Acoplamiento de caja de cambios industrial caliente tras alineación en frío: Qué comprobar

Se supera una comprobación de alineación. Las lecturas están dentro de la tolerancia, El informe está firmado, La máquina entra en producción, Y dos semanas después el acoplamiento está tan caliente que resulta incómodo al tacto, con grasa saliendo del sello y una vibración que se ha ido subiendo.

La conclusión natural es que algo va mal con la caja de cambios o el acoplamiento. Una hipótesis que vale la pena probar pronto es que la alineación era correcta para una máquina que ya no existe, Porque la máquina que está funcionando está caliente, y el crecimiento térmico ha desplazado ejes entre sí. Es un candidato entre varios: El acoplamiento en sí, Es grasa, Un cambio en el deber de proceso, una base aflojada, y un impulso sobrecargado producen todos el mismo síntoma. Nada en este artículo es un argumento para un veredicto sobre la caja de cambios antes de que se presenten las pruebas.

Un alineamiento en frío mide una condición: la posición relativa de dos ejes a temperatura ambiente sin calor de proceso en la máquina. En qué funciona la máquina es en un estado diferente, Y la diferencia no es una corrección pequeña.

Lo que sigue es por qué la explicación térmica merece ser analizada primero: No porque sea el único que encaja, sino porque es de la que un informe de alineación aprobado no tiene información en absoluto.

¿Qué "Alineados" En realidad tiene que significar

La literatura de ingeniería sobre la alineación de ejes hace una distinción que se pierde en la práctica. Un alineamiento completo tiene dos elementos, Ni uno.

La primera es la medición eje a eje, que es lo que produce un indicador de dial o un sistema láser: el desplazamiento y la relación angular entre dos líneas centrales del eje en el acoplamiento.

La segunda es la medición del crecimiento térmico y el desplazamiento dinámico en cada carcasa de rodamientos, desde la temperatura ambiente hasta la de funcionamiento. Ambos elementos son necesarios para determinar la posición de alineación en frío que pondrá la máquina correctamente alineada mientras soporta la carga a temperatura.

Sin el segundo elemento, La primera es una medición de una máquina en un estado en el que nunca opera.

La razón por la que esto no es meramente teórico es la naturaleza de la tarea. Alinear una máquina mientras está en funcionamiento es difícil o imposible, Por lo tanto, hay que establecer un objetivo de alineación en frío de antemano para compensar el crecimiento térmico, con el objetivo de que los ejes estén correctamente alineados cuando la máquina alcance la temperatura normal de funcionamiento. Para eso sirve un objetivo de alineación en frío.

Las lecturas de alineación tomadas rápidamente tras un apagado aprobado pueden ayudar a estimar el desplazamiento térmico en relación con la condición de frío. El enfriamiento durante la medición y la pérdida de fuerzas de operación pueden afectar al resultado, Por tanto, las lecturas post-apagado no capturan necesariamente el desplazamiento dinámico que existe solo mientras la máquina está en funcionamiento.

Las lecturas posteriores al cierre pueden ayudar a estimar el desplazamiento en relación con la condición de frío, pero el enfriamiento durante la medición y la pérdida de fuerzas de operación pueden afectar el resultado. No necesariamente capturan el desplazamiento total presente mientras la máquina está en funcionamiento.

Por qué el crecimiento no es simétrico

Si cada componente creciera en la misma cantidad en la misma dirección, El crecimiento térmico sería irrelevante. No lo es, Por tres razones.

Los componentes funcionan a diferentes temperaturas. Una carcasa de caja de cambios, su eje de alta velocidad, un bastidor motor, y el pedestal de rodamientos de una máquina accionada se asientan todos a diferentes temperaturas, Porque tienen fuentes de calor diferentes, Refrigeración diferente, y diferentes masas. La caja de cambios se calienta por sus engranajes y rodamientos. El motor se calienta eléctricamente. El proceso calienta un rodillo accionado o un ventilador.

