Detecção de trincas em eixos rotativos através de medição de vibrações

Abstract

Predizer o momento de uma falha em um componente mecânico é o grande desafio nas áreas de projeto, manutenção e segurança, e uma melhor compreensão da influência da presença de uma trinca no comportamento dinâmico de um eixo em máquinas rotativas é fundamental para o desenvolvimento de procedimentos de identificação de trincas em eixos rotativos para fins de manutenção preditiva. Neste contexto, é fundamental o estudo de metodologias de identificação de trincas em máquinas rotativas usando metodologias que empreguem técnicas de medição de vibração. Para melhor compreender o comportamento dinâmico de um eixo rotativo trincado, foram experimentados vários eixos cilíndricos com entalhe transversal de pequenas dimensões simulando a presença de uma trinca transversal. Foram ensaiados eixos com diferentes profundidades de trinca de modo a simular o crescimento da trinca ao longo da vida do rotor. Também foram realizados ensaios para diferentes condições de balanceamento e rotação. Em todos esses ensaios foram obtidos os espectros de vibração, que são usuais em procedimentos de manutenção preditiva e metodologias de identificação de trincas baseadas em sinais. Esses espectros foram analisados de modo a identificar as modificações causadas nos mesmos pela presença do entalhe. As freqüências naturais e diagramas de Campbell do conjunto rotor foram obtidos analiticamente para complementarem os estudos experimentais. Apresenta-se também uma revisão bibliográfica sobre as técnicas de identificação de trincas em eixos rotativos e um levantamento do estado da arte das pesquisas nessa área. Os resultados obtidos mostraram que as componentes do espectro de vibração correspondentes a uma vez e a duas vezes a rotação do eixo devem ser monitoradas conjuntamente em uma metodologia de identificação de trincas. Observou-se também a influência do desbalanceamento nos espectros medidos e na metodologia de identificação de trincas. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Predicting the moment of a failure in a mechanical component is the great challenge in the design, maintenance and security areas of the mechanical engineering. Understanding the influence of crack presence in the dynamic behavior of rotating machines is basic for the development of procedures of crack identification in rotors for predictive maintenance. In this context, it is basic the study of crack identifications methodologies for rotating machines using vibration measurement. In order to to understanding better of the dynamic behavior of a cracked rotating shaft with a transversal crack, a cylindrical shaft with a small notch, to simulating a crack, was tested. Shafts with different depths of notch had been assayed in order to simulate the crack growth throughout the operation life of the rotor. Also assays for different conditions of balancing and rotation had been carried through. In all these assays it was obtained the spectrum of vibrations, which are usual in the predictive maintenance and in crack identification methodologies based on signals measurements. The spectra obtained was analyzed in order to identify the modifications caused by the presence of the notch. The natural frequencies and diagrams of Campbell of the rotor had been calculated analytically to complement the experimental studies. A bibliographical revision and a survey of the state of the art in crack identification in rotating shafts is also presented. The obtained results show that both spectrum components corresponding to the one time and the two times the shaft rotation must be monitored in a crack identification methodology. The influence of the unbalancing in the measured spectra and in the crack identification methodology was also analyzed.