Resolución de problemas de ruído da bomba hidráulica: unha táboa de diagnóstico paso a paso

Todas as semanas, un xefe de mantemento chámame coa mesma pregunta inicial: "A nosa bomba hidráulica comezou a facer un ruído novo onte. Que é e que fago?". A resposta honesta é que non hai unha única resposta, porque o ruído en si non é o diagnóstico, senón o ruído, e o diagnóstico ten que vir de captar e interpretar o síntoma correctamente. A resolución de problemas de ruído da bomba hidráulica é un exercicio de diagnóstico no dominio da frecuencia, non un exercicio de adiviñar e substituír, e o técnico de campo que o trate como unha adiviña substituirá as pezas que a bomba non necesitaba e pasará por alto a peza que a bomba realmente necesita.

Despois de trinta anos no deseño de sistemas hidráulicos e quince mil instalacións de bombas en corenta países, vin o mesmo puñado de erros repetirse en todas as rexións. O técnico que trata cada ruído como "a bomba está defectuosa" e a substitúe descobre que o ruído volve coa bomba nova. O técnico que nunca captura a mostra de ruído descobre que está a describir o problema ao provedor de forma diferente á que o provedor está a escoitar. O técnico que nunca mide a temperatura de funcionamento descobre que o ruído era de viscosidade de aceite frío e non un fallo da bomba en absoluto. Este artigo repasa as catro categorías de ruído, o gráfico de diagnóstico que as distingue e o procedemento de campo que produce unha mostra de ruído que o provedor pode usar realmente, utilizando o categoría de bombas de paletas e o Bomba de paletas de baixo ruído Yuken PV2R como configuración de referencia.

Cales son as catro categorías de ruído dunha bomba hidráulica?

Pase por calquera taller de servizo hidráulico e escoitará as mesmas catro categorías de ruído da bomba, cada unha cun perfil de son distinto e un patrón de causa raíz distinto. As categorías non son arbitrarias: corresponden a catro mecanismos de fallo distintos dentro da bomba e do sistema circundante.

• Cavitación. Un son de traqueteo de alta frecuencia ou de bólas nunha lata, normalmente por riba de 1 kHz. Causado polo colapso dunha burbulla de vapor na entrada da bomba, que ocorre cando a presión de entrada cae por debaixo da presión de vapor do aceite ou cando a liña de entrada ten unha restrición. A burbulla colapsa cando se move cara á cámara de bombeo de maior presión e o colapso produce un pico de presión brusco que soa como un traqueteo.
• Aireación. Un asubío de baixa frecuencia ou son semellante ao dunha sirena, normalmente no rango de 200 a 800 Hz. Causado polo aire arrastrado no aceite, normalmente por unha fuga na conexión de entrada, un baixo nivel de aceite no depósito, un problema co respirador ou unha liña de retorno de corrente lateral que está a crear escuma. O aire arrastrado comprímese e descomprémese mentres se move a través da bomba, producindo o asubío característico.
• Desgaste mecánico. Un son rítmico de golpeteo ou golpeteo, normalmente sincronizado coa rotación da bomba. Causado polo desgaste do grupo rotatorio, dos rolamentos, do anel de leva ou da placa da válvula. O desgaste produce unha folgura que permite o contacto metal con metal en certos puntos da rotación, e o contacto produce o golpeteo.
• Resonancia do sistema. Un zunido ou zumbido que coincide cunha frecuencia natural calculada do sistema hidráulico, normalmente de 50 a 200 Hz. Causado pola ondulación da presión da bomba que excita unha frecuencia natural nas tubaxes, soportes ou depósito do sistema. A propia bomba pode estar en perfecto estado; o ruído é un problema de deseño do sistema, non un problema da bomba.

A configuración de referencia empregada ao longo deste artigo é a de Yuken Bomba de paletas de baixo ruído da serie PV2R, que está deseñada para aplicacións onde o nivel de ruído de fondo para a comodidade do operador é unha limitación. Unha bomba de baixo ruído non é silenciosa (é entre 10 e 15 dBA máis silenciosa que unha bomba estándar no punto de funcionamento nominal), pero segue suxeita ás mesmas catro categorías de ruído cando algo vai mal.

Como distingo a cavitación da aireación por son?