Están hechos de diferentes materiales. Una carcasa de hierro fundido, un eje de acero, y un componente de aluminio se expande a diferentes velocidades, y el crecimiento es proporcional tanto a la longitud como al coeficiente, Así que un eje largo crece más que uno corto a la misma temperatura.

El crecimiento es en tres dimensiones. Una máquina se sienta sobre los pies, y los pies están a diferentes alturas. El crecimiento vertical de una caja de cambios respecto a su base cambia la altura del eje, y una alineación fría no aporta ninguna información sobre ella. El crecimiento horizontal actúa a lo largo del eje propio de cada componente, y porque la caja de cambios y la máquina accionada reaccionan contra anclajes que no son compartidos, no cancela. Qué componente del movimiento total es el mayor es una propiedad de la instalación: Depende de la altura del pedestal, La disposición de los anclajes, la temperatura que alcanza cada parte y la dirección en la que se ve restringido su crecimiento. No hay una respuesta general, Por eso ambos deben medirse en la máquina en mano en lugar de asumir que domina.

Una máquina alineada dentro de la tolerancia a temperatura ambiente puede operar fuera de la condición de alineación prevista tras el crecimiento térmico y el desplazamiento inducido por la carga. Si esto explica una temperatura de acoplamiento elevada, y cuándo aparecen los síntomas, debe establecerse a partir de mediciones en la máquina real en lugar de asumirse a partir del resultado de la alineación en frío.

El desplazamiento térmico es una posible explicación para un acoplamiento que se calienta tras la instalación. Su contribución y el momento de los síntomas deben establecerse a partir de mediciones en la máquina real.

¿Qué coste la desalineación, y Dónde se Mueve

Las consecuencias de funcionar desalineadas están documentadas en la literatura técnica de fabricantes de equipos de rodamientos y alineación, y la lista es consistente entre fuentes: aumento de la fricción y el consumo energético, Fallo prematuro de rodamientos y sellos, Fallo prematuro del eje y del acoplamiento, Fuga excesiva de aceite en los sellos, Fallo de acoplamiento y perno de cimentación, y aumento de la vibración y el ruido.

La guía publicada por un fabricante de rodamientos atribuía hasta la mitad del coste asociado a fallos rotativos de maquinaria a la desalineación. Lee esa cifra por lo que es: Una evaluación publicada por el fabricante, no una encuesta independiente del sector. Su valor es del orden de magnitud, No en decimal. Media o quinta parte, La conclusión se cumple, que es que la desalineación no es una condición marginal que se tolere hasta un apagado conveniente.

Dónde se muestra primero, En una máquina alineada en frío y que funciona caliente:

Temperatura de acoplamiento. Un acoplamiento flexible absorbe la desalineación deformándose. La deformación cuesta energía, y la energía se convierte en calor en el elastómero o en los elementos metálicos que se flexionan. Una lectura infrarroja del acoplamiento, comparado con los ejes adyacentes y con la propia historia de la misma máquina en el mismo servicio, es el indicador más rápido disponible. No existe un umbral universal de temperatura que se pueda citar entre acoplamientos, Porque la temperatura de funcionamiento permitida es una propiedad de los materiales del acoplamiento y de su propia clasificación. Para qué sirve la comparación es el cambio: un acoplamiento que se ha movido hacia arriba respecto a su propia línea base a la misma carga, o que se sienta más caliente que los ejes a ambos lados, absorbe más de lo que realmente hizo. El número que determina en cualquier unidad es el límite de temperatura propio del fabricante del acoplamiento.

Grasa de acoplamiento o condición de elastómero. Grasa que se ha separado, Oscurecido, o que haya sido expulsado del acoplamiento indica un calentamiento sostenido. Un elemento de elastómero que ha tomado un ajuste permanente o muestra grietas en los puntos de flexión indica que ha estado funcionando con alta deflexión de forma continua.

