sabato 8 aprile 2023 · 0 min read
Applicazione del condition monitoring nelle cartiere
Nelle industrie cartiere la carta è prodotta in grande quantità ed a velocità elevatissime. Le fibre del legno vengono lavorate insieme all'acqua tramite un sistema di rulli rotanti.
Le aziende attive nella produzione di carta si possono trovare spesso alle prese con problemi ai cuscinetti. Ogni danneggiamento di questi componenti si ripercuote sulla qualità delle lavorazioni oltre che sui costi di manutenizione e gestione dell'impianto. Tuttavia, questi problemi possono essere controllati e preventuti con un sistema di condition monitoring.
I macchinari per la produzione di carta si basano spesso sul principio della Fourdrinier Machine, che utilizza un nastro trasportatore realizzato con materie plastiche appositamente intrecciate, dove una sospensione di fibre (in genere fibre di legno o fibre vegetali) viene drenata per creare un intreccio continuo di carta. Questo intreccio umido verrà poi passato in una sezione di riscaldamento per l'essicamento.
Una sezione fondamentale di queste macchine è la pressatura. Qui l'intreccio di fibre umide passa attraverso larghi cilindri che lo schiacciano ad alte pressioni per far uscire più acqua possibile. Questa fase determinerà anche le caratteristiche della carta come ruvidezza e capacità di assorbimento.
L' eventuale inefficienza nel processo di rimozione dell'acqua comporterà un aumento del consumo di vapore nella fase di essicazione - dove i costi dell'energia sono più alti - ed abbasserà le quantità prodotte dato che le lavorazioni saranno più lente.
Problemi dei cuscinetti
Uno dei problemi più gravi che può presentarsi nelle cartire è il danneggimaneto dei cuscinetti di uno dei rulli nella sezione presse; con conseguente deterioramento della qualità della carta e, in seguito, del fermo macchina. In molti casi, infatti, un danneggiamento severo può ripercuotersi anche sul rullo provocando un danneggiamento ancora più oneroso.
I problemi sui cuscinetti possono insorgere per le seguenti cause:
errato design, produzione o montaggio,
disallineamento,
disuniformità delle sfere,
lubrificazione non adeguata,
sovraccarichi,
fatica,
usura non omogenea.
Alcuni fenomeni di usura sono inevitabili, ma la manutenzione preventiva permette di sfruttare i cuscinetti al massimo delle loro performance. In caso di manutenzione correttiva sulla macchina dovranno essere eseguiti i seguenti passaggi:
Spegnimento della macchina.
Rimozione del rullo problematico e sostituzione con uno nuovo.
Invio del rullo danneggiato in officina per le verifiche del caso e la sostituzione del cuscinetto.
Questo processo di fermo e riavvio della macchina può richiedere facilmente 80 ore lavoro uomo, oltre a tutti i costi associati per i componenti da riparare ed al mancato guadagno per il fermo della produzione.
Queste considerazioni sono quelle che dovrebbero spingere ogni cartiera a valutare un sistema di condition monitoring per la manutenzione predittiva.
Condition monitoring e manutenzione predittiva permettono infatti di verificare lo stato di salute dei componenti durante il loro esercizio per poter meglio pianificare nel tempo gli interventi correttivi ed evitare fermi macchina improvvisi.
Il Condition Monitoring
Il Machine Condition Monitoring (MCM) è una tecnica di monitoraggio predittiva dei parametri chiave di funzionamento di un componente, come vibrazioni e temperature, per verificare in real-time lo stato di salute della macchina. Il monitoraggio permanente è l'unico modo per aver sotto controllo lo stato di funzionamento della cartiera e poter pianificare opportunamente gli interventi di manutenzione.
La qualità dei dati registrati, la loro analisi ed archiviazione rappresentano la base di partenza per un sistema di monitoraggio predittivo moderno. Per realizzare questi sistemi è necessario applicare dei sensori di misura che verranno letti costantemente nel tempo; ed i loro segnali poi analizzati con tecniche specifiche.
L'approccio più vantaggioso è quello di installare accelerometri con integrato un sensore di temperatura, in grado di monitorare le vibrazioni per ogni rullo da 0 a 10kHz. Il sensore dovrebbe essere montato con un grano o con un collegamento meccanico il più rigido possibile per garantire la totale trasmissione delle vibrazioni dal componente al sensore. Servirà anche un attento posizionamento vicino alla sede del cuscinetto stesso.
Gli accelerometri dovranno essere posizionati su tutti i supporti dei cuscinetti sia in direzione verticale che orizzontale e, dato che le velocità di rotazione degli alberi variano, sarà necessario anche installare un sensore di giri per la lettura della velocità.
Visto che l'ambiente di misura può essere particolarmente umido, si raccomanda l'utilizzo di un modulo di acquisizione con elevato grado IP di protezione ambientale come quelli della famiglia KRYPTON IP67 ad esempio un KRYPTON-4xACC - 4 canali per sensori IEPE - ed un KRYPTON-1xCNT per la lettura della sonda tachimetrica di velocità rotazionale.
Questi moduli di acquisizione sono progettati per essere collegati in cascata con un unico cavo che veicola: alimentazione, sincronizzazione ed il dato acquisito. I dati vengono poi inviati ad un computer (o Measurement Unit) dove è installato il software Dewesoft X3 Professional MCM che analizza e converte i segnali grezzi temporali in parametri per le analisi di MCM.
