Monitoraggio delle vibrazioni nell'industria del cemento
Monitoraggio delle vibrazioni per aumentare l'efficienza
In questo articolo Chris Hansford, Managing Director di Hansford Sensors, spiega come la manutenzione predittiva, in particolare il monitoraggio delle vibrazioni, aiuti a massimizzare l'efficienza dei macchinari utilizzati nella produzione del cemento riducendo al minimo i tempi di inattività. L'articolo include consigli su come specificare e installare soluzioni adeguate.
Il duro ambiente della produzione di cemento
La produzione di cemento è uno dei processi produttivi più aggressivi in assoluto. Le sostanze chimiche utilizzate per produrre cemento Portland e da muratura, in particolare silicati, alluminati e alluminoferriti, si combinano creando alti livelli di particelle fini che causano problemi significativi alle apparecchiature di produzione e movimentazione.
I componenti rotanti sono maggiormente a rischio e si trovano comunemente in motori, pompe e ventilatori utilizzati in frantoi, mulini, precipitatori, forni e silos.
Sebbene le apparecchiature con parti in movimento siano solitamente dotate di coperture protettive o sigillate secondo elevati standard IP, è impossibile impedire l'ingresso di particelle fini, tipicamente di dimensioni comprese tra 15 e 45 micron. Ciò compromette l'efficienza del lubrificante, aumenta l'usura di cuscinetti, alberi e tenute, e aumenta il rischio di guasti precoci, soprattutto nelle aree ad alta temperatura.
Come le vibrazioni rivelano l'usura meccanica
Le parti rotanti usurate aumentano le tolleranze interne, causando squilibrio meccanico, componenti allentati e parti soggette a sfregamento. Questi problemi si manifestano sotto forma di vibrazioni, che possono essere rilevate da appositi sensori.
Poiché i sensori di vibrazione sono in grado di rilevare livelli di vibrazione molto bassi e piccole variazioni tra gli stati di vibrazione, è possibile valutare i tassi di usura e intraprendere azioni correttive prima che si sviluppino guasti.
Aumentare l'efficienza in un mercato in crescita
Il mercato del cemento sta crescendo rapidamente e i produttori più efficienti sono nella posizione migliore per trarre vantaggio da questa crescita.
I volumi mondiali di cemento erano previsti in crescita a un tasso di crescita annuo composto del 4,9 percento fino al 2017, con un consumo pro capite in aumento significativo. Altri analisti del settore prevedono una crescita continua intorno al 4 percento annuo.
Per operare in modo redditizio in un mercato così competitivo e sensibile ai costi, i fornitori devono garantire la massima affidabilità in condizioni gravose. Molti impianti di cemento operano al di sotto della capacità a causa, in parte, dei tempi di manutenzione.
L'ottimizzazione dei sistemi esistenti tramite il monitoraggio delle vibrazioni può ridurre significativamente i tempi di manutenzione e aumentare la produttività.
Il ruolo del monitoraggio delle vibrazioni
Le apparecchiature di monitoraggio delle vibrazioni sono state originariamente sviluppate per aiutare la produzione industriale e le industrie di processo a migliorare la produttività e la redditività.
Negli ultimi anni, il settore è passato dalla manutenzione reattiva a strategie di manutenzione predittiva a lungo termine. Questi approcci vengono spesso applicati all'intero processo e mirano a massimizzare il tempo di attività riducendo al contempo i costi operativi. I sensori di vibrazione sono un elemento fondamentale di questa strategia.
Come funzionano i sensori di vibrazione
I sensori di vibrazione, noti anche come accelerometri, contengono un cristallo piezoelettrico legato a una massa. Quando sottoposta a vibrazione, la massa comprime il cristallo, producendo un segnale elettrico proporzionale alla forza applicata.
Questo segnale viene amplificato e condizionato per creare un'uscita misurabile adatta per sistemi di acquisizione dati o di controllo.
I dati provenienti da accelerometri montati in punti chiave possono essere raccolti tramite raccoglitori di dati portatili o instradati tramite scatole di commutazione verso sistemi centralizzati per il monitoraggio continuo.
Asset chiave da monitorare nella produzione di cemento
Negli impianti di cemento, i componenti chiave da monitorare includono motori e gruppi riduttori nei comandi dei forni, frantoi, vagli, nastri trasportatori, mulini a crudo, elevatori, separatori e soffianti.
La corretta selezione dei sensori è fondamentale per un funzionamento affidabile, una facile installazione e una raccolta accurata dei dati. In alcune applicazioni, i sensori con ingresso laterale potrebbero essere preferiti per prevenire danni da detriti. Nelle aree ad alta temperatura, dovrebbero essere utilizzati sensori adeguatamente protetti.
Specifica e installazione di accelerometri
Per specificare correttamente un accelerometro, gli ingegneri devono considerare i livelli di vibrazione, le gamme di frequenza, le condizioni ambientali come la temperatura e la presenza di sostanze chimiche corrosive.
Ulteriori considerazioni includono se l'atmosfera sia combustibile e se vi siano vincoli di peso.