Temperatura de rodamiento en los puntos más cercanos al acoplamiento. El rodamiento más cercano a un acoplamiento desalineado soporta las fuerzas de restauración. Una diferencia de temperatura entre los rodamientos del extremo de transmisión y los que no son de extremo de transmisión del mismo eje es una señal, así como una diferencia entre dos máquinas idénticas.

Vibración al doble de velocidad de funcionamiento. La desalineación puede producir vibraciones a 2× velocidad del eje, a menudo con componentes axiales menos típicos de otros tipos de fallos. Es una de las varias cosas que aumentan un componente de 2×, y no puede confirmar nada por sí misma: un eje curvado o arqueado, Flexibilidad, un acoplamiento con elementos desgastados, Resonancia, y una máquina mal configurada aparecen todas en la misma región del espectro. Un aumento del 2× con una lectura axial fuerte es una razón para mirar la alineación y para mantener abiertas las otras causas hasta que cada una haya sido probada. Un componente de 2× es una pista, no es un diagnóstico. Anásalo junto con la condición de acoplamiento, Lubricación, carga, Movimiento térmico, Fase, y mediciones desde ubicaciones apropiadas; Ninguna característica del espectro identifica de forma única la alineación.

Fuga de sello en la entrada de la caja de cambios. La desalineación carga el rodamiento del eje de entrada y el sello, y la capacidad del sello para mantener su película depende de que el eje funcione concéntricamente. Un sello que empieza a gotear tras una alineación o un cambio de motor está informando de la alineación.

Reconstrucción del requisito de alineación

La ruta práctica desde un acoplamiento caliente hasta un fijo pasa por cinco mediciones, y hacerlos en este orden evita un apagado desperdiciado.

Las lecturas posteriores al apagado pueden ayudar a afinar un objetivo de alineación, pero sus limitaciones deben ser registradas. El desplazamiento estimado depende del momento de medición, Refrigeración, Condiciones de montaje, y cualquier movimiento inducido por la carga que desaparezca tras el apagado.

La tolerancia a la que debe establecerse la alineación en fase es otra cuestión aparte, Y no es una cifra universal. El desplazamiento y la desviación angular permitidos son establecidos por el fabricante del acoplamiento, Quién sabe qué puede absorber ese acoplamiento, y por el fabricante de la maquinaria, Quién sabe qué pueden aceptar los rodamientos. Citar una tolerancia general entre diferentes máquinas y distintos acoplamientos no es conservador, es arbitrario.

Ahí es también donde el Cajas de cambios industriales La parte de la cuestión es la que se mantiene: La disposición de los rodamientos en el eje de entrada y la geometría del extremo del eje determinan qué puede aceptar la unidad de un acoplamiento que trabaja en el borde de su rango, Y esos son hechos de configuración más que de catálogo.

El Segundo Elemento: Desplazamiento dinámico

El crecimiento térmico no es lo único que mueve un eje entre la condición de parada y la condición de funcionamiento.

Una máquina bajo carga se desvía. La tensión de la correa tira de un eje hacia la polea accionada. Las fuerzas de los dientes del engranaje empujan los ejes hacia separados a lo largo de la línea de centros. Un ventilador accionado o una bomba desarrolla empuje hidráulico o aerodinámico. Los soportes flexibles se comprimen bajo carga y bajo reacción de par.

Todos estos están presentes en condiciones de funcionamiento y ausentes cuando la máquina se detiene. Por tanto, una alineación que tenga en cuenta el crecimiento térmico pero ignore el desplazamiento inducido por la carga sigue siendo incompleta en una máquina donde esos efectos son grandes.

La forma práctica de juzgar si importan: si la máquina tiene soportes flexibles, una transmisión por correa con tensión significativa, o una máquina accionada con alto empuje, El desplazamiento estático a funcionamiento merece la pena medir. La ruta para esa medición es a través de puntos de monitorización instalados de forma permanente, Una ventana de inspección cerrada, o una lectura tomada con la máquina detenida y aislada, Y lo último de estos suele ser suficiente: Un indicador de carátula en un eje que muestra la deflexión entre el estado sin carga y el cargado da la magnitud directamente. Un protector no es algo que se deba quitar de una máquina en funcionamiento para obtener una lectura, sea cual sea la pregunta de alineación, respondería.

