Công trình nghiên cứu khoa học cấp trường trọng điểm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR TRỤC MỀM MÃ SỐ:T2019 – 16TĐ SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2020 T2019 - 16TĐ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR TRỤC MỀM Mã số: T2019 – 16TĐ Chủ nhiệm đề tài: GVC.ThS TRẦN THANH LAM TP HCM, Tháng 03 / Năm 2020 T2019 - 16TĐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR TRỤC MỀM Mã số: T2019 – 16TĐ Chủ nhiệm đề tài: GVC.ThS TRẦN THANH LAM TP HCM, Tháng 03 / Năm 2020 T2019 - 16TĐ DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR TRỤC MỀM Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu đề tài : Chủ trì đề tài : Trần Thanh Lam Họ tên Tên đơn vị ngồi nước Đơn vị cơng tác Nội dung nghiên cứu cụ thể lĩnh vực chuyên môn giao Nội dung phối hợp Họ tên người đại diện nghiên cứu đơn vị T2019 - 16TĐ MỤC LỤC Mục lục DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PHẦN 1: MỞ ĐẦU 10 I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 10 1.1 Tổng quan 10 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 12 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 13 II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 13 III MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 14 IV ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 14 V PHẠM VI NGHIÊN CỨU 14 VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14 PHẦN 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN 15 Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .15 1.1 Các khái niệm 15 1.2 Cơ sở toán học phương pháp cân 16 Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY .22 2.1 Sơ đồ nguyên lí máy cân động 22 2.2 Thiết kế tổng thể máy 22 Chương 3: PHÂN TÍCH TRÊN ANSYS 38 3.1 Xác định vận tốc tới hạn rotor .38 3.2 Phân tích Khung máy 40 T2019 - 16TĐ Chương 4: CHẾ TẠO – THỰC NGHIỆM .41 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 3.1 Kết đạt 46 3.2 Kết luận hướng phát triển đề tài 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 Phụ lục 1: Bài báo khoa học Phụ lục 2: Bản thuyết minh phê duyệt T2019 - 16TĐ DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ Bảng 2.1 Thơng số thép hộp SS400 23 Bảng 2.2 Thành phần thép SUJ2 30 Bảng 2.3 Cơ tính thép SUJ2 30 Bảng 2.4 Quá trình nhiệt luyện thép SUJ2 30 Bảng 2.5 Thông số gối đỡ BK12 32 Bảng 2.6 Thông số động Spindle 33 Bảng 2.7 Thông số biến tần Siemens V20 37 Bảng 4.1 Kết thực nghiệm đo dao động 42 Bảng 4.2 Thông số máy 45 Hình 1.1 Sơ đồ phân bố lực gối sử dụng mặt phẳng cân 17 Hình 1.2 Hình dạng mode 1, 2, 3, rotor trục mềm 20 Hình 1.3 Chuyển vị rotor tương ứng mode khơng gian 20 Hình 1.4 Vị trí số lượng mặt phẳng hiệu chỉnh cân (mode 4) 21 Hình 2.1 Sơ đồ ngun lý mơ hình cân động 22 Hình 2.2 Kết cấu tổng thể 3D máy 22 Hình 2.3 Thép hộp mạ kẽm 23 Hình 2.4 Bản vẽ chế tạo Khung đỡ máy 23 Hình 2.5 Bản vẽ khung máy 3D 24 Hình 2.6 Bản vẽ chế tạo đế máy 25 Hình 2.7 Bản vẽ đế máy 3D 25 Hình 2.8 Kích thước khớp nối lị xo 26 Hình 2.9 Khớp nối lò xo đàn hồi 26 Hình 2.10 Bản vẽ chế tạo Chân gối đỡ BK 27 Hình 