A cavitación e a aireación son as dúas categorías de ruído máis comúns nas bombas hidráulicas e son as dúas que se confunden con máis frecuencia. O diagnóstico axeitado distingue as categorías polo perfil sonoro, pola localización e polo desencadeante operativo.

Os dous ruídos teñen desencadeantes operativos diferentes, o que significa que unha observación coidadosa de cando aparece o ruído pode distinguilos sen ningún instrumento. Un ruído que só aparece cando o sistema está quente e a bomba funciona a plena carga é máis probable que sexa cavitación. Un ruído que só aparece cando o nivel do depósito é baixo ou despois de que o sistema estivese inactivo é máis probable que sexa aireación.

E que pasa coas sinaturas acústicas?

A sinatura acústica (o contido de frecuencia do ruído) é o que distingue a cavitación, a aireación, o desgaste mecánico e a resonancia do sistema con alta confianza. Unha mostra de ruído capturada cun analizador de espectro baseado nun teléfono ou un instrumento acústico portátil mostra o ruído como un gráfico de frecuencia fronte a amplitude, e cada categoría ten unha sinatura distintiva.

• Sinatura de cavitación. Ruído de banda ancha por riba de 1 kHz, con picos que cambian coa velocidade da bomba.
• Sinatura de aireación. Picos de banda estreita no rango de 200 a 800 Hz, con contido harmónico.
• Sinatura de desgaste mecánico. Picos discretos nos harmónicos da frecuencia de rotación da bomba, a miúdo con bandas laterais.
• Sinatura de resonancia do sistema. Picos tonais nítidos a unha frecuencia específica que non cambia coa velocidade da bomba.

Que é o gráfico de diagnóstico paso a paso?

O diagnóstico correcto é un procedemento de catro pasos que progresa desde as probas sinxelas ata as máis complexas. A maioría dos problemas de ruído identifícanse nos dous primeiros pasos e só os casos difíciles requiren o terceiro e o cuarto.

A táboa de diagnóstico, en secuencia:

1. Escoita en tres lugares. Usa un estetoscopio ou unha vara de escoita de mecánico. Ponte en contacto coa vara coa entrada, o drenaxe da carcasa e o corpo da bomba. A localización máis ruidosa identifica a categoría da fonte de ruído.
2. Capturar unha mostra de ruído. Usa unha aplicación de analizador de espectro para teléfono ou un instrumento acústico portátil. Grava durante polo menos 30 segundos en cada localización. Garda as mostras para o provedor.
3. Mida a temperatura de funcionamento. Emprega un termómetro infravermello no corpo da bomba. Rexistra a temperatura no momento da captura do ruído. Observa se o ruído está correlacionado cun cambio de temperatura.
4. Inspeccionar o sistema augas arriba. Comprobe as restricións da liña de entrada, o nivel do depósito, o estado do respirador e o par de apriete da conexión de entrada. Comprobe o fluxo de drenaxe da caixa segundo as especificacións do fabricante.

O paso 1 por si só resolve aproximadamente a metade das queixas de ruído. Os pasos 2 a 4 resolven outro 30 por cento. O 20 por cento restante require un diagnóstico de fábrica, normalmente medición do fluxo do dreno da carcasa, inspección interna do grupo rotatorio e inspección dos rolamentos.

Que pasa coa medición do fluxo caso-drenaxe?

A medición do fluxo de drenaxe da carcasa é o diagnóstico individual máis subestimado na resolución de problemas de bombas hidráulicas. Unha bomba de paletas con desgaste interno perderá máis aceite ao drenaxe da carcasa que unha bomba nova, e a taxa de fuga é o indicador máis sensible do estado de desgaste. A medición é sinxela: coller o fluxo de drenaxe da carcasa nun recipiente graduado durante un minuto, medir o volume e comparar co máximo publicado polo fabricante.

Unha bomba cun caudal de drenaxe superior ao máximo indicado polo fabricante está ao final da súa vida útil e debe ser substituída. Unha bomba cun caudal de drenaxe dentro do máximo indicado polo fabricante pero superior ao seu valor inicial mostra os primeiros signos de desgaste e debe ser monitorizada con máis frecuencia. Unha bomba cun caudal de drenaxe igual ou inferior ao seu valor inicial está en bo estado.

