KỸ THUẬT GIÁM sát RUNG ĐỘNG (Kỹ thuật bảo trì công nghiệp)

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG 2 1 MỞ ĐẦU 2 1 1 Ý nghĩa công việc giám sát rung động trong công tác bảo trì Áp dụng kỹ thuật giám sát rung động nhằm phát hiện kịp thời hư hỏng và dự đoán thời đi.

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG 2.1 MỞ ĐẦU

2.1.1 Ý nghĩa công việc giám sát rung động trong công tác bảo trì

Áp dụng kỹ thuật giám sát rung động nhằm phát hiện kịp thời hư hỏng và dựđoán thời điểm xảy ra hư hỏng hoàn toàn, hay nói một cách khác là thời điểm màchi tiết hoặc thiết bị mất khả năng làm việc Ngoài ra giám sát rung động còn pháthiện và tránh được các hư hỏng ngẫu nhiên, hư hỏng ngoài ý muốn Thông thườngcác loại hư hỏng này gây tổn thất chi phí rất lớn, nhất là các chi tiết, bộ phận củanhững máy quan trọng trong hệ thống sản xuất

2.1 2 Nguyên nhân của rung động

Có nhiều nguyên nhân khác nhau gây rung động cho thiết bị, máy và hệ thốngsản xuất như:

Giá trị mất cân bằng = trọng lượng mất cân bằng X khoảng cách từ tâm quay đến vị trí trọng lượng mất cân bằng

Hoặc:

Giá trị mất cân bằng = trọng lượng của đĩa quay X khoảng cách giữa tâm quay với khối tâm

2- Không đồng trục

Không đồng trục xảy ra do sai lệch vị trí ban đầu (do thiết kế, lắp đặt), hoặc

sự thay đổi vị trí của một chi tiết máy do hiện tượng giãn nở nhiệt Nguyên nhânnày gây nên rung động và tạo ra các ứng suất có su hướng gây hư hỏng cho nhữngkhớp nối trục và ổ đỡ

Không đồng trục có thể là lệch góc, lệch song song, hoặc lệch kết hợp hailoại hình trên( xem hình 2.3)

Hình 2.2: Hai trạng thái không cân bằng

a, Không cân bằng tĩnh; b, Không cân bằng động

Hình 2.1: Đốm nặng gây mất cân bằng

Khối tâm

Đốm nặng Tâm quay

- Khi một phần của rôto tiếp xúc vào vỏ máy …

Trong khi mỗi trường hợp, tín hiệu rung động sẽ được thể hiện ở một đỉnhbiên độ thấp, thông thường ở khoảng giữa 1 và 10Hz

4- Bánh răng bị mòn

Nếu bánh răng bị mòn, tần số rung động rất cao, pha rung động thay đổi bấtthường và biên độ rung động thấp Hiện tượng này phát sinh trên bánh răng bị ănmòn do các các nguyên nhân sau:

- Khe hở dọc theo đường ăn khớp của rộng vành răng tạo va đập khi truyền tảitrọng

- Lắp ráp không đảm bảo đồng tâm làm thay đổi thường xuyên chiều sâu ănkhớp của bánh, gây va đập kèm theo tiếng ồn có tần số thấp

5 - Độ rơ của máy

Các chi tiết máy không được lắp đúng quy cách hoặc bị rơ sau thời gian làmviệc khiến chúng va đập với nhau dẫn đến rung động

Nguyên nhân gây ra rung động trông trường hợp này tương tự như là khôngđồng trục.

2.1.3 Ảnh hưởng của rung động

Rung động thường gây ảnh hưởng nghiêm trọng cho người và máy Rung động

và cộng hưởng có thể làm nứt, gãy các chi tiết đai ốc, bu lông trục… tiếng ồn, kếtquả của rung động tác động đến người vận hành máy trong một thời gian dài có thểgây mờ mắt, ù tai, làm việc kém hiệu quả và một số bệnh nghề nghiệp khác

Rung động không được cách ly sẽ truyền qua bất kì vật rắn nào như sàn nhà.xưởng, tường, các tường ống…gây ra nhiều thiệt hại

2.1.4 Chẩn đoán và ngăn ngừa các hư hỏng

Có thể phân loại các mức độ hư hỏng theo mức độ rung động như sau :

Mức thấp: máy chạy êm

Mức tăng: máy có một số thay đổi về tình trạng của hệ thống cơ khí

Mức cao: máy có một số trục trặc kĩ thuật, đang trong tình trạng xấu

Nếu sự thay đổi mức rung động được phát hiện sớm và được phân tích, thì cóthể can thiệp được để thực hiện bảo trì phục hồi trước khi hư hỏng xảy ra.Rungđộng gia tăng cho thấy hư hỏng đang hoặc sắp xảy ra Mức độ rung động càng tăng

thì hư hỏng càng trở lên nghiêm trọng.Vì vậy trang bị hệ thống giám sát rung độngcho máy là rất cần thiết.