2.11 Bản vẽ 3D Chân gối đỡ BK 27 Hình 2.12 Bản vẽ chế tạo gối đỡ Motor 28 Hình 2.13 Bản vẽ 3D gối đỡ motor 28 Hình 2.14 Bản vẽ chế tạo đĩa 29 Hình 2.15 Bản vẽ đĩa 3D 29 T2019 - 16TĐ Hình 2.16 Trục quay mạ crom 30 Hình 2.17 Gối đỡ BK12 31 Hình 2.18 Động Spinde 33 Hình 2.19 Bơm giải nhiệt 34 Hình 2.20 Biến tần Siemens V20 34 Hình 3.1 Mơ hình Jeffcott với trục, đĩa đơn 38 Hình 3.2 Mơ hình tốc độ tốc độ 38 Hình 3.3 Phân tích mơ hình Jeffcott Ansys 39 Hình 3.4 Kết phân tích khung máy Ansys 40 Hình 4.1 Mơ hình rotor trục mềm (1 đĩa) 41 Hình 4.2 Mơ hình hoạt động tốc độ tới hạn (mode 1) 41 Hình 4.3 Bố trí lắp đặt Sensor LK_G30 42 Hình 4.4 Tín hiệu tốc độ tới hạn thực tế n = 1260 vòng/phút 43 Hình 4.5 Quỹ đạo chuyển động tâm quay tương ứng 43 Hình 4.6 Hình ảnh thực tế mơ hình 45 T2019 - 16TĐ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MB: Modal Balancing ICM: Influence Coefficients Method UBA: Unified Balancing Approach DBM: Dynamic Balancing Method AMB: Active Magnetic Bearing CAD: Computer Aided Design CAE: Computer Aided Engineering LK: Laser Keyence T2019 - 16TĐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Tp HCM, ngày 30 tháng 03 năm 2020 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR TRỤC MỀM - Mã số: T2019 - 16TĐ - Chủ nhiệm: GVC.ThS Trần Thanh Lam - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM - Thời gian thực hiện: 05/2019 – 03/2020 Mục tiêu: Mục tiêu đề tài đề xuất phương án, thiết kế, chế tạo mơ hình cân động rotor trục mềm Mơ hình góp phần phục vụ nghiên cứu lĩnh vực đo dao động, cụ thể đo dao động đối tượng rotor trục mềm Tính sáng tạo: Kết hợp lý thuyết thực nghiệm vào việc chế tạo mơ hình Kết nghiên cứu: Mơ hình cân động rotor trục mềm phục vụ nghiên cứu sinh lĩnh vực đo dao động Thông tin chi tiết sản phẩm: - Sản phẩm khoa học: + Bài báo khoa học: Trần Thanh Lam, Đặng Thiện Ngơn, Lê Chí Cương; Nghiên cứu, chế tạo, thực nghiệm mơ hình rotor trục mềm; Tạp chí KHGDKT; số 57, 2020 - Sản phẩm ứng dụng: + Mơ hình rotor trục mềm tốc độ cao (12000 vòng/phút) T2019 - 16TĐ Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Mơ hình đề xuất góp phần phục vụ hiệu nghiên cứu lĩnh vực đo dao động, cụ thể đo dao động đối tượng rotor trục mềm - Là tài liệu phục vụ giảng dạy nghiên cứu bậc đại học sau đại học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh - Địa ứng dụng: phịng thí nghiệm Trang bị điện, Bộ mơn Cơng nghệ chế tạo máy, Khoa Cơ khí máy, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài 10 T2019 - 16TĐ INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: - Project title: RESEARCH, MANUFACTURE THE DYNAMIC BALANCING MODEL - FOR FLEXIBLE ROTOR - Code number: T2019 - 16TĐ - Coordinator: Master Tran Thanh Lam - Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Education - Duration: from 05/2019 to 03/2020 Objective: The main objective of this project is to propose the plan, design and manufacture of dynamic balance model for flexible rotors This model will contribute to research in the field of vibration measurement, in particular measuring