Su una macchina per carta, le condizioni meccaniche sono direttamente collegate alla capacità di funzionamento, alla qualità del foglio e alla stabilità complessiva della produzione. Quando un rullo di pressatura inizia a vibrare o un ventilatore dell’essiccatore eccita la struttura della macchina, i primi effetti sono spesso visibili in rotture del nastro, instabilità di trazione, variazioni del profilo di umidità o aumento dei segni sul feltro e sui rulli. Questi sintomi compaiono in genere molto prima che si verifichi un guasto meccanico, ma a quel punto hanno già un impatto sui tempi di funzionamento e sulla qualità.
Le macchine per la produzione della carta funzionano in modo continuo, con un elevato accumulo di energia e lunghi tempi di riavvio. Anche un calo relativamente modesto dell’affidabilità delle apparecchiature rotanti può quindi tradursi rapidamente in tonnellate perse e mancato rispetto delle scadenze di consegna. Dal punto di vista dell’affidabilità degli impianti, ciò rende il monitoraggio delle condizioni tramite vibrazioni uno strumento pratico e prezioso per mantenere un funzionamento stabile dell’intera macchina.
Una moderna macchina per la produzione di carta combina diverse sezioni quali la formatura, la pressa, l’essiccatoio, la calandra e la bobinatrice, tutte collegate tramite sistemi di azionamento e ausiliari strettamente integrati. Le attrezzature tipiche includono azionamenti di sezione, sistemi di azionamento principali, motori, riduttori, circuiti dei rulli e dei feltri, pompe per vuoto, soffianti e grandi ventilatori di ventilazione e di cappa. Molte di queste macchine operano su un’ampia gamma di tipi di prodotto e velocità, con frequenti avviamenti, operazioni di infilaggio e variazioni di carico. È proprio questa variabilità operativa il motivo per cui il monitoraggio continuo delle vibrazioni e la diagnostica aggiungono valore: consentono ai team di manutenzione di distinguere il normale comportamento legato al processo da un precoce degrado meccanico.
La sfida: elementi accoppiati, funzionamento variabile e trasmissione delle vibrazioni
Le macchine per la produzione di carta riuniscono un gran numero di elementi rotanti su un unico telaio lungo e collegato meccanicamente. Ciò le rende sensibili a comuni meccanismi di degrado quali lo squilibrio dei rulli, lo squilibrio dei ventilatori, il disallineamento dopo la sostituzione dei rulli, l’allentamento delle sedi dei cuscinetti, i problemi di lubrificazione dei cuscinetti, l’usura dei giunti e il danneggiamento dei denti dei riduttori nelle trasmissioni a sezioni.
Una complicazione pratica è che le vibrazioni non rimangono localizzate. L’eccitazione proveniente da una fonte può propagarsi attraverso alloggiamenti, telai, fondamenta e tubazioni collegate, influenzando le misurazioni nelle sezioni adiacenti. Senza un’analisi continua delle tendenze e un contesto diagnostico, i team di manutenzione possono facilmente ritrovarsi a reagire ai sintomi anziché affrontare la vera causa alla radice.
Anche le condizioni operative cambiano continuamente. Le rampe di velocità durante l’avvio, il carico dipendente dalla pendenza, il condizionamento del feltro, le regolazioni del vapore e del cappuccio e le variazioni del livello di vuoto influenzano tutti i livelli di vibrazione e il contenuto spettrale. La domanda chiave per i team di affidabilità non è quindi se le vibrazioni cambino, ma se un cambiamento rifletta la normale variabilità operativa o indichi lo sviluppo precoce di un guasto. Per rispondere a questa domanda non basta un singolo valore complessivo; sono necessari indicatori stabili e dati sufficienti a supportare la diagnostica.
I sistemi ausiliari spesso determinano se la macchina funziona in modo stabile. Soffianti, ventilatori di rifinitura e di ventilazione, pompe per vuoto, pompe per condensa, pompe di alimentazione e motori ausiliari possono essere classificati singolarmente come di media criticità, ma i guasti in questi sistemi possono causare rotture del nastro, instabilità dell’umidità, ridotta capacità di essiccazione o riduzione forzata della velocità. Con un numero elevato di impianti e numerosi punti di misurazione, le cartiere necessitano di un approccio scalabile al monitoraggio delle condizioni in grado di coprire sia i principali sistemi di azionamento che i sistemi ausiliari circostanti, senza la complessità di un tradizionale sistema aziendale di monitoraggio delle vibrazioni.
Perché il monitoraggio delle vibrazioni è importante nelle macchine per la produzione di carta
Il monitoraggio delle vibrazioni è particolarmente efficace sulle macchine per la produzione di carta perché molti meccanismi di guasto rilevanti si sviluppano meccanicamente molto prima di manifestarsi nei dati di qualità o negli allarmi di processo. L’usura dei cuscinetti, il disallineamento, lo squilibrio, l’allentamento e i difetti degli ingranaggi producono tutti cambiamenti caratteristici nel comportamento delle vibrazioni che possono essere rilevati precocemente in condizioni operative reali.
Per i sistemi di trasmissione quali gli azionamenti dei rivestitori, della sezione di essiccazione, delle presse, delle bobinatrici e i sistemi di trasmissione principali, il monitoraggio delle vibrazioni supporta il rilevamento precoce del degrado di cuscinetti e riduttori prima che influisca sulla stabilità della velocità o sulla ripartizione del carico. Nelle catene cinematiche, inclusi motori e riduttori, l’andamento delle vibrazioni fornisce informazioni sulle condizioni di allineamento, sull’usura dei giunti e sui danni agli ingranaggi in fase di sviluppo. Per i sistemi ad aria e a vuoto, inclusi ventilatori, soffianti e pompe per vuoto, l’analisi delle vibrazioni rileva squilibri, usura dei cuscinetti, incrostazioni e problemi strutturali che influenzano il flusso d’aria, la stabilità del vuoto e l’efficienza energetica.
