Nghiên cứu và thiết kế thiết bị đo độ rung động của động cơ điện trong quá trình làm việc

LỜI CẢM ƠN Chúng em chân thành cảm Ban Giám hiệu Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, Khoa Máy Tàu Biển và bộ môn Máy và tự động công nghiệp, đã tạo mọi điều kiệệ̣n vàà̀ sở vật chất hết sức thuân lợi để chung em có thể thực hiện và hoàn thành tốt các nội dung của luân án tốt nghiệp này Chung em xin gửi lời cảm ơn tới cáá́c thầy bộệ̣ môn Máy và tự động công nghiệp; cáá́c thầy, cô khoa Máá́y- Tàà̀u biểể̉n và các thây, cô Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam đãã̃ tận tình giảể̉ng dạệ̣y vàà̀ truyền đạệ̣t kiếá́n thứá́c quý báá́u cho chúng em thờà̀i gian vừa qua Đặc biệệ̣t, chúng em xin gửể̉i lờà̀i cảể̉m ơn chân thàà̀nh đếá́n thầy PGS.TS.Trần Hồng Hàà̀ đãã̃ trựệ̣c tiếá́p giúp đỡ vàà̀ hướá́ng dẫn chúng em hoàà̀n thàà̀nh đề tàà̀i nàà̀y Măc dù đã hoàn thành nợi dung ln án, cịn nhiều hạệ̣n chếá́ kiếá́n thứá́c cũng thời gian thực hiện luận án củể̉a chúng em chắn nhiều thiếá́u sóá́t, chúng em mong đượệ̣c sựệ̣ bảể̉o vàà̀ giúp đỡ củể̉a cáá́c thầy, cáá́c cô đểể̉ chúng em cóá́ thểể̉ hoàà̀n thiệệ̣n bàà̀i luân án này và có định hướng nghiên cứu ro ràng tương lai Chúng em xin chân thàà̀nh cảể̉m ơn! Tác gia SV Phạm Xuân Nam i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tên em là Phạm Xuân Nam, một số cáá́c thàà̀nh viên nhóm tác giả của đô án tốt nghiệp “Nghiên cứu và thiết kế thiết bị đo độ rung động của động điện quá trình làm việc” Nhóm em xin cam đoan là công trinh nghiên cứu của riêng chung em, với sự hướng dân của thây PGS.TS Trân Hông Hà, không có phân nội dung nào được chép một cách bât hợp pháp tư công trinh nghiên cứu của tác giả khác Kết quả nghiên cứu, nguôn số liệu trích dân, tài liệu tham khảo nêu luân án hoàn toàn chính xác và trung thực Hải Phòng, ngày 20 tháng năm 2022 Tác gia luận án Phạm Xuân Nam ii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC BIỂU ĐÔ ix MỞ ĐẦU x Chương TỔNG QUAN 1.1 Tâm quan trọng của các động điện lai các thiết bị các nhà máy 1.2 Các hư hỏng thường xảy đối với các động điện 1.2.1 Lỗi mât đông tâm trục 1.2.2 Lỗi hỏng ổ 1.2.3 Mon vong bi 1.2.4 Lỗi hỏng bu lông chân bệ 1.3 Các thông số giám sát tinh trạng kỹ thuât của động điện 1.3.1 Thông số nhiệt độ 1.3.2 Thống số tốc độ 1.3.3 Thông số rung động .7 1.4 Tâm quan trọng của việc đo và giám sát độ rung động của động điện 1.5 Tác dụng của hệ thống giám sát rung động 10 1.6 Tinh hinh nghiên cứu thế giới và nước .12 1.6.1 Trên thế giới 12 1.6.2 Tại Việt Nam 14 iii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương XÂY DỰNG HỆ ĐO RUNG ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHI LÀM VIỆC 18 2.1 Cơ sơ rung động của động điện 18 2.1.1 Thông số rung động máy .18 2.1.2 Cách đo độ rung động của máy 23 2.1.2 Cơ sơ chẩn đoán rung động cho động điện .25 2.2 Thiết kế, lâp trinh cho hệ thống đo và giám sát rung động 27 2.2.1 Thiết kế hệ thống đo và giám sát rung động 27 2.2.2 Lâp trinh cho hệ thống 34 2.3 Phân mêm hệ thống giám sát rung động động điện 41 Chương THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐO VÀ GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC 44 3.1 Xây dựng kế hoạch thử nghiệm 44 3.1.1 Đăc tính kỹ thuât của động điện FCKLB – 112M 44 3.1.2 Kế hoạch thử nghiệm cho động điện FCKLB – 112M 45 3.2 Thu thâp số liệu đô rung của động FCKLB – 112M 49 3.2.1 Đo và thu thâp dữ liệu độ rung của động FCKLB – 112M 49 3.2.2 Phân tích độ rung động của động FCKLB – 112M 51 KẾT LUẬN – KIẾN NGHI 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 iv TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 v TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 2 