Apa saja mode kegagalan getaran yang umum pada pompa sentrifugal horizontal

Pompa sentrifugal horisontal memainkan peran penting dalam produksi industri, dan getaran merupakan indikator utama kondisi pengoperasian dan keandalannya. Getaran yang tidak normal tidak hanya mempercepat keausan komponen penting seperti bantalan, segel mekanis, dan kopling, namun juga dapat menyebabkan waktu henti yang tidak terduga.

1. Mode Kegagalan Mekanis

Kegagalan mekanis adalah sumber getaran yang paling umum dan merusak pada pompa sentrifugal. Karakteristiknya sering terjadi pada frekuensi harmonik kecepatan rotor (1X), dua kali kecepatan (2X), atau lebih tinggi.

1.1 Ketidakseimbangan

Ketidakseimbangan disebabkan oleh distribusi massa yang tidak merata pada impeller, kopling, atau poros pompa itu sendiri.

Penyebab: Cacat pengecoran, keausan tidak merata, kunci atau alur pasak asimetris, atau korosi/pengotoran pada impeler selama pengoperasian jangka panjang.

Karakteristik Getaran: Energi getaran terutama terkonsentrasi pada frekuensi kecepatan 1X, amplitudo biasanya besar, dan arah getaran (radial) stabil.

Dampak: Hal ini menyebabkan timbulnya gaya sentrifugal secara periodik selama putaran poros pompa, yang secara terus menerus mengerahkan gaya tersebut pada bantalan dan mempercepat kegagalan kelelahan bantalan.

1.2 Ketidaksejajaran

Ketidaksejajaran mengacu pada penyimpangan garis tengah atau sudut antara penggerak (misalnya motor) dan poros pompa.

Jenis: Ketidaksejajaran paralel dan ketidaksejajaran sudut diklasifikasikan sebagai berikut.

Karakteristik Getaran: Karakteristik yang paling khas adalah peningkatan energi getaran yang signifikan pada frekuensi kecepatan rotasi 2X, meskipun frekuensi 1X dan 3X juga dapat terjadi. Ketidaksejajaran radial mungkin lebih besar pada frekuensi kecepatan rotasi 2X, sedangkan ketidaksejajaran sudut tinggi pada frekuensi 1X dan 2X.

Dampak: Hal ini menyebabkan perubahan tekukan dan tegangan secara periodik pada kopling selama rotasi, sehingga menghasilkan gaya reaksi signifikan yang dapat merusak kopling, bantalan, dan segel mekanis secara serius.

1.3 Kesalahan Bantalan

Bantalan adalah komponen penting yang menahan gaya radial dan aksial. Kegagalannya adalah salah satu penyebab utama downtime peralatan.

Karakteristik Getaran: Kesalahan bantalan tidak muncul pada frekuensi 1X atau 2X, namun menghasilkan getaran frekuensi tinggi yang unik, yang dikenal sebagai frekuensi karakteristik bantalan. Frekuensi tersebut meliputi frekuensi inner race (BPFI), outer race (BPFO), ball/roller (BSF), dan cage (FTF).

Tahap Pengembangan: Kesalahan tahap awal dapat bermanifestasi sebagai gangguan acak berfrekuensi tinggi; di tahap tengah, muncul frekuensi karakteristik bantalan yang berbeda dan harmoniknya; pada tahap akhir, frekuensi ini kewalahan, bermanifestasi sebagai getaran frekuensi tinggi broadband.

1.4 Kelonggaran Fondasi dan Resonansi Struktural

Kelonggaran dan resonansi pondasi adalah "pembunuh tak terlihat" dalam diagnosis getaran pompa sentrifugal.

Kelonggaran Mekanis: Baut jangkar yang kendor, pelat dasar yang tidak rata, atau jarak bebas yang berlebihan antara dudukan bantalan dan alas.

Karakteristik Getaran: Biasanya diwujudkan sebagai serangkaian getaran harmonik pada frekuensi kecepatan 1X, 2X, dan 3X, seringkali dengan adanya frekuensi setengah kecepatan (0,5X) atau bahkan subharmonik yang lebih kompleks, merupakan tanda khas dari kelonggaran mekanis nonlinier.

Resonansi Struktural: Terjadi ketika frekuensi operasi pompa (1X) mendekati frekuensi alami pompa atau sistem perpipaan.

Dampak: Menghasilkan amplitudo getaran yang sangat besar, bahkan dengan sedikit ketidakseimbangan atau ketidakselarasan yang menyebabkan getaran yang signifikan.

2. Mode Kegagalan Hidraulik

Kegagalan hidrolik disebabkan oleh perubahan aliran atau tekanan cairan dan berkaitan erat dengan titik operasi pompa.

2.1 Kavitasi

Kavitasi adalah fenomena terbentuknya gelembung dan keruntuhan yang disebabkan oleh tekanan pada sisi isap pompa yang turun di bawah tekanan uap jenuh cairan yang dipompa.

Karakteristik Getaran: Kebisingan broadband yang unik dan acak dihasilkan, dengan energi getaran tersebar dalam rentang frekuensi tinggi, terdengar seperti batu yang menggelinding atau pecah di dalam badan pompa.

Dampak: Kavitasi menyebabkan kerusakan lubang yang parah pada material impeler, menyebabkan penurunan tajam pada head dan efisiensi.

2.2 Lonjakan dan Resirkulasi

Ketidakstabilan hidrolik dapat terjadi ketika pompa sentrifugal beroperasi di bawah atau di atas laju aliran desain (BEP), terutama pada aliran rendah.

Resirkulasi: Pada aliran rendah, cairan dapat mengalir balik pada saluran masuk atau keluar impeler, menyebabkan kejutan hidrolik.

Lonjakan: Pada beberapa pompa sentrifugal atau sistem paralel multi-pompa, fluktuasi tekanan dan aliran yang besar dan berkala dapat terjadi selama operasi aliran rendah.

Karakteristik Getaran: Biasanya diwujudkan sebagai getaran frekuensi rendah, biasanya di bawah 1× kecepatan rotasi, atau penumpukan energi frekuensi rendah broadband. Getaran ini memberikan beban kejut siklis pada bantalan.

2.3 Frekuensi Lintasan Blade (BPF)

BPF adalah pulsasi tekanan yang disebabkan oleh gangguan periodik fluida saat bilah impeller melewati volute cutwater atau diffuser vanes.

Perhitungan: BPF = Kecepatan × Jumlah Bilah.

Karakteristik Getaran: Energi getaran terkonsentrasi di BPF dan harmoniknya.

Dampak: Meskipun biasanya merupakan fenomena pengoperasian normal, jika amplitudo BPF terlalu tinggi, hal ini menunjukkan bahwa jarak bebas (jarak radial) antara lidah volute dan diameter luar impeler tidak dirancang dengan benar atau sudah sangat aus, atau terdapat masalah penyesuaian hidraulik antara impeler dan volute.