Phương pháp đo và phân tích rung động bằng máy phổ spectrum

“Biểu đồ mức tăng cường rung động cơ học tăng tốc IRD” được thể hiện trong hình 2.1 có thể được sử dụng trong trường hợp máy rung được đo theo đơn vị gia tốc.. Biểu đồ này rất hữu ích ch

RUNG ĐỘNG

MỤC LỤC

I KHÁI NIỆM 2

II NGUYÊN NHÂN RUNG ĐỘNG 3

III TIÊU CHUẨN RUNG ĐỘNG 3

IV MÔ TẢ RUNG ĐỘNG 8

4.1 Biên độ 8

4.2 Tần số 8

4.3 Biểu đồ dạng sóng 9

4.4 Biểu đồ phổ (Spectrum) 9

V ĐO RUNG ĐỘNG 10

5.1 Hướng dẫn gắn cảm biến để tăng độ chính xác của số đo và an toàn: 11

5.2 Thu thập dữ liệu: 12

5.3 Xử lý dữ liệu 12

VI CHUẨN ĐOÁN HƯ HỎNG 13

VII LỰA CHỌN MÁY ĐO RUNG 21

I KHÁI NIỆM

Rung động là sự dao động qua lại của một thiết bị hoặc một phần thiết bị tại vị trí nghỉ ngơi của

nó Ví dụ cổ điển nhất là của một vật thể có khối lượng M mà một lò xo có độ cứng k được gắn vào Cho đến khi một lực được áp dụng cho khối lượng M và làm cho nó di chuyển, không có rung động

Rung động cơ học là thuật ngữ được sử dụng để

mô tả chuyển động được tạo ra trong các bộ phận cơ

khí do tác dụng của lực bên ngoài hoặc bên trong

trên các bộ phận đó

Khi máy mới, mức độ rung thấp vì không có độ

lỏng hoặc độ mòn, nghĩa là độ cứng và hệ số giảm

chấn cao Khi máy bị hỏng, hao mòn và lỏng lẻo

một số lỗi như mất cân đối và lệch hướng Do đó,

rung động cơ học trở nên cao

Công việc bảo trì nên được thực hiện để mang

lại độ rung thấp một lần nữa và có được hoạt động

trơn tru và không gặp sự cố

Rung động được chia làm 3 loại: rung động thấy

được, rung động cảm nhận được và rung động nghe

được

II NGUYÊN NHÂN RUNG ĐỘNG

Có 3 nguyên nhân chính dẫn đến rung động:

1 Lực tác động:

 Mất cân bằng động: Roto không đều, trục cong, cánh quạt không đều, xâm thực

 Mất đồng tâm trục: Lệch góc, lệch tâm, sàn không phẳng, giản nỡ nhiệt…

 Sự mài mòn: Các chi tiết bị mài mòn như vòng bi, bánh răng, dây đai…

2 Sự lỏng: Lỏng bulong chân máy, khe hở lớn…

3 Cộng hưởng

Để xác định mức độ rung động nhằm đánh giá tình trạng thiết bị thì có nhiều tổ chức đưa ra các tiêu chuẩn về rung động

 Năm 1972, Hiệp hội sản xuất bánh răng Mỹ đã xây dựng “Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn AGMA để

đo lường sự rung động trên bánh răng” Tiêu chuẩn này được thể hiện trong Hình 2.1 “Biểu đồ mức tăng cường rung động cơ học tăng tốc IRD” được thể hiện trong hình 2.1 có thể được sử dụng trong trường hợp máy rung được đo theo đơn vị gia tốc Biểu đồ này rất hữu ích cho việc đánh giá điều kiện máy móc cho sự rung động của tần số tương đối cao (trên 1000 Hz)

Hình 2.1: IRD ABSOLUTE VIBRATION STANDARDS

 Một tiêu chuẩn mức độ rung động thường được sử dụng khác là của Verein Deutscher Ingenieure (Hiệp hội Kỹ thuật Đức) đã công bố Tiêu chuẩn Mức độ rung VDI 2056 năm 1940 Tiêu chí này dựa trên các giá trị RMS của vận tốc rung trên dải tần từ 10 Hz đến 1000 Hz Các tiêu chí VDI

