Panoramica della macchina
La macchina monitorata è un compressore a vite utilizzato in un impianto di refrigerazione all’interno di uno stabilimento per la produzione di ingredienti alimentari. Nel settore Food & Beverage, la refrigerazione rappresenta un servizio essenziale. Di conseguenza, qualsiasi guasto imprevisto del compressore potrebbe compromettere direttamente la continuità del processo produttivo e la qualità del prodotto.
Il compressore è azionato da un motore elettrico da 110 kW a velocità variabile, con una velocità massima di 2960 giri/min. Questa configurazione consente al sistema di adattarsi alle variazioni della domanda di raffreddamento mantenendo un’elevata efficienza energetica. Tuttavia, la presenza di un inverter (VFD) può generare fenomeni elettrici che, nel tempo, possono compromettere le condizioni dei cuscinetti.
Considerato il ruolo critico della refrigerazione, qualsiasi guasto imprevisto del motore del compressore potrebbe interrompere la produzione e compromettere la continuità del processo. Garantire l’affidabilità di questa macchina è quindi essenziale.
Dispositivi di monitoraggio e configurazione del software
Gli ingegneri dell’affidabilità di I-care hanno installato sensori wireless Wi-care™ per l’analisi delle vibrazioni sulla macchina. La configurazione comprendeva due sensori sul motore e due sul compressore, consentendo il monitoraggio continuo del comportamento vibrazionale sia del componente motore sia del componente azionato.
Questi sensori acquisivano continuamente dati di vibrazione e temperatura.
L’analisi delle vibrazioni è stata utilizzata come metodo principale per monitorare le condizioni della macchina. Inoltre, è stata applicata la tecnica di elaborazione I-DNA per migliorare il rilevamento di specifiche firme di guasto ad alta frequenza, indicative di una lubrificazione insufficiente o di un danno ai cuscinetti in fase iniziale.
Tutti i dati sono stati trasmessi automaticamente a I-see™, il software di manutenzione predittiva basato sull’intelligenza artificiale di I-care, dove i segnali sono stati analizzati e sono stati generati avvisi quando venivano rilevate deviazioni rispetto alle normali condizioni operative.
Successivamente, un analista delle vibrazioni di I-care ha esaminato i dati per convalidare l’allarme, eseguire un’analisi spettrale dettagliata e formulare raccomandazioni sulla base dell’evoluzione del guasto osservata.
Analisi dettagliata
Fase 1 | Rilevamento del problema
Il primo segnale di un’anomalia è apparso il 24 dicembre, quando la dashboard di I-see™ ha rilevato un comportamento anomalo in diversi punti di misura del motore.
Un’analisi più approfondita dei dati ha evidenziato un aumento dell’energia vibrazionale associata agli impatti nella banda delle alte frequenze, suggerendo la presenza di difetti localizzati all’interno del componente.
Questa evoluzione anomala ha portato a un’analisi approfondita da parte di uno specialista I-care nell’analisi delle vibrazioni.
Fase 2 | Analisi
I dati di vibrazione sono stati analizzati in modo più approfondito per identificare l’origine dell’anomalia.
L’analisi spettrale (FFT) del segnale di vibrazione ha evidenziato una distinta famiglia di armoniche a 3,08 volte la velocità di rotazione.
Questa frequenza corrispondeva alla Ball Pass Frequency Outer Race (BPFO) teorica del cuscinetto del motore (SKF 6314). La presenza di una famiglia di armoniche a questa frequenza, combinata con l’aumento dei livelli di impatto osservato, è tipica di un difetto sulla pista esterna del cuscinetto. Ciò ha consentito all’analista delle vibrazioni di I-care di identificare con precisione il guasto.
L’evoluzione del trend nelle settimane successive ha confermato un aumento costante dei livelli di impatto, indicando una progressione del difetto.
La coerenza tra la corrispondenza della frequenza caratteristica e l’evoluzione del trend osservata ha fornito un elevato livello di affidabilità alla diagnosi.
Fase 3 | Raccomandazione
Sulla base del difetto individuato sulla pista esterna del cuscinetto e della sua progressione, l’analista delle vibrazioni di I-care ha raccomandato una lubrificazione aggiuntiva del cuscinetto del motore e un monitoraggio ravvicinato dei livelli di vibrazione, poiché il miglioramento delle condizioni di lubrificazione può contribuire a ridurre l’attrito e a limitare la progressione del danno.