Para o marco máis amplo de estándares de potencia fluída no que deberían encaixar a proba de fluxo de drenaxe de caixa e o diagnóstico de ruído, a referencia internacional máis autorizada é a Sociedade Internacional de Enerxía Fluída (IFPS), que mantén o marco de certificación e estándares para técnicos de enerxía fluída a nivel mundial.

Que ferramentas necesito para diagnosticar o ruído dunha bomba hidráulica?

O kit de ferramentas de diagnóstico mínimo inclúe tres elementos, cada un dos cales está amplamente dispoñible e é barato. A combinación correcta de ferramentas cobre a maioría das queixas sobre ruído sen necesidade dun laboratorio acústico especializado.

• Estetoscopio ou vara de escoita de mecánico. A ferramenta de diagnóstico máis sinxela. Toca a vara co corpo da bomba e con cada compoñente conectado para illar a fonte de ruído.
• Aplicación de analizador de espectro baseada no teléfono. A maioría dos teléfonos intelixentes modernos poden executar unha aplicación de analizador de espectro que emprega o micrófono do teléfono para producir unha visualización de frecuencia fronte a amplitude. A precisión está limitada pola calidade do micrófono do teléfono, pero o contido de frecuencia relativa é o suficientemente fiable como para distinguir a cavitación da aireación do desgaste mecánico.
• Termómetro infravermello. Mide a temperatura de funcionamento no punto de captura de ruído. A combinación da mostra de ruído máis a lectura de temperatura é o par diagnóstico mínimo.

Unha configuración máis profesional engade un instrumento de medición acústica calibrado (normalmente un sonómetro portátil con análise de banda de frecuencia), un kit de probas hidráulicas con manómetros e medidores de fluxo e acceso a un servizo de análise de vibracións. Un importante centro de servizo OEM hidráulico normalmente ten todo isto ademais dun estroboscopio para a inspección visual do grupo rotatorio.

E que pasa coa análise de vibracións?

A análise de vibracións é a prima máis rigorosa da análise acústica. Os sensores de vibración móntanse directamente no corpo da bomba e producen datos de frecuencia fronte a amplitude con amplitudes calibradas (en g ou mm/s) en lugar das amplitudes relativas dunha aplicación para teléfonos. A análise de vibracións detecta o desgaste dos rolamentos antes que a análise acústica porque os sensores de vibración están máis preto da fonte e os datos de vibración teñen menos contaminación por ruído ambiental.

Para un fabricante de equipos orixinais (OEM) ou unha operación de mantemento importante que manexa moitas bombas, a análise de vibracións é o investimento axeitado. Para unha operación de mantemento máis pequena, a análise acústica cunha aplicación para teléfono é o punto de partida correcto, incorporando a análise de vibracións para os casos difíciles.

Para as normas máis amplas de medición e instrumentos que deben cumprir as ferramentas de diagnóstico, a referencia máis autorizada dos Estados Unidos é Estándares do NIST, que inclúe os estándares de medición técnica cos que se deben calibrar os instrumentos acústicos e de vibración. Para os estándares máis amplos do proceso de fabricación que debe cumprir o provedor da bomba, Programa de innovación en fabricación do NIST é a referencia correcta.

Cales son as causas máis comúns por categoría de ruído?

Cada categoría de ruído ten un pequeno conxunto das causas máis comúns. A proba de diagnóstico axeitada illa a causa dentro de cada categoría para que a corrección aborde o problema de raíz, non un síntoma posterior.

A resposta correcta para cada categoría está na columna "Proba correcta": un diagnóstico que illa a causa dentro da categoría. A corrección correcta é a solución específica da causa, non a solución específica do ruído. Por exemplo, substituír a bomba debido ao ruído de cavitación deixa a restrición de entrada no seu lugar e a nova bomba tamén cavitará.

Como debo priorizar as probas diagnósticas?

