti a basse velocità Tecnologia: Cos’è il Ricampionamento? Novità: Contatori di particelle per i Fig. 6: Segnali di velocità delle vibrazioni registrati in 45 giorni. L’area 2 riduttori delle turbine eoliche. evidenziata è stata ingrandita.
La rivista manutentiva del gruppo PRÜFTECHNIK Servizi di Condition Monitoring Misurazioni di conformità sui ventilatori delle torri di raffred Sven Fleischer Le torri di raffreddamento sono strut- ture complesse dalla progettazione va- riabile realizzate sempre più in compo- nenti leggeri. Per i ventilatori usati in queste torri sono previste prove d’accet- tazione che riguardano soprattutto le vibrazioni, poiché come avviene per al- tri macchinari, l’esperienza dimostra che bassi livelli di vibrazioni significano una maggior durata di servizio. Pertanto gli operatori e i vendor di sistemi e compo- nenti accettano di comune accordo di misurare le vibrazioni come previsto da ISO 10816-3 (Figura 1). Figura 2: Installazione di un ventilatore con riduttore in una centrale elettrica Vibrazioni proprie Sbilanciamento ed eccentricità torsionali e assiali della ventola Cuscinetti Figura 1: Livelli di vibrazione accetta- danneggiati Vibrazioni da flessione del giunto Peraltro le torri di raffreddamento Vibrazioni dovute sono soggette non solo alle vibrazioni all’ingranamento Frequenze di Disallineamento delle macchine, ma anche ad altri tipi di disturbo elettriche vibrazioni tra cui quelle generate da Vibrazioni del basamento o del supporto frequenze naturali (Figura 3). Le vibra- zioni dei ventilatori possono quindi ve- Figura 3: Cause potenziali di vibrazioni per il ventilatore di una torre di raffreddamento nir differenziate in vibrazioni aerodina- miche provocate dalla ventola, vibrazio- ni di carattere locale generate dai com- ponenti del propulsore, vibrazioni gene- rate dalla struttura del supporto o della base, vibrazioni naturali e vibrazioni primarie o secondarie generate dal suo- no trasmesso dalla struttura. La base vibra in genere con frequenze Frequenze di ingranamento tra 0,1 e 10 Hz e ciò può cusare criccatu- re nella struttura. Vibrazioni della base Figura 4: Punti di misura tipici sul mo- sopra i 10 Hz si trasmettono anche alla tore di una torre di raffreddamento macchina e, in un range tra 10 e 300 Hz, possono influenzare il funzionamento della macchina. Risonanze e rumore di- ventano degni di nota solo alle alte frequenze, dove però hanno un basso potere di danneggiamento. Le prove di accettazione, dunque, devono differen- Figura 5: Spettro della macchina misurato su 7 riduttori 3 ziare tra le vibrazioni delle macchine e i livelli di rumore.
La rivista manutentiva del gruppo PRÜFTECHNIK Servizi di Condition Monitoring Ridurre le vibrazioni con la bilanciatura in campo Marcel Kenzler Anche se l’analisi delle vibrazioni non porta sempre miglioramenti immediati, bilanciare la macchina in campo può ridurre in modo significativo i livelli di vibrazioni con tutti i vantaggi che ne derivano. La bilanciatura in campo conviene davvero • Il componente da bilanciare non deve essere rimosso e trasportato sull’equi- libratrice. • Le variazioni alle condizioni di bilan- ciatura ottimale che si verificano du- rante il funzionamento possono venir Figura 1: Ventilatore industriale Figura 2: L’operazione di bilanciatura ha avuto successo subito corrette. • É possibile bilanciare rotori di qua- Sbilanciamento residuo ammissibile – Esempio di calcolo lunque peso e dimensioni. • La bilanciatura in campo tiene in eall g•mm/kg considerazione anche l’influenza dei cuscinetti – come sotto mostrato. Bilanciatura sull’equilibratrice La bilanciatura in campo considera l’influenza dei cuscinetti La bilanciatura riduce le vibrazioni… RPM Inizialmente, il ventilatore in figura 2 1. Ventilatore industriale 2. Ventilatore di precisione era molto rumoroso e vibrava a 20 mm/ Massa del rotore m = 4000 kg Massa del rotore m = 220 kg s. Dopo la bilanciatura in campo con un RPM n = 1500 rpm RPM n = 6000 rpm peso da 155 g, funzionava come un Raggio di bilanciatura r = 500 mm Raggio di bilanciamento r = 200 mm orologio con valori di 3 mm/s. Grado G 6.3 (in base a DIN ISO 1940) Grado G 2.5 (in base a DIN ISO 1940) … e protegge i cuscinetti Domanda: Domanda: Vibrazioni superiori a 10 mm/s ridu- Sono ammissibili 21 g di sbilanciamento Sono ammissibili 5 g di sbilanciamento residuo? residuo? cono la vita dei cuscinetti quindi, alla g • mm luce degli effetti dannosi delle vibrazio- eall = 38 g • mm come da grafico eall = 4 come da grafico kg kg ni secondarie, Pruftechnik analizza il comportamento funzionale e di danneg- uRest • r uRest • r eres = eres = giamento dei cuscinetti nella nota appli- m m cativa „Field Balancing under Difficult 21 g • 500 mm 5 g • 200 mm eres = eres = 4000 kg 220 kg Conditions“ („Bilanciatura in campo in g • mm condizioni difficili“), scaricabile dal sito: eres = 2.6 g • mm eres = 4.5 kg kg http://www.pruftechnik.com/service/ => 21 g di sbilanciamento residuo => 5 g di sbilanciamento residuo downloads/AN17_balancing.pdf. sono ammissibili! NON sono ammissibili! 4
