TTS Il nuovo servizio manutentivo

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1 No. 11 Focus: Ventilatori & Soffianti La rivista manutentiva del gruppo PRÜFTECHNIK PRÜFTECHNIK News TTS Il nuovo servizio manutentivo Temporary Telediagnosis Service, o meglio TTS, è il nuovo servizio offerto da PRÜFTECHNIK a costruttori e operatori di macchine e sistemi. Se una macchina o una linea è soggetta a malfunzionamenti ripetuti, si procede all installazione temporanea di un sistema di monitoraggio per misurare i livelli di vibrazioni in un certo periodo di tempo e risalire così alle cause di fondo. TELE- DIAGNOSI significa che i dati di macchina o della linea vengono trasmessi a specialisti per l analisi remota, risparmiando così i costi di trasferimento e di Servizi di Condition Monitoring Quando si blocca il ventilatore di un forno Dr. Edwin Becker I forni rotativi funzionano 24 ore al giorno tranne quando il ventilatore si blocca a causa di vibrazioni eccessive. Allora anche il forno si arresta e la situazione diventa grave se la causa del malfunzionamento resta ignota. Il seguente esempio di un malfunzionamento tipico avvenuto in un cementificio dimostra la flessibilità del TTS e i suoi vantaggi immediati. L incidente si è verificato di venerdì, quando tutti già pensavano al weekend. Purtroppo, nel pomeriggio il sistema di monitoraggio delle vibrazioni registrava il superamento di una soglia d allarme da parte di uno dei ventilatori dei forni. Inizialmente, 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 permanenza sul posto di uno o più esperti. Questa edizione di Telediagnosi.com è dedicata a ventilatori e soffianti, ma vuole anche promuovere il nuovo servizio TTS poiché siamo certi di offrire ai nostri clienti un prezioso strumento di manutenzione availability-oriented per massimizzare la disponibilità delle macchine. Ci auguriamo che troviate utili e interessanti le informazioni fornite in questo numero e vi ricordiamo che PRÜFTECH- NIK è sempre lieta di rispondere a qualsiasi domanda posta dai nostri Clienti. In questo numero: TTS Il nuovo servizio manutentivo Quando si blocca il ventilatore di un forno Misurazioni di conformità sui ventilatori delle torri di raffreddamento Ridurre le vibrazioni con la bilanciatura in campo Monitorare la lubrificazione dei cuscinetti con uno strumento di vibrazioni Misurare la linearità e la planarità Calcolare le frequenze naturali delle cinghie Individuare le risonanze strutturali senza fermare la ventola Novità Ismaning, Germania. Per gli specialisti dell Hotline queste situazioni sono all ordine del giorno e dopo una rapida descrizione del problema, si decide d installare un sistema TTS di monitoraggio online delle vibrazioni basato sul VIBNODE. Oltre a una certa curiosità sul sistema VIBNODE, il responsabile della produzione ha deciso d installare il sistema poiché sapeva che persino il miglior specialista può identificare le cause delle vibrazioni solo se riesce a monitorarne la progressione durante il funzionamento della macchina. Pochi giorni dopo viene installato un sistema VIBNODE dotato di 6 accelerometri e capace di trasmettere via mail le misurazioni al Centro di Monitoraggio. La Figura 3 mostra la disposizione dei sensori sul ventilatore, mentre in Figura 4 vediamo il sistema VIBNODE installato sul posto con modem telefonico integrato. >> 1 Fig. 1: Forno rotativo Fig. 2: Sezione interna di un forno rotativo

2 2 Dopo due sole settimane è apparso chiaro che le vibrazioni in senso assiale erano molto più forti di quanto inizialmente si pensava. In determinate situazioni, la sollecitazione raggiungeva valori prossimi a 18 mm/s. e l esperienza insegna che le vibrazioni assiali hanno un grande potenziale di danneggiamento. La Figura 6 mostra il grafico registrato poco prima di un arresto del forno. Per circa 30 minuti le vibrazioni sono costantemente aumentate fino a raggiungere livelli molto alti. La causa di questo eccitamento era una vibrazione naturale in senso assiale che si sviluppava solo in un campo molto ristretto di velocità rotazionale. La misurazione e il rapporto diagnostico raccomandavano pertanto di prevenire l insorgere delle vibrazioni evitando questo campo molto ristretto di velocità rotazionale del ventilatore. Il nostro Centro Diagnostico può fornire il servizio TTS di monitoraggio e diagnosi ovunque nel mondo. Dopotutto, 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 contratti flat, le misurazioni possono essere trasmesse anche in assenza di connessioni 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 correttamente i componenti degli azionamenti a basse velocità Tecnologia: Cos è il Ricampionamento? Novità: Contatori di particelle per i riduttori delle turbine eoliche. Fig. 3: Disposizione dei sensori sul ventilatore Fig. 5: Concetto di monitoraggio remoto Fig. 4: Sistema TTS installato sul ventilatore del forno Fig. 6: Segnali di velocità delle vibrazioni registrati in 45 giorni. L area evidenziata è stata ingrandita.