La stretta collaborazione con il fornitore dei sensori garantisce le corrette prestazioni. Hansford Sensors offre un'ampia gamma di sensori di vibrazione progettati per resistere alle difficili condizioni della produzione di cemento, con molteplici opzioni di connessione, uscita e ambientali.
Importanza di una corretta installazione
Gli accelerometri sono efficaci solo quanto la loro installazione. Un'installazione o una manutenzione inadeguate compromettono la precisione e la longevità.
Il monitoraggio delle condizioni dipende dalla stabilità. Un accelerometro montato male può produrre letture che riflettono l'instabilità del sensore anziché i cambiamenti nelle condizioni della macchina.
I moderni accelerometri funzionano su ampi intervalli di temperatura e offrono un'elevata precisione con una bassa isteresi. Gli alloggiamenti in acciaio inossidabile impediscono l'ingresso di contaminanti.
Gli accelerometri devono essere montati direttamente sulle macchine su superfici piane, lisce e non verniciate, più grandi della base del sensore, prive di grasso e olio, il più vicino possibile alla fonte delle vibrazioni e perpendicolari all'asse di rotazione.
Metodi di montaggio e direzioni di misura
La corretta installazione dei sensori è essenziale per rilevare squilibri, disallineamenti, difetti dei cuscinetti, laschi meccanici, forze idrauliche e sfregamenti.
Per la misurazione orizzontale, i sensori devono essere montati sui cuscinetti del motore o della pompa per rilevare squilibri e problemi di fondazione.
Per la misurazione verticale, i sensori dovrebbero essere montati sui cuscinetti lato azionamento per rilevare allentamenti e problemi strutturali.
Per la misurazione assiale, i sensori devono essere montati sui cuscinetti dell'estremità di azionamento per rilevare il disallineamento.
A seconda della criticità e del budget, è possibile installare sensori aggiuntivi, sebbene i motori e i riduttori rimangano i componenti più importanti da monitorare.
Esempi tipici di posizionamento dei sensori
Su un tipico motore per frantoio, gli accelerometri sono montati radialmente sull'estremità di azionamento e sull'estremità non di azionamento per monitorare le condizioni dei cuscinetti.
Sulle scatole degli ingranaggi, i sensori sono montati radialmente sugli alberi di ingresso e di uscita per monitorare i cuscinetti e lo squilibrio della ventola, con sensori assiali opzionali per monitorare la spinta.
Gli impianti di cemento utilizzano tipicamente accelerometri da 4 a 20 milliamper collegati a sistemi PLC tramite scatole di giunzione locali e cavi schermati a coppie intrecciate multipolari per l'analisi dei trend dei dati e gli allarmi.
Raccolta e analisi dei dati
Il monitoraggio offline delle vibrazioni viene eseguito utilizzando collettori di dati portatili, con sensori temporanei o dispositivi portatili collegati a sensori installati permanentemente.
I team di manutenzione sviluppano percorsi di raccolta dati in base alla criticità delle apparecchiature per massimizzare l'efficienza.
Sempre più spesso, i sensori sono collegati via cavo a sistemi di controllo centralizzati per il monitoraggio in tempo reale, il che è più efficiente e sicuro, sebbene più costoso.
Indipendentemente dal metodo di acquisizione dei dati, è essenziale analizzare intervalli di frequenza appropriati basati sui componenti in rotazione più rapida per evitare errate interpretazioni.
Utilizzo dei dati di vibrazione per migliorare l'affidabilità
Un'attenta analisi dei dati può rivelare problemi come cuscinetti disallineati, componenti allentati, giunti a secco o accumulo di polvere che causano squilibrio.
Il monitoraggio delle vibrazioni avvisa i tecnici dei problemi prima che si verifichino ulteriori danni, anche quando la causa principale è inattesa.
Riepilogo: I migliori consigli
Identificare il livello di vibrazione e la gamma di frequenza
Questo è il primo passo prima di selezionare un sistema di monitoraggio delle vibrazioni. Devono essere considerati anche la temperatura e l'umidità.
Considera l'ambiente di lavoro
La produzione di cemento è estremamente esigente. I sensori devono essere sigillati a livelli elevati e resistere a temperature elevate e sostanze chimiche corrosive.
Monitoraggio online o offline
I sistemi online si interfacciano direttamente con i PLC. I sistemi offline si affidano a raccoglitori di dati portatili.
Installa vicino alla fonte di vibrazione
Gli accelerometri devono essere montati il più vicino possibile alla sorgente della vibrazione.
Istituire una rete di monitoraggio
Una rete dedicata di sensori migliora l'efficienza e previene i guasti.
Massimizza la stabilità
Un montaggio stabile è essenziale. Considera attentamente i metodi di foratura, filettatura o incollaggio.
Macchinisti
La formazione riduce l'errore umano. Organizzazioni come il British Institute of Non Destructive Testing forniscono una formazione adeguata.
Usa i dati sulle vibrazioni in modo efficace
Ignorare gli avvertimenti comporta il rischio di costosi guasti. La manutenzione precoce è sempre preferibile.
Consulta un esperto
La consulenza professionale è essenziale. Collaborare con un fornitore esperto come Hansford Sensors garantisce la migliore specifica.
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