- Rung động ngẫu nhiên, thường xảy ra một cách tự nhiên và được đặc trưng

bằng quá trình chuyển động bất thường không bao giờ lặp lại một cách chính xác

- Rung động tức thời, là rung động không liên tục(tắt dần) Rung động này có

thể là có thể là xung va đập Xung va đập là một rung động có tần số rất cao và làrung động tắt dần Đo xung va đập là một trong những phương pháp phân tích rungđộng rất phổ biến hiện nay

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG

2.2.1 Phương pháp giám sát sự thay đổi âm thanh

Đây là phương pháp đơn giản và cổ điển nhất để phát hiện hư hỏng trong các ổ

bi, chủ yếu là lắng nghe âm thanh phát ra từ ổ bi

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và có chi phí đầu tư thấp.Tuy nhiên,phương pháp có một số nhược điểm như: mang tính chủ quan, phân tích khôngchính xác do không có một bộ đọc và ghi nhận sự thay đổi rung động, phát hiệnnhững ổ bi hư hỏng thường quá trễ…

2.2.2 Phương pháp giám sát rung động có tần suất siêu âm

Phương pháp này thường được dùng để phát hiện các hư hỏng của bạc lót chống

ma sát, sử dụng đấu dò áp điện để đo rung động có tần số trong phạm vi từ 36

÷44kHz.Tín hiệu rung động thường được thể hiện bằng tai nghe hoặc bộ ghi số phụthuộc vào độ lợi của bộ khếch đại

Phương pháp này có một số nhược điểm sau đây:

- Giá trị rung động thể hiện ở tai nghe hoặc bộ ghi số phụ thuộc vào độ lợi của

bộ khuyếch đại

- Hiện nay không có một tiêu chuẩn được xây dựng đối với phương pháp nàynên dễ gặp khó khăn khi phân tích các thông số đo được

- Thiết kế đo siêu âm không thể hiện giá trị chuyển vị, vận tốc, gia tốc của rungđộng

2.2.3 Phương pháp giám sát xung va đập

Đo xung va đập là một phương pháp đặc biệt để giám sát tình trạng của các ổ

bi Hư hỏng thường gặp ở các ổ bi là các vòng cách hoặc các con lăn của ổ bi ỡ domỏi Khi các con lăn qua những vòng có mảnh vụn gây ra xung va đập tần số cao

và truyền ra toàn ổ bi Thiết bị đo thu được các xung va đập này thông qua đầu dògia tốc áp điện có tần số cộng hưởng riêng là 33kHz, vì vậy rung động bình thường

do máy tạo ra không được tiếp nhận

Phương pháp đo xung va đập rất hiệu quả trong việc xác định trạng thái của ổ

bi được áp dụng rất phổ biến trong giám sát tình trạng ổ bi Báo cáo từ các nhà máy

ở Thụy Sĩ cho thấy trong khỏng thời gian 5 năm có khoảng 67 các hư hỏng ổ biđược xác định bởi phương pháp này

2.2.4 Phương pháp giám sát rung động bằng tín hiệu âm

Phương pháp này thường dùng để phát hiện rạn nứt ban đầu của các bộ phậnmáy Khi có viết nứt phát sinh và lan ra, một xung và có cường độ cao sẽ xuất hiện

và truyền qua vật liệu như một dạng sóng áp suất Đầu dò được gắn trên bề mặtrung động để tiếp nhận do hư hỏng phát sinh và chuyển đổi thành tín hiệu điện.Nguồn của sóng hoặc vị trí vết nứt được phát hiện bằng cách sử dụng ba hoặc nhiềuhơn nữa các đầu dò

Phương pháp này được sử dụng để: kiểm tra áp suất của các ống, phát hiện

rò rỉ, phát hiện bọt khí, phát hiện các vết nứt do ăn mòn hoặc do mỏi, phát hiện độkhông kín khít, phát hiện các hư hỏng trong thành phần của ổ lăn, không đủ chấtbôi trơn, trục bị cọ xát, gãy trục và đĩa…

2.3 MỘT SỐ THIẾT BỊ GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG

2.3.1 Giới thiệu

Ba thông số quan trọng đặc trưng cho rung động là: Chuyển vị trí, vận tốc vàgia tốc

Chuyển vị càng lớn khi tần số rung động càng nhỏ Chuyển vị đáng kể ở tần

số thấp Do đó việc đo chuyển vị thường ít sử dụng trong việc giám sát rụng động.Chuyển vị biểu hiện mức độ mất cân bằng của máy, nên nó là thông số chủ đạo choviệc khảo sát cân bằng

Vận tốc rung động có mối quan hệ đơn giản với năng lượng rung động.