La rivista manutentiva del gruppo PRÜFTECHNIK Applicazione di Condition Monitoring Monitorare la lubrificazione dei cuscinetti con uno strumento di vibrazioni Florian Buder Quando occorre rilubrificare i cusci- spettro d’accelerazione ad alta fre- Piccolo Glossario netti a rullo lubrificati a grasso? quenza. A quel punto, è sicuramente Sapete cosa significano? Molti cuscinetti di grandi dimensioni ora di lubrificare il cuscinetto per sono dotati di lubrificatori automatici ridurre lo sforzo da vibrazioni. Bilanciatura Procedura per controllare la distribuzione continui, ma a volte questi sistemi non Con un CMS avanzato a selezione di del peso su un rotore e, se necessario, sono convenienti come nel caso del ven- frequenza, le frequenze di disturbo in correggerla tramite l’aggiunta di un peso di tilatore mostrato in Figura 1. Queste banda larga mostrate in Figura 2 posso- bilanciatura per assicurarsi che le vibrazioni alla frequenza di rotazione e/ o le sollecita- unità, difatti, vengono in genere lubrifi- no essere selezionate come ‘bande di zioni sui cuscinetti rimangano entro i limiti cate manualmente a intervalli predefini- frequenza di lubrificazione caratteristi- specificati alla velocità di funzionamento della macchina. ti. Ma quanto devono durare questi in- che’ e le relative ampiezze possono esse- Rotore rigido tervalli? I sistemi di Condition Monito- re monitorate come valori tendenziali. Un rotore il cui asse resta perfettamente ring online (CMS online) possono forni- La figura 3 dimostra che gli intervalli rettilineo lungo l’intera curva delle velocità d’esercizio (nessuna flessione). re una risposta. Quando un cuscinetto a di lubrificazione sono molto facili da Rotore elastico rullo funziona ‘a secco’ genera un rumo- determinare: dopo la lubrificazione, Un rotore il cui asse tende a flettersi nella re facile da rilevare, per esempio nello l’ampiezza dei valori di accelerazione è curva delle velocità d’esercizio generando uno sbilanciamento che va corretto alle alte notevolmente diminuita. Naturalmente, velocità e su piani multipli. per utilizzare questo metodo d’analisi è Bilanciatura su un piano necessario anzitutto identificare la ban- (bilanciatura statica) Procedura in base alla quale la distribuzio- da di frequenza su cui le condizioni di ne del peso di un rotore rigido viene corret- lubrificazione esercitano un impatto. ta su un piano singolo. Bilanciatura su due piani (bilanciatura dinamica) Procedura simile al bilanciamento statico ma con correzione del peso su due piani. Bilanciatura su piani multipli Procedura utilizzata sui rotori elastici che tendono a flettersi e che richiede la corre- zione dello sbilanciamento in più di due Figura 1: Sistema piani di bilanciatura. di ventilazione Sbilanciamento statico Si verifica quando l’asse di rotazione di un albero non passa per il proprio centro di gravità. Una proprietà caratteristica dello sbilanciamento statico è che il piano che lo contiene coincide con il piano radiale del centro di gravità, generando così vibrazioni meccaniche circolari ortogonali rispetto al- l’asse di rotazione. Sbilanciamento dinamico Sbilanciamento che si verifica quando l’asse Figura 2: Frequenza di disturbo in banda larga di rotazione di un albero non coincide con uno dei suoi assi principali d’inerzia. L’asse di rotazione risulta quindi inclinato rispetto al proprio centro di gravità. Il centro di gravità del corpo rotante resta stazionario, ma l’asse tende a oscillare a causa della rotazione. Qualità di bilanciatura (Sbilanciamento residuo ammissibile in base a ISO 1940) Rapporto tra sbilanciamento e peso totale a determinate velocità di rotazione – vd. an- che esempi a pag. 4. Valori caratteristici di sbilanciamento Vibrazioni dei cuscinetti, vibrazioni dell’al- bero e valori di prestazione. Angolo di fase Misura dell’intervallo angolare tra l’attiva- zione dell’impulso trigger e la massima am- piezza delle vibrazioni. Velocità critica flessionale La velocità rotazionale in cui un rotore tende a flettersi assumendo una determina- ta forma naturale. Ogni rotore è soggetto a 5 Figura 3: Dopo la lubrificazione, i valori di accelerazione sono diminuiti diverse velocità critiche flessionali.
