Cosa causa la vibrazione della pompa? Vibrazioni eccessive nelle pompe possono portare a prestazioni ridotte, maggiori costi di manutenzione e persino al guasto completo.
In questo post del blog esploreremo i principali fattori che contribuiscono alle vibrazioni della pompa e forniremo spunti pratici per identificare e affrontare questi problemi in modo efficace.
Cause meccaniche della vibrazione della pompa
1. Squilibrio del rotore
Squilibrio statico e dinamico
Lo squilibrio del rotore, una causa comune di vibrazioni eccessive nelle pompe centrifughe, può essere classificato come statico o dinamico.
Lo squilibrio statico si verifica quando il centro di massa è spostato dall'asse di rotazione, facendo sì che il rotore subisca una forza netta.
Lo squilibrio dinamico, d'altro canto, si verifica quando l'asse di inerzia principale non è allineato con l'asse di rotazione, risultando in una coppia netta.
Cause ed effetti sulle vibrazioni
Fattori come la non uniformità dei materiali, le tolleranze di produzione e l'usura irregolare contribuiscono allo squilibrio del rotore.
Un rotore sbilanciato genera vibrazioni indesiderate, che comportano un aumento dei carichi sui cuscinetti, una durata ridotta delle guarnizioni e potenziali danni strutturali.
La frequenza di vibrazione corrisponde tipicamente alla velocità di funzionamento della pompa, con un'ampiezza proporzionale al grado di squilibrio.
Come risolvere
Per mitigare gli effetti dello squilibrio del rotore, vengono impiegate varie tecniche di bilanciamento. Il bilanciamento su un piano è adatto per rotori corti e rigidi, mentre il bilanciamento su due piani è necessario per rotori più lunghi e flessibili.
2. Albero piegato
Come un albero piegato induce vibrazioni
Un albero piegato introduce un'asimmetria geometrica che fa oscillare il rotore durante la rotazione. Questa oscillazione genera una vibrazione alla frequenza di rotazione dell'albero, spesso accompagnata da armoniche.
L'intensità della vibrazione dipende dal grado di deflessione dell'albero e dalla velocità di funzionamento del rotore.
Metodi per rilevare e quantificare il runout dell'albero
L'eccentricità dell'albero, una misura della deviazione dell'albero da una linea retta, può essere rilevata utilizzando comparatori o strumenti di allineamento laser. Questi strumenti misurano lo spostamento radiale dell'albero in vari punti, consentendo di quantificare l'entità della curvatura.
Considerazioni sul raddrizzamento e sulla sostituzione dell'albero
Se viene identificato un albero piegato, è necessario intraprendere azioni correttive. Per piegature minori, possono essere impiegate tecniche di raddrizzatura dell'albero, come la raddrizzatura a freddo o a caldo.
Tuttavia, se la piegatura è grave o l'albero ha subito più tentativi di raddrizzamento, spesso è necessaria la sostituzione per garantire un funzionamento affidabile della pompa e prevenire ulteriori danni ai componenti associati.
3. Squilibrio della girante
Cause dello squilibrio della girante
Lo squilibrio della girante può derivare da vari fattori, tra cui erosione, corrosione e incrostazioni.
L'erosione si verifica quando le particelle abrasive nel fluido pompato consumano il materiale della girante in modo non uniforme.
La corrosione, causata dalle reazioni chimiche tra la girante e il fluido pompato, può portare a perdite di materiale non uniformi.
Anche le incrostazioni, ovvero l'accumulo di detriti sulle superfici della girante, contribuiscono allo squilibrio.
Effetti sulle vibrazioni e sulle prestazioni della pompa
Una girante sbilanciata genera vibrazioni alla velocità di funzionamento della pompa e ai suoi multipli. Queste vibrazioni possono causare un'eccessiva usura dei cuscinetti, guasti alle guarnizioni e danni al giunto.
Inoltre, lo squilibrio della girante può portare a una riduzione dell'efficienza della pompa, a un aumento del consumo energetico e a una diminuzione della portata, poiché le prestazioni idrauliche della girante vengono compromesse.
Tecniche di bilanciamento e trimming della girante
Per risolvere lo squilibrio della girante, è possibile eseguire il bilanciamento in situ o la regolazione della girante.
Il bilanciamento in situ comporta l'aggiunta o la rimozione di materiale dalla girante mentre è installata nella pompa, utilizzando strumenti e tecniche specializzate.
