diagnóstico vibración de máquinas

7/23/2019 Diagnstico Vibracin de Mquinas

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Anlisis y diagnstico de las vibraciones anmalas en dos

turbo-bombas

A.E. Klempnow, J.J. Pieyro, R.A. Domnech,.V.H. Lescano

UT!"ac#l$a% Re&ional Del$a ' (ampana ' Ar&en$ina

e!mail) an%reas.*lempnow+&mail.com

Resumen

En el presen$e $raa-o se analian las ca#sas %e las al$as /iraciones 0#e se re&is$ran en

%os $#ro!omas %e 122 m34h, imp#lsa%as por #na $#rina %e 5222 HP y #na /eloci%a%

m67ima %e &iro %e 88322 RP9. El compor$amien$o oser/a%o :#e el siien$e) /alores

&loales %e /iraciones similares para amas omas, sien%o la %i:erencia principal 0#e

en #na %e ellas los mismos %ismin#;an l#e&o %e 1l$iples en$re pares %e sensores , -#n$o con la aplicaci=n %e la $cnica %eimpac$o para lle/ar a cao #n an6lisis mo%al permi$e lo&rar #n %ia&n=s$ico a%ec#a%o en

:orma rela$i/amen$e r6pi%a para #na m60#ina $an comple-a. Los res#l$a%os :#eron

/eri:ica%os me%ian$e c6lc#los con #n mo%elo %e elemen$os :ini$os los c#ales

permi$ieron /er 0#e la ca#sa principal %el prolema se enc#en$ra en #n mon$a-e

ina%ec#a%o %e la oma en s#s as$i%ores y elaorar #na sol#ci=n r6pi%a %el prolema

analia%o, simple %e implemen$ar y econ=mica.

1. Introduccin

El ?r#po %e Viraciones 9ec6nicas %e la UT!Re&. Del$a :#e cons#l$a%o para lle/ar acao #n %ia&n=s$ico %e las al$as /iraciones 0#e se re&is$ran en %os @0#e se i%en$i:icaran

como !5, !8B %e las $res $#ro!omas ins$ala%as @la $ercera !3 se encon$raa en

reparaci=n al momen$o %e realiarse las me%icionesB en #na es$aci=n %e omeo con

#na capaci%a% %e 122 m34h ca%a #na %e ellas e imp#lsa%as por #na $#rina %e 5222 HP

con #na /eloci%a% m67ima %e &iro %e 88322 RP9 y #n re%#c$or %e re%#cci=n 3.C8)5.

Las omas imp#lsan %is$in$os pro%#c$os %eri/a%os %el pe$roleo, con ampli$#%es %e

/iraci=n %is$in$as se&>n el pro%#c$o imp#lsa%o, sien%o mayores con los pro%#c$os

li/ianos. De me%iciones %isponiles %e mayo %e 822, las $#ro!omas ins$ala%as no

$ienen #n compor$amien$o similar, en la oma !5 y !3 las mayores /iraciones se

$ienen en$re 122 y 222 RP9 y l#e&o %ismin#yen, mien$ras 0#e la oma !8 $iene

al$as /iraciones a /eloci%a%es s#periores a las 222 RP9 siempre en a#men$o. En s#

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VIII Congreso Regional de ENDECampana Agosto 2011


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momen$o se proo con a:lo-ar los #lones %e ancla-e con poco res#l$a%o en las

/iraciones, e ialmen$e %esp#s %e es$as me%iciones se repar= el &ro#$in& %ea-o %el

$rineo 0#e sopor$a la oma y la $#rina sin ninna sensile me-ora.

Dei%o a es$o se %eci%e lle/ar a cao #n n#e/o con-#n$o %e me%iciones %#ran$e

arran0#es y para%as %e las omas a :in %e %e$ec$ar p#n$os %e mayor ampli$#% %e/iraci=n y :rec#encia correspon%ien$e. El compor$amien$o %e los /alores &loales en

los %is$in$os p#n$os %e me%ici=n %e las omas !5 y !8 son similares, sien%o la

%i:erencia principal 0#e en la oma !5 los /alores %ismin#yen l#e&o %e las 1an a#men$an%o a /eloci%a%es mayores a #na :rec#encia %e 57

par$ic#larmen$e en %irecci=n /er$ical presen$an%o la $;pica :orma %e #n caeceo. Los

res#l$a%os %e es$as me%iciones in%icaron la necesi%a% %e realiar #n an6lisis mo%al

e7perimen$al a :in %e %e$erminar las :rec#encias na$#rales 0#e en$ran en -#e&o en el

ran&o %e :rec#encias %e has$a 822 H. El con-#n$o %e $o%as es$as me%iciones

mos$raron claramen$e la necesi%a% %e lle/ar a cao #n es$#%io me%ian$e #na

mo%elaci=n con el m$o%o %e los elemen$os :ini$os.

