KỸ THUẤT GIÁM sát âm (Kỹ thuật bảo trì công nghiệp)

CHƯONG 4 KỸ THUẤT GIÁM SÁT ÂM 4 1 MỞ ĐẦU 4 4 1 Giám sát âm Phát âm là một hiện tượng quen thuộc trong sản xuất Hiện nay hiện tượng này được hình thành từ sóng đàn hồi tức thời được tạo ra do sự phóng.

CHƯONG 4 KỸ THUẤT GIÁM SÁT ÂM

4.1 MỞ ĐẦU

4.4.1 Giám sát âm

Phát âm là một hiện tượng quen thuộc trong sản xuất Hiện nay hiện tượng này được hình thành từ sóng đàn hồi tức thời được tạo ra do sự phóng thích năng lượng đột ngột của vật thể

Khi làm việc, máy móc thường phát ra những âm thanh đặc trưng, nếu chi tiết,

bộ phận hoặc máy móc ‘‘ có vấn đề’’thì sẽ có sự biến đổi âm thanh khác thường Trong kỹ thuật giám sát tình trạng, giám sát sự phát âm (gọi tắt là giám sát âm) cũng là một phương pháp quan trọng để đánh giá tình trạng của máy móc Thông qua các tín hiệu âm thu được từ thiết bị giám sát, người ta có thể phân tích, sử lý để đưa ra kết luận về tình trạng của máy móc

Như vậy giám sát âm là một phương pháp kiểm tra hữu hiệu biến dạng của vật liệu khi chịu lực trong thời gian thử nghiệm và vận hành hệ thống máy móc thiết bị, nhờ đó những hiện tượng bất thường nhỏ nhất cũng có thể được phát hiện trước khi xảy ra hư hỏng

4.1.2 Ưu nhược điểm của giám sát âm

Ưu điểm

- Vị trí gãy nứt được các định một cách chính xác

- Kiểu gãy nứt và hướng gãy nứt có thể tính toán được bằng cách phân tích sóng âm

- Ứng dụng được cho tất cả các máy móc với bất kỳ tốc độ hoạt động nào

Nhược điểm

- Rất khó phân biệt tín hiêu âm chính cần đo với những âm khác xung quan Những âm khác đó được gọi là âm nền

Hình 4.1: Bước sóng và tần số

Âm là sóng đàn hồi, vì vậy nó có các thông số đặc trưng của sóng là bước sóng, tần số, tốc độ truyền, ba đại lượng này liên hệ với nhau bởi công thức:

λ = c/f Với λ – bước sóng;

f – tần số;

c – tốc độ truyền âm mà tốc độ sẽ khác nhau)

4.2.2 Cường độ âm

Khi âm phát ra từ nguồn âm thì sẽ xuất hiện sự lan truyền năng lượng âm từ nguồn đến các phần tử kế cận Các phần tử ấy lại truyền năng lượng đến các phần

tử xa hơn Quá trình này diễn ra nối tiếp giống nhau như hiện tượng sóng lan truyền trên mặt hồ

Cường độ âm(I) là năng lượng được sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền âm trong một đơn vị thời gian

Cường độ âm và áp suất âm có thể được đo trực tiếp bằng các dụng cụ đo thích hợp Năng lượng âm thì được tính thông qua hai giá trị theo quan hệ:

I = P/4πr2 (4.2) Trong đó: P – năng lượng âm

I cường độ âm

r – khoảng cách đến nguồn âm

4.2.3 Miền tần số âm nghe được

2

Hình 4.2: Miền nghe được của người và một số động vật

Con người có khả năng nghe được những âm thanh trong miền từ 20 ÷ 20.000Hz Âm có tần số dười 20Hz gọi là hạ âm, trên 20.000Hz gọi là siêu âm Việc giám sát âm trong vùng nghe được chủ yếu trong lĩnh vực xử lý tiếng ồn Giám sát siêu âm thì dùng nhiều trong kỹ thuật bảo trì

4.2.4 Miền áp âm nghe được

Giá trị 0 dB được gọi là ngưỡng nghe của con người Khi âm vượt qua giá trị

130 dB thì sẽ gây ra cảm giác nhức nhối cho tai, do đó giá trị 130 dB được gọi là ngưỡng đau