A priorización correcta é comezar coas probas que detectan as causas máis comúns e pasar ás probas máis especializadas só cando as probas sinxelas non producen un diagnóstico seguro. A orde correcta é:

1. Inspección visual das conexións de entrada e do nivel do depósito. Detecta a causa máis común de aireación.
2. Medición da presión de entrada baixo carga. Detecta a causa máis común da cavitación.
3. Estetoscopio escoitando en tres puntos. Captura a categoría da fonte de ruído.
4. Medición do fluxo de drenaxe de caixa. Detecta a causa máis común do desgaste mecánico.
5. Captura de ruído dun analizador de espectro. Detecta os casos diagnósticos máis difíciles.
6. Análise de vibracións. Reservado para os casos máis difíciles.

Os pasos 1 e 2 son económicos e rápidos. Os pasos 3 e 4 son un pouco máis complexos, pero aínda están ao alcance de calquera técnico de mantemento competente. Os pasos 5 e 6 son especializados e normalmente requiren un laboratorio acústico interno ou un provedor de servizos externo.

Como afecta a temperatura de funcionamento ao ruído da bomba hidráulica?

A temperatura de funcionamento é a variable menos valorada na resolución de problemas de ruído de bombas hidráulicas. A mesma bomba coa mesma carga pode ser silenciosa a unha temperatura e ruidosa a outra, e o ruído que aparece a unha temperatura diferente adoita ser dunha categoría diferente.

• Aceite frío (temperatura típica de funcionamento inferior a 30 °C). A viscosidade do aceite é alta. A bomba ten que traballar máis para mover o aceite, o que produce máis ruído mecánico. O ruído de aireación tamén é máis probable porque o aceite frío retén o aire arrastrado durante máis tempo.
• Temperatura normal de funcionamento (de 40 a 60 °C para a maioría dos sistemas hidráulicos industriais). A viscosidade do aceite está no punto de deseño. O ruído mecánico está minimizado e o ruído de cavitación está no nivel de deseño. A bomba está na súa banda máis silenciosa.
• Aceite quente (por riba dos 70 °C típicos). A viscosidade do aceite é baixa, o que reduce o ruído mecánico pero aumenta a susceptibilidade á cavitación. A bomba tamén pode estar a experimentar efectos de expansión térmica que cambian as folgas e a interacción rotor-estator.

O diagnóstico correcto captura a mostra de ruído á temperatura de funcionamento real, non nunha condición de arranque en frío. Unha bomba que é silenciosa a 50 °C e ruidosa a 25 °C non é un problema da bomba, senón un problema de viscosidade do aceite frío e a solución consiste en levar o aceite á temperatura de funcionamento antes de avaliar o ruído.

E os efectos da temperatura estacional?

Os sistemas hidráulicos exteriores experimentan oscilacións de temperatura estacionais que modifican o perfil de ruído ao longo do ano. Un sistema que é silencioso no verán a unha temperatura de funcionamento de 50 °C pode ser ruidoso no inverno a unha temperatura de funcionamento de 20 °C, non porque a bomba se degradase, senón porque o ambiente máis frío é a temperatura do aceite e está a cambiar o perfil de ruído. A resposta correcta para os sistemas exteriores é establecer o limiar de monitorización do ruído en función da temperatura de funcionamento estacional, non nunha única temperatura fixa.

Cando debería substituír unha bomba ruidosa en lugar de reparala?

A decisión de substituír ou reparar depende de tres medicións de diagnóstico: o caudal da carcasa de drenaxe, a eficiencia volumétrica e a inspección visual do filtro de aceite. A decisión tómase con base nestas medicións, non só no ruído.

• Caudal de drenaxe da caixa por riba do máximo indicado polo fabricante. Substituír. A bomba chegou ao final da súa vida útil e o ruído non mellorará coa reparación interna.
• Eficiencia volumétrica inferior ás especificacións do fabricante. Substituír. O desgaste interno que reduciu a eficiencia é tamén a fonte do ruído e unha reparación non o pode restaurar.
• Partículas metálicas visibles no filtro de aceite. Substituír. As partículas metálicas indican un desgaste interno que continuará e unha reparación non deterá o desgaste.
• Fluxo de drenaxe da caixa dentro das especificacións, eficiencia dentro das especificacións, sen partículas metálicas. Repare a causa raíz (restrición da entrada, fuga, etc.) e conserve a bomba. A bomba en si non é o problema.