El o-e$i/o %el $raa-o es mos$rar como la cominaci=n %e correlaciones m>l$iples en$re

pares %e sensores , -#n$o con la aplicaci=n %e la $cnica %e impac$o para lle/ar a cao #n

an6lisis mo%al permi$e lo&rar #n %ia&n=s$ico a%ec#a%o en :orma rela$i/amen$e r6pi%a

para #na m60#ina $an comple-a. Los res#l$a%os :#eron /eri:ica%os me%ian$e c6lc#los

con #n mo%elo %e elemen$os :ini$os los c#ales permi$ieron /er 0#e la ca#sa principal %el

prolema se enc#en$ra en #n mon$a-e ina%ec#a%o %e la oma en s#s as$i%ores.

asa%os en es$os res#l$a%os se propone #na sol#ci=n simple y econ=mica %e

implemen$ar.

2. Mediciones realizadas

En la :ira 5 se m#es$ra #n es0#ema %e las omas con s# sis$ema %e ancla-e as; como

los p#n$os %e me%ici=n con las correspon%ien$es %irecciones. Ge realiaron me%iciones

en la oma, el re%#c$or y en el $rineo, en s#i%a y a-a%a %e /eloci%a% y a r&imen

es$ale. A%icionalmen$e se realio an6lisis mo%al para la %e$erminaci=n %e :rec#encias

na$#rales %e la es$r#c$#ra. Los p#n$os %e me%ici=n son )


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con 8 canales %e Tri&&er %e 81 i$ %e ran&o %in6mico y :rec#encia %e m#es$reo m67ima

%e 81*H. El so:$ware %e a%0#isici=n y &ra:icaci=n es AD8 %esarrolla%o en la UT!

Re&. Del$a. Los aceler=me$ros son %el $ipo ilco7on Cl$imo con el o-e$i/o %e %e$erminar las :rec#encias

na$#rales 0#e in$er/ienen %#ran$e la operaci=n %e las m60#inas pro%#cien%o

resonancias. Las me%iciones se lle/aron a cao en amas $#ro!omas @!5 y !8B a

los e:ec$os %e %isponer %e #na re:erencia, $enien%o en c#en$a 0#e n#es$ro o-e$i/o

es$aa orien$a%o a %e$erminar las ca#sas %e las al$as /iraciones oser/a%as en la

oma !8, par$ic#larmen$e por encima %e las 222 RP9. (on la %isponiili%a% %e #n

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e0#ipo %e a%0#isici=n m>l$iple se $omaron #n con-#n$o m#y amplio %e me%iciones.

Pre/io a las me%iciones :inales, se $omaron #n con-#n$o %e p#n$os %e me%ici=n 0#e sean

los m6s rele/an$es posiles para $ra$ar %e i%en$i:icar el ori&en %e las /iraciones en la

!8. El es$#%io %e los res#l$a%os o$eni%os en las mismas mos$r= 0#e los p#n$os %e

me%ici=n m6s cr;$icos eran los correspon%ien$es al y 52 %e la "ira 5,oma la%o

acople y la%o lire, por lo 0#e presen$aremos el an6lisis %e las correspon%ien$esme%iciones ya 0#e los /alores &loales y %e espec$ros %e los res$an$es p#n$os %e

me%ici=n son poco si&ni:ica$i/os respec$o a es$os %os. To%as las me%iciones se

realiaron con #n ancho %e an%a en :rec#encias no mayor a I22 H, ya 0#e lo 0#e la

hip=$esis 6sica %e $raa-o inicial es$6 en la >s0#e%a %e #na resonancia mec6nica como

la ca#san$e principal %el prolema, y es$as en &eneral son %e a-a :rec#encias.

Figura 2a - 2b. $alores globales de vibracin de los acelermetros en

la !osicin %$ !ara ambas bombas &-1 y &-2.

