Pompe centrifughesono vitali nel trasporto di fluidi industriali e una leggera vibrazione è normale secondo ANSI/HI 9.6.4. Tuttavia, vibrazioni eccessive causano una forte usura e un aumento dei costi. Poiché le vibrazioni sono semplicemente un sintomo, in genere derivano da tre categorie sovrapposte: difetti di progettazione/selezione, guasti interni e interferenze esterne del sistema. Questo documento analizza queste cause principali per guidare l'ispezione e la manutenzione delle apparecchiature.
Tali guasti hanno un basso tasso di incidenza in loco, ma sono la causa principale dei problemi delle apparecchiature che richiedono un'indagine prioritaria, principalmente derivanti da progettazione, produzione, selezione dei materiali e selezione del modello inadeguati.
La velocità critica si riferisce alla velocità di rotazione teorica corrispondente alla risonanza intrinseca dell'apparecchiatura. Le pompe centrifughe orizzontali sono progettate in modo ottimale prima della consegna con una velocità critica superiore alla velocità nominale per evitare risonanza. Tuttavia, le pompe a turbina verticali e altre apparecchiature verticali sono soggette a risonanza durante il funzionamento se la velocità critica non viene controllata in fase di progettazione. Inoltre, la mancanza dei supporti delle tubazioni e le condizioni operative disordinate delle unità multi-pompa modificheranno la frequenza intrinseca del sistema e indurranno vibrazioni, che possono essere risolte regolando la velocità operativa o ricostruendo la struttura dell'apparecchiatura.
In conformità con la norma ISO 1940/1, le giranti delle pompe centrifughe devono raggiungere una precisione di equilibrio dinamico di Grado 6.3. La calibrazione di fabbrica inferiore agli standard, i tagli post-manutenzione, le incrostazioni e la corrosione a lungo termine e l'adesione di corpi estranei danneggeranno lo stato di equilibrio. La forza centrifuga periodica generata durante il funzionamento ad alta velocità provoca vibrazioni regolari, che richiedono lo smontaggio e la calibrazione professionale del bilanciamento dinamico. In alcuni casi, anche la produzione sbilanciata del rotore del motore può causare vibrazioni, che possono essere ispezionate in conformità con gli standard elettrici NEMA.
La mancata corrispondenza tra i materiali del corpo pompa e della girante e il mezzo convogliato causerà erosione e corrosione, danneggiando la precisione dei componenti e inducendo vibrazioni. Nel frattempo, la selezione inadeguata dell'attrezzatura e un'insufficiente altezza di aspirazione netta positiva (NPSH) porteranno a una grave cavitazione. Il collasso istantaneo delle bolle nella zona ad alta pressione genera una forte forza d'impatto, causando forti vibrazioni complessive della pompa. Inoltre, la cavitazione continua usura la girante e aggrava i guasti.
Sebbene la tolleranza dei singoli componenti sia conforme alle specifiche industriali, è probabile che l'accumulo di tolleranza dopo l'assemblaggio di più parti induca vibrazioni. Inoltre, problemi comuni come piede zoppo, accoppiamento sbilanciato e bulloni di ancoraggio allentati dopo una nuova installazione o manutenzione comporteranno sollecitazioni irregolari dell'apparecchiatura e vibrazioni continue.
I guasti interni sono gli incentivi più frequenti alle vibrazioni in loco, causati da anomalie nei componenti della pompa e del motore con caratteristiche di guasto stabili e ripetibili, e costituiscono il fulcro della manutenzione quotidiana.
Il montaggio di giunti disassati, lo spostamento operativo e la manutenzione non standard di pompe e motori causeranno il disallineamento dell'albero, generando forza di impatto radiale durante il funzionamento e innescando vibrazioni. La calibrazione deve seguire rigorosamente gli standard di progettazione del produttore della pompa. Inoltre, la flessione dell'albero della pompa causata dal sovraccarico dell'attrezzatura, dalla deformazione ad alta temperatura e dall'impatto esterno porta all'eccentricità del rotore e amplifica significativamente l'ampiezza delle vibrazioni.
I cuscinetti sono componenti di supporto fondamentali del sistema del rotore. Un olio lubrificante insufficiente, deteriorato o non corrispondente e la contaminazione da impurità aumenteranno l'attrito operativo e indurranno vibrazioni ad alta frequenza. Nel frattempo, il funzionamento a lungo termine dei cuscinetti porta all'usura per fatica, al distacco delle piste e al gioco eccessivo. La mancata sostituzione tempestiva dei cuscinetti aggraverà continuamente le vibrazioni e causerà persino il bloccaggio dei cuscinetti e l'arresto dell'apparecchiatura.
La rotazione inversa della pompa causata da un cablaggio errato del motore disturberà le condizioni idrauliche e innescherà vibrazioni. Il blocco parziale o completo della girante comporta un trasporto irregolare del mezzo e un carico anomalo, accompagnati da vibrazioni e fluttuazioni di corrente. La deformazione dell'albero della pompa provoca sollecitazioni irregolari sui cuscinetti e sulle sedi delle valvole, creando rischi di vibrazioni nascoste a lungo termine.
I dati sul funzionamento e sulla manutenzione sul campo mostrano che la maggior parte delle vibrazioni delle pompe centrifughe hanno origine da problemi esterni del sistema, che sono altamente nascosti e facilmente interpretati erroneamente come guasti intrinseci dell'apparecchiatura.
Le sollecitazioni di trazione ed estrusione generate dall'aggancio forzato della tubazione agiscono sull'interfaccia della pompa, provocando la deformazione della pompa e lo spostamento dell'albero. Supporti mancanti della tubazione, ganci allentati e disposizione irragionevole portano allo scuotimento della tubazione e la vibrazione trasmessa alla pompa provoca vibrazioni complessive dell'unità. Nel frattempo, l’aumento del peso proprio delle tubazioni riempite d’acqua genera facilmente ulteriore stress e induce vibrazioni continue.
Bulloni di ancoraggio allentati, base in cemento fessurata, livellamento irregolare delle fondazioni e malta non standard causano difetti del piede morbido, con conseguente sollecitazione irregolare del supporto e scuotimento operativo della pompa. Inoltre, le vibrazioni formano un circolo vizioso che aggrava continuamente i danni alle fondamenta, che si verificano frequentemente nelle apparecchiature appena installate o dopo la manutenzione.
L'intero sistema di pompe e tubazioni ha una frequenza naturale. La risonanza si verifica quando la frequenza di vibrazione operativa della pompa si sovrappone alla frequenza naturale del sistema, amplificando leggere vibrazioni e causando danni da affaticamento ai componenti e forti vibrazioni generali. Questo problema può essere evitato ottimizzando la struttura della pipeline e modificando il layout del sistema.
In sintesi,pompa centrifugale vibrazioni sono causate dalla sovrapposizione di progettazione e selezione, componenti interni e fattori esterni del sistema, tra cui lo stress della tubazione e l'installazione non standard delle fondazioni sono incentivi comuni in loco. Una leggera vibrazione è un fenomeno normale, ma una vibrazione eccessiva mette a rischio la durata dell'apparecchiatura e la sicurezza della produzione.
Un controllo efficace delle vibrazioni e un funzionamento stabile ed efficiente della pompa possono essere ottenuti attraverso la selezione e l'installazione standardizzata, la manutenzione regolare, il layout ottimizzato delle tubazioni e l'eliminazione della risonanza.
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