Hình 4.3: Áp suất âm nghe được

Hình 4.4: Biểu diễn sóng dưới dạng đồ thị tần số

4.2.5 Dạng sóng và giải phân bố tần số

Đồ thị áp suất âm theo thời gian khá phực tạp Để thuận lợi hơn trong việc phân tích, người ta đưa ra đồ thị mức áp suất âm theo tần số, mỗi tần số khác nhau biểu diễn bằng một vạch, chiều cao vạch thì tương ứng với mức áp suất âm

4

Hình 4.5: Âm đơn tần

Mọi tín hiệu âm bất kỳ được xem xét dựa vào hai đồ thị suất âm theo thời gian

và mức áp suất âm theo tần số

Âm chỉ có một tần số được gọi là âm đơn tần Âm đơn tần có đồ thị như sa Hầu hết mọi nguồn âm đều phát ra những âm có nhiều tần số khác nhau Khi

phân tích một âm việc cần làm là xác định xem âm đó được tổng hợp từ những tần

số riêng biệt nào, phân tích một âm ra càng nhiều tần số riêng rẽ thì mức độ chính xác càng cao

Khi một người hoặc một chi tiết phát ra âm có tần số f1, thì đồng thời cũng phát

ra các âm f2 = 2f1; f3 = 3f1; f4 = 4f1; ….Âm có tần số f1 gọi là âm cơ sở, các âm có tần số f2, f3, f4 gọi là các họa âm

Hình 4.6: Âm phát ra từ một chi tiết

Mức áp suất âm dB

Hình 4.7: Tiếng ồn máy

Tiếng ồn trong công nghiệp phát ra từ máy móc có nhiều tần số khác nhau và khá phức tạp Hình 4.8 thể hiện đồ thị tần số của tiếng ồn máy

4.2.6 Sự truyền âm

6

Hình 4.8: Sự truyền âm

Âm trong quá trình truyền đi có thể bị phản xạ, hấp thụ hoặc truyền qua vật cản Hiện tượng phản xạ và hấp thụ là hai hiện tượng gây ảnh hưởng nhiều nhất trong việc đo âm Vì vậy khi đo người ta có thể thực hiện ngoài trời (chỗ rộng rãi ít vật cản), hoặc trong những căn phòng gọi là phản xạ (hấp thụ âm không đáng kể) tùy theo mục đích là đo áp suất hay đo cường độ

4.2.7 Các vùng âm

Khi tiến hành đo đạc phải chú ý đến các vùng âm khác nhau vì chúng có tính chất khác nhau Khu vực xung quanh nguồn âm được chia ra thành vùng gần và vùng xa

Hình 4.9: Các vùng âm

Hình 4.10: Máy lưu âm dùng băng từ B&k loại 7004

Vùng gần là khu vực sát với nguồn âm, bán kính vùng này trải rộng một

khoảng gần bằng độ dài bước sóng âm có tần số nhỏ nhất phát ra từ nguồn âm Trong vùng gần sự khác nhau về mức độ áp suất âm là rất lớn khi có sự thay đổi về

vị trí (cho dù là thay đổi nhỏ), vì vậy nên tránh việc đo áp suất âm trong vùng này Vùng xa được chia ra thành vùng tự do và vùng phản xạ

Trong vùng tự do không bị ảnh hưởng bởi các tia phản xạ (các tia phản xạ không truyền tới được) Trong vùng này, áp suất âm giảm 6 dB khi khoảng cách đến nguồn âm tăng gấp đôi

Vùng phản xạ là vùng còn lại, vùng này chịu ảnh hưởng của các âm phản xạ, những âm phản xạ (từ trường và các vật cản khác) có thể mạnh như những âm trực tiếp phát ra từ nguồn

4.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ GIÁM SÁT ÂM

4.3.1 Máy lưu âm dùng băng từ

Đây là dụng cụ quan trọng trong công việc phân tích và kiểm soát tiếng ồn công nghiệp vì chúng cho phép giữ lại dữ kiện tiếng ồn để sau đó phân tích thêm khi cần

8

Dùng băng từ có ưu điểm là có thể thực hiện phép đo nhanh rồi sau đó có nhiều thời gian để xử lý lại kết quả Ví dụ, việc phân tích theo tần số một tiếng ồn cực ngắn vẫn có thể xử lý bằng cách cho chạy nhiều lần băng từ đã ghi với những

bộ lọc khác nhau Việc phân tích vậy tuy lâu hơn việc phân tích theo thời gian thực nhưng trên thực tế, cách này cũng cho biết kết quả tương đương và chi phí thấp hơn

