9x Difetti comuni rilevati nella produzione di acciaio

Simon Jagers
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Aggiornato: 02/01/25
Pubblicato: 02/01/25

In questo caso di studio, spieghiamo come SAM4 individua i guasti più comuni nelle acciaierie utilizzando i risultati effettivi dei dati anonimizzati di SAM4, per aiutare gli ingegneri a valutare il valore di SAM4 per le proprie attività.

Indicatori meccanici

I componenti guasti lasciano tracce distinte nei segnali di corrente e tensione a frequenze correlate alla loro geometria. Ad esempio, i problemi dei cuscinetti a rulli possono essere identificati dalle variazioni delle frequenze di passaggio e rotazione delle sfere e della gabbia, che dipendono in parte dal numero di rulli e dalle loro dimensioni.

Picchi intorno alla frequenza di alimentazione — Figura 1. I picchi intorno alla frequenza di alimentazione alle frequenze caratteristiche di questo cuscinetto indicano lo sviluppo di un danno al cuscinetto (blu = sano, nero = danneggiato, verde = dopo la sostituzione).

Analisi del cruscotto Sam4 — Figura 2. Esempio di analisi del cruscotto SAM4 per due diversi guasti meccanici.

Esempio 1: Accoppiamento difettoso

I cambiamenti nello spettro di frequenza hanno portato SAM4 a diagnosticare un accoppiamento difettoso in uno dei rulli della tavola di rotolamento. Abbiamo avvertito per la prima volta il cliente in corrispondenza del punto giallo in figura 4. Il lento aumento è continuato e tre settimane dopo (punto arancione) abbiamo consigliato al cliente di ispezionare l'accoppiamento. Il cliente non ha riscontrato segni visivi di deterioramento, ma i cambiamenti malsani sono persistiti e abbiamo messo il rullo in allarme rosso circa tre mesi dopo che SAM4 aveva segnalato per la prima volta un aumento. Il cliente ha deciso di non intervenire e il giunto difettoso si è rotto tre settimane dopo. L'hanno sostituito e le intensità sono tornate alla normalità.

Spettro di frequenza attuale per il rullo — Figura 3. Spettro di frequenza della corrente per il rullo quando è sano (blu) rispetto a quello con accoppiamento degradato (nero).

Intensità crescente nell'arco di tre mesi — Figura 4. Intensità crescente per un periodo di tre mesi alla seconda armonica della frequenza di rotazione del rullo. Si noti il calo dell'ampiezza dopo che il cliente ha sostituito il giunto difettoso.

Esempio 2: Accoppiamento difettoso

L'aumento dell'intensità alla frequenza di rotazione di un rullo della tavola di rotolamento ha indotto SAM4 a diagnosticare un guasto di accoppiamento. La Figura 5 mostra le variazioni di intensità alla frequenza di rotazione del rullo nel tempo. Il cliente è stato dapprima avvisato di un'anomalia significativa in corrispondenza del punto arancione della figura 5 e gli è stato consigliato di ispezionare l'accoppiamento. L'intensità è aumentata rapidamente, provocando un allarme rosso alcuni giorni dopo. Il cliente ha lasciato in funzione l'asset fino alla rottura del giunto, circa tre giorni dopo l'allarme rosso. L'intensità è tornata normale dopo la sostituzione del giunto rotto.

Intensità di aumento alla frequenza di rotazione dei rulli — Figura 5. Aumento dell'intensità alla frequenza di rotazione del rullo nel tempo. Si noti il calo dell'ampiezza dopo che il cliente ha sostituito il giunto rotto.

Figura 6. Variazioni dello spettro di frequenza nel tempo: sano (blu) vs. degradato (nero). La comparsa di aumenti regolari ma transitori del rumore (verde) è stata una delle cause che hanno spinto a passare all'allarme rosso per questa macchina.

