Estudos de caso sobre da máquina de papel diagnosticada por análise de vibração

Adaptação do texto original de Engᵒ Andrew K. C.

RESUMO

Um grande numeros de problemas pode ocorrer em máquinas de papel, estes incluem , problemas com sistemas de acionamento do rolo, e questões estruturais (incluindo ressonância). Análise bem sucedida e resolução de problemas de vibração da máquina de papel requer uma compreensão completa do equipamento, ea capacidade de aplicar várias técnicas de diagnóstico. Este trabalho irá apresentar vários estudos de caso, cada um descrevendo as técnicas de avaliação usadas para diagnosticar um problema de vibração da máquina de papel.

1. INTRODUÇÃO Devido a um grande número de componentes rotativos, máquinas de papel, pode ser monitorado por análise de vibração Além disso, há inúmeras oportunidades para aplicar a análise de vibração para solução de problemas e diagnósticos de grande complexidade (que geralmente são em abundância neste tipo de equipqmento). Vários exemplos de problemas de vibração da máquina de papel seguem.

2. ESTUDOS DE CASO

2.1. Problema rolo unidade Fourdrinier

A máquina de papel 550 tpd ocorreu várias falhas catastróficas no rolo acoplado na caixa de velocidade. Especificamente, o eixo de entrada caixa, quebrando em uma falha por fadiga, 3 vezes dentro de um período de seis meses. A posição do rolo é mostrado na Figura 1, abaixo.

Figure 1 • paper machine forming and press sections

Figura 2A, abaixo, mostra a unidade e disposição caixa de velocidades. Figura 2B mostra o lado frontal do o rolo de avançar.

Figura 2A disco e caixa de velocidades • Figura 2B • arranjo da frente do rolo impulsionar

Avaliação inicial vibração do trem de acionamento e seção de formação rolos detectado relativamente baixo amplitudes de vibração (<0,1 in / seg pk valor global). Nenhum problema significativo era alarmante. Observações visuais, com o auxílio de um estroboscópio, indicou que sob certas condições, a unidade pareciam estar oscilando ou "caça". Transitórias medições de vibração, como mostrado na Fig. 3, abaixo, não apresenta qualquer modulação correspondente da amplitude de vibração.

Notou-se que um pico em 7,5 Hz inexplicável aparecia toda medida do trem de acionamento e em medições de máquinas diferentes direção no Fourdrinier. Isso é bem abaixo da velocidade de saída da caixa de 17,8 Hz. Medições de corrente do motor, como mostrado na Figura 4, abaixo, expostas um pico de alta freqüência 6X de linha, indicando uma possível falha dc retificador unidade.

Figura 4 • fft da corrente do motor

Para melhor avaliar as oscilações da unidade observada, um codificador de eixo foi instalado, proporcionando uma medição de alta resolução (350 pulsos por revolução) de velocidade do eixo e quaisquer correspondentes variações de velocidade. O codificador de eixo instalado e forma de onda de saída são mostrados nas Figuras 5A e 5B, abaixo. Algumas variações de velocidade pode ser facilmente observado na forma de onda. Análise mais aprofundada da forma de onda de saída expostos modulação de frequência de 6,5 Hz, e um 180 ° fase de mudança. Cada um destes são considerados indícios de uma ressonância de torção - o que é consistente com o modo de falha. O grafico de bode (magnitude e fase de frequência vs) é mostrado na Figura 6A, abaixo. Teste de resposta a investigar a possibilidade de um problema de ressonância. Os resultados para o jackshaft, mostrado na Figura 6B, abaixo, indicam alguma resposta Note-se que o teste de resposta forçada foi realizada nas direções radial e axial acessíveis, no entanto, a ressonância é suspeita de torção. Figura 6A • unidade e caixa de velocidades arranjo Figura 6B lado • frente do rolo impulsionar Apesar de amplitudes de vibração foram encontrados para ser muito baixa, as recomendações foram submetidos a substituir os SCRs e instalar um "notch" filtro para impedir o funcionamento contínuo da unidade no faixa de 6-8 Hz. Desde a implementação das recomendações, não têm falhas adicionais ocontecendo.