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2.8 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com điểm tăng rât mạnh Sự tăng mạnh bât thường này được thể hiện biểu đô sau: So sanh đô rung cua điểm giưa chê đô binh thương va chê đô sư cô 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235 Binh thương Sư cô Biêu đô So sánh đô rung cua điêm tại hai chế đô sự cố lỏng bu lông chân bệ số và chế đô vận hành bình thường Tại chế độ sự cố lỏng bu lông chân bệ số 2, độ rung của điểm tăng mạnh tư độ rung cực đại (tư 1.51 – mm/s) tới độ rung cực tiểu (0.97 – 1.1 mm/s) Nếu để động hoạt động tinh trạng vây gây ảnh hương nghiêm trọng đến các chi tiết bên động cơ, đăc biệt là các chi tiết nhỏ bên độ rung tăng kéo theo lực cộng hương giữa các chi tiết tăng, lực tác động qua lại giữa các chi tiết tăng khiến các chi tiết này dê bị phá hỏng, đăc biệt là các chi tiết nhỏ là vong bi tại các ổ Mà tại động điểm, các ổ bi có nhiệm vụ chịu lực chính động cơ, nếu chi tiết này hỏng có thể gây dưng động kéo theo dưng cả dây chuyên sản xuât d) Đô rung cua đông tại chế đô sự cố lỏng bu lông chân bệ số bơm chạy vơi 100% lưu lượng, áp suât đầu bơm bằng 1.5 kg/m3 -55- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đô rung cua cac điểm tai sư cô long bu lông chân bê sô 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235 Điểểm Điểểm Biêu đô Đô rung cua đông tại chế đô sự cố lỏng bu lông chân bệ số Nhin chung, độ rung độ rung của động tại chế độ này thay đổi mạnh, điểm đã có độ rung vượt qua điểm 12 và là điểm có độ rung cao nhât Biểu đô 3.7 thể hiện ro sự khác giữ độ rung của điểm tại chế độ binh thường và sự cố lỏng bu lông chân bệ số 3: So sanh 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 Biêu đô So sánh đô rung cua điêm tại hai chế đô sự cố lỏng bu lông chân bệ số và -56- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Độ rung cực đại của điểm đạt mức xâp xi 3.6 mm/s Có sự dao động ro rệt đường biểu thị độ rung của điểm này tại chế độ sự cố lỏng bu lông chân bệ số Nếu để động hoạt động tinh trạng vây gây ảnh hương nghiêm trọng đến các chi tiết bên động cơ, đăc biệt là các chi tiết nhỏ bên độ rung tăng kéo theo lực cộng hương giữa các chi tiết tăng, lực tác động qua lại giữa các chi tiết tăng khiến các chi tiết này dê bị phá hỏng, đăc biệt là các chi tiết nhỏ là vong bi tại các ổ e) Đô rung cua đông tại chế đô sự cố lỏng bu lông chân bệ số bơm chạy vơi 100% lưu lượng, áp suât đầu bơm bằng 1.5 kg/m3 Đô rung cua cac điểm tai sư cô long bu lông chân b ê sô 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235 Điểểm Điểểm Biêu đô Đô rung cua đông tại chế đô sự cố lỏng bu lông chân bệ số Tại chế độ sự cố này, độ rung của các điểm đêu có xu lướng thay đổi là giảm so với các chế độ khác Tuy nhiên độ rung của điểm lại tăng và có những biểu hiện bât thường sau: -57- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com So sanh đô rung cua điểm giưa chê đô binh thương va chê đô sư cô 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 10 Biêu đô So sánh đô rung cua điêm tại hai chế đô sự cố lỏng bu lông chân bệ số và chế đô vận hành bình thường Tư biểu đô ta có thể nhân thây, giá trị cực tiểu của độ rung điểm không chênh lệch nhiêu giữa hai chế độ, nhiên có sự thay đổi giá trị độ rung cực đại (chế độ sự cố là 1.55 mm/s chế độ binh thường là 0.83 mm/s) Độ rung của điểm thay đổi khá thât thường, càng vê cuối càng có xu hướng tăng Đăc biệt tại cuối thời gian khảo sát, độ rung của điểm tăng cao nhât tạo thành một đường sóng nhọn vượt khỏi mức dao động chung rôi lại giảm đột ngột Hiện tượng này xảy với tân suât tăng dân, nếu để thời gian kéo dài ảnh hương nghiêm trọng đến chât lượng làm việc của