La rifinitura della girante, invece, richiede la rimozione della girante e la lavorazione delle sue superfici per ripristinare l'equilibrio.
4. Problemi con i cuscinetti
Tipi di guasti ai cuscinetti e loro segni di vibrazione
Le modalità di guasto più comuni includono difetti della pista interna, difetti della pista esterna, difetti della sfera o del rullo e guasti alla gabbia.
Questi difetti generano vibrazioni a frequenze di guasto specifiche, correlate alla geometria del cuscinetto e alla velocità di rotazione.
L'analisi dello spettro delle vibrazioni può aiutare a identificare il tipo e la gravità del guasto del cuscinetto.
Cause di guasti ai cuscinetti
I guasti ai cuscinetti possono derivare da molteplici cause, come lubrificazione inadeguata, sovraccarico e disallineamento.
Una lubrificazione inadeguata porta ad un aumento dell'attrito e della generazione di calore, accelerando l'usura.
Il sovraccarico, causato da forze radiali o assiali eccessive, può provocare guasti prematuri per fatica.
Il disallineamento, sia angolare che parallelo, induce ulteriori sollecitazioni sui cuscinetti, riducendone la durata.
Strategie di manutenzione e monitoraggio delle condizioni dei cuscinetti
Una lubrificazione regolare, utilizzando lubrificanti e quantità adeguate, aiuta a ridurre l'attrito e a dissipare il calore.
Le tecniche di monitoraggio delle condizioni, come l'analisi delle vibrazioni, il monitoraggio della temperatura e l'analisi dell'olio, forniscono informazioni sullo stato di salute del cuscinetto.
5. Disallineamento dell'albero
Tipi di disallineamento
Il disallineamento dell'albero può essere classificato in tre tipi: angolare, parallelo e combinato.
Il disallineamento angolare si verifica quando gli alberi sono inclinati tra loro, mentre il disallineamento parallelo si verifica quando gli alberi sono sfalsati ma rimangono paralleli. Il disallineamento combinato è una combinazione di disallineamento angolare e parallelo ed è il tipo più comune riscontrato sul campo.
Effetti sulle vibrazioni e sull'usura dei giunti
Gli alberi disallineati generano vibrazioni sul giunto, con frequenze generalmente multiple della velocità di rotazione dell'albero.
Queste vibrazioni possono causare un'usura accelerata dei componenti del giunto, portando a guasti prematuri.
Inoltre, il disallineamento può indurre carichi radiali e assiali eccessivi sui cuscinetti, riducendone la durata e aumentando il rischio di guasti catastrofici.
Tecniche di allineamento e tolleranze
Per correggere il disallineamento dell'albero, vengono impiegate varie tecniche di allineamento, tra cui l'allineamento laser, il metodo del comparatore inverso e il metodo dello spessimetro.
L'allineamento laser è la tecnica più accurata ed efficiente, poiché utilizza raggi laser per misurare e regolare le posizioni relative degli alberi.
Cause idrauliche della vibrazione della pompa
1. Cavitazione
Spiegazione della cavitazione e delle sue cause
La cavitazione è un fenomeno che si verifica quando la pressione locale in un liquido scende al di sotto della sua pressione di vapore, provocando la formazione di bolle di vapore. Nelle pompe centrifughe, la cavitazione si verifica tipicamente all'ingresso della girante, dove il fluido subisce una rapida caduta di pressione.
Fattori come un'insufficiente prevalenza netta di aspirazione positiva (NPSH), un'elevata temperatura del fluido e linee di aspirazione limitate contribuiscono all'insorgenza della cavitazione.
Effetti su vibrazioni, rumore e danni alla pompa
La cavitazione può avere gravi conseguenze sulle prestazioni e sulla longevità della pompa. Quando le bolle di vapore collassano, generano onde d’urto ad alta intensità, che portano ad un aumento dei livelli di vibrazioni e rumore. Questo processo, noto come erosione da cavitazione, può causare danni significativi alla girante, alla voluta e ad altri componenti della pompa.
La cavitazione riduce inoltre l'efficienza della pompa e, se lasciata senza controllo, può portare al guasto completo della pompa.
Requisiti NPSH e strategie di prevenzione della cavitazione
Per prevenire la cavitazione, è fondamentale garantire che l'NPSH disponibile (NPSHA) superi sempre l'NPSH richiesto (NPSHR) specificato dal produttore della pompa.