Năng lượng rung động phát ra bị tiêu tán bên trong máy do sự va chạm giữa các bộphận rung Các lực va chạm này làm tăng nhiệt độ và tốc độ mài mòn Do đó làmtăng khoảng hở giữa các bộ phận bị rung động cho biết mức độ mài mòn hiện tại và

dự đoán được mức độ mài mòn trực tiếp sau đó

Gia tốc rung động càng lớn thì khi tần số rung động càng cao, vì vậy nó

được dùng để kiểm tra những rung động có tần số cao Từ tín hiệu gia tốc có thểsuy ra hai thông số còn lại của rung động một cách chính xác thông qua bộ tíchphân

Khi biết được một trong ba thông số này của rung động thì có thể phân tíchrung động và chuẩn đoán hư hỏng của máy Vì vậy cần có thiết bị hợp lý để đo cácthông số rung động

2.3.2 Các đặc tính của thiết bị đo rung động

Ba bộ phận cơ bản trong hệ thống đo rung động là:

- Bộ phận chuyển đổi tín hiệu

- Bộ phận sử lý tín hiệu

- Bộ phận hiển thị và lưu giữ tín hiệu

1- Bộ phận chuyển đổi

Thông thường bộ phận này là các cảm biến tiếp xúc hay không tiếp xúc

- Tín hiệu vào của cảm biến gồm hai loại chính là:

- Các đặc tính của rung động: vận tốc, chuyển vị hay gia tốc

- Các tín hiệu tham khảo

- Tín hiệu ra có thể ở dạng điện hóa hoặc số hóa

- Giới hạn đo và độ chính xác của các bộ phận này phụ thuộc: tín hiệu vào,phương pháp đo, khả năng công nghệ của thiết bị

2- Các bộ phận xử lý tín hiệu

Bộ phận xử lý tín hiệu nhận tín hiệu từ bộ phận chuyển đổi, hiệu chỉnh và xuất

ra tín hiệu dạng số cho bộ phận hiển thị Với sự phát triển của ngành chế tạo linhkiện điện tử hiện nay, các bộ phận chuyển đổi có kích cỡ rất nhỏ và độ chính xácrất cao

3 - Bộ phận hiển thị và lưu trữ tín hiệu

Hiện nay phổ biến nhất của yếu tố hiển thị là các màn hình, một số ít là cácmáy sử dụng băng từ, hoặc tai nghe thể hiện rung động

Thông thường, bộ phận lưu trữ tín hiệu là các bộ nhớ được đặt trong bo mạchcủa máy hoặc các băng ghi dữ liệu của rung động trong quá trình đo đạc

Ngoài ra, trên thiết bị đo còn có những thiết bị phụ thuộc khác như:

Cáp truyền tín hiệu, các chi tiết để cố

định bộ phận chuyển đổi lên bề mặt rung

động, chi tiết giữ cáp cố định trong hệ thống,

bộ miếng chêm trong máy cân bằng, đầu nối

cáp … Các bộ phận này giúp cho thiết bị hoạt

động thuận lợi và hiệu quả hơn

Để thể hiện mức độ rung động, thiết bị

hiển thị thường biểu diễn rung động dưới

dạng như: thang lôgarit, thang đo tuyến tính,

dạng quang phổ, dạng âm, dạng sóng…

Máy đo dung động VM-82

Sử dụng được cho nhiều ứng dụng công

nghiệp Đặc biệt thích hợp để bảo trì và theo

dõi hàng ngày hoạt động của máy móc Thực

hiện thí nghiệm trong lúc thiết kế và phát triển máy móc thiết bị

Có thể đo dễ dàng gia tốc (ACC), vận tốc (VEL), và chuyển vị (DISP)

2.3.3 Lựa chọn thiết bị đo rung động

Một số yếu tố chính để lựa chọn thiết bị đo rung động là:

- Không gian và môi trường đo cho phép để lắp đặt thiết bị đo

- Cấp chính xác cần đo

Hình2.4: Máy đo dung động VM-82

- Phạm vi đo.