2.2. Problema de imprensa Rolo Restrição

A máquina de papel 350 tpd, não revestido livre folha recentemente mudado para uma prensa com costura feltro para facilitar a mais rápido, mais seguro, alterações de tecido. Isto resultou em um aumento significativo na amplitude de vibração no rolo da 3 º prensa - detectado pelo monitoramento periódico. Outros problemas incluídos rolo significativamente reduzido vida do revestimento e as questões propriedades de rodagem.

Fig. 7, abaixo, mostra o rolo v-nip "chevron" restrição padrão.

Figura 7 • tampa do rolo de restrição de 3 de prensa rolo v-nip. A avaliação da vibração inicial indicou um grupo de picos

espectrais centradas em 20 ordens de transformando velocidade para conjunto do terceiro rolos da prensa(v-nip inferior,

superior e granito). Figs 8A e 8B, abaixo, mostrar o fft e zoom fft para uma medição rolo v-nip. Zoom análise indicou uma banda

lateral espaçamento de 0,7 Hz, correspondente à frequência sentiu passar dos novos (com costura) sentida.

Figura 8A rolo • fft de v-nip Figura 8B rolo • O zoom fft de v-nip

Uma grande variedade de medições e análises foram realizadas, incluindo o tempo síncrona média, análise transiente, e testes de resposta forçada. A análise geométrica revelou que sentiu duração (878 ") é um múltiplo inteiro do diametro 34,93" (polegada) da medida da circunferência do rolo de granito. Um gráfico polar de dados de velocidade de tempo de julgamento indicado um nó 4 vezes no rolo de granito, como mostrado na Figura 9, abaixo.

zoom

Figura 9 • julgamento velocidade polar enredo tempo onda e amplitude de pico fft Determinou-se que devido à geometria da 3 ª seção da prensa, o rolo de granito (parte superior) induziu um padrão de restrição na imprensa de feltro, que posteriormente barrado resistente a tampa do vnip (parte inferior) rolo. Recomendações para mudar o tamanho de ambos o rolo granito e do feltro foram implementadas, resultando em uma redução significativa da amplitude de vibração, e máquina melhorou propriedades de rodagem.

2.3. Problema secador Seção estruturais A máquina de papel aconteceu aumento de velocidade de operação nominal de 3400 fpm para 4000. Desde aumento de rotação ocorreu na seção de secagem (quebras excessivo de papel) já era uma preocupação, e desde que as forças de vibração existentes eram esperados a aumentar com a velocidade, uma detalhada análise dinâmica foi conduzida da seção de secador. A avaliação inicial revelou vibração; 1) secador de vários defeitos do rolamento do cilindro, 2) se sentiu problemas rolo desbalanceamento, como mostrado nas Figuras 10A e 10B, abaixo. .

Figura 10A • Secador de defeito do rolamento Figura 10B • sentiu rolo desequilíbrio

Como mostrado nas Figuras 11A e 11B, abaixo, o excesso de secador de cilindro de desequilíbrio foi detectado em secador seção # 1. Resultados semelhantes foram encontrados na seção # 2 e # 3, com secador de 1X (4 Hz) amplitude até para 0,3 em / sec pk na direção da máquina (valor alvo é de 0,04 in / seg pk).

Por outro lado, as seções secador # 4 e # 5 foram encontrados para estar bem dentro da tolerância. Note-se que seções # 1, # 2 e # 3 são movidos por feltros secador, e as seções 4 e 5 são conduzidos por fechado trens de engrenagens.

Figura 11A • 1X secador de vibração Figura amplitude 11B • Secador 1X fase / magnitude vetores 0,0 Segundos 4,2000 Uma análise de deflexão operacional indicado direção de movimento excessivo da máquina no apoio estrutura. O modelo ods é mostrado na Figura 12, abaixo. Direção da máquina é + x.