3 Servizi di Condition Monitoring Accettabilità dei ventilatori delle torri di raffreddamento Sven Fleischer Le torri di raffreddamento sono strutture complesse dalla progettazione variabile realizzate sempre più in componenti leggeri. Per i ventilatori usati in queste torri sono previste prove d accettazione che riguardano soprattutto le vibrazioni, poiché come avviene per altri macchinari, l esperienza dimostra che bassi livelli di vibrazioni significano una maggior durata di servizio. Pertanto gli operatori e i vendor di sistemi e componenti accettano di comune accordo di misurare le vibrazioni come previsto da ISO (Figura 1). Fig. 2: Installazione di un ventilatore con riduttore in una centrale elettrica Vibrazioni proprie torsionali e assiali Sbilanciamento ed eccentricità della ventola 3 Figura 1: Livelli di vibrazione accettabili Peraltro le torri di raffreddamento sono soggette non solo alle vibrazioni delle macchine, ma anche ad altri tipi di vibrazioni tra cui quelle generate da frequenze naturali (Figura 3). Le vibrazioni dei ventilatori possono quindi venir differenziate in vibrazioni aerodinamiche provocate dalla ventola, vibrazioni di carattere locale generate dai componenti del propulsore, vibrazioni generate dalla struttura del supporto o della base, vibrazioni naturali e vibrazioni primarie o secondarie generate dal suono trasmesso dalla struttura. La base vibra in genere con frequenze tra 0,1 e 10 Hz e ciò può cusare criccature nella struttura. Vibrazioni della base sopra i 10 Hz si trasmettono anche alla macchina e, in un range tra 10 e 300 Hz, possono influenzare il funzionamento della macchina. Risonanze e rumore diventano degni di nota solo alle alte frequenze, dove però hanno un basso potere di danneggiamento. Le prove di accettazione, dunque, devono differenziare tra le vibrazioni delle macchine e i livelli di rumore. Frequenze di disturbo elettriche Cuscinetti danneggiati Fig. 3: Cause potenziali di vibrazioni per il ventilatore di una torre di raffreddamento Fig. 4: Punti di misura tipici sul motore di una torre di raffreddamento Vibrazioni da flessione del giunto Disallineamento Vibrazioni del basamento o del supporto Vibrazioni dovute all ingranamento Frequenze di ingranamento Figura 5: Spettro della macchina misurato su 7 riduttori

4 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 equilibratrice. Le variazioni alle condizioni di bilanciatura ottimale che si verificano durante il funzionamento possono venir subito corrette. É possibile bilanciare rotori di qualunque peso e dimensioni. La bilanciatura in campo tiene in considerazione anche l influenza dei cuscinetti come sotto mostrato. Fig. 1: Ventilatore industriale Sbilanciamento residuo ammissibile Esempio di calcolo e all g mm/kg Fig. 2: L operazione di bilanciatura ha avuto successo Bilanciatura sull equilibratrice La bilanciatura in campo considera l influenza dei cuscinetti La bilanciatura riduce le vibrazioni Inizialmente, il ventilatore in figura 2 era molto rumoroso e vibrava a 20 mm/ s. Dopo la bilanciatura in campo con un peso da 155 g, funzionava come un orologio con valori di 3 mm/s. e protegge i cuscinetti Vibrazioni superiori a 10 mm/s riducono la vita dei cuscinetti quindi, alla luce degli effetti dannosi delle vibrazioni secondarie, Pruftechnik analizza il comportamento funzionale e di danneggiamento dei cuscinetti nella nota applicativa Field Balancing under Difficult Conditions ( Bilanciatura in campo in condizioni difficili ), scaricabile dal sito: downloads/an17_balancing.pdf. 1. Ventilatore industriale Massa del rotore m = 4000 kg RPM n = 1500 rpm Raggio di bilanciatura r = 500 mm Grado G 6.3 (in base a DIN ISO 1940) Domanda: Sono ammissibili 21 g di sbilanciamento residuo? e all = 38 g mm kg come da grafico u = Rest r m 21 g 500 mm = 4000 kg = 2.6 g mm kg => 21 g di sbilanciamento residuo sono ammissibili! 2. Ventilatore di precisione Massa del rotore m = 220 kg RPM n = 6000 rpm Raggio di bilanciamento r = 200 mm Grado G 2.5 (in base a DIN ISO 1940) Domanda: Sono ammissibili 5 g di sbilanciamento residuo? e all = 4 g mm kg RPM come da grafico u = Rest r m 5 g 200 mm = 220 kg g mm = 4.5 kg => 5 g di sbilanciamento residuo NON sono ammissibili! 4