In questo caso, sebbene il difetto sia stato successivamente identificato come fluting elettrico, è stata comunque effettuata una lubrificazione aggiuntiva come misura di mitigazione per stabilizzare le condizioni del cuscinetto e controllare l’evoluzione del difetto fino a quando non fosse stato possibile intraprendere un intervento definitivo.
Fase 4 | Monitoraggio
Dopo l’intervento di lubrificazione, l’analisi delle vibrazioni ha evidenziato una stabilizzazione dei livelli di impatto. Questo ha indicato che la progressione immediata del difetto era stata temporaneamente mitigata.
La macchina è stata quindi mantenuta sotto stretto monitoraggio per seguire l’evoluzione del difetto nel tempo. Sebbene il danno al cuscinetto fosse ancora presente, la stabilizzazione dei livelli di vibrazione ha indicato che il difetto non stava progredendo rapidamente, consentendo alla macchina di continuare a funzionare in condizioni controllate.
Sulla base di questo comportamento stabile, è stato deciso di rinviare l’intervento e pianificare la sostituzione del cuscinetto durante un fermo programmato alla fine di febbraio.
Fase 5 | Sostituzione del cuscinetto e analisi della causa principale
I cuscinetti del motore sono stati sostituiti durante il fermo programmato alla fine di febbraio, come previsto.
Dopo la sostituzione, il cuscinetto lato azionamento rimosso è stato ispezionato. L’ispezione ha evidenziato caratteristiche tracce di danneggiamento associate al fluting elettrico, un tipo di guasto comune nei motori alimentati da inverter (VFD).
Questi sistemi possono indurre tensioni sull’albero motore che provocano scariche elettriche attraverso i cuscinetti, generando i caratteristici segni di danneggiamento dovuti al fluting elettrico.
Ciò ha confermato che il difetto individuato tramite l’analisi delle vibrazioni era causato da scariche elettriche all’interno del cuscinetto.
Per prevenire il ripetersi del problema, sul motore è stato installato un anello di messa a terra dell’albero. Questa misura correttiva è stata adottata per deviare le correnti elettriche vaganti lontano dal cuscinetto, riducendo il rischio di futuri danni causati da scariche elettriche.
Fase 6 | Efficacia
Dopo la sostituzione del cuscinetto, l’analisi delle vibrazioni ha confermato una significativa riduzione dei livelli di impatto, con valori tornati alle condizioni di riferimento.
Il confronto degli spettri prima e dopo l’intervento ha evidenziato la scomparsa della famiglia di armoniche precedentemente identificata a 3,08 volte la velocità di rotazione, corrispondente alla Ball Pass Frequency Outer Race (BPFO) del cuscinetto del motore. Ciò ha confermato l’eliminazione della firma vibrazionale associata al difetto.
Queste osservazioni hanno confermato sia l’accuratezza della diagnosi iniziale sia l’efficacia delle azioni correttive. Dopo l’intervento non sono stati rilevati pattern di vibrazione anomali, confermando la scomparsa della firma vibrazionale associata al difetto e il ritorno della macchina a condizioni vibrazionali normali.
Risultati
Gestione di un difetto del cuscinetto su un compressore azionato da inverter mediante rilevamento precoce
Il difetto del cuscinetto è stato rilevato diverse settimane prima che si concretizzasse un rischio di guasto, consentendo al team di monitorarne l’evoluzione e di gestire la situazione in condizioni controllate.
Dopo la stabilizzazione osservata in seguito alla lubrificazione, il compressore ha continuato a funzionare senza interruzioni fino al fermo programmato, durante il quale i cuscinetti del motore sono stati sostituiti come previsto. Questo approccio ha evitato un guasto imprevisto del motore su una macchina critica per il sistema di refrigerazione.
L’ispezione del cuscinetto rimosso ha confermato che il fluting elettrico era la causa principale del difetto. Questa constatazione ha permesso di implementare una misura correttiva: l’installazione di un anello di messa a terra dell’albero per ridurre il rischio di ricorrenza del problema.
Questo caso dimostra come il monitoraggio continuo delle vibrazioni mediante i sensori wireless Wi-care™ per l’analisi delle vibrazioni e l’analisi attraverso I-see™, il software di manutenzione predittiva basato sull’intelligenza artificiale di I-care consentano non solo di rilevare tempestivamente i guasti sulle macchine azionate da inverter, ma anche di prendere decisioni basate sui dati. Questo approccio permette di pianificare ed eseguire gli interventi di manutenzione nelle condizioni ottimali, evidenziando il valore della manutenzione predittiva nel settore Food & Beverage.
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