động cơ, ảnh hương tới các chi tiết bên dân tới hỏng động f) Đô rung cua đông tại chế đô sự cố lỏng xâm thực cua bơm bơm chạy vơi 100% lưu lượng, áp suât đầu bơm biến thiên xâm thực -58- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 19 Đô rung cua 12 điểm tai chê đô sư cô xâm thưc cua bơm 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235 Điểểm Điểểm Biêu đô 10 Đô rung cua đông tại chế đô sự cố xâm thực Tư biểu đô 3.10 ta có thể nhân thây, các điểm tư – 11 đêu có độ rung khá ổn định và gân giống với chế độ binh thường Tuy điểm 12 vân là điểm cao nhât, độ rung của điểm này đã xuât hiện nhiêu bât thường, ta có thể theo doi kỹ biểu đô 3.11 dưới đây: So sánh độ rung của điểm 12 giữa chế độ bình thường và chế độ sự cố xâm thực của bơm 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235 Binh thương Sư cô Biêu đô 11 So sánh đô rung cua điêm 12 tại hai chế đô sự cố xâm thực cua bơm và chế đô vận hành bình thường -59- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Tại chế độ xâm thực của bơm, độ rung tại điểm 12 tăng mạnh tư giá trị cực tiểu đến giá trị độ rung cực đại Trên đô thị thể hiện độ rung động của điểm 12 tại chế độ sự cố, chung có thể dê dàng nhân thây có những đường sóng ngâu nhiên cao rât bât thường so với phân lại của đường Nguyên nhân xuât hiện các dải sóng vây là ảnh hương của sự cố xâm thực đối với bơm Nếu để bơm hoạt động tinh trạng xâm thực kéo dài có thể phá hoại các bộ phân bơm đăc biệt là ăn mon các cánh quạt bơm KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương 3, đê tài đã xây dựng kế hoạch thử nghiệm và tiến hành thử nghiệm đối với động điện FCKLB – 112M Độ rung của động được đo và giám sát tại 12 điểm cảm biến gia tốc rung Cảm biến gia tốc rung truyên tín hiệu vê PLC và giám sát độ rung của động theo thời gian thực qua phân mêm được thiết kế máy tính Quá trinh thử nghiệm được thực hiện các chế độ làm việc khác của bơm, tư chế độ binh thường đến các chế độ sự cố lỏng bu lông chân bệ, xâm thực của bơm Tât cả chế độ được thử nghiệm thời gian một phut, các chế độ được thay đổi vân hành thời gian đủ lâu để ổn định trước được giám sát rung động Các chế độ được tri và đo một thời gian nhât định -60- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com KẾT LUẬN – KIẾN NGHI Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu đê tài em đã rut được các kết quả sau đây: - Đê tài đã phân tích tâm quan trọng của động điện công nghiệp, đông thời chi các sự cố mà động điện thường găp quá trinh sử dụng Các sự cố này là điêu không thể tránh khỏi và gây ảnh hương rât lớn đến quá trinh sản xuât - Đê tài đã chi một số thông số giám sát tinh trạng động cơ: Phương pháp giám sát thông số tốc độ động cơ, Phương pháp giám sát thông số nhiệt độ động cơ, Phương pháp giám sát thông số điện áp động và Phương pháp giám sát thông số độ rung của động Đê tài sử dụng phương pháp thứ để giám sát tinh trạng của động là sử dụng cảm biến đo rung động đo độ lớn của rung động và ghi lại dữ liệu phân mêm đo rung - Đê tài đã xây dựng được hệ đo rung động sử dụng PLC S7-1200 và cảm biến đo rung động loại HS-4200500108 Hansford Sau đãã̃ tíá́nh đượệ̣c độệ̣ rung, giáá́ trịệ̣ đượệ̣c gửể̉i tớá́i máá́y tíá́nh (PC) qua kếá́t nốá́i ethernet Phần mềm WinCC máá́y tíá́nh sẽã̃ liên tụệ̣c đọệ̣c giáá́ trịệ̣ từ PLC vàà̀ hiểể̉n thịệ̣ lên giao diệệ̣n giáá́m sáá́t - Đê tài xây dựng kế hoạch thử nghiệm đối với động điện pha FCKLB – 112M Độ rung của động được theo doi tại 12 điểm tương ứng với bốn phân của động Cảm biến đo rung được đăt tại 12 điểm này và đo độ rung tại 12 điểm này sau đó truyên tín hiệu vê máy tính giám sát độ rung the thời gian thực Quá trinh thử nghiệm của động các chế độ vân hành