Ispezione boroscopica di motori alternativi di grandi dimensioni

I motori alternativi a combustione interna (RICE - reciprocating internal combustion engines) di grandi dimensioni sono utilizzati in numerosi settori generando elettricità o azionando sistemi meccanici (es: alberi di trasmissione e pompe). Il principio di funzionamento di questi motori è lo stesso dei classici motori a combustione di automobili ma ad una scala molto maggiore. Di seguito saranno trattate le tecniche di monitoraggio delle condizioni del RICE e l'utilizzo dei boroscopi, oltre a consigli pratici e suggerimenti per le risoluzioni di problemi per ottenere il massimo da questi tipi di ispezioni.

Figura 1 Motori alternativi a combustione interna

Per assicurare l'operatività e la manutenzione di motori di grandi dimensioni in modo efficiente è necessario conoscere le condizioni delle sue componenti. Questo viene realizzato mediante diverse tecniche di Monitoraggio delle condizioni (CM - condition monitoring). Ogni tecnica fornisce un tipo di informazione sul motore. Questo elenco sintetizza le più comuni tecniche di monitoraggio delle condizioni usate per le ispezioni dei RICE:

• Strumentazione – Monitoraggio continuo delle letture dei sensori del motore come temperatura, pressione, vibrazioni, composizione dei gas esausti, ecc.
• Analisi olio usato – Raccolta periodica e analisi di laboratorio dei campioni di olio che possono evidenziare una degradazione dell'olio o la presenza di particelle correlate a contaminazione, usura o alterazioni.
• Ispezione boroscopica (BSI) – Ispezione visiva di componenti interne del motore con necessità minima o nulla di smontaggio delle componenti.
• Rimozione / smontaggio – Smontaggio delle componenti o dell'intero motore per ispezionare, revisionare o sostituire le componenti.

L'analisi della strumentazione e l'analisi dell'olio usato non rappresentano tecniche invasive. Non richiedono l'interruzione dell'operatività dei RICE e sono diffusamente considerate come il primo approccio per il monitoraggio delle condizioni. Tuttavia, visto che queste tecniche sono limitate dalle informazioni che possono acquisire, può essere necessaria una periodica ispezione con boroscopio, nell'ambito di una strategia di manutenzione preventiva o reattiva. L'elemento principale oggetto di un'ispezione boroscopica di un motore alternativo è la camera di combustione, denominata anche cilindro. Le componenti attorno alla camera di combustione sono soggette a alta pressione e temperature pertanto devono essere monitorate per quanto riguarda alterazioni e usura. Oltre al cilindro possono essere ispezionati anche altre parti del motore mediante il boroscopio come, ad esempio, camicie d'acqua, coppe dell'olio, condotti dell'olio, turbocompressori, sistemi di circolazione dell'aria, sistemi di raffreddamento e alternatori.

Figura 2 Rappresentazione delel camere di combustione (cilindri)

Tecnologia boroscopica – Una lunga tradizione

I motori alternativi hanno fatto la loro comparsa dall'inizio del ventesimo secolo e la loro ispezione è stata una delle prime applicazioni della tecnologia boroscopica. Il primo tipo di endoscopio industriale a diffondersi è stato il boroscopio rigido, seguito dai fibroscopi flessibili. Attualmente i videoscopi sono all'avanguardia nell'ispezione boroscopica grazie alla loro versatilità, alla facilità d'uso, oltre alla capacità di acquisire immagini e video. La Tabella 1 presenta una panoramica delle caratteristiche di ognuno di questi sistemi. Sebbene esistano ancora applicazioni per i boroscopi rigidi e i fibroscopi, questo articolo si concentra sui videoscopi per la loro diffusa applicazione.

Tabella 1 Confronto delle principali funzionalità di boroscopi rigidi, fibroscopi e videoscopi

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Come illustrato nella Figura 1, i videoscopi possiedono dei vantaggi tecnici rispetto ai boroscopi e fibroscopi. Un'ispezione boroscopica eseguita mediante un videoscopio sarà più veloce (meno componenti da collegare e meno regolazioni per acquisire un'immagine di qualità) e faciliterà la creazione di report, visto che le immagini e i video possono essere facilmente registrati.