- Trình độ của người sử dụng

- Giá thành của thiết bị

Đặc tính về giới hạn đo của các thiết bị đo rung động hay đặc trưng của cácloại đầu do khác nhau là:

- Thiết bị đo có bộ chuyển đổi địa chấn đo vận tốc, sử dụng cho dải tần sốtrung bình không đòi hỏi nguồn cấp điện bên ngoài và lắp đặt dễ dàng trên vỏ máy.Tuy nhiên, dạng này nên sử dụng cho các máy có tỉ số khối lượng giữa vỏ máy và

bộ phận quay thấp Các thông số đo của loại này có thể bị ảnh hưởng bởi môitrường xung quanh như đường ống, các máy móc kế bên…

- Các máy đo có đầu do là gia tốc kế áp điện thì các đặc tính như kích thước vàkhối lượng nhỏ, được sử dụng cho một dải tần số rất rộng Đặc biệt các máy nàydùng tốt cho các tần số cao và dùng trên vỏ máy trong trường hợp tỉ số khối lượnggiữa vỏ náy và bộ phận quay là thấp

Khoảng tần số thường áp dụng trên các bộ đo như sau:

- Thiết bị đo dựa trên đo chuyển vị rung động thường được áp dụng đối vớitrường hợp rung động có tần số tấp đến khoảng 10Hz

- Thiết bị đo dựa trên vận tốc rung động thường áp dụng trong dải các tần số từ

5  2000Hz

- Thiết bị có đầu dò là gia tốc kế có độ chính xác cao và phạm vi đo lớn hơn từ 1

 50kHz

- Các thiết bị đếm xung va đập có mức đo ở tần số rất cao, tần số mà thiết bị đo

có thể cộng hưởng đo được là 32kHz

- Ngoài ra, trong một thiết bị hiện đại có thể đo và phân tíc cả ba dữ liệu đầu vàonhư trên phạm vi đo rất lớn Một số thiết bị còn có nhiều cấp độ đo

2.3.4 Lắp đặt thiết bị đo rung động

Để đảm bảo thiết bị đo rung động hoạt động tốt cần phải lắp ráp theo đúngnguyên tắc của nhà chế tạo đề ra, đặc biệt là bộ phận chuyển đổi rung động

Bộ chuyển đổi rung động được cố định với bề mặt rung động bằng một sốcách như:

- Thông qua một chi tiết

trung gian, chi tiết này được cố

định vào bề mặt rung động nhờ

keo dính, nam châm hay mối

ghép ren…

- Được tiếp xúc trực tiếp

lên bề mặt rung động bằng tay,

hay gắn cố định lên bề mặt

bằng mối ghép ren…

Hình 2.5 là một ví dụ

kiểm tra rung động hộp giảm

tốc, vít trên hộp giảm tốc được tháo ra thay vào đó là vít chuyên dùng của thiết bị,vít này có mối ghép ren ở đầu còn lại, dùng để cố định chuyển đổi

Ngoài ra trong khi lắp ráp bộ chuyển đổi với bề mặt rung động cần phải tuântheo một số nguyên tắc như:

- Phương của đầu dò phải trùng với phương rung động

- Bề mặt tiếp xúc của đầu dò phâir tiếp xúc đủ lớn với bề mặt rung động

- Chọn vị trí đo sao cho độ đàn hồi của bề mặt không ảnh hưởng đến thiết bịđo…

Với mỗi thiết bị đo, nhà cung cấp sẽ có hướng dẫn sử dụng và yêu cầu cụ thểhơn về lắp đặt thiết bị.

2.3.5 Một số thiết bị đo rung động thông dụng

1- Bút đo rung động

Bút đo rung động thường đo giá trị trung bình của rung động bằng mm/s Giátrị đo của bút dễ bị nhiễu bởi âm thanh,

nhất là trong môi trường có mức ồn cao

Bút đo rung động chỉ thể hiện biểu diễn

rung động nên không thể hiện được hàm

hay đồ thị biểu diễn rung động Ưu điểm

của thiết bị này là dễ sử dụng, giá thành

thấp và tiện lợi Sau đây là một số loại

bút đo rung động:

- Bút đo rung động sendig – 908s

Thiết bị có thể đo được nhiều mức

vận tốc rung động thể hiện bằng giá trị RMS, dễ sử dụng và tự động tắt khi khônglàm việc