oscillations on flexible rotor Creativeness and innovativeness: Combine theory and experiment in fabrication model Research results: A dynamic balance model on flexible rotors for students in the field of oscillation measurements Products: - Tran Thanh Lam, Dang Thien Ngon, Le Chi Cuong; Research, manufacture, experiment on flexible rotor model; Journal of Technical Education Science, Vol 57, 2020 - The high speed flexible rotor model (12000 rpm) Effects, transfer alternatives of research results and applicability: - The proposed model contributes to effectively serve researches in the field of vibration measurement, in particular measuring vibration on flexible rotors - This is the document for teaching and researching at HCMC University of Technology and Education - Address of application: Electrical equipments laboratory, Department of Machinery Manufacturing Technology, Faculty of Mechanical Engineering, HCMC University of Technology and Education 11 T2019 - 16TĐ PHẦN 1: MỞ ĐẦU I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Tổng quan Trong công nghiệp thiết bị máy nén, tuabin, máy bơm, động phản lực, máy tăng áp…khi vận hành bị rung động chuyển động rotor Thực tế xảy khơng cố rung động mức thiết bị quay, gây thiệt hại không cho thiết bị mà cịn làm thiệt hại cho ngành có liên quan Muốn thiết bị làm việc an toàn, tuổi thọ cao chúng phải làm việc với điều kiện độ rung tiêu chuẩn cho phép, việc bảo dưỡng phải kịp thời, ngăn chặn cố tiềm ẩn xảy Lượng cân cho phép rotor dẫn theo tiêu chuẩn ISO 1940/1 – 2013 [1] Một phương pháp phổ biến dùng để đánh giá lượng cân cho phép chi tiết quay (thường gọi rotor) sử dụng thiết bị cân động Nguyên nhân gây rung động thường rotor cân chuyển động Các thơng số để đánh giá rung động hệ thống tốc độ hoạt động rotor (tốc độ tới hạn), độ ổn định hệ thống (không đồng tâm, dung sai chế tạo - lắp ráp, không đồng cấu trúc vật liệu, va đập, mài mòn, lắp lỏng …) đáp ứng cân bằng: động lực học rotor [2] Mất cân tượng hư hỏng thường xuyên diễn rotor nhiều trường hợp cố nguy hiểm dẫn đến hậu nguy hại to lớn cho an toàn người thiết bị Sự cân trạng thái mà rotor, kết lực kích thích, phát sinh lực gây rung động truyền đến ổ đỡ vòng bi máy Một rotor cân khơng rung động, vận hành ổn định Trái lại, rotor trạng thái cân quay tạo nhiều rung động, tiếng ồn, không ổn định Sự khác biệt lực kích thích (như lực li tâm) tác động lên rotor có bù trừ hay khơng, cịn gọi khử cân Mất cân không nguồn gây rung động thường gặp máy có chuyển động quay mà cịn ngun nhân gây nhiều hư hại cho máy Nó xem khuyết tật cần khắc phục trước tất vấn đề khác Mất cân rotor ngày trở nên yếu tố quan trọng việc phát triển thiết bị đại đặc 12 T2019 - 16TĐ biệt thiết bị đòi hỏi tốc độ độ tin cậy cao Sự cân máy nói chung tượng có hại cần phải xác định yêu cầu phải giảm thiểu trừ khử hồn tồn Chính thế, việc phát khắc phục cân máy móc thiết bị quay thật cần thiết Điều đồng nghĩa với việc tránh hư hỏng mỏi kết cấu liên quan, giảm tiếng ồn rung động, làm tăng tuổi thọ chất lượng máy vận hành Các thiết bị quay phân