2056 có phần độc đáo, so với các hướng dẫn khác được trình bày, trong đó nỗ lực thiết lập phụ cấp cho các loại máy móc và cơ sở khác nhau

Hình 2.2: VDI 2056 Vibration Severity Chart

Class I: Các bộ phận riêng lẻ của động cơ và máy móc, được kết nối toàn bộ với máy hoàn

chỉnh trong điều kiện hoạt động bình thường của nó (động cơ điện sản xuất lên đến 15 kW là ví dụ điển hình của máy móc trong loại này)

Class II: Máy có kích thước trung bình, (thường là động cơ điện có công suất từ 15 đến 75

kW) không có nền móng đặc biệt, động cơ hoặc máy móc được gắn cứng nhắc

Class III: Các động cơ chính lớn và các máy lớn khác có khối lượng quay được gắn trên các

vị trí cứng và nặng, tương đối cứng theo hướng đo rung

Class IV: Các động cơ chính lớn và các máy lớn khác có khối lượng quay được gắn trên

nền móng cứng và nặng tương đối mềm theo hướng đo rung

 Một biểu đồ mức độ nghiêm trọng khác gần với VDI 2056 là biểu đồ Độ rung theo tiêu chuẩn ISO

10816 được thể hiện trong Hình 2.3 Một tính năng khác biệt trong biểu đồ này là nó xem xét tốc

độ máy là yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn bộ lọc Đối với các máy chạy ở tốc độ trên 600 RPM, lựa chọn bộ lọc phải là 10-1000Hz, trong khi các máy chạy ở tốc độ 120 RPM lên đến 600 RPM thì phải chọn 2-1000 Hz

Hình 2.3: ISO 10816 Vibration Severity Chart For Machine Vibration Limits

- Xác đinh rigid và flexible bởi mối quan hệ giữa máy và độ linh hoạt nền móng Nếu tần số tự nhiên

thấp nhất của hệ thống máy theo hướng đo cao hơn tần số kích thích chính của nó (trong hầu hết các trường hợp tần số quay) ít nhất 25% thì hệ thống hỗ trợ có thể được coi là cứng nhắc phương hướng Tất cả các hệ thống hỗ trợ khác có thể được coi là linh hoạt

- Động cơ điện cỡ lớn và trung bình, chủ yếu với tốc độ thấp, thường có hỗ trợ cứng nhắc, trong khi các máy phát điện hoặc máy nén có công suất lớn hơn 10 MW và các bộ máy thẳng đứng thường có hỗ trợ linh hoạt

- Trong một số trường hợp, một bộ phận có thể cứng nhắc theo một hướng đo và linh hoạt trong hướng khác Trong những trường hợp như vậy, độ rung cần được đánh giá phù hợp với phân loại hỗ trợ tương ứng với hướng đo

Ngoài ra, còn có một số tiêu chuẩn rung động cho các thiết bị về bơm, cánh quạt và các thiết bị không quay

Hình 2.4: Giới hạn rung động của bơm và cánh quạt

Vibration velocity limit/ Giới hạn tốc độ rung động

(mm/s rms)

Maximum ALARM limit

Maximum TRIP limit

In situ acceptance test

Kiểm tra thư nghiệm tại

Factory acceptance test

Kiểm tra nghiệm thu tại

 Đối với tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn rung động được chia làm 2 phần:

1 Rung cục bộ:

2 Rung toàn thân

IV MÔ TẢ RUNG ĐỘNG

Có hai con số quan trọng nhất mô tả rung động máy là biên độ (amplitude) và tần số (frequency)

Biên độ mô tả mức độ rung động và tần số mô tả tốc độ dao động của rung động Cả biên độ và tần số rung động cung cấp cơ sở cho việc xác định nguyên nhân gốc rễ của rung động

4.1 Biên độ

Biên độ rung động là độ lớn của sự rung động

Biên độ càng lớn → chuyển động càng lớn → ứng suất gây ra bởi máy càng lớn → khả năng dẫn đến hư hỏng máy càng lớn

