Deteção de falha num rolamento com recurso a técnica de envelope em um alternador da fragata NRP Vas

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João F. D. dos Santos(1)(2); Rui P. C. Sampaio(2); HÊlder F. S. Ferreira(3); duarte.santos@marinha.pt; chedas.sampaio@marinha.pt; helder.silva.ferreira@marinha.pt; 1,3 Gabinete de Avaliação de Condição – Direcção de Navios – Marinha de Guerra Portuguesa Alfeite, Portugal 2 CINAV – Centro de Investigação Naval, Marinha, Lisboa, Portugal

case study

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Deteção de falha num rolamento com recurso a tÊcnica de envelope em um alternador da fragata NRP Vasco da Gama 1.ª Parte A fragata NRP Vasco da Gama reportou, à Direção de Navios (DN), a existência de um alarme de temperatura num rolamento do alternador do

de efetuar o diagnóstico da causa do alarme, o Gabinete de Avaliação de Condição, da Divisão de Mecânica e Eletrotecnia da DN, aplicou tÊcnicas de avaliação de condição, nomeadamente,

diagnosticar a causa do aumento de temperatura.

! "

de um ponto quente no rolamento em questĂŁo.

AtravÊs da medição e anålise de vibraçþes foi possível diagnosticar um defeito na pista

# $ desmontagem deste. Este artigo visa demonstrar a tÊcnica de envelope, na medição de vibraçþes, para diagnosticar defeitos em rolamentos como uma tÊcnica vålida para evitar custos não previstos no ciclo de vida útil dos equipamentos.

1. ENQUADRAMENTO As fragatas da classe Vasco da Gama estĂŁo equipadas com

O fabricante do alternador recomenda vĂĄrios arranjos de

! % geradores das fragatas da classe Vasco da Gama existe uma montagem com dois rolamentos de esferas.

Figura 2. Arranjo dos rolamentos do alternador.

Para convencionar a posição dos rolamentos serå utilizada a ilustração abaixo, em que o veio do alternador tem dois pontos de apoio A e B. Nestes pontos estão montados os rolamentos em questão.

A

B Alternador

D

C Motor Diesel

quatro grupos geradores. Os geradores sĂŁo constituĂ­dos por um motor diesel MTU 8V396TB53, de 655 kW de potĂŞncia Ă s 1800 RPM, acoplado a um alternador Siemens 1FR6 45 4-4.

Figura 3. Esquema de pontos de leitura do grupo gerador.

Nos pontos A e B estĂŁo montados sensores de temperatura.

Estes sensores transmitem, em tempo real, a temperatura para o sistema de gestão da plataforma, que darå alarme ao operador se a temperatura exceder os 90o C. Este sistema funciona essencialmente como segurança para evitar uma & '

$ Os rolamentos instalados são ambos da marca FAG da sÊrie 63. A sÊrie 63 Ê composta por rolamentos de esferas constituídos por uma pista externa, interna, esferas e gaiola. São rolamentos simples e fåceis de manter devido à sua simples constituição. Por serem abertos permitem uma lu &*

te suportar cargas axiais e radiais, o que os torna ideais para inúmeras aplicaçþes. Nesta sÊrie de rolamentos existem va *

+/ ' 7 : '

Figura 1. Motor diesel do grupo gerador.

AG & Co., 2016).

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" *

vibração dominada pelo desequilíbrio e desalinhamento residual do veio. Por esta razão desenvolveu-se a tÊcnica conhecida por envelope ou anålise da envolvente. Esta tÊcnica filtra o sinal numa banda estreita de frequência, em torno da frequência natural da caixa do rolamento, seguido da desmodulação em amplitude e apresentação em frequência da onda moduladora (frequência caraterística da falha do rolamento). Quando a frequência de falha, para alÊm de aparecer no envelope, aparece tambÊm no espetro de frequência Ê sinal de que o dano Ê

= 0.6

grande e estarĂĄ eminente o colapso.

As frequĂŞncias de falha podem ser calculadas de forma aproximada, desprezando o escorregamento dos elemen-

N 60

= 0.4 n

N 60

tos rolantes, uma vez que dependem da rotação do veio, da geometria e do arranjo dos componentes que formam o

= 0.6 n

N 60

= 0.18 n

N 60

rolamento, conforme Ê visível na ilustração abaixo.

= 0.23 n

n < 10

N 60

n

72

case study

Figura 7.

!

d n N D

ângulo de contacto diâmetro do elemento rolante n.o de elementos rolantes rotação do veio [RPM] diâmetro mÊdio do rolamento

Sendo que estas frequências apenas são função das caraterísticas do rolamento, o fabricante fornece-as e estão disponíveis em

de anålise de vibraçþes. Na tabela abaixo são apresentadas as frequências de falha para os ro-

Sinal + pista exterior rolante Sinal â&#x20AC;&#x201C; pista interior rolante

" # $ % AG & Co., 2016).

1 N d = 1 Âą cos 2 60

= = = Âą

n N d 1 â&#x20AC;&#x201C; cos 2 60

Tabela 1. FrequĂŞncias de falha para rolamentos 6320 e 6324.

n N d 1 + cos 2 60

d N 1â&#x20AC;&#x201C; d 60

falha (xRPM)

6320

6324

BPO

3.5535

3.1140

BPI

5.4465

4.8600

BS

2.2720

2.1480

FT

0.3948

0.3894

2

cos2

FT: FrequĂŞncia de defeito na gaiola BPO: FrequĂŞncia de defeito na pista externa BPI: FrequĂŞncia de defeito na pista interna BS: FrequĂŞncia de defeito no elemento rolante

Figura 5. FrequĂŞncias de falha de rolamentos.

Rolamentos

Quando nĂŁo se tĂŞm dados geomĂŠtricos do rolamento ĂŠ possĂ­vel calcular de forma aproximada as referidas frequĂŞncias:

3. MEDIĂ&#x2021;Ă&#x192;O E ANĂ LISE DE VIBRAĂ&#x2021;Ă&#x2022;ES NA MARINHA DE GUERRA PORTUGUESA Na Marinha de Guerra Portuguesa ĂŠ utilizada a medição e anĂĄlise de vibraçþes para controlo de condição dos vĂĄ-

N = 0.4 60

rios equipamentos a bordo das unidades navais. Ao navio

N = 0.4 n 60

Feita a deteção, o navio solicita o diagnóstico aos servi-

= 0.6 n

= 0.23 n

compete efetuar mediçþes mensais para deteção do dano. ços tÊcnicos de apoio do comando a que o navio pertence.

Efetuado o diagnóstico decide-se a intervenção que pode

N 60 N 60

n < 10

passar por equilibragem no local, alinhamento, isolamen ' * /; * /> ' * /; /; N 60

truturais ou outro tipo de intervenção. Se o diagnóstico

n

solicitada ao Gabinete de Avaliação de Condição (GAV) a

= 0.18 n

Figura 6.

>

'

/> % ! intervenção.

M