5 5 Applicazione di Condition Monitoring Monitorare la lubrificazione dei cuscinetti con uno strumento di vibrazioni Florian Buder Quando occorre rilubrificare i cuscinetti a rullo lubrificati a grasso? Molti cuscinetti di grandi dimensioni sono dotati di lubrificatori automatici continui, ma a volte questi sistemi non sono convenienti come nel caso del ventilatore mostrato in Figura 1. Queste unità, difatti, vengono in genere lubrificate manualmente a intervalli predefiniti. Ma quanto devono durare questi intervalli? I sistemi di Condition Monitoring online (CMS online) possono fornire una risposta. Quando un cuscinetto a rullo funziona a secco genera un rumore facile da rilevare, per esempio nello Fig. 1: Sistema di ventilazione Fig. 2: Frequenza di disturbo in banda larga Fig. 3: Dopo la lubrificazione, i valori di accelerazione sono diminuiti spettro d accelerazione ad alta frequenza. A quel punto, è sicuramente ora di lubrificare il cuscinetto per ridurre lo sforzo da vibrazioni. Con un CMS avanzato a selezione di frequenza, le frequenze di disturbo in banda larga mostrate in Figura 2 possono essere selezionate come bande di frequenza di lubrificazione caratteristiche e le relative ampiezze possono essere monitorate come valori tendenziali. La figura 3 dimostra che gli intervalli di lubrificazione sono molto facili da determinare: dopo la lubrificazione, l ampiezza dei valori di accelerazione è notevolmente diminuita. Naturalmente, per utilizzare questo metodo d analisi è necessario anzitutto identificare la banda di frequenza su cui le condizioni di lubrificazione esercitano un impatto. Piccolo Glossario Sapete cosa significano? Bilanciatura Procedura per controllare la distribuzione del peso su un rotore e, se necessario, correggerla tramite l aggiunta di un peso di bilanciatura per assicurarsi che le vibrazioni alla frequenza di rotazione e/ o le sollecitazioni sui cuscinetti rimangano entro i limiti specificati alla velocità di funzionamento della macchina. Rotore rigido Un rotore il cui assta perfettamente rettilineo lungo l intera curva delle velocità d esercizio (nessuna flessione). Rotore elastico Un rotore il cui asse tende a flettersi nella curva delle velocità d esercizio generando uno sbilanciamento che va corretto alle alte velocità e su piani multipli. Bilanciatura su un piano (bilanciatura statica) Procedura in base alla quale la distribuzione del peso di un rotore rigido viene corretta 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 correzione dello sbilanciamento in più di due piani di bilanciatura. 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 all asse di rotazione. Sbilanciamento dinamico Sbilanciamento che si verifica quando l asse 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 rotantta 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. anche esempi a pag. 4. Valori caratteristici di sbilanciamento Vibrazioni dei cuscinetti, vibrazioni dell albero e valori di prestazione. Angolo di fase Misura dell intervallo angolare tra l attivazione dell impulso trigger e la massima ampiezza delle vibrazioni. Velocità critica flessionale La velocità rotazionale in cui un rotore tende a flettersi assumendo una determinata forma naturale. Ogni rotore è soggetto a diverse velocità critiche flessionali.