Ciò può essere ottenuto mediante una corretta progettazione del sistema, comprese le dimensioni adeguate della tubazione di aspirazione, la riduzione al minimo delle perdite nella linea di aspirazione e il mantenimento di una pressione di aspirazione sufficiente.
Anche il funzionamento della pompa vicino al suo punto di migliore efficienza (BEP) e la selezione di una pompa con una velocità specifica di aspirazione (Nss) adeguata contribuiscono a ridurre il rischio di cavitazione.
2. Pulsazione del flusso
Cause della pulsazione del flusso
La pulsazione del flusso nelle pompe centrifughe può derivare da vari fattori, come il funzionamento in prossimità della testa di intercettazione o la risonanza del sistema.
Quando una pompa funziona vicino alla sua prevalenza di intercettazione, il flusso diventa instabile, causando fluttuazioni e pulsazioni di pressione.
La risonanza del sistema si verifica quando la frequenza di pulsazione corrisponde alla frequenza naturale del sistema di tubazioni, amplificando le vibrazioni e causando potenzialmente gravi danni.
Effetti sulle vibrazioni e sulla stabilità del sistema
La pulsazione del flusso può avere un impatto significativo sui livelli di vibrazione e sulla stabilità complessiva del sistema di pompaggio.
Il flusso oscillante induce forze alternate sulla pompa e sui componenti delle tubazioni, comportando un aumento delle vibrazioni e delle sollecitazioni.
In casi estremi, la pulsazione del flusso può causare la rottura dei tubi, danni alle apparecchiature e tempi di fermo non programmati.
Può anche interferire con il controllo del processo e la qualità del prodotto, in particolare nelle applicazioni sensibili.
Considerazioni sullo smorzamento delle pulsazioni e sulla progettazione del sistema
Per mitigare gli effetti della pulsazione del flusso, possono essere impiegate varie tecniche di smorzamento delle pulsazioni.
Queste includono l'installazione di smorzatori di pulsazioni, come accumulatori a sacca o a membrana, nella linea di scarico per assorbire le fluttuazioni di pressione. Una corretta progettazione delle tubazioni, con attenzione ai supporti, agli ancoraggi e alla flessibilità dei tubi, può aiutare a ridurre il rischio di risonanza del sistema.
Inoltre, far funzionare la pompa lontano dalla testa di intercettazione e garantire un NPSH adeguato può ridurre al minimo le instabilità del flusso.
3. Operazione fuori BEP
Punto di miglior efficienza (BEP) e curve di prestazione della pompa
Il Best Efficiency Point (BEP) è la portata alla quale una pompa centrifuga funziona con la massima efficienza. Curve di prestazione della pompa, che tracciano la prevalenza, la potenza e l'efficienza rispetto alla portata, forniscono preziose informazioni sulle caratteristiche operative della pompa.
Il funzionamento di una pompa in corrispondenza o in prossimità del suo BEP garantisce prestazioni ottimali, riduce al minimo il consumo di energia e riduce il rischio di problemi meccanici.
Conseguenze dell'operare lontano dal BEP
Il funzionamento di una pompa molto lontano dal suo BEP può avere effetti dannosi sui livelli di vibrazione e sulla durata della pompa.
A portate inferiori al BEP, la pompa subisce un aumento dei carichi radiali, con conseguente maggiore deflessione dell'albero e usura dei cuscinetti.
A portate superiori al BEP, la pompa potrebbe riscontrare cavitazione, rumore eccessivo e vibrazioni.
Il funzionamento prolungato lontano dal BEP può causare guasti prematuri ai cuscinetti, danni alle guarnizioni e usura della girante.
Importanza della corretta selezione della pompa e della progettazione del sistema
La pompa deve essere selezionata per funzionare vicino al suo BEP in condizioni operative normali, tenendo conto di fattori quali portata, prevalenza e proprietà del fluido.
Il sistema dovrebbe essere progettato per ridurre al minimo le perdite di pressione e garantire condizioni di flusso stabili.
Il monitoraggio regolare delle prestazioni della pompa e dei livelli di vibrazione può aiutare a rilevare il funzionamento fuori BEP e a suggerire azioni correttive.
Insomma
Le vibrazioni della pompa possono essere causate da vari fattori, tra cui cavitazione, disallineamento, squilibrio e problemi meccanici. Identificare e affrontare la causa principale è fondamentale per mantenere le prestazioni e la longevità della pompa.
Per ricevere assistenza da parte di esperti nella diagnosi e nella risoluzione dei problemi di vibrazione della pompa, contatta oggi stesso il nostro team esperto.
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