Nella gamma di prodotti per l'ispezione visiva remota (RVI) di Evident, i videoscopi consigliati per l'ispezione RICE sono l'IPLEX™ G Lite e l'IPLEX GT. Entrambi i videoscopi producono delle immagini di alta qualità, permettendo una valutazione delle componenti e una migliore creazione di report.

Ottenimento della configurazione ottimale

• Sonda di inserimento lunga 2 m (6,6 ft)
• Diametro della sonda di 6 mm
• Due terminali ottici:
  • Uno laterale per visione distanziata (AT120S/FF) per una panoramica iniziale del cilindro
  • Uno frontale per visione ravvicinata (AT120D/NF) per un'ispezione dettagliata

Figura 4 Manicotto rigido e braccio articolato

Nozioni di base delle ispezioni dei cilindri – Consigli pratici

Preparazione del videoscopio

• Prima di inserire la sonda del videoscopio, controllare se si ha il terminale ottico ottimale per l'ispezione e assicurarsi che i terminali ottici e l'estremità distale siano puliti.

Inserimento della sonda nel cilindro

• Si consiglia di usare il manicotto rigido quando si inserisce la sonda attraverso l'apertura di accesso (come illustrato nella Figura 3). Questo permette di proteggere la sonda, riducendo il rischio di contaminazione da olio e di danneggiamento della sonda. L'utilizzo del manicotto rigido rende superflua la necessità di trattenere la sonda, migliorando la stabilità dell'immagine e riducendo il rischio di urtare le superfici interne del cilindro.
• Una volta che la sonda è all'interno, per acquisire immagini con un'orientazione ripetibile, ruotare la sonda fino a quando la direzione a ore 12 è posizionata nella parte superiore dell'immagine della schermata.
• Molto spesso è possibile determinare le direzioni del cilindro osservando il cielo del pistone (parte superiore del pistone), il quale possiede caratteristiche e contrassegni dipendenti dalla direzione.

Posizionamento del pistone

• L'ispezione del cilindro deve essere realizzata con il pistone nella parte estrema basale del cilindro (parte inferiore al centro). Questo permette all'operatore di visualizzare la più ampia estensione delle pareti del cilindro.
• Per posizionare un pistone nella parte inferiore è possibile effettuare l'osservazione con il videoscopio ed in seguito ruotare il motore manualmente fino a quando il pistone si posizioni nel punto corretto.
• Per incrementare l'efficienza dell'ispezione è possibile correlare l'ispezione a una sequenza, seguendo la sequenza di trasmissione, visto che diversi pistoni hanno le loro posizioni sincronizzate.
• È possibile usare l'app IPLEX Image Share per visualizzare la posizione del pistone durante la rotazione del motore.

Ispezione

• Una volta che il pistone è posizionato correttamente, è possibile eseguire l'ispezione.
• Si consiglia di eseguire un'ispezione generale mediante un terminale ottico laterale (ad angolo retto), attraverso il quale sarà possibile effettuare una panoramica delle pareti del cilindro, del pistone, del piano valvole e delle valvole, come illustrato nella Figura 4.
• Se sono necessari dei dettagli supplementari è possibile utilizzare un terminale ottico frontale, il quale permetterà un'ispezione dettagliata da una distanza più ravvicinata.
• Per una gestione semplificata delle immagini registrate, salvare le immagini di ogni cilindro in una cartella separata del proprio supporto di memoria. In questo modo ogni file di immagine sarà denominato in base al nome della cartella e sarà più facile gestire i file e preparare il report post-ispezione.
• Salvare immagini o video in base alle proprie necessità.

Rimozione della sonda

• Una volta che è stata terminata l'ispezione di un cilindro, sbloccare l'articolazione della sonda (cercare il simbolo del lucchetto nella schermata del videoscopio; la parte curva è inserita)
• Rimuovere la sonda dal cilindro.
• Spostare il manicotto rigido e il braccio articolato nel pistone successivo da ispezionare.

Figura 5 Schema illustrativo sulla modalità d'uso di un terminale ottico laterale per ottenere una panoramica del cilindro

Risoluzione di problemi

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Ispezione boroscopica di motori alternativi di grandi dimensioni

Conclusioni

Risorse supplementari

• Webinar “Ispezione boroscopica di generatori a diesel e gas”
• Webinar “Manutenzione e risoluzione di problemi”