Các đặc tính kỹ thuật

Hình 2.6: Hướng dẫn đạt đầu dò hợp lý

Tín hiệu đo được RMS của vận tốc (mm/s)

Giới hạn đo 0,1 + 199,99(mm/s)

Cấp chính xác ±5%

Tần số đo được 20Hz  f 1000Hz(±10%)

10Hz  f 20Hz(+10%, - 20%)

Nguồn cung cấp 2pin LR44 hoặc SR44

Khả năng làm việc của một cặp pin: đo liên tục trong vòng 10 giờ hoÆc 400lần Môi trường hoạt động: nhiệt độ 00  400C; độ ẩm  85%

Kích thước 150x22x8(mm)

Khối lượng 55g

- Máy đo rung động cầm tay

SPM – VIP 10

rung động, kiểm tra tình trạng cân

bằng, không đồng trục và nhiều lối

khác trên máy có chuyển động quay

Hình 2.8: Máy đo rung đ ng cầm tay SP ô

Các đặc tính kỹ thuật

Màn hình 3LED số

Giới hạn đo 0,5 + 99,9 mm/s:10+1000Hz

Độ phân giải 0,1mm/s

Công suất 4pin 1,in 1,5 V

Giới hạn chịu nhiệt 00C + 500C

Tự động tắt có

Kích thước 210x75x30mm

Tải trọng 210g

- Bút đo rung động Vibration Pen plus

Thiết bị sử dụng trong hệ thống giám sát rung đông để đo rung động và cungcấp dữ liệu cho hệ thống giám sát

Thiết bị đo được hai loại thông số của rung động là: Vận tốc của rung động

và sự gia tăng của gia tốc rung động

Bảng 2.1: Đặc tính làm việc của các loại máy

Đặc tính của rung động Khoảng vận tốc và phân loại máy theo tiêu chuẩnCMP 40

in/s eq

Peak

CMP50Mm/sRMS

Đo vận tốc rung động được ứng dụng trong trường hợp rung động có tần số từ

1 10kHz Từ đó tìm ra nguyên nhân của rung động như: Mất cân bằng, khôngđồng trục, cộng hưởng, bị hỏng thiết bị quay

Đo sự tăng lên của dung động áp dụng đối với rung động có tần số cao 10

30kHz Thường được ứng dụng để tìm ra nguyên nhân gây ra hư hỏng trên các ổ

bi Bút đo rung động của hãng SKF chủng loại CMVP 40 và CMVP50

Sau đây là đặc tính phân loại máy theo tiêu chuẩn ISO 2372:

Loại I: Bao gồm các máy loại nhỏ như các động cơ và máy riêng lẻ được kết

nối với hệ thống giám sát trong điều kiện làm việc đồng thời Ví dụ điển hình choloại thiết bị này các động cơ điện có công suất lớn hơn 15kW

Loại II: Bao gồm các máy có kích cỡ trung bình( điển hình là các động cơ

điện có công suất 15  75KW) làm việc không đế, vỏ cứng hoặc các máy làm việckhi có đế với công suất trên 300kW

Loại III: Bao gồm các máy quay có kích cỡ và khối lượng lớn, theo phương

đo rung động

Loại IV: Bao gồm các máy quay có kích cỡ và khối lượng lớn, làm việc với

công suất lớn Máy được đặt trên nền đàn hồi theo phương đo rung động Diển hìnhnhư máy phát điện bằng tuabin

2 Gia tốc kế

Thiết bị này cho độ chính xác cao hơn bút đo rung động Dữ liệu vào của bộchuyển đổi là gia tốc của rung động Dữ liệu ra của thiết bị được dùng để cung cấpcho máy phân tích rung động Dữ liệu ra của thiết bim được dùng để cung cấp chomáy phân tích rung động hoặc phần mềm phân tích của máy tính

Sau đây là một số loại gia tốc kế:

- Máy đo rung động Showasokki – 2200

Máy đo rung động Showasokki – 2200 thích hợp với việc đo rung động có tần

số thấp

Khối lượng khoảng 300g

- Máy đo rung động On Sokki – VR – 6100

Thiết bị này có thể đo được rung động của nền, bệ máy … theo cả ba phươngtrong cùng một thời điểm, đo giá trị rung động ttrong cả khoảng thời gian dài nhờ

bộ nhớ có rung lượng lớn Ngoài ra, trong thiết bị này còn có bộ phân tích rungđộng theo thời gian

15