thành hai loại: rotor trục cứng (rigid rotor) rotor trục mềm (flexible rotor) Rotor trục cứng rotor không biến dạng thay đổi tốc độ quay Rotor trục mềm rotor vận hành có biến dạng; đặc biệt thay đổi tốc độ, hay rotor vận hành gần tần số cộng hưởng chúng Với rotor này, cân cần phải quay tốc độ cao gần với tốc độ làm việc Theo nguyên tắc chung, rotor hoạt động 70% tốc độ tới hạn xem rotor trục cứng, rotor hoạt động gần tốc độ tới hạn thực uốn cong biến dạng gọi rotor trục mềm Ngày nay, thiết bị động điện, máy phát điện, máy tuabin, máy nén khí, quạt gió…tốc độ quay lên tới 105 vịng/phút, việc cân máy quay ngày trở thành yếu tố quan trọng việc phát triển thiết bị đại, đặc biết thiết bị có yêu cầu tốc độ độ tin cậy cao 1.2 Tình hình nghiên cứu nước Trên giới, nghiên cứu động lực học rotor nhiều nhóm nghiên cứu thực hiện, điển hình R Tiwari [4] thực phân tích nhận dạng lỗi cân hệ thống rotor; tập đoàn Bently [5] tập trung nghiên cứu ảnh hưởng rotor lên gối đỡ từ phát triển loại gối đỡ có ứng xử phù hợp Cân phương pháp quan trọng để giảm rung thiết bị quay, nghiên cứu lý thuyết phương pháp cân động phát triển [3] Ba phương pháp cân giới công bố gồm: Cân phương thức (Modal Balancing - MB): Bishop đề xuất [6] Phương pháp hệ số ảnh hưởng (Influence Coefficients Method - ICM) Lund Parkinson đề xuất [7] Phương pháp cân hợp (Unified Balancing Approach-UBA): Mark Darlow Parkinson đề xuất [8] 13 T2019 - 16TĐ Đây coi phương pháp tảng cân động Trong đó, cân phương thức phương pháp hệ số ảnh hưởng hai phương pháp cân cổ điển với số lần chạy thử nghiệm (test runs) Đối với phương pháp cân phương thức, việc xác định cân rotor bị ảnh hưởng hỗ trợ tính chất gối đỡ, đặc biệt hệ số giảm chấn cao (high damping coefficients) Đối với phương pháp hệ số ảnh hưởng (ICM), tính chất hỗ trợ gối đỡ không ảnh hưởng đến việc xác định cân Tuy nhiên, vị trí khơng phù hợp phép đo dẫn đến ma trận hệ số ảnh hưởng bị ràng buộc dẫn đến thất bại phương pháp Hơn nữa, phương pháp đòi hỏi kiến thức hệ thống phát triển tốt.Tuy nhiên, nhược điểm phương pháp địi hỏi số lượng đáng kể chạy thử nghiệm, phương pháp phương thức yêu cầu chạy thử nghiệm Tương phản với phương pháp cân truyền thống, phương pháp hợp (UBA) đề xuất M Darlow yêu cầu việc sử dụng tồn thơng tin rotor (u cầu kỹ thuật, kết cấu, khối lượng, kích thước…) Tuy nhiên, u cầu lần chạy thử Chạy thử nghiệm tốn chi phí tốn thời gian Hơn nữa, chúng làm giảm tuổi thọ máy quay, đặc biệt trường hợp máy phát điện turbo lớn, nơi mà thời gian chết tốn Do nhu cầu ngày tăng hoạt động liên tục, đáng tin cậy, công suất cao tốc độ cao, dự đốn xác ứng xử động máy ngày trở nên quan trọng Mặc dù mơ hình lý thuyết kỹ thuật phát triển tốt, ứng xử động dự đốn xác chủ yếu thiếu thông tin độ cân độ cứng hệ thống giảm chấn hệ số giảm chấn lại Việc xác định mức độ tin cậy độ cứng K hệ số giảm chấn C đóng vai trị quan trọng dự đốn xác ứng xử động học thiết bị quay Trong năm gần đây, hướng nghiên cứu liên quan chủ yếu tập trung vào hai khía cạnh: - Cải thiện hiệu cân - phương pháp cân không dùng phương pháp khối