Il PC che si occupa della misura provvede anche ad inviare i dati al server dotato del Dewesoft Historian time-base database. Nel caso il cliente finale non dovesse avere le competenze per interpretare i dati di sintesi così prodotti, come Dewesoft possiamo fornire, come ulteriore servizio, il supporto alla generazione di report automatici.
Spiegazione del servizio di database Dewesoft Historian
Per implementare questo processo, installiamo la ns applicazione web-based utilizzando Dewesoft Grafana che mette a disposizione un'interfaccia semplificata per il controllo remoto e visualizza tutti i parametri chiave per le eventuail manovre correttive sull'impianto. Questo permette anche al ns team di esperti di collaborare fianco a fianco del cliente e di fornire supporto remoto 24/7.
Dato che sotto indagine in questi controlli sono soprttutto i cuscinetti, si raccomanda il software Dewesoft X3 Professional Machine Condition Monitoring data acquisition package che include le funzionalità di analsi Envelope ed Analisi agli Ordini.
Sui rulli spesso si utilizzano cuscinetti a sfere operanti in un range di velocità tra 70 e 110 RPM. In questo esempio sono stati considerati due cuscinetti: cuscinetto A con una cricca sull'anello esterno ed il cuscinetto B, tipo SKF 2232, in condizioni perfette.
Per questa simulazione, entrambi i cuscinetti sono stati montati su un banco prova dei nostri laboratori. Grazie all'utilizzo di un motore guidato da un drive VFD (Variable Frequency drive) accoppiato con una trasmissione ad un albero rotante, sono state ricreate le condizioni tipiche di una stazione pressa di una cartiera.
Il sistema Dewesoft identifica il tipo di difetto del cuscinetto prima filtrando opportunamente il segnale e poi applicando le tecniche di analisi Envelope (conosciute anche come demodulazione). Con questa metodologia è stato possibile evidenziare che il problema era sull'anello esterno del cuscinetto A.
Ma come è stato possibile raggiungere questo risultato? L'algoritmo Envelope lavora con due range in frequenza distinti (Figure 6):
La banda in frequenza del segnale grezzo che verrà utilizzata per l'analisi: solitamente il contenuto ad alta frequenza 2500 Hz - 8000 Hz, che conterrà i contributi dovuti alla rotazione delle sfere ma riduce le componenti a basse frequenze
La banda in frequenza dell'analisi envelope risultante che deve comprendere le frequenze caratteristiche delle possibili difettosità del cuscinetto che si sta monitorando.
La figura seguente mostra le semplici impostazioni dell'algoritmo Envelope Detection nel software Dewesoft. Comprende anche un database con migliaia di cuscinetti dei principali produttori. Selezioniamo il modello SKF 22320E ed il software calcola automaticamente le frequenze critiche caratteristiche: Ball Pass Frequency Inner and Outer (BPFI and BPFO), Cage, and Rolling element frequencies.
Perchè altri sistemi non identificano tali difetti? Perchè potrebbero non condurre le analisi ad una frequenza sufficientemente elvata, curandosi anche delle caratteristiche dell'accelerometro, o per una non corretta analisi del segnale con l'algoritmo Envelope.
Il fischio tipico di un cuscinetto difettoso ha un'energia piuttosto bassa. Per poterlo analizzare matematicamente, bisogna prima depurarlo dalle alte e basse frequenze e poi invilupparlo in uno spettro in frequenza più basso (processo conosciuto anche come demodulazione).
Il segnale grezzo, rappresentato in figura 7, esibisce un certo contenuto armonico ma è di difficile interpretazione e si fatica a risalire alla causa scatenante.
Si è provato anche a farne un'analisi FFT e si osserva un contenuto energetico piuttosto basso alle 1x e 2x ma soprattutto alla 1 x BPFO.
Ma come mai non osserviamo un picco più elevato in corrispondenza dell' 1x BPFO analizzando il segnale grezzo?
Quando una sfera impatta la cricca sull'anello esterno, la vibraione indotta ha una frequenza molto più elevata rispetto alla BPFO. L'anello esterno e la sfera producono una vibrazione d'impatto ad alta frequenza che viene avvertita anche come rumore per un breve istante. Questo fenomeno si presenta ogni volta che la sfera colpisce la cricca e perciò si presenta esattamente alla frequenza 1x BPFO!
Conclusioni
Grazie all'implementazione della soluzione Dewesoft Machine Condition Monitoring grossi impianti industriali come le cartiere possono monitorare lo stato di salute dei componenti più critici come i cuscinetti rulli delle sessioni presse. I benefici delle soluzioni Dewesoft per il monitoraggio dei cuscinetti si applicano anche ad altri settori come nastri trasportatori, classificatori di trucioli, raffinatori, trasportatori a coclea, rulli per industrie metallurgiche, ecc....
La soluzione Dewesoft per il monitoraggio predittivo permette di analizzare problematiche come i difetti dei cuscinetti, riscaldamenti, sbilanciamenti, distacchi, ingranamenti, disallineamenti ed eccentricità.
Con l'implementazione di questi controlli si riducono sensibilmente i costi di manutenzione ed il tempo di fermo macchina, a tutto vantaggio dell'efficienza di produzione. Il tutto con una soluzione che offre le informazioni di sintesi agli utenti meno esperti e quelle più di dettaglio agli analisti più esperti.
Scopri di più