6 Applicazione d allineamento Misurare la linearità e la planarità Michael Stachelhaus Quando le vibrazioni da rotazione aumentano, la ricerca di cause geometriche delle vibrazioni dovrebbe far parte integrante della manutenzione proattiva. Oltre alle tolleranze dimensionali, le tolleranze geometriche assumono una certa importanza nei sistemi di ventilatori e soffianti ad alta velocità. Esempi di anomalie geometriche sono le irregolarità 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 della linearità del supporto di una grande soffiante. L operatore della soffiante si è affidato alla PRÜFTECHNIK per misurare la linearità del basamento del motore durante un intervento di revisione sulla macchina. I risultati hanno mostrato un dislivello di 1,2 mm. presso uno dei piedi d appoggio. Un dislivello di questa portata può influenzare il funzionamento delle macchine e, nel caso di questo gruppo, generava delle vibrazioni potenzialmente dannose per il motore. Una volta effettuate le misurazioni con LEVALIGN, l errore è stato corretto prima di installare di nuovo il motore revisionato tramite il calcolo degli spessori 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 misurazione di controllo, effettuata sul livello di vibrazioni, ha dimostrato che il motore funzionava nell ambito delle tolleranze ammissibili. Fig. 1: Preparativi prima della misurazione e panoramica dei componenti misurati 6 Fig. 2: Il rapporto grafico di LEVALIGN mostra il dislivello del piede anteriore sinistro del motore

7 Concetti di base del Condition Monitoring Calcolare le frequenze naturali delle cinghie Dr. Edwin Becker Nei gruppi di piccola e media potenza si usano a volte gli azionamenti a cinghie e pulegge per adattare le velocità degli azionamenti a quelle delle macchine. Dato che le cinghie trasmettono solo una quantità limitata di potenza, le macchine usano in genere parecchie cinghie della stessa lunghezza oppure cinghie dentate. La lunghezza delle cinghie deve rientrare in determinate tolleranze, il mancato rispetto delle quali provoca in genere forti vibrazioni generate dalla distribuzione irregolare del carico sulle singole cinghie. Il lato scarico della cinghia deve apparire leggermente allentato quando la trasmissione si trova sotto carico. Se tale lato risulta troppo teso, la cinghia tende a slittare sulla puleggia generando alti livelli di rumore. Se la cinghia invece oscilla, la causa delle vibrazioni può essere stabilita tramite l analisi delle d r L w D r frequenze. Le vibrazioni dovute esclusivamente a difetti delle cinghie si manifestano alla frequenza caratteristica della cinghia e presentano un gran numero di armoniche, con ampiezze maggiori lungo la direzione di trasmissione della forza. In genere, il calcolo delle frequenze della cinghia mostra valori che raggiungono i 100 Hz. La frequenza della cinghia può essere calcolata come segue: f B = D r n D d = r n p 60 L w 60 L w Dr in mm = Diametro effettivo della puleggia np in rpm = Velocità della puleggia Lw in mm = Lunghezza effettiva della cinghia Oltre alla frequenza della cinghia, anche la frequenza rotazionale della puleggia d azionamento può comparire fino alla quinta armonica. A volte i livelli di vibrazione possono aumentare e diminuire a cicli periodici. Infine, un altra caratteristica tipica degli azionamenti a cinghie e pulegge è la necessità di evitare i rapporti 1:1, poiché spesso provocano vibrazioni insolite. 