Monitorando continuamente le vibrazioni in questi gruppi di asset, gli stabilimenti ottengono informazioni oggettive sulle condizioni delle macchine che integrano le misurazioni di processo e supportano la manutenzione basata sulle condizioni e quella predittiva.
Approccio al monitoraggio delle condizioni con VibSys®
VibSys® è un sistema compatto per il monitoraggio continuo delle condizioni delle vibrazioni e la diagnostica su apparecchiature rotanti. Sulle macchine per la produzione di carta, viene tipicamente applicato alle trasmissioni di sezione e principali, ai riduttori, alle sedi dei cuscinetti relative ai rulli e alle apparecchiature ausiliarie critiche quali ventilatori, soffianti, pompe per vuoto e pompe di processo. L’obiettivo è fornire indicatori dello stato delle macchine e dati diagnostici stabili e comparabili che i team di affidabilità possano utilizzare per l’analisi delle tendenze, il rilevamento precoce dei guasti e la pianificazione della manutenzione.
VibSys® acquisisce dati sulle vibrazioni di alta qualità ed elabora gli indicatori chiave localmente sulla macchina. Ciò è particolarmente importante sulle macchine per la produzione di carta, dove la velocità e il carico non sono costanti e dove sono necessarie tendenze affidabili in tutte le fasi di cambio di tipo di prodotto e nelle condizioni di avvio. Estraendo le caratteristiche rilevanti in prossimità della fonte, VibSys® supporta il monitoraggio costante delle condizioni dei cuscinetti, del gioco, del disallineamento e dei difetti emergenti degli ingranaggi, consentendo al contempo una diagnostica più approfondita quando compaiono andamenti anomali.
Per le macchine di grandi dimensioni con numerosi punti di misura, la scalabilità è essenziale. VibSys® è progettato per l’installazione a livello della macchina, mantenendo il cablaggio e l’infrastruttura pratici nelle sezioni di pressatura e di essiccazione. Le interfacce dati aperte consentono di integrare gli indicatori di vibrazione e, ove richiesto, i dati completi del segnale temporale con i sistemi di manutenzione esistenti, gli storici o le piattaforme di analisi. VibSys® viene utilizzato esclusivamente per il monitoraggio delle condizioni e la diagnostica a supporto del processo decisionale di manutenzione e non è destinato a funzioni di protezione o arresto.
- Monitoraggio continuo delle condizioni di vibrazione su rulli, cuscinetti e sistemi di trasmissione
- Rilevamento precoce di guasti quali usura dei cuscinetti, disallineamento, squilibrio e allentamento
- Indicatori di condizioni stabili in presenza di condizioni di produzione e di esercizio mutevoli
- Installazione distribuita sul lato macchina con requisiti minimi di cablaggio
- Adatto ad ambienti esigenti di produzione della carta e ad applicazioni ad alta temperatura
- Integrazione aperta con PLC, MES, sistemi di archiviazione dati (historian) e piattaforme di manutenzione predittiva
- Architettura di monitoraggio scalabile per linee di produzione di macchine per carta lunghe e complesse
Impatto sui tempi di operatività, sulla qualità e sulla pianificazione della manutenzione
L’applicazione del monitoraggio delle condizioni delle vibrazioni con VibSys® su una macchina per la produzione di carta favorisce il passaggio dalla manutenzione reattiva a quella basata sulle condizioni e predittiva. Anziché individuare i problemi durante i guasti o a seguito di reclami sulla qualità, i team addetti all’affidabilità ottengono una visibilità tempestiva sui modelli di degrado e possono pianificare gli interventi tenendo conto dei vincoli di produzione.
Una visione continua delle condizioni delle macchine aiuta a dare priorità ad azioni quali la sostituzione dei cuscinetti prima che gli alloggiamenti risultino danneggiati, la correzione del disallineamento dopo la sostituzione dei rulli prima che le vibrazioni diventino ricorrenti, o la risoluzione dello squilibrio di ventilatori e pompe prima che carichi eccessivi vengano trasmessi alla struttura della macchina. Ciò riduce i fermi non programmati, evita danni secondari e favorisce una pianificazione più prevedibile degli interventi di fermo e dei ricambi.
Analizzando l’andamento del comportamento delle vibrazioni sia nei sistemi di azionamento critici che nell’insieme più ampio dei sistemi ausiliari, le cartiere rafforzano l’affidabilità delle apparecchiature rotanti e il controllo a lungo termine delle condizioni delle macchine. Il risultato è un minor numero di rotture del nastro causate dall’instabilità meccanica, finestre operative più stabili e una maggiore uniformità della qualità e un funzionamento efficiente dal punto di vista energetico in tutta la macchina per la produzione della carta.
Formazione online gratuita sulle vibrazioni
Se il vostro team è responsabile della manutenzione e dell’affidabilità delle apparecchiature rotanti nel settore della cellulosa e della carta, una conoscenza di base delle vibrazioni rende più facile agire in base ai risultati del monitoraggio delle condizioni. Istec offre una formazione online gratuita sulla Categoria 1 delle vibrazioni tramite Istec Academy per i professionisti che desiderano un’introduzione pratica ai fondamenti delle vibrazioni e ai tipici modelli di guasto delle macchine.
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