Vì thế mà biên độ cho thấy mức độ “khốc liệt” của rung động

Biên độ được biểu diễn theo 2 giá trị: Giá trị đỉnh (Peak value) và giá trị hiệu dụng RMS mean-square value)

(root-4.2 Tần số

Khi một thành phần của máy đang rung động nó sẽ lặp lại các chu kỳ chuyển động Phụ thuộc vào lực gây ra sự rung động, thành phần của máy đó sẽ dao động nhanh hay chậm Tần số là đại lượng biểu diển cho tốc độ rung động của máy

Tần số cùng với biên độ, luôn luôn được biểu diễn với cùng một đơn vị Thường đơn vị của tần

số là cps (cycles per second), Hz và cpm (cycles per minute): 1Hz = 1 cps = 60 cpm

4.3 Biểu đồ dạng sóng

Biểu đồ hiển thị rung động là công cụ hữu ích để phân tích sự rung động tự nhiên của máy Chúng ta có thể tìm thấy các manh mối về nguyên nhân và mức độ của rung động trong biểu đồ biểu diễn rung động

Sự biểu diễn này thường sử dụng để phân tích rung động được gọi là waveform (biểu đồ dạng sóng) Một waveform là một sự biểu diễn mang tính đồ họa về mức độ rung động thay đổi theo thời gian

4.4 Biểu đồ phổ (Spectrum)

Một spectrum là một biểu đồ biểu diễn các tần số ở một thành phần máy đang rung động cùng với các biên độ ở mỗi tần số đó Hình dưới đây là một ví dụ về một spectrum vận tốc

Các thông tin mà một spectrum chứa đựng phụ thuộc vào giá trị Fmax (tần số maximum) và

resolution (độ phân giải) của spectrum đó

- Fmax là giới hạn tần số của một spectrum có thể biểu diễn Giá trị Fmax này bao nhiêu phụ thuộc vào tốc độ vận hành của máy Tốc độ vận hành càng cao thì Fmax càng phải cao

- Độ phân giải của spectrum là số đo mức độ chi tiết của spectrum được xác định bởi số đường

bổ mô tả hình dạng của spectrum Càng nhiều đường phổ thì mức độ chi tiết spectrum càng cao

V ĐO RUNG ĐỘNG

Loại gia tốc kế accelerometer thường được sử dụng để do rung động Tín hiệu gia tốc được tạo ra bởi gia tốc kế gắn trên thiết bị đo rung động và lần lượt chuyển đổi tín hiệu thành một tín hiệu vận tốc Tín hiệu có thể biểu diễn thành biểu đồ dạng sóng vận tốc (waveform vận tốc) và chuyển đổi sang một biểu đồ phổ vận tốc (spectrum vận tốc) bằng một công thức toán học gọi là Fast Fourier Transform hay FFT (gọi là chuyển đổi Fourier)

Sơ đồ dưới đây giải thích đơn giản cách thu thập dữ liệu rung động

5.1 Hướng dẫn gắn cảm biến để tăng độ chính xác của số đo và an toàn:

o Gắn càng gần vị trí ổ đở, ổ lăn càng tốt

o Đầu đo phải đảm bảo vững chắc

o Đảm bảo gắn đứng chiều (đứng, ngang, dọc trục)

o Chỉ gắn cùng một đầu đo cho cùng một vị trí

o Vị trí gắn phải đảm bảo độ vững chắc

o Thao tác cẩn thận tránh làm hư hỏng đầu do, dây cáp nối

o Người đo phải đảm bảo an toàn khi đo

5.2 Thu thập dữ liệu:

Có 2 cách thu thập dữ liệu là Free run (liên tục) và manual (đo từng lần)

Các thông số xác định việc thu thập dữ liệu:

 Fmax: Fmax cao → giới hạn tần số lớn → dữ liệu hiển thị ở tần số cao

o Đơn vị cpm: chu kỳ/ phút

o Thông thường nên chọn Fmax bằng 10 lần tốc độ quay là đủ thông tin

o Đối với phần tử quay là cánh hay vấu như bánh răng, bơm, quạt thì nên chọn Fmax= 3 x số cánh x tốc độ quay

phân giải cũng phải tăng lên nhằm tăng độ chi tiết và tránh mất thông tin

 Dữ liệu chồng lắp (overlap data): sử dụng % waveform để tạo một spectrum mới, nếu % cao thì

dữ liệu trên spectrum càng ít và biểu đồ tạo ra càng nhanh Thông thường nên chọn 50%