khác nhau: binh thường, sự cố sự cố lỏng bu lông chân bệ và sự cố xâm thực của bơm Sau các lân thử nghiệm đã thu thâp được các mâu đo rung động vê các chế độ làm việc của động cơ, kết quả thu được sau: Các chế độ sự cố đêu có độ rung lơn so với chế độ binh thường Độ rung -61- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com tại các điểm tại các chế độ sự cố không có quy luât cụ thể, tăng giảm thât thường Tuy nhiên theo thời gian giám sát lâu dài thi có thể nhân thây độ rung càng ngày càng lớn Điêu này cho thây, nếu để động hoạt động các sự cố lâu dài gây ảnh hương rât lớn tới tuổi thọ của động Các chế độ sư cố lỏng bu lông gây rung tại vị trí gân nó cao hơn, những điểm khác hâu không thay đổi Sự cố xâm thực hâu chi gây rung động lớn tại vị trí đâu bơm 2.Phương hướng nghiên cứu tương lai Trong điêu kiện cho phép, chung em tiếp tục thử nghiệm, triển khai đo không chi các loại động điện khác mà triển khai đo các động diesel tàu biển, hoàn thành hệ chẩn đoán sự cố và trạng thái kỹ thuât động điện Áp dụng công nghệ AI việc giám sát tự động và chẩn đoán tự động cự cố của động điện quá trinh làm việc -62- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] MẠC Hệệ̣ Thốố́ng Đôồ̀ng Pháố́t Nhiệệ̣t Điệệ̣n Turbine Hơi, CƠNG TY CỞể̉ PHẦà̀N TÍCH, https://martech.com.vn/vi/tin-tuc/tu-van-ky-thuat/dong-phat-nhiet- dien-turbine-hoi.html truy cập ngàà̀y 20/04/2022 [2] WEG Global Water, đốố́i táố́c công nghệệ̣ mảả̉ng Nướố́c Tạp chí Automatica E Instrumentacion – Tây Ba Nha, 2021 Truy câp ngày 10/04/2022, tư https://www.automaticaeinstrumentacion.com/texto-diario/mostrar/2783924/wegglobal-water-socio-tecnologico-segmento-aguas [3] https://www.wolong-electric.com/news/details/23/76.html, Wolong – Power Your Futer Truy cập ngàà̀y 21/02/2022 [6] [4] KS Nguyên Thanh Sơn, Giáo trình - Chẩn đoán rung động, 2010 [5] www.Fluke.com Truy cập ngày 11/04/2022 Lại Huy Thiện, Đề tài: Nghiên cứu giám sát rung động động diesel tài biển, 2020 Luân án tiến sĩ Trường Đại học Hàng hải Việt Nam [7] Cao Hùng Phi (2012), Nghiên cứố́u độệ̣ ôồ̀n rung củả̉a hộệ̣p sốố́ ô tô tảả̉i đượệ̣c thiếố́t kếố́ vàồ̀ chếố́ tạệ̣o tạệ̣i Việệ̣t Nam Luận áá́n tiếá́n sĩã̃ Đạệ̣i họệ̣c Báá́ch khoa Hàà̀ Nộệ̣i [8] P Popaleny, J Antonino-Daviu, IEEE Senior Member, Electric Motors condition monitoring, using currents and vibrations analyses: a comparison 2018 [9] Min Hong-Chan Chang , Yu-Ming Jheng, Cheng-Chien Kuo and Yu- Hsueh, Induction Motors Condition Monitoring System with Fault Diagnosis Using a Hybrid Approach 2019 [11] Hoàà̀ng Văn Sỹã̃ (2019), Nghiên cứố́u chếố́ tạệ̣o thử nghiệệ̣m thiếố́t bịệ̣ đo mô men xoắố́n vàồ̀ phân tíố́ch dao độệ̣ng xoắố́n độệ̣ng diesel lai chân vịệ̣t Luận áá́n tiếá́n sĩã̃ Đạệ̣i họệ̣c Hàà̀ng hảể̉i Việệ̣t Nam [12] Lê Đình Tuân vàà̀ Trần Hảể̉i (2015), Kiểả̉m soáố́t dao độệ̣ng thân tàồ̀u thử -63- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com tàồ̀u theo tiêu chíố́ đáố́p ứố́ng dao độệ̣ng Tạệ̣p chíá́ pháá́t triểể̉n KH & CN, tập 18, sốá́ K8 2015 Trườà̀ng Đạệ̣i họệ̣c Báá́ch khoa, ĐHQG-HCM -64- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... thiếá́t bịệ̣ đo cóá́ sẵn DEWEBOOK kênh đo? ?á́ cóá́ kênh đo rung vàà̀ kênh đo âm Trong cơng trình [10], táá́c giảể̉ Trần Văn Lượệ̣ng đo đạệ̣c, đáá́nh giáá́ trạệ̣ng tháá́i rung củể̉a... bị đo rung đông Trước tiến hành đo rung động, chung ta phải có một thiết bị có thể đo được rung động Để đo được rung động, chung ta sử dụng một loại cảm biến có thể đo rung. .. độệ̣ rung lắc đo? ?á́ và tư dữ liệu đo? ? chuẩn đoán sự cố -17- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương XÂY DỰNG HỆ ĐO RUNG ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHI LÀM VIỆC 2.1 Cơ sở rung