Figura 12 • modelo operacional de forma a deflexão

Exame visual da estrutura de suporte reveladas direção da máquina previamente instalada chaves, como mostrado na Fig. 13, abaixo. Estes foram encontrados para ser subdimensionado, e em geral, pobres condição, com muitas das soldas estruturais quebrado.

Figura 13 • Falha estrutural cinta Figura 13B cinta • exemplo estruturais

Recomendações foram relatada a projetar e instalar preparando direção adequada da máquina, semelhante ao mostrado na Figura 13, acima.

2.4. Problema de vibração transitória na bobinadeira Winder da máquina de papel kraft ocorria altas vibrações intermitente quando ocorre o bobinamento em altas velocidades (acima de 5000 fpm). Além disso, o motor da bobinadeira tinha falhado duas semanas antes.

A 300 tempo sec forma de onda (1 ciclo da bobinadeira) é mostrado na Figura 14, abaixo.

Figura 14 • forma de onda de tempo de 1 ciclo da bobinadeira

O espectro fft média, como mostrado nas Figuras 15A e 15B, abaixo, indicam uma redução significativa resposta de banda larga na faixa de 34,5 Hz por meio de 39,5 Hz durante os eventos transitórios.

Espectros adquiridos antes, durante e após a resposta transiente incluem harmônica múltiplos de velocidade 1X rolo de papel, um bom indicador de frouxidão. O transiente de alta resposta é coincidente com rolo de papel 4X transformando velocidade.

Como mostrado nas Figuras 16A e 16B, abaixo, o rolo de papel transformando velocidade reduz durante o processo de bobinadeira. Durante o transiente de alta vibração do rolo de papel 4X velocidade é 36,63 Hz.

Figura 16A • fft antes figura alta vibração transitória 16B • fft durante a vibração transitória alta

Testes de resposta forçada revelou um modo de sistema levemente umedecido (freqüência natural) da unidade rolo jackshaft a 37,5 Hz. Ressonância ocorre quando a função de rolo de papel 4X forçando é coincidente com o modo Hz 37,5.

Figura 17 • Resposta de vibração de jackshaft

Usando a fórmula mostrada na Figura 15, acima, o fator de amplificação está determinada proximo 20 (considerando valor alto) Utilizando as fórmulas mostrado na Figura 16A, abaixo, a razão de amortecimento é encontrado para ser proximo de 0,025

(Isto é, um sistema levemente umedecido).

Figura 14 • forma de onda de tempo : 1 ciclo da bobinadeira Desde a opera de bobinar em velocidades constantemente variando, de isolamento ou de um absorvedor de sintonizado não pode resolver este problema. Tuning (mudando a freqüência natural do jackshaft) só funcionará se o modo é cuidadosamente ajustada para abaixo do valor mais baixo para rolo de papel 4X ( 30 Hz), mas acima a função 3X forçar. Alterar o projeto de apoio (mancais) para introduzir sistema de amortecimento irá reduzir a quantidade de amplificação. Recomendações para minimizar a função de forçar (frouxidão mecânica), corrigindo folgas excessivas e tendo solta conexões estruturais foram seguidas, levando a uma redução significativa na resposta de vibração transiente. 3- RESUMO Uma grande variedade de problemas complexos pode ocorrer em máquinas de papel. Solução de problemas podem exigir a aplicação não somente de uma simples coleta de vibração com coletores portatio e sim outras avançadas técnicas de diagnóstico, como análise de oleo ( ferrografia e espectrometria ) O.D.S , sistemas on line em todos equipamente de prioridade, elementos finitos, termografia, medir vibração em rampa de subida e descida e outras tecnicas apropriado para cada caso em especial. Não há lugar no mundo que a falha não ocorra mesmo com os melhores tecnicas e especialistas, o importante destes monitoramento e de dar disponibilidade para operar a niveis de classe mundial de manutenção. So lembrando que a NASA e a empresa que tem a melhor estrutura, engenheiros, doutores, equipamento de melhor tecnica e qualidade, mas mesmo assim no programa espacial há varias percas humanas e naves espaciais, por falhas de equipamento.