J.P.C. GUTIERREZ - MANUTENÇÃO INDUSTRIAL: ANALISE DE VIBRAÇÃO DOS MANCAIS DA TURBINA - O.S. Nº 085679234
Além dos problemas mecânicos das máquinas com mancais de deslizamento como desbalanceamento, desalinhamento, eixo torto, excentricidade, ressonância, etc. Existem alguns problemas ou defeitos típicos dos mancais de deslizamento como folga excessiva, turbilhão de óleo e lubrificação inadequada.
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| Mancal de deslizamento |
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| 23 anos de experiência !!! |
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| Analisador de vibrações utilizado |
Para
que um problema de folga do mancal que se manifeste como tal é necessária a presença de forças de
excitação devido ao desequilíbrio, desalinhamento, etc. que excitam amplificando o problema,
resultando em altos níveis de vibração. Um mancal deslizante sobrecarregado é menos
capaz de absorver forças devido a problemas mecânicos e resulta em altos níveis
de vibração a 1x, 2x RPM e harmônicos mais elevados. Meios harmônicos (1,5x,
2,5x, 3,5x RPM, etc.) e sub-harmônicos (0,5x RPM) também podem aparecer,
conforme se apresentam no caso de folgas nos mancais deslizantes. A folga condiciona a
posição do eixo dentro do mancal liso, de modo que folga excessiva pode levar ao
posicionamento incorreto e, consequentemente, ao fenômeno de desalinhamento,
com aparecimento de vibrações e frequências características deste problema.
Redemoinho de óleo
O
turbilhão de óleo é um problema típico de mancal liso. Este problema ocorre
principalmente em máquinas com rolamentos equipados com sistemas de lubrificação
de alta pressão e altas velocidades de rotação de operação, geralmente acima da
velocidade crítica do rotor. A vibração típica associada ao turbilhão de óleo é
sub-síncrona, apresentando no espectro uma frequência na faixa entre 0,43 e
0,48x RPM, podendo produzir falhas catastróficas se a velocidade de giro do
rotor for duas vezes uma das velocidades críticas, devido ao excitação da
frequência natural do rotor. Este fenômeno é conhecido como recocheteio de óleo.
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| Espectro obtido por redemoinho de óleo |
Isto,
aliado ao fato de o defeito ser instável, significa que deve ser tratado com
especial atenção, analisando todas as possíveis causas raízes que originam o
seu aparecimento.
O
fenômeno do turbilhão de óleo está frequentemente relacionado a um projeto de mancal inadequado. Por exemplo, se a carga estática do eixo no rolamento for
muito leve, então a força gerada pela rotação da película de óleo pode ser a
força dominante, caso em que a máquina estará muito suscetível a sofrer
turbulência de óleo. O desgaste excessivo dos rolamentos é um problema que
contribui para o turbilhão do óleo. A tendência da máquina de desenvolver turbilhão
de óleo depende da quantidade de excentricidade do eixo dentro dos rolamentos.
Entretanto, em um rolamento desgastado, o eixo girará cada vez mais excêntrico,
aumentando o desgaste do rolamento e, portanto, aumentando a probabilidade de
turbilhão de óleo. Um aumento na pressão do óleo ou na viscosidade também pode
aumentar as chances de problemas de turbilhão de óleo. Quando um problema de
turbilhão de óleo é encontrado, soluções temporárias podem ser aplicadas para
corrigi-lo, tais como: aumentar a temperatura do óleo para que a viscosidade
diminua ou aumentar a carga do rolamento introduzindo um pequeno desequilíbrio
ou desalinhamento. Atualmente existem projetos de mancais lisos especiais que
visam reduzir as chances de aparecimento de turbilhão de óleo.
Na
figura a seguir apresentamos um espectro característico de um problema de
turbilhão de óleo. O espectro foi obtido conectando-se à saída tamponada do
painel frontal do sistema de monitoramento contínuo de uma bomba vertical de
refrigeração de usina nuclear, e um pico dominante foi observado em 0,47 × RPM.
Durante a coleta de dados observou-se como a amplitude da amplitude do pico era
muito variável, característica que mostra a instabilidade do próprio fenômeno.
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| Exemplo de espiral de óleo em uma bomba vertical |
Quando o sistema de lubrificação falha ou o óleo utilizado não é o adequado, o rotor pode atingir a parede do mancal produzindo atrito e originando uma vibração tangencial como no caso anterior, mas conceitualmente diferente e também em uma frequência muito diferente, geralmente alta e não relacionada com a rotação da máquina.
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| Lubrificação inadequada |
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| Juan Pablo Capitani Gutierrez |