lượng thử / chạy thử (no add trial mass and test runs) - Kiểm soát/điều khiển cân chủ động (dùng Active Bearing Method) 14 T2019 - 16TĐ Kết số Nhóm nghiên cứu phương pháp tiếp cận đề cập gần đây: Không cần chạy thử / Test run, nhóm nghiên cứu Y Xu, et al [9, 10] Không cần thêm khối lượng thử / Trial Weight, Y A Khulief et al [11] Cân sử dụng phương pháp điều khiển chủ động lực kích thích ổ đỡ (Active Magnetic Bearings) Yuanping Xu et al [12] Cân rotor theo qui luật bất đẳng hướng: Genfeng Lang et al [13] Cân tốc độ thấp + sử dụng lực kích thích bên ngồi, điển hình có nhóm nghiên cứu Shachar Tresser et al [14] Cân theo phương pháp sử dụng phổ holo/ Holospectrum Method, Shi Liu et al [15] Cân rotor có khuyết tật (vết nứt) Chao Fu et al đề xuất [16] Cân nhiều mặt phẳng (Multi plane), n >3 , Guangfu Bin et al., [17] 1.3 Tình hình nghiên cứu nước Hiện tại, cân động Việt Nam chủ yếu cân cho rotor trục cứng thực phần lớn Hãng nước : Bruel & Kjaer, Schencks, Oneprod… Do đó, việc nghiên cứu chế tạo máy cân động rotor trục mềm Việt Nam yêu cầu cấp thiết, đặc biệt lĩnh vực cân trường (field balancing) Một số nhóm nghiên cứu Việt Nam lĩnh vực này: Ngô Kiều Nhi et al, Thiết kế chế tạo máy cân bằng, ĐHBK Tp.HCM, 2000 [18] Nguyễn Văn Khang, Trần Văn Lượng, Nghiên cứu cân động rotor trục mềm, LVTS, ĐHBK Hà Nội, 2000 [19] Lê Đình Tuân et al, Thực nghiệm cân tùy động ứng dụng cho monorotor lớn, DHBK Tp.HCM, Đề tài NCKH cấp Bộ, 2005, [20] Nguyễn Tuấn Kiệt, Ma Văn Việt, Cân rotor trục mềm, LVTS, DHBK Tp.HCM 2005, [21] Phạm Huy Hoàng, Nghiên cứu cân động rotor trục mềm, ĐHBK Tp.HCM, Đề tài NCKH cấp Trường, 2012, [22] II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay, nhu cầu chế tạo, lắp đặt, vận hành, bảo trì thiết bị quay đặc biệt (như turbin nhà máy nhiệt điện, hệ thống ly tâm…) nước lớn [25] Tuy nhiên, lĩnh vực cân động trường (field balancing) toàn sử dụng thiết bị ngoại nhập kinh nghiệm cân đơn vị Do vậy, lâu dài để sản xuất 15 T2019 - 16TĐ cơng nghiệp nước phát triển bền vững theo kịp nước khác khu vực, phải nghiên cứu để chủ động nắm phương pháp, kỹ thuật, tự chế tạo thiết bị cân động trường đạt chất lượng, giảm giá thành, thời gian … để phục vụ sản xuất Đây toán thực tiễn đặt cho nhà nghiên cứu dao động nước Với phương châm phát kịp thời, xác thơng số gây rung động thiết bị quay; đặc biệt thông số cân bằng; để hạn chế tối đa hư hại gây cho máy nhằm tăng tuổi thọ chất lượng máy vận hành; đồng thời từ giảm chi phí bảo trì, sửa chữa giúp tăng cường tính hiệu quả, ổn định, an tồn tiết kiệm thời gian Chính vậy, đề tài mang tính cấp thiết khơng mà ngồi nước III MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Mục tiêu đề tài đề xuất phương án, thiết kế, chế tạo mơ hình cân động rotor trục mềm vận hành với tốc độ cao (12.000 rpm) kết hợp đồng với cảm biến quang đo chuyển vị Mơ hình góp phần phục vụ nghiên cứu lĩnh vực đo dao động, cụ thể đo dao động đối tượng rotor trục mềm IV ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu này, mơ hình đề xuất mơ hình Jeffcott rotor, mơ hình rotor sử dụng