La "ira 8a y 8 m#es$ran los /alores &loales %e /iraci=n en los p#n$os V %e amasm60#inas %#ran$e #n arran0#e. En es$os &r6:icos el e-e horion$al represen$a $iempo

%#ran$e el proceso %e s#i%a %e /eloci%a% @RP9B y sore el e-e /er$ical es$6n in%ica%as

los /alores &loales en mm4s, %e las /iraciones en el ancho %e an%a #$ilia%o, la c#r/a

en /er%e m#es$ra el /alor &loal y en rosa se in%ica las componen$es %e 57RP9 %e las

/iraciones, en alnas c#r/as los /alores 57RP9 casi coinci%en los /alores &loales

por0#e no e7is$en o$ras componen$es %e :rec#encia s#perior, y en es$e caso las %os

c#r/as se con:#n%en en #na. Ge oser/a #n compor$amien$o similar en amas omas

con /alores 0#e no s#peran los I mm4s. La %i:erencia principal ra%ica en 0#e la

me%ici=n en la !8 a par$ir %e apro7ima%amen$e 1a crecien%o,

mien$ras 0#e en la !5 %ismin#ye has$a es$ailiarse. Los /alores &loales m#es$ran

es$a $en%encia en $o%as las me%iciones en mayor o menor &ra%o @o/iamen$e son m6simpor$an$es sore la omaB. Es$e compor$amien$o es lo 0#e normalmen$e se espera

%#ran$e #n proceso %e arran0#e en la presencia %e #n %esalanceo %el sis$ema e-e!

imp#lsor!acoplamien$o por m6s pe0#eo 0#e es$e sea %ei%o a la presencia %e #na

resonancia es$r#c$#ral 0#e es e7ci$a%a por %icha :#era. En las "iras 3a y 3 se

oser/an &r6:icos similares a los an$eriores para las me%iciones realia%as en el p#n$o

52V en amas omas. Ge /#el/e a oser/ar #n compor$amien$o similar a los

an$eriores. Es$o es, para la oma !5 los /alores %e las /iraciones crecen a me%i%a

0#e se a#men$an la /eloci%a% %e la m60#ina %#ran$e el proceso %e arran0#e has$a las

222 RP9 a par$ir %e la c#al los /alores se es$ailian, por el con$rario en la oma !8

las /iraciones comienan a incremen$arse en :orma m#y ar#p$a a par$ir %e las

1


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%es%e hace $iempo, y no permi$e alcanar la /eloci%a% %e r&imen %e la !8 por %isparo

%el sis$ema %e pro$ecci=n %ei%o a al$os /alores %e /iraci=n.

La "ira 1 presen$a los %ia&ramas polares %el p#n$o 52V la%o lire /er$ical %e amas

omas, es$e %ia&rama m#es$ra las componen$es %e 57RP9 y s# :ase %an%o c#r/as 0#e

in%ican las resonancias y :rec#encias cri$icas %e la m60#ina y %e la es$r#c$#ra.

Figura #a - #b. $alores globales de vibracin de los acelermetros en la

!osicin 1'$ !ara ambas bombas "&-1 y "&-2.

La oma T!5 $iene #n l=#lo con #n m67imo en 1


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%ei%o a la presencia %e #na resonancia es$r#c$#ral los /alores son crecien$es en #n

%e$ermina%o ran&o %e RP9 %i:eren$es para las %os m60#inas, y a pesar %e 0#e en la

posici=n 52V @correspon%ien$e al la%o lire %e las omasB %e la !5 las /iraciones @en

el ran&o mos$ra%oB son mayores 0#e en la !8, los mismos comienan a %ismin#ir a

par$ir %e las 122 RP9 apro7ima%amen$e, 0#e es por o$ro la%o %on%e comienan a

incremen$arse los ni/eles %e /iraciones &loales en la oma !8, par$ic#larmen$e enel p#n$o 52V.

Figura . /om!aracin en 0uncin de las R,M de giro durante un arranue de

los $alores globales de medicin en mms3 en los !untos %$ y 1'$ de ambas

bombas.

Las "iras Ia y I m#es$ran los espec$ros %e /iraci=n @en mm4sB %e los aceler=me$ros

#ica%os en las posiciones V y 52V %e la !8, oser/6n%ose 0#e la :rec#encia

pre%ominan$e es la correspon%ien$e a 57 %e las RP9 %e la oma. Es$as :iras son

represen$a$i/as %e $o%as las me%iciones a%0#iri%as a par$ir %el ins$an$e en 0#e ses#peran las 1322 RP9, e in%ican 0#e la :#era %e %esalanceo es$6 e7ci$an%o a #na

resonancia. En es$e $ipo %e omas %os son las posiles :#en$es %e /iraci=n) alea$orias

%ei%o al :l#i%o o por %esalanceo 4 %esalineaci=n %el con-#n$o e-e!imp#lsor. La

presencia %e amos $ipos %e e7ci$aci=n se apreciaron en los espec$ros %el p#n$o 52H

la%o lire %e las omas !8 y !5, con /alores menores a los 3 mm4s pre%ominan%o la

57RP9 %ei%o al %esalanceo resi%#al %el ro$or %on%e. Los /alores %e /iraci=n en la

posici=n horion$al no son impor$an$es compara%os con los respec$i/os en la %irecci=n

/er$ical. (laramen$e, la %i:erencia es$6 in%ican%o #na &ran %i:erencia %e elas$ici%a% en

las %irecciones /er$ical y horion$al.

