Quali sono le modalità comuni di guasto dovuto alle vibrazioni delle pompe centrifughe orizzontali

Pompe centrifughe orizzontali svolgono un ruolo fondamentale nella produzione industriale e le vibrazioni sono un indicatore fondamentale delle loro condizioni operative e della loro affidabilità. Le vibrazioni anomale non solo accelerano l'usura di componenti critici come cuscinetti, tenute meccaniche e giunti, ma possono anche portare a tempi di fermo macchina imprevisti.

1. Modalità di guasto meccanico

Il guasto meccanico è la fonte di vibrazione più comune e distruttiva nelle pompe centrifughe. Le sue caratteristiche si verificano spesso a frequenze armoniche della velocità del rotore (1X), due volte la velocità (2X) o superiori.

1.1 Squilibrio

Lo squilibrio è causato da una distribuzione non uniforme della massa nella girante, nel giunto o nell'albero della pompa stessa.

Cause: difetti di fusione, usura irregolare, chiavetta o sede asimmetrica oppure corrosione/sporcizia della girante durante il funzionamento a lungo termine.

Caratteristiche di vibrazione: l'energia di vibrazione è concentrata principalmente alla frequenza di velocità 1X, l'ampiezza è generalmente ampia e la direzione di vibrazione (radiale) è stabile.

Impatto: ciò provoca la generazione di forze centrifughe periodiche durante la rotazione dell'albero della pompa, esercitandole continuamente sui cuscinetti e accelerando il cedimento per fatica dei cuscinetti.

1.2 Disallineamento

Il disallineamento si riferisce alla deviazione della linea centrale o dell'angolo tra la trasmissione (ad esempio il motore) e l'albero della pompa.

Tipi: il disallineamento parallelo e il disallineamento angolare sono classificati come segue.

Caratteristiche di vibrazione: la caratteristica più tipica è un aumento significativo dell'energia di vibrazione a 2X la frequenza della velocità di rotazione, sebbene possano verificarsi anche frequenze 1X e 3X. Il disallineamento radiale può essere maggiore a 2X la frequenza della velocità di rotazione, mentre il disallineamento angolare è elevato sia alle frequenze 1X che a 2X.

Impatto: ciò provoca cambiamenti periodici di flessione e sollecitazione nel giunto durante la rotazione, generando forze di reazione significative che possono danneggiare seriamente il giunto, i cuscinetti e le tenute meccaniche.

1.3 Difetti dei cuscinetti

I cuscinetti sono componenti critici che resistono alle forze radiali e assiali. Il loro guasto è una delle principali cause di fermo delle apparecchiature.

Caratteristiche di vibrazione: i guasti dei cuscinetti non si manifestano alla frequenza 1X o 2X, ma producono invece vibrazioni uniche ad alta frequenza, note come frequenze caratteristiche del cuscinetto. Queste frequenze includono le frequenze della pista interna (BPFI), della pista esterna (BPFO), della sfera/rullo (BSF) e della gabbia (FTF).

Fase di sviluppo: i guasti nella fase iniziale possono manifestarsi come rumore casuale ad alta frequenza; nella fase intermedia emergono frequenze caratteristiche portanti distinte e le loro armoniche; nella fase avanzata, queste frequenze vengono sopraffatte, manifestandosi come vibrazioni ad alta frequenza a banda larga.

1.4 Allentamento della fondazione e risonanza strutturale

L'allentamento e la risonanza delle fondazioni sono "killer invisibili" nella diagnosi delle vibrazioni delle pompe centrifughe.

Allentamento meccanico: bulloni di ancoraggio allentati, piastre di base irregolari o gioco eccessivo tra la sede del cuscinetto e la base.

Caratteristiche di vibrazione: tipicamente manifestate come una serie di vibrazioni armoniche alle frequenze di velocità 1X, 2X e 3X, spesso con la presenza di frequenze a metà velocità (0,5X) o subarmoniche ancora più complesse, sono segni tipici di allentamento meccanico non lineare.

Risonanza strutturale: si verifica quando la frequenza operativa della pompa (1X) si avvicina alla frequenza naturale della pompa o del sistema di tubazioni.

Impatto: risultante in una notevole amplificazione dell'ampiezza delle vibrazioni, con squilibri o disallineamenti anche minori che causano vibrazioni significative.

2. Modalità di guasto idraulico

I guasti idraulici sono causati da cambiamenti nel flusso o nella pressione del liquido e sono strettamente correlati al punto di funzionamento della pompa.

2.1 Cavitazione

La cavitazione è il fenomeno della formazione e collasso di bolle causato dalla pressione sul lato di aspirazione della pompa che scende al di sotto della pressione del vapore saturo del liquido pompato.

Caratteristiche di vibrazione: viene generato un rumore unico, casuale, a banda larga, con energia di vibrazione diffusa nella gamma delle alte frequenze, che ricorda come pietre che rotolano o si rompono all'interno del corpo della pompa.

Impatto: la cavitazione provoca gravi danni per vaiolatura al materiale della girante, con conseguente forte calo della prevalenza e dell'efficienza.

2.2 Picco e ricircolo

L'instabilità idraulica può verificarsi quando una pompa centrifuga funziona al di sotto o al di sopra della portata di progetto (BEP), soprattutto a flussi bassi.

Ricircolo: a flussi bassi, il liquido può rifluire all'ingresso o all'uscita della girante, provocando uno shock idraulico.

Picco: in alcune pompe centrifughe o sistemi paralleli multipompa, possono verificarsi ampie fluttuazioni periodiche di pressione e flusso durante il funzionamento a basso flusso.

Caratteristiche della vibrazione: tipicamente si manifesta come vibrazione a bassa frequenza, tipicamente inferiore a 1× la velocità di rotazione, o accumulo di energia a bassa frequenza a banda larga. Questa vibrazione esercita carichi d'urto ciclici sui cuscinetti.

2.3 Frequenza di passaggio lama (BPF)

BPF è la pulsazione di pressione causata dal disturbo periodico del fluido mentre le pale della girante passano attraverso il taglia-acqua a voluta o le alette del diffusore.

Calcolo: BPF = Velocità × Numero di pale.

Caratteristiche della vibrazione: l'energia della vibrazione è concentrata nel BPF e nelle sue armoniche.

Impatto: sebbene di solito sia un fenomeno operativo normale, se l'ampiezza del BPF è troppo elevata, ciò indica che il gioco (gioco radiale) tra la linguetta della voluta e il diametro esterno della girante non è progettato correttamente o è gravemente usurato, oppure c'è un problema di adattamento idraulico tra la girante e la voluta.