La rivista manutentiva del gruppo PRÜFTECHNIK Applicazione d’allineamento Misurare la linearità e la planarità Michael Stachelhaus Quando le vibrazioni da rotazione au- mentano, la ricerca di cause geometri- che delle vibrazioni dovrebbe far parte integrante della manutenzione proatti- va. Oltre alle tolleranze dimensionali, le tolleranze geometriche assumono una certa importanza nei sistemi di ventila- tori e soffianti ad alta velocità. Esempi di anomalie geometriche sono le irrego- larità nella planarità e nella linearità dei basamenti e dei telai di supporto. Le irregolarità dei basamenti possono essere misurate con strumenti laserottici che offrono risoluzioni fino a 0,02 mm. LEVALIGN®, il sistema di misurazione laserottico della Prûftechnik, permette di misurare la linearità e la planarità delle superfici da distanze fino a 40 metri, mostrando quindi i risultati sotto forma di grafico. La Figura 1 mostra la misurazione del- la linearità del supporto di una grande soffiante. L’operatore della soffiante si è affidato alla PRÜFTECHNIK per misurare la line- Figura 1: Preparativi prima della mi- arità del basamento del motore durante surazione e panoramica dei compo- un intervento di revisione sulla macchi- nenti misurati na. I risultati hanno mostrato un disli- vello di 1,2 mm. presso uno dei piedi d’appoggio. Un dislivello di questa por- tata può influenzare il funzionamento delle macchine e, nel caso di questo gruppo, generava delle vibrazioni po- tenzialmente dannose per il motore. Una volta effettuate le misurazioni con LEVALIGN®, l’errore è stato corretto pri- ma di installare di nuovo il motore revisionato tramite il calcolo degli spes- sori da aggiungere sotto gli altri tre piedi della macchina. La misurazione di controllo ha quindi confermato il successo dell’intervento, con un dislivello molto più accettabile di circa 0,25 mm. Il motore è stato quindi reinstallato, riallineato e riavviato. L’ultima misura- zione di controllo, effettuata sul livello di vibrazioni, ha dimostrato che il moto- re funzionava nell’ambito delle tolleran- ze ammissibili. 6 Figura 2: Il rapporto grafico di LEVALIGN® mostra il dislivello del piede anteriore sinistro del motore
La rivista manutentiva del gruppo PRÜFTECHNIK Concetti di base del Condition Monitoring Calcolare le frequenze naturali delle cinghie Dr. Edwin Becker Nei gruppi di piccola e media potenza genere, il calcolo delle frequenze della si usano a volte gli azionamenti a cinghie dr cinghia mostra valori che raggiungono i e pulegge per adattare le velocità degli 100 Hz. azionamenti a quelle delle macchine. La frequenza della cinghia può essere Dato che le cinghie trasmettono solo calcolata come segue: una quantità limitata di potenza, le mac- Dr • nD d •n chine usano in genere parecchie cinghie fB = 60 Lw = 60 r L p w della stessa lunghezza oppure cinghie dentate. La lunghezza delle cinghie deve Dr Dr in mm = Diametro effettivo della puleggia np in rpm = Velocità della puleggia rientrare in determinate tolleranze, il Lw Lw in mm = Lunghezza effettiva della cinghia mancato rispetto delle quali provoca in genere forti vibrazioni generate dalla Oltre alla frequenza della cinghia, an- distribuzione irregolare del carico sulle che la frequenza rotazionale della puleg- singole cinghie. gia d’azionamento può comparire fino Il lato scarico della cinghia deve appa- alla quinta armonica. A volte i livelli di rire leggermente allentato quando la frequenze. vibrazione possono aumentare e dimi- trasmissione si trova sotto carico. Se tale Le vibrazioni dovute esclusivamente a nuire a cicli periodici. Infine, un’altra lato risulta troppo teso, la cinghia tende difetti delle cinghie si manifestano alla caratteristica tipica degli azionamenti a a slittare sulla puleggia generando alti frequenza caratteristica della cinghia e cinghie e pulegge è la necessità di evita- livelli di rumore. Se la cinghia invece presentano un gran numero di armoni- re i rapporti 1:1, poiché spesso provoca- oscilla, la causa delle vibrazioni può che, con ampiezze maggiori lungo la no vibrazioni insolite. essere stabilita tramite l’analisi delle direzione di trasmissione della forza. In Tecnologie di Condition Monitoring Individuare le risonanze strutturali senza fermare la ventola Christian Schlumpf Gli inverter