CÂN BẰNG ĐỘNG CÁC CHI TIẾT QUAY CỦA MÁY Click tham khảo Máy cân bằng động và phân tích rung động 3 kênh Adash A4300 VA33 1 Giới thiệu Mất cân bằng không chỉ là nguồn gây rung động thường gặp nhất tron.
CÂN BẰNG ĐỘNG CÁC CHI TIẾT QUAY CỦA MÁY Click tham khảo Máy cân động phân tích rung động kênh Adash A4300 - VA33 Giới thiệu Mất cân không nguồn gây rung động thường gặp máy có chuyển động quay mà cịn gây nhiều hư hại cho máy Nó xem KHUYẾT TẬT cần khắc phục trước tất vấn đề khác Mất cân máy quay ngày trở thành yếu tố quan trọng việc phát triển thiết bị đại đặc biệt thiết bị đòi hỏi tốc độ /hoặc độ tin cậy cao Sự cân máy nói chung tượng có hại cần phải xác định cần thiết phải giảm thiểu trừ khử hoàn toàn Việc làm gọi cân máy cân động, theo cách nói thơng thường 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 Lực ly tâm cân bằng: Một rotor cân khơng rung động, quay êm Trái lại, rotor cân quay tạo nhiều rung động, tiếng ồn, không êm Sự khác biệt lực ly tâm tác động lên rotor có bù trừ hay khơng, cịn gọi khử cân Lực ly tâm Một chi tiết quay tạo lực có xu hướng đẩy xa trục quay theo hướng bán kính Lực "lực ly tâm" a Rotor cân Một rotor cân hoàn hảo rotor có khối lượng phân bố xung quanh trục quay, khơng dao động quay Thực tế tất lực lượng ly tâm bù trừ tức bị khử Hình rotor cân đó, với khối lượng m đặt khoảng cách từ trục quay, tồn khối lượng m*, có khối lượng với m, đặt vị trí đối diện Tương tự , lực ly tâm F tạo chuyển động quay m bù đắp lực ly tâm đối diện F*, tạo chuyển động quay m* Hai lực ly tâm triệt tiêu nhau: rotor không dao động b Rotor cân Một rotor "mất cân bằng" diện khối lượng m nằm rotor Ở đây, không giống rotor cân đề cập trên, lực ly tâm F tạo "đốm nặng" rotor không bù đắp lực tương đương theo hướng ngược lại Lực ly tâm F không bù quay với khối lượng m cố kéo văng rotor theo hướng tác động ly tâm Rung động sinh truyền đến ổ đỡ (bạc đạn) rotor tất điểm ỗ đỡ phải tiếp nhận rung động lần vịng quay Điều giải thích lý thành phần cân xuất phổ dao động tần số quay trục 3 Sự cân a Định nghĩa Sự cân bằng, định nghĩa theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 1925:2001, Mechanical vibration - Balancing - Vocabular (Dao động học Cân - Từ vựng) trạng thái mà rotor, kết lực ly tâm, có phát sinh lực hay rung động truyền đến ổ đỡ vòng bi b Lượng cân Đo lường định lượng cân rotor thu xác định tích số khối lượng cân m với khoảng cách r tính từ trục quay (bán kính) Giá trị tính lượng cân U = m·r Đơn vị lượng cân g·mm Một lượng cân 200 g·mm " đốm nặng" rotor tương đương là, ví dụ, khối lượng 10 gram bán kính 20 mm khối lượng 20 gram bán kính 10 mm thể hình Tương tự , giá trị lượng cân tạo khối lượng cho trước thay đổi tùy theo khoảng cách từ khối lượng đến trục quay 4 Nguyên nhân gây cân Yếu tố chí kết hợp nhiều yếu tố, giải thích diện cân rotor máy có chuyển động quay Các nguyên nhân phổ biến không đồng vật liệu, dung sai chế tạo lắp ráp thay đổi vật lý rotor hoạt động a, Vật liệu không đồng nhất! Đôi có lỗ hổng rotor gang cánh máy bơm pu-li cỡ lớn thể hình Những lỗ hổng hay bọt khí hình thành q trình đúc Một khiếm khuyết phát mắt thường Tuy nhiên, nguồn tiềm cân b Dung sai chế tạo lắp ráp Một nguồn gây cân thường gặp tích lũy độ rơ cho phép lắp đặt máy Ví dụ hình điển hình việc dung sai cho chi tiết khác tích lũy tạo cân Các lỗ pu-li thiết phải lớn đường kính trục gắn then hay dùng vít khóa chặn dẫn đến làm lệch tâm pu-li bên trục quay gây cân c Sự thay đổi rotor hoạt động Thậm chí chi tiết cân tốt sản xuất vấn đề biến dạng nhiệt, ăn mòn xuống cấp bám bẩn rotor làm thay đổi cân ban đầu Biến dạng nhiệt Ta gọi "biến dạng nhiệt" biến dạng rotor sinh có thay đổi nhiệt độ Kim loại giãn nở bị nóng lên Tuy nhiên, sai lệch nhỏ phân bố vật liệu, kích thước tăng nhiệt không đồng nên rotor giãn nở không Điều dẫn đến phân bố khối lượng rotor không đồng gây cân Hiện tượng thường xảy motor điện, máy nén máy turbo loại máy hoạt động nhiệt độ cao Vấn đề biến dạng nhiệt đòi hỏi rotor nên cân nhiệt độ làm việc nó cân tốt nhiệt độ thường Sự ăn mòn xuống cấp Các loại rotor sử dụng vận chuyển sản phẩm (con lăn, ru-lô băng tải, ) thường bị ăn mịn, bong tróc Sự cân diễn ăn mịn, bong tróc khơng toàn bề mặt rotor Sự bám bẩn Các rotor dần cân bám bẩn không đồng cánh chúng (quạt công nghiệp, cánh bơm nước) Sự tích tụ lớp bẩn làm tăng cân độ rung mà kết nhanh chóng trở nên nghiêm trọng Đôi bám bẩn rotor đồng Vấn đề rung động sau phát sinh phần lớp bám bẩn bị bong gây cân d Lực cân Để hiểu rõ cách khử lượng cân bằng, cần phải nắm khái niệm lực tác động lên rotor Bản chất lực phụ thuộc chủ yếu vào dạng cân bằng: cân tĩnh, cân ngẫu lực cân hỗn hợp Hai loại sau cịn gọi cân động theo cách nói thơng thường Khơng thể nói lực cân mà không đề cập khái niệm trọng tâm (Cg), trục quán tính vận tốc góc (w) Thật vậy, định nghĩa dạng cân khác đề cập đến vị trí CG trục quán tính trục rotor Bất kỳ vật thể có điểm mà đó, treo lên theo hướng nào, trạng thái cân Ta gọi điểm trọng tâm (Cg) Trọng tâm chi tiết quay nằm trục mà khối lượng rotor phân bổ cho bên Ta gọi trục trục quán tính Ở rotor cân bằng, trục quán tính trùng với trục quay rotor Vận tốc góc (w) chi tiết quay thu cách nhân tần số f tính Hz với 2p tương ứng với vịng quay rotor (360°) Ngồi w = 2×p×f với đơn vị đo lường tính radian giây (rad/s) Mất cân tĩnh Đây trường hợp đơn giản cân Áp dụng cho đĩa mỏng có độ dày đồng có khối lượng M (kg) hồn tồn cân ta gắn khối lượng nhỏ m (g) khoảng cách r (mm) từ trục quay để tạo lượng cân U = mr (g×mm) Tacó thể thấy hình cân có tác dụng chuyển trọng tâm Cg khoảng cách e trục quay Sự cân tĩnh điều kiện rotor có trục qn tính dịch chuyển song song với trục quay rotor Khi đĩa quay tốc độ w, lực ly tâm F (N) tạo quay khối lượng cân m tính theo cơng thức F = m×r×w2 Lực ly tâm tương đương với lực tạo dịch chuyển e trọng tâm đĩa trục quay tính sau: F = M×w2 Từ hai cách tính ta rút e = mr/M U = mr, nên cuối ta có biểu thức e = U/M dịch chuyển e trọng tâm lượng cân đơn vị lượng cân đơn vị khối lượng rotor (g·mm/kg hay µm) Để khử cân tĩnh, ta phải đưa trọng tâm trục quay rotor Việc thực cách đặt khối lượng đối diện với khối lượng cân qua tâm khoảng cách bán kính Khi lượngmất cân đủ lớn, ta khử cân tĩnh mà không cần phải quay rotor Thật vậy, cần đặt đĩa lên dao đặt song song để "đốm nặng" rotor tự rơi xuống vị trí tương tự hình Sử dụng khối V lăn (B), lắc treo (C) hay trụ cân treo ngược (D) Hơn nữa, cân tĩnh đo đạc với độ xác cao nhiều cách quay rotor tốc độ cao Việc đo lượng cân điều chỉnh (tức khử) sau thực cách sử dụng máy cân động Nhiều rotor có mỏng bánh đà, cánh bơm, quạt hướng trục, thường có đường kính lớn7-10 lần bề dày