Analisi dei guasti dell'alloggiamento del motore: cause principali, rilevamento e prevenzione

Durante i test di rodaggio di fine linea presso un OEM di pompe, un motore da 22 kW ha fatto scattare l'azionamento per sovracorrente dopo soli 90 minuti. L'avvolgimento e i cuscinetti andavano bene; la colpa era una sottile crepa nell'alloggiamento del motore che ha permesso la distorsione del foro dello statore, lo sfregamento del rotore e l'aumento della temperatura dell'avvolgimento di 40 gradi C oltre quella nominale. Quella sequenza è il motivo analisi dei guasti dell'alloggiamento del motore merita lo stesso rigore della diagnostica dei cuscinetti.

L'analisi dei guasti dell'alloggiamento del motore identifica sistematicamente il motivo per cui un alloggiamento ha smesso di soddisfare i propri requisiti funzionali: allineamento concentrico dei cuscinetti, supporto dello statore, contenimento del liquido di raffreddamento e protezione dalla corrosione. L'obiettivo è decidere se il lotto successivo necessita di una modifica del materiale, di una modifica della tolleranza o di una modifica nell'installazione e nel funzionamento.

Analisi dei guasti dell'alloggiamento del motore: un quadro delle cause principali

Un'analisi pratica dei guasti dell'alloggiamento del motore separa le prove in tre ambiti: carico meccanico, degrado dei materiali e qualità di produzione. Una cricca da fatica vicino a un piede di montaggio è di origine meccanica ma può essere accelerata dallo stress residuo della saldatura, quindi la maggior parte dei guasti si verifica in due ambiti contemporaneamente.

Anche i fallimenti immobiliari dominano l’economia delle riparazioni. Un alloggiamento rotto comporta uno smontaggio completo, un rimontaggio dello statore e un ribilanciamento, spesso dal 60 al 70% del prezzo del nuovo motore. L’analisi della causa principale prima di ordinare le parti è la differenza tra la sostituzione di un alloggiamento da 90 dollari e la rottamazione di uno statore da 4.000 dollari.

Modalità di guasto dell'alloggiamento del motore: cosa mostrano le prove

Cinque modalità di guasto rappresentano quasi ogni alloggiamento restituito a un produttore: fessurazione, distorsione, corrosione, ingresso di refrigerante o acqua e allentamento dei giunti. Il grafico seguente mostra la frequenza relativa delle cause profonde osservate nei parchi pompe, ventilatori, compressori e motori di trazione.

Cause meccaniche alla base del guasto dell'alloggiamento del motore

Il guasto meccanico inizia quando l'alloggiamento non riesce più a mantenere i centri dei cuscinetti concentrici con il foro dello statore. Nei motori a velocità fissa, la risonanza è il fattore più distruttivo: quando le armoniche della velocità di funzionamento coincidono con la frequenza naturale dell'alloggiamento, nel giro di pochi giorni si formano delle crepe alle radici delle staffe o ai piedini di montaggio.

I guasti meccanici dell'alloggiamento seguono schemi prevedibili:

• Disallineamento del giunto e carichi della cinghia, affaticamento delle sezioni del piede e della staffa; un offset di accoppiamento di 0,1 mm raddoppia all'incirca le forze di reazione ai piedi.
• Il rotore bloccato e la coppia di avviamento ripetitiva scuotono la base; i telai montati su piedi si rompono nel raggio interno del piede, i telai flangiati nel cerchio dei bulloni.
• Cicli termici ripetuti espandono in modo differenziale il telaio e la piastra di montaggio, caricando le saldature nella zona termicamente alterata.
• Piede morbido, uno spessore di 0,05 mm sotto un piede, piega visibilmente il foro quando i bulloni vengono serrati.

Il rimedio per la risonanza o l'impatto è una sezione più rigida e una gola di saldatura più ampia alla base, non un grado di supporto migliore.

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Fattori materiali e ambientali di guasto dell'alloggiamento del motore

Il cedimento per corrosione segue la geometria, non la perdita casuale di metallo. I primi siti di attacco sono la parte inferiore del piede dove la vernice è graffiata, le scanalature di sigillatura dove si accumulano acqua, i giunti bullonati con corrosione interstiziale e le radici delle alette di raffreddamento dove si depositano i sali.

La selezione del materiale imposta la sequenza temporale:

• L'acciaio al carbonio zincato o verniciato sopravvive negli ambienti chiusi; in servizio costiero o di lavaggio il rivestimento si rompe entro 12-18 mesi.
• Avvitando un alloggiamento in alluminio ad una staffa in acciaio in aria umida si crea una coppia galvanica; l'alluminio si corrode all'interfaccia.
• I cloruri più i cicli termici causano fessurazioni da tensocorrosione nelle zone interessate dal calore della saldatura; le fessure perdono liquido refrigerante attraverso pareti dall'aspetto sano.
• Lanugine, polvere o magnetite bloccano le alette di raffreddamento, aumentando la temperatura dell'alloggiamento e accelerando la rottura delle guarnizioni.

Il nostro guida dell'alloggiamento del motore in acciaio inossidabile per un design del motore resistente alla corrosione copre l'intero confronto dei materiali. In ambienti corrosivi, il foro lavorato, la sede della tenuta e l'interfaccia di montaggio devono essere specificati insieme.

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Mancata corrispondenza di progettazione o difetto di fabbricazione: di chi è il problema?

Un alloggiamento che si rompe in ogni installazione è un problema di progettazione; un alloggiamento che si rompe in un lotto su dieci è un problema di processo. Confondere le due cose porta ad aggiungere spessore di parete a un componente che non è mai fuori tolleranza.

I guasti all'interfaccia si verificano quando il telaio di montaggio deforma l'alloggiamento, la disposizione dei bulloni non è in grado di distribuire il carico dinamico o la geometria del piede non si adatta all'attrezzatura condotta. Gli alloggiamenti dei motori montati su piedi rappresentano la geometria più comune in questi casi e dispongono delle mappe dei guasti meglio documentate.

In caso di riprogettazione, un alloggiamento in tubo d'acciaio con lo stesso foro e le stesse coordinate di base aumenta la rigidità senza modificare l'involucro esterno.

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Come prevenire guasti all'alloggiamento del motore in fase di specifica

La maggior parte dei guasti dell'alloggiamento vengono individuati prima che la prima parte venga lavorata. Una stampa che omette un punto di lavoro, un sistema di rivestimento o un test di accettazione trasferisce il rischio al produttore e all'utente finale.

• Confermare lo spessore e la pendenza della parete rispetto alla coppia a rotore bloccato e al carico d'urto
• Richiedi dati di eccentricità e rotondità per ogni lotto
• Adattare il sistema di rivestimento all'ambiente operativo
• Richiedere un test di decadimento della pressione sugli alloggiamenti raffreddati a liquido
• Definire un margine di separazione della frequenza naturale dalla velocità di corsa
• Specificare riempitivo, preriscaldamento e distensione per pareti superiori a 6 mm

Domande frequenti

Qual è la causa più comune di guasto dell'alloggiamento del motore?

La rottura da fatica dovuta a risonanza, carichi ciclici sull'albero o eventi d'urto è la causa singola più comune, seguita dall'assottigliamento delle pareti causato dalla corrosione. Nelle popolazioni sul campo, fessurazioni e corrosione rappresentano insieme circa la metà di tutte le rimozioni legate alle abitazioni.

È possibile riparare e rimettere in servizio l'alloggiamento del motore rotto?

È possibile saldare una piccola fessura lontano dai perni dei cuscinetti in un alloggiamento in acciaio al carbonio, ma la zona interessata dal calore diventa un nuovo sito di fessura. Se l'analisi dei guasti dell'alloggiamento del motore mostra che la rottura è legata allo stress, la sostituzione con un alloggiamento più rigido solitamente costa meno di un guasto ripetuto dopo la riparazione.

Come si rileva la distorsione dell'alloggiamento prima che danneggi il motore?

Misurare la rotondità del foro e l'eccentricità della sede del cuscinetto con l'alloggiamento sbloccato, quindi ripetere con i bulloni di montaggio alla coppia massima. Una variazione superiore a 0,05 mm indica una distorsione di installazione che deve essere corretta prima del montaggio.

Quando dovrebbe essere specificato un alloggiamento del motore in acciaio inossidabile?

Specificare l'acciaio inossidabile 304 per applicazioni di lavaggio, costiere, di lavorazione alimentare e per pompe esterne in cui l'acciaio al carbonio verniciato si rompe entro 18 mesi. L'acciaio inossidabile non elimina tutte le modalità di guasto, ma elimina la corrosione come causa principale.