El método importa menos que la repetibilidad

Los instrumentos de alineación difieren en precisión y comodidad, Y la comparación publicada merece la pena porque establece expectativas: Una recta es rápida, fácil y inexacta, Un indicador de dial es preciso, lento y torpe, y un sistema láser es preciso, rápido y fácil de usar.

Lo que importa más que qué instrumento se utiliza es que sea el mismo instrumento, en la misma configuración, produce las lecturas comparadas entre sí. Lecturas en frío y en caliente tomadas con diferentes instrumentos, Desde diferentes puntos de referencia, o por diferentes personas no son comparables, y la figura de crecimiento térmico derivada de ellos contendrá la diferencia.

El otro requisito práctico es la grabación. Un alineamiento que no está documentado no puede repetirse, y la segunda alineación de la misma máquina es donde el valor del registro de la primera se vuelve evidente.

Antes de mover la máquina

Un acoplamiento caliente es evidencia de que la energía se ha disipado en un lugar donde no debería estar, y la desalineación es solo uno de los mecanismos que la produce. Analizar las alternativas cuesta una hora y puede ahorrar un parón.

Tres de ellos son mecanismos en el propio acoplamiento. Sobregrasado es la más barata y la que más a menudo se pasa por alto: un acoplamiento empaquetado más allá de su relleno previsto bate su propia grasa, y batir genera calor sin ningún desalineamiento. La firma es un acoplamiento que se calienta desde la primera hora tras un engrasado de mantenimiento y se enfría cuando se purga parte del exceso. La grasa equivocada Se comporta igual pero por otra razón, porque un acoplamiento especificado para una aplicación a alta velocidad y se engrasa con un pesado, El producto de alta viscosidad se calentará a velocidad independientemente de la alineación. La especificación del fabricante del acoplamiento es la referencia, no lo que hay en la pistola de grasa de la planta. Desgaste en el propio acoplamiento Aumenta la temperatura de dos maneras: Un elemento desgastado se desvía más que uno nuevo bajo la misma desalineación, y el material perdido cambia el equilibrio.

La cuarta no es un mecanismo en absoluto. Es el caso en que el calor es real pero el acoplamiento es una víctima y no una causa, porque el equipo accionado ha sido empujado a un mayor nivel y toda la máquina funciona más caliente. Un acoplamiento que se ha ido calentando junto con su caja de cambios y su máquina accionada está informando del proceso. La comprobación allí es una comparación con el historial propio de la máquina al mismo ritmo de producción, No contra una regla general.

Lo que ayuda a separar la desalineación de esos no es una sola lectura, sino un patrón: El calor de desalineación tiende a seguir la carga y la velocidad, para repetirse en la misma posición medida tras un apagado y reiniciar, y para correlacionarse con un cambio en el estado de la máquina más que con un cambio en su mantenimiento. Cada uno de ellos es coherente con otras causas también, Así que el patrón es una prueba para pesar más que una prueba que devuelve una respuesta.

El desplazamiento térmico es una posible explicación para un acoplamiento que se calienta tras la instalación. Su contribución y el momento de los síntomas deben establecerse a partir de mediciones en la máquina real.

Si la evidencia apunta a una alineación, Utiliza el crecimiento térmico medido y un objetivo de alineación calculado para el estado real de funcionamiento de la máquina. El ajuste necesario depende de la instalación y el servicio, y el síntoma puede reaparecer dependiendo de esas condiciones; No se puede inferir un periodo de recurrencia fijo solo de un alineamiento en frío.

Las mediciones registradas y las estimaciones validadas proporcionan la base para evaluar el objetivo de alineación; no establecen automáticamente el desplazamiento total presente durante la operación. Comparte las lecturas relevantes para discutir la interfaz de la unidad frente a la evidencia medida.