Causas comunes de vibración de la bomba de lodos

Según estadísticas relevantes, la vibración anormal en las bombas de lodos es una de las principales causas de otras fallas. Simultáneamente, el mal funcionamiento del equipo intensifica directamente la vibración de la bomba, creando un círculo vicioso que afecta gravemente la seguridad operativa del equipo. Esto conlleva mayores costos de mantenimiento y pérdidas de producción debido al tiempo de inactividad del equipo.

I. Análisis de las causas de la vibración de las bombas de lodos

1. Falla de desequilibrio de masa del impulsor
La fuerza centrífuga generada por un desequilibrio de masa en el impulsor actúa constantemente sobre la bomba de lodos . Durante la fabricación, los componentes se someten a inspección y ajuste, y el impulsor se somete específicamente a pruebas de equilibrio estático/dinámico y a perforaciones/fresados ​​para su corrección. Las áreas de desequilibrio se mecanizan, lo que resulta en un estado de equilibrio de masa relativamente óptimo. En consecuencia, la bomba funciona de forma más estable con mínima vibración. Sin embargo, tras un funcionamiento prolongado, factores como el desgaste del impulsor y la formación de incrustaciones por la adhesión de lodos alteran el equilibrio de masa general, lo que provoca una carga desigual o "carga excéntrica" ​​en el impulsor. El lado más pesado de este impulsor desequilibrado experimenta un aumento de la fuerza centrífuga, especialmente a altas velocidades de rotación, lo que provoca un desequilibrio significativo en las fuerzas de rotación. Las mediciones suelen mostrar un aumento progresivo de la amplitud de la vibración desde el extremo del motor hacia el extremo de la bomba.

2. Falla de vibración inducida por el acoplamiento
La vibración inducida por el acoplamiento es relativamente común en las bombas de lodos, especialmente con acoplamientos rígidos. La vibración, tanto del motor como de la bomba, puede resonar a través del acoplamiento, amplificando la vibración general. Incluso en los acoplamientos flexibles de tipo pasador más comunes, la falla de los pasadores o anillos de goma para acomodar el movimiento axial puede causar una vibración intensa y breve. Si bien las fallas del acoplamiento contribuyen a la vibración de la bomba, generalmente son menos graves que las causadas por problemas en el impulsor. Los acoplamientos también se someten a un proceso de alineación y balanceo después de su fabricación.

La alineación del acoplamiento, al igual que el balanceo del impulsor, busca minimizar las fuerzas desequilibradas durante la rotación. Sin embargo, además de su propio balance de masa, la instalación del acoplamiento debe cumplir dos condiciones para una alineación por pares:

1. Coincidencia de los dos cubos de acoplamiento, es decir, sus circunferencias exteriores están alineadas.

2. Paralelismo de las caras de acoplamiento (caras de los extremos), garantizando que las dos líneas centrales sean paralelas.
   Solo cuando se cumplen estas condiciones se puede garantizar mejor el funcionamiento estable del equipo y un desgaste mínimo de los componentes de acoplamiento.

3. Vibración causada por pernos de fijación flojos
Incluso los equipos que funcionan correctamente experimentan microvibraciones. Con el tiempo, estas provocan el aflojamiento de los pernos de la carcasa de la bomba, la caja de cojinetes y la placa base. Los pernos flojos permiten que la carcasa de la bomba se mueva con mayor libertad, lo que aumenta la vibración. Si no se aprietan rápidamente, este aumento de la vibración afloja y desgasta aún más los pernos, creando un círculo vicioso que, en última instancia, provoca fallos más graves en la bomba.

4. Fallos debidos al desgaste de los rodamientos o a una lubricación insuficiente
La vida útil de los rodamientos está directamente relacionada con el entorno operativo y la lubricación. Las fugas de lubricante son un problema muy común en las bombas de lodos. Los sellos de aceite a ambos lados de la carcasa del rodamiento pueden fallar, provocando filtraciones persistentes. Por otro lado, la obstrucción de los conductos de aceite debido a la contaminación del lubricante puede afectar la lubricación de los rodamientos. Una lubricación insuficiente, independientemente del desgaste existente en los rodamientos, provoca ruido y vibración. Esto se debe a que la falta de una película de aceite provoca un contacto directo entre los elementos rodantes, eliminando la capacidad de amortiguación. Aunque inicialmente leve, esta vibración es muy perjudicial. Además, muchas carcasas de rodamientos de bombas de lodos utilizan sellos laberínticos, que evitan las fugas de aceite, pero no impiden completamente la entrada de contaminantes externos a los rodamientos, lo que podría causar desgaste por contaminación.

5. Fallas del equipo causadas por condiciones de alimentación inestables
Las bombas de lodos suelen operar en condiciones adversas, y muchas manejan caudales elevados. Durante el transporte de lodos, los residuos de gran tamaño pueden interferir o incluso bloquear los canales del impulsor, interrumpiendo la alimentación. Una alimentación inestable o insuficiente provoca una cavitación grave en la voluta de la bomba. Esto altera el equilibrio hidráulico del impulsor, generando vibraciones y representando una grave amenaza para la seguridad del equipo.

II. Peligros de la vibración de las bombas de lodos

1. Impacto en la vida útil de los componentes de la bomba
Las estadísticas indican que las fallas relacionadas con la vibración son responsables de aproximadamente el 74% de las fallas de las bombas de lodos. Durante el funcionamiento, el desequilibrio aumenta las cargas centrífugas sobre los rodamientos. La vibración que excede los límites admisibles rompe prematuramente la película lubricante en las superficies de rodadura de los rodamientos. La lubricación y la disipación de calor inadecuadas provocan temperaturas elevadas en los rodamientos, lo que acelera las fallas.