Esempio 3: accoppiamento difettoso

SAM4 ha rilevato un aumento dell'intensità alla frequenza di rotazione di questo rullo più la seconda armonica, nonché un aumento del rumore di fondo. Questi cambiamenti erano coerenti con lo schema tipico legato all'allentamento dell'accoppiamento dell'albero cardanico per gli altri rulli della tavola di rotolamento di questo cliente. Abbiamo consigliato al cliente di controllare l'allentamento del giunto durante il prossimo ciclo di manutenzione. Il cliente ci ha comunicato di non aver riscontrato alcun segno di deterioramento, ma di aver sostituito l'elemento difettoso per sicurezza. I dati successivi hanno mostrato che i valori erano tornati alla normalità.

Intensità crescente alla seconda armonica — Figura 7. Aumento dell'intensità alla seconda armonica della frequenza di rotazione del rullo nel tempo. Si noti il calo dell'ampiezza dopo la sostituzione dell'elemento difettoso da parte del cliente.

Esempio 4: albero cardanico difettoso

Le variazioni improvvise del valore quadratico medio della corrente (RMS) hanno indotto SAM4 a segnalare un potenziale problema di albero cardanico in questo rullo per tavola di rotolamento. L'analisi spettrale ha rivelato un aumento dell'intensità in corrispondenza di più armoniche della frequenza di rotazione del rullo, nonché del rumore di fondo. L'esperienza precedente con i rulli di questo cliente indicava che si trattava di un guasto che poteva svilupparsi rapidamente, quindi abbiamo messo l'asset in allerta arancione e raccomandato al cliente di ispezionare l'albero cardanico il prima possibile. Tre giorni dopo siamo passati all'allarme rosso. Il cliente ha notato che stava aspettando l'occasione giusta per sostituire l'albero cardanico. Tre giorni dopo l'albero cardanico si è rotto. Il cliente lo ha sostituito e i valori sono tornati alla normalità.

Aumento di magnitudine alla prima interarmonica — Figura 9. Aumento della magnitudo alla prima interarmonica (parte del rumore di fondo).

Esempio 5: Guasto al cuscinetto

SAM4 ha misurato un'intensità crescente alla frequenza della gabbia (frequenza fondamentale del treno) per uno dei cuscinetti del motore di questo rullo della tavola di rotolamento. Anche il carico sul motore è aumentato gradualmente, senza corrispondenti cambiamenti di processo. Abbiamo segnalato al cliente un possibile danno al cuscinetto (punto arancione nella figura 10). Quattro settimane dopo hanno sostituito il cuscinetto durante un'interruzione programmata della manutenzione. I punteggi del motore sono quindi tornati alla normalità.

Figura 10. Il carico sul motore aumenta nel tempo. Il cliente ha ricevuto un avviso in corrispondenza del punto arancione, consigliando un'ispezione. Dopo la manutenzione, il carico sul motore è tornato normale.

Esempio 6: Guasto al cuscinetto

Piccoli picchi alla frequenza della gabbia per il cuscinetto NDE del motore hanno portato SAM4 a diagnosticare un problema al cuscinetto. Il cliente è stato avvisato (il punto arancione nella figura 12) e gli è stato consigliato di ispezionare il cuscinetto in occasione della successiva fermata di manutenzione programmata. In occasione della sosta programmata, circa due mesi dopo, è stato confermato il danneggiamento precoce del cuscinetto ed è stata intrapresa un'azione correttiva.

Figura 11. Spettro di frequenza del motore sano (blu) e con cuscinetto deteriorato (nero). I picchi corrispondono alla frequenza della gabbia del cuscinetto e alle sue armoniche.

Intensità crescente alla frequenza dei cuscinetti nde — Figura 12. Intensità crescente alla frequenza della gabbia del cuscinetto NDE (punti blu). I valori sono tornati alla normalità dopo la sostituzione del cuscinetto (punti neri).