nhiều nghiên cứu động lực học cho phép phân tích phản ứng rotor vận hành tốc độ cao V PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu thực nhằm đề xuất phương pháp đồng việc điều khiển tốc độ vận hành rotor với tín hiệu sensor hồi tiếp (chuyển vị) + tín hiệu encoder nhận biết vị trí (góc pha) VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Khảo sát mơ hình rotor trục mềm có ngồi nước - Nghiên cứu, phân tích, lựa chọn phương án thiết kế mơ hình - Thiết kế kiểm nghiệm Ansys mơ hình - Chế tạo thử nghiệm mơ hình - Kết luận hướng phát triển đề tài 16 T2019 - 16TĐ PHẦN 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Các khái niệm Mục đích phương pháp cân động tìm vị trí (góc pha ) lượng dư cân U = W.r (với W khối lượng cân bằng, r khoảng cách từ khối lượng cân đến trục quay) 1.1.1 Khái niệm rotor Rotor (trục quay) để phần chuyển động, phần động, phần quay máy động điện hay máy phát điện Rotor trục cứng: rotor không biến dạng thay đổi tốc độ quay không vận hành tần số cộng hưởng chúng, cân bằng cách bổ sung khối lượng hiệu chỉnh phù hợp hai mặt phẳng dọc theo rotor Rotor trục mềm: Trường hợp cân nhiều hai mặt phẳng cần thiết để đạt điều kiện chấp nhận phạm vi tốc độ hoạt động, rotor phải cân rotor linh hoạt Rotor linh hoạt rotor có biến dạng thay đổi tốc độ quay; hay rotor vận hành gần tần số cộng hưởng chúng Các trạng thái biến dạng rotor trục mềm: Rotor trục mềm mối quan tâm lớn chuyên gia rung động cân bằng, chúng ngày ứng dụng vào nhiều máy quay Hầu hết rotor tuabin thuộc dạng rotor trục mềm, có nghĩa chúng hoạt động chế độ uốn chế độ uốn thứ hai Cân rotor trục mềm phức tạp nhiều so với cân rotor trục cứng Rotor trục mềm liên tục thay đổi trạng thái đàn hồi tốc độ quay thay đổi, đòi hỏi thêm mặt phẳng cân 1.1.2 Cân rotor trục cứng Trong rotor thực tế, vị trí trục dọc xuyên tâm khơng cân định hướng khơng xác định Tùy thuộc vào hình dạng rotor trục cứng, cân phương thức mặt phẳng hai mặt phẳng sử dụng 17 T2019 - 16TĐ 1.1.3 Cân rotor trục mềm Khi rotor biến dạng tiến tới tốc độ tới hạn, đường trung tâm uốn cong xoay quanh lực ly tâm bổ sung thiết lập cân rotor trục cứng trở nên không hiệu (đôi cân rotor trục cứng làm giảm biên độ dao động chế độ uốn) 1.2 CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG Hai phương pháp tính tốn lượng dư cân phương pháp cân phương thức (Modal Balancing) phương pháp hệ số ảnh hưởng (Influence Coefficients Method-ICM) Ngoài phương pháp trên, người ta áp dụng số phương pháp kết hợp khác cân hợp (Unified Balancing Approach-UBA), nhiên tảng dựa vào phương pháp Hiện nay, phương pháp hệ số ảnh hưởng ICM ứng dụng phổ biến qui trình cân động - Cơ sở toán học toán cân mặt phẳng phương pháp ICM: Lý thuyết cân theo phương pháp áp dụng hệ số ảnh hưởng ICM mặt phẳng xác định trước nhóm nghiên cứu ứng dụng thành cơng giới Việt Nam Phương trình vi phân chuyển động: 𝑀𝑥̈ + 𝐶𝑥̇ + 𝐾𝑥 = 𝐹0 sin 𝜔𝑡 Trong đó: M, C, K ma trận tương ứng khối lượng, giảm chấn, độ cứng 𝐹(𝑡) = 𝐹0 sin 𝜔𝑡: Lực kích thích gây dao động Giả sử rotor bị cân khối lượng W1 (chưa biết) nằm góc 1 (chưa