Vì vậy cần xác định thông số “Number of average” (số spectrum liền kề lấy trung bình) Nếu

Number of average lớn thì thông tin càng chính xác và ít bị nhiễu tuy nhiên thời gian thu thập dữ

liệu cũng tăng lên Thông thường nên chọn Number of average = 4

VI CHUẨN ĐOÁN HƯ HỎNG

Để có thể chẩn đoán máy tìm ra nguyên nhân gốc rễ để có các biện pháp khắc phục kịp thời đòi hỏi cần phải có các dữ liệu tổng hợp về thiết bị

Dưới đây là các dữ liệu máy cơ bản cần chuẩn bị tốt:

- Loại bearing, khe hở bearing bao nhiêu

- Đường kính trục

- Số cấp, số cánh trên một cấp

- Tải của máy

- Loại dầu bôi trơn, thành phần bôi trơn và kiểu bôi trơn

- Ví trí gắn cảm biến

- Các thông số vận hành trên DCS

- Các thông số công nghệ

- Nhật ký vận hành

- Nhật ký và hồ sơ sửa chữa và bảo dưỡng máy

- Các tài liệu, sổ tay vận hành và bảo dưỡng

- Bản vẽ lắp của máy

- Các bản vẽ mặt cắt các cụm chi tiết

- Nhiệt độ, độ ẩm môi trường

 Các dạng biểu đồ đặc trưng của các loại hư hỏng:

STT

NGUYÊN

NHÂN RUNG

Khi hiệu chỉnh phải đặt khối nặng cân bằng ít nhất 2 mặt phẳng

Tâm quay lệch khỏi tâm hình học

Rung động lớn nhất theo chiều vuông góc với 2 đường tâm roto

6 Cong trục

Rung cao theo phương dọc trục với lượng lệch pha khoảng 180o trên cùng một bộ phận máy Rung cao thường ở tần số 1X nếu vị trí cong gần tâm trục, nhưng nếu cong gần khớp nối thì rung cao ở tần số 2X

7 Roto bị

chà xát

Rotor bị chà xát tạo ra phổ tần số tương tự như lỏng cơ khí khi các bộ phận quay cọ

xát với các bộ phận tĩnh Sự cọ xát

có thể từng điểm hoặc cả vòng quay

Roto bị chà xát có thể kích thích nhiều tần số cao hơn

Bạc trượt thường cho phép biên độ phương đứng cao so với phương ngang

Khe hở bạc trượt quá lớn có thể gây

ra sự mất cân bằng nhỏ hoặc sự lệch tâm sẽ gây ra rung động

Việc phân tích độ rung trên hộp số được thực hiện khi hộp số truyền công suất tối đa

Khoảng cách giữa các tần số biên cho biết thiết bị có vấn đề Phản ứng

dữ dội không thích hợp thường kích thích GMF và tần số tự nhiên của thiết bị

Vòng bi phải được tháo ra và lắp ráp lại chính xác

Thông thường với puli không thẳng hàng, rung động theo phương dọc trục sẽ cao nhất

Có thể cân bằng puli lệch tâm bằng cách gắn 1 con long đền lên bu lông khóa ren

Tuy nhiên, ngay cả khi đã cân bằng, lệch tâm của puli vẫn sẽ gây ra rung động và gây ứng suất phá hủy mỏi cho đai

nó ở 1/3 tần số lưới (1/3 FL) Mức rung động tại (2FL) có thể vượt quá

25 mm / s (1in /s) Điều này sẽ gây

ra hư hỏng nếu lỗi kết nối chỉ thỉnh thoảng xảy ra và không định kỳ

25 Cộng

hưởng

Sự cộng hưởng của các rung động nhỏ có cùng tần số tạo ra một rung động lớn bất thường

VII LỰA CHỌN MÁY ĐO RUNG

REGULAR M AINT ENANCE