7 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 fieldoriented con modulazione dell ampiezza d impulso (PWM) raggiungono i ms, mentre gli inverter con controllo U/f senza rigenerazione del segnale hanno tempi di controllo che superano in modo significativo i 100 ms. Nei ventilatori sono desiderabili dei tempi rapidi di controllo della coppia per poter accelerare il momento d inerzia del ventilatore in un breve periodo di tempo. Tuttavia, un tempo rapido di controllo della coppia ha lo svantaggio di poter generare vibrazioni in grado di eccitare le frequenze meccaniche proprie nel gruppo di ventilazione. Con i tempi di controllo sopra illustrati, gli inverter DTC e PWM possono eccitare frequenze proprie rispettivamente fino a 1000 Hz e 100 Hz, mentre i semplici inverter U/ f eccitano al massimo frequenze naturali fino a 10 Hz. Per limitare il rischio di risonanza, i ventilatori sono spesso do- Fig.1: Curva carico-risonanza riferita al primo ordine, misurata sul motore tati di sistemi di protezione come VIBREX che fermano il ventilatore non appena viene superata la velocità ammissibile delle vibrazioni. Il rischio di risonanza dovuto agli inverter può essere valutato tramite il TTS o con misurazioni temporanee delle vibrazioni o della velocità. Questi due fattori vengono misurati insieme e mostrati in un grafico vibrazioni velocità. Nella Figura 1, il livello vibratorio di un ventilatore di scarico, misurato in Banda di Risonanza funzione della sua velocità di funzionamento, evidenzia la presenza di una risonanza. La curva è stata misurata in condizioni di normale funzionamento con fluttuazioni della velocità d esercizio. Dopo sole tre ore di misurazioni sotto carico, si è concluso che una velocità di rotazione compresa tra 2840 e 2920 rpm tende ad aumentare il carico da vibrazioni sul motore, con la conseguente necessità di smorzare questo campo di velocità nell inverter.

8 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 critiche 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 impiego di punti di misura codificati diventa così molto conveniente: nella figura vediamo la directory ad albero dei punti di misura di una soffiante, utilizzata dalla PRÜFTECHNIK per effettuare il servizio diagnostico in base alle misurazioni fornite dall operatore. I rapporti vengono quindi preparati e inviati prontamente al cliente. 8 Misurazione dei basamenti Spesso le soffianti sono installate su basamenti flessibili, per mantenere entro bassi livelli i carichi da vibrazioni sui basamenti stessi e sui supporti. Con il VIBXPERT, un accelerometro adatto alle misurazioni a bassa frequenza ed un idoneo sistema di fissaggio, le vibrazioni generate nel basamento possono venir registrate con estrema precisione. Date Per informazioni su fiere, seminari e altri importanti eventi del gruppo PRÜF- TECHNIK, visitate il nostro sito Il Centro di Monitoraggio è stato certificato il Centro di Monitoraggio della PRÛF- TECNIK AG ha ricevuto la certificazione del Germanische Lloyd Industrial Service, un ulteriore conferma che le sue procedure sono conformi alla Direttiva GL IV, parte 4, della GL Wind. Pertanto la PRÜF- TECHNIK offre ai suoi clienti non solo hardware e software di classe mondiale, ma anche un gran numero di servizi diagnostici offerti da un centro di monitoraggio certificato. Per ottenere questo prestigioso riconoscimento, tutte le procedure seguite nel Centro di Monitoraggio sono state adattate agli standard di ISO PRUFTECHNIK S.r.l. Via De Nicola, 12/E I Cesano Boscone (MI) Tel.: Fax: info@pruftechnik.it PRÜFTECHNIK Condition Monitoring Ismaning, Germany Tel: Fax: info@pruftechnik.com