biết) mặt phẳng khối lượng W2 (chưa biết) nằm góc 2 (chưa biết) mặt phẳng rotor Sơ đồ hình cho thấy lực cân tác động lên mặt phẳng 1, gối đỡ 1, gối đỡ mặt phẳng vectơ lực F, R, S P 18 T2019 - 16TĐ Hình 1.1 Sơ đồ phân bố lực gối đỡ sử dụng mặt phẳng cân Ta có lực gây cân mặt phẳng1, là: 𝑊1 𝑎1 ω2 𝜔2 𝐹= = 𝑈 , 𝑈 = 𝑊1 𝑎1 , g 𝑔 1 𝑃= 𝑊2 𝑎2 ω2 𝜔2 = 𝑈 , 𝑈 = 𝑊2 𝑎2 g 𝑔 2 Trong đó, với W1, W2 , a1, a2 khối lượng khoảng cách lệch tâm đĩa Phương trình cân vectơ gối đỡ là: 𝛼11 ∙ 𝐹 + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝛼12 ∙ 𝑃⃗ − 𝑅⃗ = (1) 𝛼21 ∙ 𝐹 + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝛼22 ∙ 𝑃⃗ − 𝑆 = (2) Trong là vectơ hệ số ảnh hưởng phụ thuộc vào lực cân gối đỡ Biểu diễn (1) (2) dạng số phức: ′ ′ )( ′ ′ ′ (𝛼11 + 𝑖𝛼11 𝐹 + 𝑖𝐹′) + (𝛼12 + 𝑖𝛼12 )(𝑃′ + 𝑖𝑃′) = (𝑅′ + 𝑖𝑅′) (3) ′ ′ )( ′ ′ ′ (𝛼21 + 𝑖𝛼21 𝐹 + 𝑖𝐹′) + (𝛼22 + 𝑖𝛼22 )(𝑃′ + 𝑖𝑃′) = (𝑆′ + 𝑖𝑆′) (4) 19 T2019 - 16TĐ Khai triển phần thực phần ảo số phức: ′ 𝛼11 ′ 𝛼11 ′ 𝛼21 ′ [𝛼21 ′ −𝛼11 ′ 𝛼11 ′ −𝛼21 ′ 𝛼21 ′ 𝛼12 ′ 𝛼12 ′ 𝛼22 ′ 𝛼22 ′ −𝛼12 𝐹′ 𝑅′ ′ 𝑖 𝛼12 𝐹 𝑖 [ ] = [𝑅 ] ′ −𝛼22 𝑃′ 𝑆′ 𝑖 ′ 𝑆𝑖 𝛼22 ] 𝑃 (5) Hay [A][G] = [H] Các hệ số ảnh hưởng xác định cách thêm đối trọng có khối lượng thử B đĩa đĩa 2, ta thu lực cân là: ⃗⃗⃗ 𝑇𝑟 = 𝜔2 ⃗⃗⃗⃗ 𝐵 , 𝑟 = 1, 𝑔 𝑟 Phương trình lần chạy có khối lượng thử B là: 𝛼11 ∙ (𝐹 + ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑇1 ) + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝛼12 ∙ 𝑃⃗ − ⃗⃗⃗⃗ 𝑅1 = (6) ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝛼21 ∙ (𝐹 + 𝑇 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝛼22 ∙ 𝑃⃗ − ⃗⃗⃗ 𝑆1 = ) + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ (7) Từ (6) – (1) ta được: 𝛼11 ∙ ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑇1 = ⃗⃗⃗⃗ 𝑅1 − 𝑅⃗ (8) Suy ra: ⃗⃗⃗⃗ 𝑅1 − 𝑅⃗ 𝑅1 𝑅 ′ ′ = 𝑒 𝑖(𝜀𝑅1 −𝜀𝑇1 ) − 𝑒 𝑖(𝜀𝑅−𝜀𝑇1 ) = 𝛼11 + 𝑖𝛼11 ⃗⃗⃗1 𝑇1 𝑇1 𝑇 𝛼11 = ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ Tương tự với lần chạy thử 2: 𝛼21 = ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗ 𝑆1 − 𝑆 𝑆1 𝑖(𝜀𝑆 −𝜀𝑇 ) 𝑆 𝑖(𝜀𝑆−𝜀𝑇 ) = 𝛼 ′ + 𝑖𝛼 ′ = 𝑒 1 − 𝑒 21 21 ⃗⃗⃗1 𝑇1 𝑇1 𝑇 𝛼12 = ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗2 − 𝑅⃗ 𝑅 𝑅2 𝑖(𝜀𝑅 −𝜀𝑇 ) 𝑅 𝑖(𝜀𝑅−𝜀𝑇 ) = 𝛼 ′ + 𝑖𝛼 ′ = 𝑒 2 − 𝑒 12 12 ⃗⃗⃗ 𝑇 𝑇 𝑇2 2 𝛼22 = ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗ 𝑆2 − 𝑆 𝑆2 𝑖(𝜀𝑆 −𝜀𝑇 ) 𝑆 𝑖(𝜀𝑆−𝜀𝑇 ) = 𝛼 ′ + 𝑖𝛼 ′ = 𝑒 2 − 𝑒 22 22 ⃗⃗⃗2 𝑇2 𝑇2 𝑇 Do giải phương trình số phức ta thu được: ′ 𝛼11 = 𝛼11 ∙ cos 𝜀11 = 𝑅1 𝑇1 𝑖 𝛼11 = 𝛼11 ∙ sin 𝜀11 = 𝑅1 ′ 𝛼21 = 𝛼21 ∙ cos 𝜀21 = 𝑆1 𝑇1 𝑇1 cos(𝜀𝑅1 − 𝜀𝑇1 ) − 𝑅 𝑇1 𝑅 sin(𝜀𝑅1 − 𝜀𝑇1 ) − 𝑇1 cos(𝜀𝑆1 − 𝜀𝑇1 ) − 𝑇1 𝑆 cos(𝜀𝑅 − 𝜀𝑇1 ) (9) sin(𝜀𝑅 − 𝜀𝑇1 ) (10) cos(𝜀𝑆 − 𝜀𝑇1 ) (11) 20 S K L 0 ... 03 / Năm 2020 T2019 - 16TĐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÂN BẰNG... hình nghiên cứu nước 13 II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 13 III MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 14 IV ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 14 V PHẠM VI NGHIÊN CỨU 14 VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...T2019 - 16TĐ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÂN BẰNG ĐỘNG ROTOR