Analisi delle vibrazioni

Indispensabile come parte della manutenzione predittiva

L’analisi delle vibrazioni viene utilizzata nel contesto della manutenzione per controllare le parti rotanti alla ricerca di possibili difetti, come cuscinetti difettosi o squilibri. Nell’analisi delle vibrazioni, le vibrazioni emesse da parti rotanti vengono rilevate e registrate da speciali apparecchiature tecniche. In una successiva analisi, le ampiezze e i modelli di vibrazione consentono di trarre conclusioni sulle condizioni dei componenti rotanti e dei relativi cuscinetti. Se vengono rilevate deviazioni dalla condizione target, l’analisi delle vibrazioni consente di identificare tempestivamente le riparazioni necessarie e di intervenire prima che la macchina si guasti. I tempi di inattività che sono sempre necessari per una riparazione possono così essere ridotti e spostati in periodi al di fuori della produzione.

Due analisti guardano i risultati dell’analisi delle vibrazioni su un computer portatile.

In quali campi industriali viene utilizzata l’analisi delle vibrazioni?

Le possibili applicazioni di un’analisi delle vibrazioni sono estremamente numerose nell’ambiente industriale. Ovunque operino macchine e sistemi con componenti rotanti, l’analisi delle vibrazioni può supportare la manutenzione predittiva. Dalle macchine utensili ai motori, dalle pompe ai riduttori, fino alle turbine e alle turbine eoliche, la tecnologia di analisi trova un’ampia gamma di applicazioni.

Quali guasti possono essere rilevati con l’analisi delle vibrazioni?

Le cause delle vibrazioni su macchine o sistemi con componenti rotanti possono essere le più varie. Le fonti più comuni di guasti includono:

Squilibri ed errori di allineamento
Depositi sulle pale
Errori di dentatura nei riduttori
Curvature degli alberi
Vibrazioni in atto causate dai fluidi
Problemi nelle fondamenta o con elementi di montaggio difettosi

Quali problemi possono verificarsi a causa di vibrazioni eccessive?

Le vibrazioni eccessive su macchine, sistemi o generatori rotanti non solo producono un funzionamento irregolare e livelli di rumore elevati, ma sottopongono a sollecitazione tutti i componenti. I cuscinetti, in particolare, risentono dell’aumento dei carichi. Possono verificarsi fratture da vibrazioni, che possono comportare lunghi interventi di riparazione.

Come eseguire un’analisi delle vibrazioni

Più una macchina rotante è grande e complessa, più le vibrazioni sono critiche durante il funzionamento. Se l’ampiezza delle vibrazioni supera un valore massimo, si prevedono difetti gravi e costosi con lunghi tempi di inattività. Per prevenire questi guasti, la norma DIN ISO 10816 (nuova designazione 20816) o API 670 ha definito i requisiti dei sistemi di protezione utilizzati. I sistemi monitorano, tra l’altro, la vibrazione assoluta del cuscinetto mediante sensori di accelerazione o la vibrazione relativa dello spostamento o i movimenti assiali dell’albero mediante sensori di spostamento non a contatto.

Per poter effettuare un’analisi delle vibrazioni, occorre innanzitutto registrare le cosiddette posizioni di fase di una vibrazione. A tale scopo, si utilizzano solitamente sensori di riferimento che rilevano la posizione delle parti rotanti da monitorare (alberi o simili) e misurano contemporaneamente la velocità. I valori di riferimento ottenuti possono essere utilizzati per monitorare i valori caratteristici che consentono di valutare le vibrazioni che si verificano. Questi valori caratteristici includono

Ampiezze delle vibrazioni
Ampiezza delle vibrazioni
Componenti armonici delle vibrazioni

Un software mostra il risultato di un’analisi delle vibrazioni durante un test di sbattimento della porta.

Una volta completata la misurazione, l’analisi vera e propria è supportata dal software. Le soluzioni software speciali consentono analisi adattate ai rispettivi requisiti, generando diagrammi del centro dell’albero, FFT o diagrammi a cascata. Poiché le possibilità di errore per le vibrazioni che si verificano sono estremamente ampie, per ogni applicazione esistono sensori specializzati, software di analisi e, naturalmente, esperti corrispondenti in grado di gestire i dati acquisiti e interpretarli in modo mirato.

I vantaggi dell’analisi delle vibrazioni nel contesto della manutenzione predittiva

Nella manutenzione predittiva convenzionale, le macchine e i sistemi vengono disinseriti o disattivati a intervalli regolari per controllare i componenti alla ricerca di eventuali usure o difetti. Durante il processo, i componenti ancora funzionanti vengono regolarmente sostituiti. Questo produce costi inutili e allo stesso tempo costosi. D’altra parte, alcuni danni vengono rilevati troppo tardi o non vengono rilevati affatto durante la manutenzione convenzionale.

Nell’ambito dell’Industria 4.0, la manutenzione tradizionale viene sempre più spesso sostituita da una variante predittiva nota come monitoraggio delle condizioni. Nel monitoraggio delle condizioni, le macchine o i sistemi sono continuamente monitorati da sensori. I sistemi digitali rilevano precocemente gli scostamenti dallo stato ideale e possono quindi essere eliminati tempestivamente prima ancora che si verifichino i difetti. L’analisi delle vibrazioni è indispensabile nel contesto del moderno condition monitoring. Poiché anche le più piccole deviazioni nelle posizioni di fase di una vibrazione possono indicare un guasto, l’analisi delle vibrazioni protegge in modo affidabile da danni gravi e costosi fermi di produzione.

Ci sono degli svantaggi dell’analisi delle vibrazioni?

L’uso di sensori per l’analisi delle vibrazioni e del software necessario comporta costi di acquisizione iniziali non trascurabili. La competenza richiesta per valutare i dati è uno svantaggio anche in tempi di carenza di lavoratori qualificati. Tuttavia, i costi vengono rapidamente messi in prospettiva se confrontati direttamente con quelli sostenuti in caso di guasto di una macchina o di un sistema.