VFFF (on&reso Re&ional %e EDE (ampana ' A&os$o 8255 I


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Figura a 4 b. Es!ectro de vibracin de los acelermetros ubicados en las

!osiciones %$-1'$ de la bomba &-2 a '#' R,M. 5e observa ue la vibracin

!redominante es 16. 5e identi0ican adems en el !rimer caso los armnicos

su!eriores 7asta la 8* ue es el n9mero de alabes del im!ulsor. En la 0igura de la

derec7a se observa ue !redomina la com!onente en 16.

Las "iras Ca y C m#es$ran los espec$ros %e %i:erencias %e :ase en$re %os

aceler=me$ros %e posiciones 52V!V, la primera %e ellas correspon%e a la oma !5 y

la sen%a a la !8 @correspon%ien$e a #na /eloci%a% %e 222 RP9 en ca%a casoB. Lo

0#e se in%ica en las :iras respon%e a #na me%ici=n par$ic#lar y m#es$ra 0#e a la

/eloci%a% %e &iro la %i:erencia %e :ase en$re amos sensores es %e pro7ima%amen$e 5


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/er$ical el con-#n$o %e la oma se m#e/e realian%o #n mo/imien$o %e caeceo @es$o

es, c#an%o el p#n$o V es$6 /iran%o hacia arria el o$ro p#n$o es$6 hacia aa-oB.

Figura +. 5e muestra un es!ectro de

0ase !ara los !untos % ('' R,M.

La "ira < represen$a #n e-emplo $;pico %e $o%as las me%iciones realia%as %e la

%i:erencia %e :ase en sen$i%o horion$al para los p#n$os 52H y H %e la !8, %on%e se

m#es$ra 0#e el /alor %e la misma en 57 es %e apro7ima%amen$e 2, in%ican%o 0#e

amos p#n$os se m#e/en siempre en el mismo sen$i%o %ei%o :#n%amen$almen$e a las

:#eras %e %esalanceo. (omo ya hemos in%ica%o, los /alores %e /iraci=n en es$e

sen$i%o no son los 0#e $raen prolemas. Gin emar&o, con/iene resal$ar 0#e las

%i:eren$es :ormas %e /irar en sen$i%o /er$ical y horion$al pro/ienen %e las %i:erencias

en ri&i%e %e las omas en amos sen$i%os, por lo 0#e es posile pensar 0#e par$e %el

prolema se enc#en$ra en %icha %i:erencia. Es$as concl#siones es$6n re:ora%as por la

:#nci=n espec$ral %e coherencia 0#e se m#es$ra en la "iras para la %irecci=n/er$ical. La in$erpre$aci=n %e la misma es m#y sencilla) m#es$ra /alores cercanos a 5

c#an%o hay correspon%encia com>n en$re %os seales y /alores menores a 2. en caso

in/erso. En %icha :ira se oser/a 0#e para los sensores /er$icales %e la oma !8

%icha re&i=n com>n se enc#en$ra a par$ir %e 1


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%irecci=n horion$al %e similares carac$er;s$icas 0#e los /er$icales no mos$raron

resonancias impor$an$es en la ona %e in$ers.

Figura 1'. /om!aracin de los resultados de test de im!acto !ara

acelermetros ubicados en las !osiciones %$ y 1'$ de bomba &-2* e

im!actos en distintos !untos. 5e observa claramente la !resencia de una

resonancia en 1''


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co%os. En la siien$e $ala 5 se m#es$ran el $ipo %e ma$eriales #$ilia%os en la

sim#laci=n, c#yas propie%a%es se enc#en$ran en la ilio$eca correspon%ien$e %el

pro&rama.

Figura 11. )etalle del modeloutilizado en la !osicin de la

bomba y su estructura de

so!orte.

Figura 12. Modo de vibracincorres!ondiente a 11:


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"abla 2. Frecuencias naturales corres!ondientes al mallado de la Figura 11.

@ista de modos

?9mero de 0recuencias


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la ase no $iene %e:ormaciones y es$a ri&i%iaci=n $#/o el e:ec$o %esea%o %e correr hacia

arria a $o%as las :rec#encias na$#rales.

"abla #. Frecuencias naturales resultantes del modelo de la Figura 1#.

@ista de modos

?9mero de 0recuencias

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