2. Daños y fugas en el sello mecánico
Si bien el impacto de la vibración en los sellos mecánicos es menos pronunciado que en los rodamientos, sigue siendo una causa importante de fallas en los sellos. La vibración impide un contacto estable entre las caras del sello, lo que puede causar pequeñas fugas iniciales de lodo. Dado que las bombas de lodo suelen utilizar sellos mecánicos dobles, la vibración también puede permitir que partículas de lodo entren entre las caras de fricción durante el funcionamiento, lo que provoca daños prematuros en las caras del sello. Además, la vibración puede causar fallas prematuras por fatiga del resorte de compresión y un desgaste excesivo de las juntas tóricas, lo que resulta en fugas.

3. Desgaste y fugas de la carcasa de la bomba
Para mejorar la eficiencia de las bombas centrífugas, las holguras entre componentes internos como el impulsor, las placas de desgaste delanteras y traseras y la voluta se minimizan durante el diseño (unas holguras más pequeñas generalmente resultan en una mayor eficiencia en condiciones similares). La vibración provoca movimiento axial del eje y descentramiento, lo cual es muy perjudicial para los componentes internos. También puede provocar impactos o desgaste entre las placas de desgaste y el impulsor. Estos daños comprometen el rendimiento de la bomba o reducen su eficiencia. Las fuerzas de fricción en los componentes internos debido a la vibración también pueden causar fugas en las superficies de unión.

4. Aumento del consumo de energía por unidad de dispositivo
La vibración en las bombas de lodos genera pérdidas por fricción adicionales y fuerzas centrífugas desiguales. Esto no solo reduce la estabilidad operativa, sino que también disminuye la eficiencia de la bomba, aumentando el desperdicio de energía para el mismo rendimiento y generando un mayor consumo de energía.

5. Ocurrencia de rotura del eje
El eje de la bomba transmite la rotación y mantiene la posición estable del impulsor. Las fuerzas centrífugas desequilibradas, inducidas por la vibración, someten al impulsor a una tensión excesiva. El funcionamiento prolongado en estas condiciones provoca fatiga del metal y, en última instancia, la fractura del eje.

III. Prevención y tratamiento de la vibración de la bomba

La vibración de las bombas no se puede eliminar por completo, pero sí se puede mitigar con medidas eficaces. Para un funcionamiento estable a largo plazo de las bombas para lodos, la selección adecuada y un funcionamiento estandarizado son cruciales. La vibración es un arma de doble filo: puede causar fallos graves, pero la monitorización de los cambios de vibración también permite la detección y el diagnóstico oportunos de problemas emergentes.

(1) Selección: Las condiciones y entornos de operación de las bombas de lodos suelen ser rigurosos, lo que conlleva una alta tasa de fallos. Por lo tanto, es recomendable seleccionar equipos con especificaciones más exigentes (dentro de los requisitos técnicos), además de garantizar unas condiciones de alimentación favorables.

(2) Operación: Las bombas centrífugas experimentan cierta cavitación durante su funcionamiento, la cual se agrava con una alimentación insuficiente, aumentando la vibración. La vibración a corto plazo causada por la cavitación se debe a una distribución desigual del líquido en la voluta. Estabilizar la alimentación o ajustar la velocidad de la válvula de salida/bomba puede reducir eficazmente la vibración. Sin embargo, la cavitación prolongada provoca un desgaste desigual del impulsor, lo que resulta en una vibración inajustable.

(3) Lubricación: La lubricación no solo implica el nivel y la cantidad de aceite, sino también la viscosidad. Una viscosidad insuficiente del lubricante puede causar vibraciones. La temperatura de la carcasa del rodamiento aumenta durante el funcionamiento, lo que reduce la viscosidad del aceite. Por lo tanto, al revisar los niveles de aceite, asegúrese de que la temperatura de funcionamiento se mantenga dentro de un rango adecuado. Investigue las causas del aumento de temperatura lo antes posible, ya que el sobrecalentamiento también provoca vibraciones y daños en los rodamientos debido a una lubricación deficiente.

(4) Apriete: Los pernos pueden aflojarse con microvibraciones. Aplicar un fijador de roscas durante el reensamblaje después del mantenimiento puede evitar que se aflojen y dañen las roscas. El fijador se puede fundir con calor para el desmontaje. Esta pequeña inversión es esencial para el reensamblaje del equipo.

(5) Estabilización de la alimentación: La estabilidad de la alimentación depende de la selección e instalación. Sin embargo, durante la operación, la sedimentación, las incrustaciones o los bloqueos por partículas grandes en las tuberías pueden restringir el caudal por debajo de los requisitos de la bomba, lo que requiere la limpieza de las líneas y válvulas. Para controlar el caudal, se recomienda reducir la velocidad (frecuencia) de la bomba y, a continuación, ajustar la válvula de salida. No se recomienda ajustar la válvula de entrada para controlar el caudal.

IV. Conclusión

Las fallas de los equipos suelen comenzar con una vibración anormal sutil que se intensifica progresivamente. Este proceso ofrece muchos aspectos para resumir y analizar. La vibración anormal es tanto un síntoma de falla como un factor importante en su agravamiento. El análisis de la vibración anormal sirve como herramienta de diagnóstico. No abordar los problemas del equipo con prontitud basándose en las tendencias de vibración crea un círculo vicioso: una vibración más severa indica una mayor probabilidad de fallas, y las fallas existentes, a su vez, empeoran la vibración.