chúng nên cần xem xét cân dạng tĩnh Tuy nhiên, hầu hết rotor có bề dầy đáng kể so với đường kính trục cần phải tiến hành cân dạng ngẫu, cân dạng hỗn hợp gọi chung cân động Mất cân ngẫu lực Rotor hình trụ thể hình sau có cân gây hai khối m1 m2 giá trị nhau, đặt đối xứng chéo qua trọng tâm Rotor trạng thái cân tĩnh, tức trọng tâm nằm trục quay rotor Tuy nhiên , rotor quay, F1 F2 tạo hai khối m1 m2 làm xoay trục quán tính lệch khỏi trục quay rotor Sự cân ngẫu lực đặc trưng cho tình trạng rotor có trục qn tính cắt trục quay rotor trọng tâm rotor Sự cân ngẫu lực tạo rung động mạnh hai mặt nơi lực tác động Ta khử kiểu cân cách cân động (trên máy cân động) xử lý cân hai mặt Mất cân ngẫu phát cho rotor quay bắt buộc phải xử lý nhờ vào máy cân động Mất cân hỗn hợp Mất cân hỗn hợp (tổng quát gọi cân động) điều kiện rotor có trục qn tính không song song mà không giao với trục quay rotor Hình cho thấy cân hỗn hợp kết hợp cân tĩnh cân ngẫu lực; loại cân phổ biến rotor Để khử cân hỗn hợp hay cân động ,ta đo độ rung quay rotor sau bù cân hai mặt Mất cân dạng phát máy cân động Ranh giới cân tĩnh cân động Khi vật quay cân ngẫu lực hỗn hợp tồn ngẫu lực hay moment nên dùng cân tĩnh để khử Chỉ ngẫu lực cặp lực sinh nhỏ, tức chiều dầy vật quay nhỏ nhiều so với đường kính nó, lúc vật xem cân tĩnh Vấn đề đặt vật quay mỏng xem cân tĩnh Thực tế cân cho thấy vật quay dầy quay tốc độ thấp dùng phương pháp cân tĩnh để cân bằng, ngược lại vật quay mỏng quay tốc độ cao địi hỏi phải cân động Rõ ràng ranh giới cân tĩnh động chưa rõ rệt nước có quy ước riêng để phân loại Theo tài liệu “Sổ tay cân động” (Mechanalysis, IRD-1977), ranh giới cân động cân tĩnh xác định theo giản đồ sau: Ranh giới cân tĩnh động Miền I - vật quay buộc phải cân động; Miền II - vật quay cân tĩnh động tùy vào độ xác yêu cầu làm việc; Miền III - vật quay cần cân tĩnh Một số phương pháp cân vật quay Cân vật quay xem xét theo hai cách: (i) Cân máy cân động: Khi vật quay tháo khỏi máy, việc cân thực băng thử đặc biệt thiết kế riêng cho việc cân bằng, gọi máy cân Có hai loại máy cân bằng: • Máy cân gối đỡ cứng: Việc cân phải thực vận tốc quay thấp nhiều vận tốc tới hạn thứ cụm vật quay-ụ đỡ Ta đo phản lực động vật quay tác động lên gối đỡ nhờ vào cảm biến lực rung (sử dụng vật liệu áp điện) riêng rẽ gối đỡ Đa số loại máy cân động có thị trường thuộc loại Ưu điểm bật chúng ổn định vấn đề truyền động, dễ hiệu chuẩn có kết cấu nhìn chung cứng vững Nhờ vậy, hệ thống hai cảm biến đo lực rung động tích hợp máy có tuổi thọ làm việc cao • Máy cân gối đỡ mềm: Trong trường hợp này, người ta thực việc cân vận tốc quay vượt tốc độ tới hạn cụm vật quay - ụ đỡ Dao động gối đo nhờ vào cảm biến chuyển vị, cảm biến vận tốc hay cảm biến gia tốc ( ii) Cân chỗ: trường hợp này, vật quay cân gối đỡ máy chứa (có độ cứng đàn hồi nói chung không xác định) vận tốc quay làm việc máy Việc cân chỗ thuận tiện chi tiết có kích cỡ q khổ mà việc tháo ráp khỏi máy, việc chuyên chở trở thành vấn đề lớn Cân chỗ không áp dụng cho loại chi tiết bị bao kín hồn tồn mơtơ, máy bơm máy nén Lúc việc sử dụng máy cân bắt buộc Cũng cần lưu ý việc cân chỗ cho độ xác cân so với cân máy Thực tế thiết bị cân cho phép cân vật quay từ vài đến 20.000 chế tạo theo yêu cầu đặc biệt (các sản phẩm hãng TESTWELL, SCHENCK, IRD, CEMB,…) 10 Tiêu chuần cân động 10.1 