4.3.2 Máy kiểm tra siêu âm

Thiết bị kiểm tra siêu âm được dùng nhiều để phát hiện hư hỏng của máy móc,

hệ thống Siếu âm phát ra từ các thiết bị được thu nhận và chuyển thành âm nghe được, từ đó có thể phân tích, chuẩn đoán

Thiết bị này được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực, cụ thể như:

* Kiểm tra rò rỉ( lò hơi, các loại đường ống, van,….) khi lưu chất di chuyển từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp, nó dãn nở đột và tạo ra dòng chảy rối, dòng chảy rối này phát ra siêu âm rất mát mạnh Đó là cơ sở để phát hiện các vị trí

bị rò rỉ

Hình 4.10: Dòng chảy rối tạo ra khi có rò rỉ

Hình 4.11: Kiểm tra van đường ống

10

Hình 4.12: Kiểm tra rò rỉ hơi

12

Hình 4.14: Kiểm tra đường dây tải điện

* Kiểm tra các sử cố về điện như hiện tượng hồ quang điện(tia lửa điện) nối tắt…trên đường dây tải điện, công tắc rơle, các mối nối, máy biến thế… phương pháp kiểm tra bằng siêu âm giúp kiểm tra điện từ xa, rất tiện lợi và an toàn cho

người đo kiểm ( do điện cao thế)

Hình 4.15: Kiểm tra ổ bi

* Trong ngành cơ khí, siêu âm được dùng để phát hiện các hư hỏng như mòn, biến dạng mỏi, thừa hay thiếu chất bôi trơn… của các ổ bi, bánh răng, máy bơm, máy nén, hộp số… Dựa theo mức độ âm gia tăng(khi có hư hỏng) so với lúc bình thường người ta có thể chuẩn đoán hư hỏng Ví dụ như tăng 8dB tương ứng với cảnh báo thiếu bôi trơn hoặc tiền hư hỏng, tăng 12dB tương ứng với cảnh báo hư

hỏng nhẹ, tăng 16dB tương ứng với cảnh báo hư hỏng nặng, 30 -35 dB tương ứng cảnh báo hư hỏng rất nặng

Dụng cụ kiểm tra siêu âm về cơ bản có đầu rò, tai nghe và phần thân máy thường có dạng súng lục(chức năng chính là chuyển siêu âm thành âm nghe được) Đầu dò thường có hai dạng: hay que kim loại dài (Stethoscope) để đo tiếp xúc Phần thân máy có thể có màn hình hiển thị, một số chức năng như điều chỉnh độ nhạy, điều chỉnh băng tần, đầu ra cho thiết bị lưu trữ (máy ghi băng…)

14

Hình 4.16 Bộ kiểm tra siêu âm

Tai nghe được thiết kế đặc biệt để cách âm bên ngoài, nhờ vậy người sử dụng

sẽ không bị ảnh hưởng bởi âm nền

Máy nghe siêu âm thường đáp ứng tần số từ 20 ÷100 kHz Máy khôngbij ảnh hưởng bởi môi trường ồn ào(âm nền) do chỉ “nghe” siêu âm Nếu có các nguồn siêu âm khác ảnh hưởng đến thì có nhiều biện pháp khắc phục, có thể dùng các dụng cụ che chắn, cô lập đối tượng cần đo, hay bằng cách điều chỉnh độ nhạy, điều chỉnh băng tần ứng với tường trường hợp cụ thể(kiểm tra ổ trục thường là 24 ÷50

Hình 4.18: Máy phát siêu âm

Hình 4.19: Dung dịch “khuếch đại’’

Ngoài ra còn có một số thiết bị hỗ trợ khác như:

các bình chứa, ống… khi không có lứu chất

“rò rỉ”ra ngoài nếu có lỗ hổng (cho dù cực kỳ

nhỏ)

- Dung dịch “khuếch đại’’: là loại chất lỏng có sức căng bề mặt rất yếu, dùng khi các chỗ rò rỉ quá nhỏ(10-3 ÷ 10-6 cc/.giây) Khi chất lỏng này bao phủ bề mặt cần kiểm tra, chỗ rò rỉ sẽ hình thành các bóng khí

vỡ phát ra siêu âm để đầu dò “nghe thấy”

16

- Dụng cụ tập trung siêu âm: dùng để kiểm tra từ xa( kiểm tra đường dây

điện) khi tín hiệu yếu, có dạng chảo parbol

- Ống cao su: dùng như vật cách ly đồng thời khuyếch đại tín hiệu, nam châm

dùng gắn đầu dò, cáp nối