Esempio 7: Guasto al cuscinetto

SAM4 ha osservato un aumento di intensità alle frequenze corrispondenti al cuscinetto a rulli (frequenza della gabbia più armoniche). Abbiamo avvisato il cliente e gli abbiamo consigliato di ispezionare il cuscinetto per verificare che non fosse danneggiato. Al momento opportuno, tre mesi dopo, il cliente ha confermato il danneggiamento del cuscinetto attraverso la misurazione manuale delle vibrazioni. Hanno sostituito il cuscinetto e i valori sono tornati alla normalità.

Variazione dello spettro di frequenza del rullo nell'arco di 3 mesi — Figura 13. Spettro di frequenza variabile per il rullo in un periodo di tre mesi: quando era sano (blu e nero) e con l'inizio del degrado del cuscinetto (verde). I picchi corrispondono alla frequenza della gabbia del cuscinetto e alle sue armoniche.

Mappa di calore che mostra i cambiamenti relativi al degrado dei cuscinetti — Figura 14. Mappa di calore che mostra i cambiamenti legati al degrado dei cuscinetti. L'asse orizzontale è la frequenza; l'asse verticale è il tempo, dalla data più vecchia in alto a quella più recente in basso. Il colore indica l'intensità, dal rosso alto al blu basso. Nella metà inferiore del grafico sono chiaramente visibili nuovi picchi di frequenza legati ai cuscinetti.

Indicatori elettrici

Lo sviluppo di problemi elettrici influisce istantaneamente sul campo magnetico del motore e lascia tracce distinte nei segnali di corrente e tensione. Ad esempio, una barra del rotore rotta crea un'asimmetria elettrica nel rotore che produce un campo magnetico controrotante, inducendo correnti di statore a multipli del doppio della frequenza di scorrimento intorno alla frequenza di alimentazione.

Indicatore della barra del rotore rotta — Figura 15. Un altro indicatore di rottura della barra del rotore: le deformazioni termiche del rotore che ne derivano inducono picchi alla frequenza di rotazione del motore (frecce) modulati intorno alle armoniche della frequenza di alimentazione (linee verticali).

Esempio 8: cortocircuito dell'avvolgimento dello statore

SAM4 ha osservato un aumento della frequenza di rotazione del motore, che può essere indicativo di diverse modalità di guasto. Abbiamo informato il cliente e gli abbiamo chiesto di ispezionare il rullo. Non hanno riscontrato alcun segno di danneggiamento. Con il passare del tempo, l'intensità ha iniziato ad aumentare anche alle armoniche dispari della frequenza di alimentazione e SAM4 ha iniziato a osservare uno sbilanciamento di corrente maggiore rispetto agli altri motori del cliente. Questi indicatori hanno portato SAM4 a diagnosticare il deterioramento dell'isolamento dell'avvolgimento dello statore e a portare il motore in allarme rosso. Il cliente ha sostituito il motore durante la successiva fermata programmata e i valori sono tornati alla normalità.

La frequenza di rotazione dei motori mostra un chiaro aumento di magnitudine — Figura 17. La frequenza di rotazione del motore mostra un chiaro e crescente aumento di grandezza (punti blu). I valori sono tornati alla normalità (punti neri) dopo la sostituzione del motore. Tre mesi dal primo allarme di SAM4 alla sostituzione.

Squilibrio del motore — Figura 18. Lo squilibrio durante il periodo di interesse (lato destro del grafico) era notevolmente più alto del solito per questo motore e non si rifletteva negli altri motori dello stesso gruppo.

Esempio 9: eccentricità del rotore

SAM4 ha osservato un aumento dell'intensità a una frequenza corrispondente al numero di barre del rotore moltiplicato per la frequenza di rotazione, che può essere indicativa dell'eccentricità del rotore. Abbiamo informato il cliente e continuato a monitorare l'asset. Poiché i valori continuavano ad aumentare, siamo passati all'allarme arancione e poi rosso, informando il cliente settimanalmente e poi quotidianamente. Cinque mesi dopo, il cliente ha sostituito il motore e le intensità sono tornate a livelli normali.