Dung sai cân Khi bàn vấn đề cân bằng, thường nhắc nhắc lại chi tiết phải “ cân với mức độ chấp nhận được” Nhưng “mức độ chấp nhận được” cho cân bằng? Khơng thể có chuyện chi tiết cân hoàn toàn, việc cố gắng đạt cân gần hoàn hảo không thực tế không khả thi mặt kinh tế Đối với rotor cân chỗ, mức chấp nhận thông thường xác định mức dao động ổ đỡ trục Các cấp độ thiết lập nhà sản xuất máy nhà sử dụng nhờ vào kinh nghiệm có Quay lại năm 50 nhiều cơng trình thực Đức nhằm thu thập kinh nghiệm kỹ sư làm việc lãnh vực VDI2060, trở thành tiêu chuẩn quốc tế theo đề nghị ISO Tiêu chuẩn 1940, “chất lượng cân vật quay cứng” Những đề nghị liên quan đến lượng cân lại cho phép tốc độ làm việc tối đa rotor, liên quan đến nhóm rotor điển hình với phân hạng cấp chất lượng Thực nghiệm chất lượng cân vật quay cứng đánh giá thơng qua tốc độ vịng khối tâm: Thơng số sở phân loại vật quay thông dụng Trong tiêu chuẩn ISO 1940-1973, đơn vị đánh giá chất lượng cân định nghĩa sau: 1G = 1mm/giây Cấp độ chất lượng, G, (tương đương với tích eadm ´ w cho rotor không) cho phép thực việc đổi chiều ứng xử máy chạy tốc độ khác mà ta quan sát Các giá trị G tiêu chuẩn tương đương với độ lệch tâm e tính µm cho rotor quay 9500 vòng/phút Cấp chất lượng, hay độ cân bằng, rotor đánh giá nhờ sử dụng máy cân hiểu chuẩn (calibrated balancing machine) 10.2 Chỉ tiêu dao động Đối với máy móc vận hành, dao động cân gây chịu ảnh hưởng đáng kể đặc tính vật lý ổ đỡ bệ máy Thuận tiện đánh giá chất lượng hoạt động máy việc sử dụng mức dao động đề nghị nhiều tiêu chuẩn VDI2056, chuẩn hóa quốc tế thành ISO 2372, “Dao động Cơ học Máy móc với Tốc độ vận hành từ 10 đến 200 vòng/giây” Các tiêu chuẩn đưa dẫn việc vảo trì máy hoạt động đặt Khi nguồn dao động câng Tiêu chuẩn sử dụng sở để định cấp độ dao động lại cho phép Các tiêu chuẩn hữu dụng khác liên quan đến thiết bị cân gồm ISO 2953, “Máy cân – Mô tả đánh giá” ISO 2371 ,“Thiết bị cân chỗ - Mô tả đánh giá” Biểu đồ tiêu dao động (theo VDI 2056) Trong trường hợp, tiêu chuẩn lập thành định ban gồm nhóm kỹ sư để hướng dẫn kỹ sư khác: thường phải tiến hành thực nghiệm để làm cách tiêu chuẩn vận dụng tốt cho vấn đề cân đặt 10.3 Tiêu chuẩn ISO 1940 chất lượng cân vật quay cứng Bảng sau cung cấp cấp độ cân theo ISO 1940 (1973), áp dụng cho loại vật quay thông dụng Ta biểu diễn dạng đồ thị lượng cân lại cho phép (chuyển vị khối tâm, đo µm) theo vận tốc quay, áp dụng cho nhiều cấp độ chất lượng cân theo Bảng sau 11 Đồ gá Trừ số chi tiết có trục sẵn, chi tiết cần cân đòi hỏi phải lắp lên trục gá chuyên dùng Nhìn chung trục gá chế tạo xác với chi tiết cơn, kẹp chữ C, bạc nối, xử lý nhiệt, mài cẩn thận Có vậy, chúng khơng "góp" thêm vấn đề cân vào chi tiết cần cân Ngn:Theo ơng Lê Đình Tn ... vật quay xem xét theo hai cách: (i) Cân máy cân động: Khi vật quay tháo khỏi máy, việc cân thực băng thử đặc biệt thiết kế riêng cho việc cân bằng, gọi máy cân Có hai loại máy cân bằng: • Máy cân. .. cân cách cân động (trên máy cân động) xử lý cân hai mặt Mất cân ngẫu phát cho rotor quay bắt buộc phải xử lý nhờ vào máy cân động Mất cân hỗn hợp Mất cân hỗn hợp (tổng quát gọi cân động) điều... giới cân tĩnh động Miền I - vật quay buộc phải cân động; Miền II - vật quay cân tĩnh động tùy vào độ xác yêu cầu làm việc; Miền III - vật quay cần cân tĩnh Một số phương pháp cân vật quay Cân