Para o contexto comercial e industrial máis amplo que enmarca a decisión de substitución fronte a reparación, o Guías comerciais por país do Servizo Comercial dos Estados Unidos son a referencia pública máis autorizada sobre a loxística transfronteiriza de pezas de reposto e servizos, e a Portal de industrias de Trade.gov mantén a orientación sectorial actual para as exportacións de equipos industriais.

Como se debe inspeccionar unha bomba de paletas de baixo ruído como a Yuken PV2R?

O Yuken Bomba de paletas de baixo ruído da serie PV2R está deseñado para aplicacións onde o nivel de ruído de confort para o operador é unha restrición de deseño, o que significa que a liña base de ruído xa é baixa. O intervalo de inspección e a disciplina de diagnóstico son lixeiramente diferentes aos dunha bomba estándar.

• Intervalo de inspección. Cada 6 a 12 meses para o funcionamento normal, cada 3 meses para o funcionamento continuo de ciclos altos. A resposta correcta é axustar o intervalo segundo a aplicación en lugar do programa de mantemento publicado polo fabricante.
• Liña base do diagnóstico. Capturar unha mostra de ruído na instalación e, a seguir, capturar unha mostra de ruído en cada inspección. A tendencia entre as inspeccións é máis informativa que o nivel de ruído absoluto en calquera inspección.
• Seguimento do fluxo de drenaxe de caso. Mida o fluxo da caixa-drenaxe en cada inspección. A tendencia entre as inspeccións é o indicador máis sensible do desgaste interno.
• Inspección da punta da paleta. Inspeccione as puntas das paletas en cada inspección. O desgaste das puntas das paletas é o patrón de desgaste máis común nas bombas de paletas de baixo ruído, e a detección temperá permite substituír as paletas antes de que o desgaste progrese a danos nos aneis de leva.

Para o marco de calidade máis amplo que debe cumprir o provedor de bombas, a referencia máis autorizada dos Estados Unidos é a Programa de innovación en fabricación do NISTPara o marco de seguridade máis amplo que debe cumprir a instalación, a liña base pertinente dos Estados Unidos é Páxina de temas de seguridade de equipos pesados ​​da OSHA e o paralelo Marco de protección de máquinas da OSHA.

E que pasa coa xanela de garantía?

Unha bomba nova adoita ter unha garantía de 12 a 18 meses, dependendo do provedor e das condicións de funcionamento. O período de garantía é o momento axeitado para establecer a liña base de ruído: a mostra de ruído capturada na posta en servizo é a referencia coa que se comparan todas as inspeccións futuras. Se a bomba produce ruído durante o período de garantía, o provedor ten a obriga de investigar, e a mostra de ruído da liña base é a referencia para a investigación.

Para o marco máis amplo de seguridade e certificación eléctrica que debe cumprir a bomba cando se instala nun sistema comercial ou industrial, as autoridades pertinentes son UL para instalacións norteamericanas e as CENELEC marco para as instalacións europeas. Para a liña base de eficiencia enerxética máis ampla que debe cumprir o sistema hidráulico, a referencia estadounidense pertinente é Oficina de eficiencia industrial e descarbonización do Departamento de Energía (DOE).

Que erros cometen con máis frecuencia os técnicos de campo?

Tres erros pillan desprevenidos repetidamente mesmo aos técnicos de campo experimentados cando están a solucionar problemas de ruído dunha bomba hidráulica. Ningún deles é exótico; son as preguntas que non se fan ata que a bomba de substitución tamén fai ruído.

• Tratando cada ruído como un problema da bomba. Un ruído máis forte no sumidoiro da caixa ou no soporte do sistema non é un problema da bomba. Substituír a bomba cando o ruído é resonancia do sistema ou fuga augas arriba é o erro de diagnóstico máis caro.
• Avaliación do ruído no arranque en frío. Unha bomba que fai ruído ao arrancar en frío e silenciosa á temperatura de funcionamento non é un problema da bomba, senón un problema de viscosidade do aceite frío. O ruído desaparecerá cando o aceite se quente.
• Substitución da bomba sen capturar unha liña base. Unha bomba que se substitúe por ruído sen unha mostra de ruído de referencia non pode ser diagnosticada correctamente polo provedor. A decisión de substitución debe basearse nunha mostra capturada, non nunha descrición subxectiva do operador.

Preguntas frecuentes