con controllo di coppia diretto (DTC) hanno un tempo tipico di controllo della coppia pari a 1 – 2 ms. Gli inverter a controllo vettoriale o field- oriented con modulazione dell’ampiezza d’impulso (PWM) raggiungono i 10 – 20 ms, mentre gli inverter con controllo Banda di Risonanza U/f senza rigenerazione del segnale hanno tempi di controllo che superano in modo significativo i 100 ms. Nei ven- tilatori sono desiderabili dei tempi rapi- di di controllo della coppia per poter accelerare il momento d’inerzia del ven- Fig.1: Curva carico-risonanza riferita al primo ordine, misurata sul motore tilatore in un breve periodo di tempo. Tuttavia, un tempo rapido di controllo tati di sistemi di protezione come funzione della sua velocità di funziona- della coppia ha lo svantaggio di poter VIBREX® che fermano il ventilatore non mento, evidenzia la presenza di una generare vibrazioni in grado di eccitare appena viene superata la velocità am- risonanza. La curva è stata misurata in le frequenze meccaniche proprie nel missibile delle vibrazioni. Il rischio di condizioni di normale funzionamento gruppo di ventilazione. Con i tempi di risonanza dovuto agli inverter può esse- con fluttuazioni della velocità d’eserci- controllo sopra illustrati, gli inverter re valutato tramite il TTS o con misura- zio. Dopo sole tre ore di misurazioni DTC e PWM possono eccitare frequenze zioni temporanee delle vibrazioni o del- sotto carico, si è concluso che una velo- proprie rispettivamente fino a 1000 Hz e la velocità. Questi due fattori vengono cità di rotazione compresa tra 2840 e 100 Hz, mentre i semplici inverter U/ f misurati insieme e mostrati in un grafico 2920 rpm tende ad aumentare il carico eccitano al massimo frequenze naturali vibrazioni – velocità. da vibrazioni sul motore, con la conse- fino a 10 Hz. Per limitare il rischio di Nella Figura 1, il livello vibratorio di guente necessità di smorzare questo 7 risonanza, i ventilatori sono spesso do- un ventilatore di scarico, misurato in campo di velocità nell’inverter.
La rivista manutentiva del gruppo PRÜFTECHNIK Novità Partner di CM per gli operatori dei sistemi soffianti La manutenzione Condition-oriented è diventata una pratica standard per i sistemi soffianti. Ma se le soffianti criti- che vengono sempre più spesso dotate di sistemi di monitoraggio online, negli altri casi le squadre manutentive e i fornitori di servizi tendono a misurare le vibrazioni con strumenti mobili. L’impie- go di punti di misura codificati diventa così molto conveniente: nella figura ve- diamo la directory ad albero dei punti di misura di una soffiante, utilizzata dalla PRÜFTECHNIK per effettuare il servizio diagnostico in base alle misurazioni for- nite dall’operatore. I rapporti vengono quindi preparati e inviati prontamente al cliente. Misurazione dei basamenti Spesso le soffianti sono installate su Il Centro di Monitoraggio basamenti flessibili, per mantenere en- è stato certificato tro bassi livelli i carichi da vibrazioni sui il Centro di Monitoraggio della PRÛF- basamenti stessi e sui supporti. TECNIK AG ha ricevuto la certificazione Con il VIBXPERT®, un accele- del Germanische Lloyd Industrial Service, PRUFTECHNIK S.r.l. rometro adatto alle misura- un’ulteriore conferma che le sue proce- Via De Nicola, 12/E zioni a bassa frequenza ed dure sono conformi alla Direttiva GL IV, I-20090 Cesano Boscone (MI) parte 4, della GL Wind. Pertanto la PRÜF- www.pruftechnik.it un idoneo sistema di fis- Tel.: +39 02 4516141 saggio, le vibrazioni gene- TECHNIK offre ai suoi clienti non solo Fax: +39 02 45161430 rate nel basamento posso- hardware e software di classe mondiale, eMail: info@pruftechnik.it no venir registrate con ma anche un gran numero di servizi estrema precisione. diagnostici offerti da un centro di moni- PRÜFTECHNIK toraggio certificato. Per ottenere questo Condition Monitoring Date prestigioso riconoscimento, tutte le pro- cedure seguite nel Centro di Monitorag- 85737 Ismaning, Germany www.pruftechnik.com Per informazioni su fiere, seminari e gio sono state adattate agli standard di Tel: +49 89 99616-0 altri importanti eventi del gruppo PRÜF- Fax: +49 89 99616-300 ISO 9001. TECHNIK, visitate il nostro sito eMail: info@pruftechnik.com 8 www.pruftechnik.it
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