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

RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm RUNG ĐỘNG MỤC LỤC I KHÁI NIỆM II NGUYÊN NHÂN RUNG ĐỘNG III TIÊU CHUẨN RUNG ĐỘNG IV MÔ TẢ RUNG ĐỘNG 4.1 Biên độ 4.2 Tần số 4.3 Biểu đồ dạng sóng 4.4 Biểu đồ phổ (Spectrum) V ĐO RUNG ĐỘNG 10 5.1 Hướng dẫn gắn cảm biến để tăng độ xác số đo an toàn: 11 5.2 Thu thập liệu: 12 5.3 Xử lý liệu 12 VI CHUẨN ĐOÁN HƯ HỎNG 13 VII LỰA CHỌN MÁY ĐO RUNG 21 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm I KHÁI NIỆM Rung động dao động qua lại thiết bị phần thiết bị vị trí nghỉ ngơi Ví dụ cổ điển vật thể có khối lượng M mà lò xo có độ cứng k gắn vào Cho đến lực áp dụng cho khối lượng M làm cho di chuyển, khơng có rung động Rung động học thuật ngữ sử dụng để mô tả chuyển động tạo phận khí tác dụng lực bên bên phận Khi máy mới, mức độ rung thấp khơng có độ lỏng độ mòn, nghĩa độ cứng hệ số giảm chấn cao Khi máy bị hỏng, hao mòn lỏng lẻo số lỗi cân đối lệch hướng Do đó, rung động học trở nên cao Cơng việc bảo trì nên thực để mang lại độ rung thấp lần có hoạt động trơn tru khơng gặp cố Rung động chia làm loại: rung động thấy được, rung động cảm nhận rung động nghe RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm II NGUYÊN NHÂN RUNG ĐỘNG Có nguyên nhân dẫn đến rung động: Lực tác động:  Mất cân động: Roto không đều, trục cong, cánh quạt không đều, xâm thực  Mất đồng tâm trục: Lệch góc, lệch tâm, sàn khơng phẳng, giản nỡ nhiệt…  Sự mài mòn: Các chi tiết bị mài mòn vòng bi, bánh răng, dây đai… Sự lỏng: Lỏng bulong chân máy, khe hở lớn… Cộng hưởng III TIÊU CHUẨN RUNG ĐỘNG Để xác định mức độ rung động nhằm đánh giá tình trạng thiết bị có nhiều tổ chức đưa tiêu chuẩn rung động  Năm 1972, Hiệp hội sản xuất bánh Mỹ xây dựng “Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn AGMA để đo lường rung động bánh răng” Tiêu chuẩn thể Hình 2.1 “Biểu đồ mức tăng cường rung động học tăng tốc IRD” thể hình 2.1 sử dụng trường hợp máy rung đo theo đơn vị gia tốc Biểu đồ hữu ích cho việc đánh giá điều kiện máy móc cho rung động tần số tương đối cao (trên 1000 Hz) Hình 2.1: IRD ABSOLUTE VIBRATION STANDARDS RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm  Một tiêu chuẩn mức độ rung động thường sử dụng khác Verein Deutscher Ingenieure (Hiệp hội Kỹ thuật Đức) công bố Tiêu chuẩn Mức độ rung VDI 2056 năm 1940 Tiêu chí dựa giá trị RMS vận tốc rung dải tần từ 10 Hz đến 1000 Hz Các tiêu chí VDI 2056 có phần độc đáo, so với hướng dẫn khác trình bày, nỗ lực thiết lập phụ cấp cho loại máy móc sở khác Hình 2.2: VDI 2056 Vibration Severity Chart Class I: Các phận riêng lẻ động máy móc, kết nối toàn với máy hoàn chỉnh điều kiện hoạt động bình thường (động điện sản xuất lên đến 15 kW ví dụ điển hình máy móc loại này) Class II: Máy có kích thước trung bình, (thường động điện có cơng suất từ 15 đến 75 kW) khơng có móng đặc biệt, động máy móc gắn cứng nhắc Class III: Các động lớn máy lớn khác có khối lượng quay gắn vị trí cứng nặng, tương đối cứng theo hướng đo rung Class IV: Các động lớn máy lớn khác có khối lượng quay gắn móng cứng nặng tương đối mềm theo hướng đo rung  Một biểu đồ mức độ nghiêm trọng khác gần với VDI 2056 biểu đồ Độ rung theo tiêu chuẩn ISO 10816 thể Hình 2.3 Một tính khác biệt biểu đồ xem xét tốc độ máy yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn lọc Đối với máy chạy tốc độ 600 RPM, lựa chọn lọc phải 10-1000Hz, máy chạy tốc độ 120 RPM lên đến 600 RPM phải chọn 2-1000 Hz RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm Hình 2.3: ISO 10816 Vibration Severity Chart For Machine Vibration Limits - Xác đinh rigid flexible mối quan hệ máy độ linh hoạt móng Nếu tần số tự nhiên thấp hệ thống máy theo hướng đo cao tần số kích thích (trong hầu hết trường hợp tần số quay) 25% hệ thống hỗ trợ coi cứng nhắc phương hướng Tất hệ thống hỗ trợ khác coi linh hoạt RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm - Động điện cỡ lớn trung bình, chủ yếu với tốc độ thấp, thường có hỗ trợ cứng nhắc, máy phát điện máy nén có cơng suất lớn 10 MW máy thẳng đứng thường có hỗ trợ linh hoạt - Trong số trường hợp, phận cứng nhắc theo hướng đo linh hoạt hướng khác Trong trường hợp vậy, độ rung cần đánh giá phù hợp với phân loại hỗ trợ tương ứng với hướng đo Ngồi ra, có số tiêu chuẩn rung động cho thiết bị bơm, cánh quạt thiết bị khơng quay Hình 2.4: Giới hạn rung động bơm cánh quạt Vibration velocity limit/ Giới hạn tốc độ rung động (mm/s rms) Category Zone Description A Newly commissioned machines in POR B Unrestricted long term operation in AOR C Limited operation D Hazard damage Maximum ALARM limit (≈ 1.25 times upper limit of zone B)¹ Maximum TRIP limit (≈ 1.25 times upper limit of zone C)¹ Preferred operating range In situ acceptance test Phạm vi hoạt động ưa thích Kiểm tra thư nghiệm Allowable operating range chổ Phạm vi hoạt động cho phép Preferred operating range Factory acceptance test Kiểm tra nghiệm thu nhà máy ≤ 200 kW 2.5 4.0 6.6 > 6.6 > 200kW 3.5 5.0 7.6 > 7.6 Category ≤ 200 kW 3.2 5.1 8.5 > 8.5 > 200 kW 4.2 6.1 9.5 > 9.5 5.0 6.3 6.4 7.6 8.3 9.5 10.6 11.9 2.5 3.5 3.2 4.2 3.4 4.4 4.2 5.2 3.3 4.3 4.2 5.2 4.0 5.0 5.1 6.1 Allowable operating range Hình 2.5: Giới hạn rung động phận không rung RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm  Đối với tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn rung động chia làm phần: Rung cục bộ: Rung toàn thân RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm IV MƠ TẢ RUNG ĐỘNG Có hai số quan trọng mô tả rung động máy biên độ (amplitude) tần số (frequency) Biên độ mô tả mức độ rung động tần số mô tả tốc độ dao động rung động Cả biên độ tần số rung động cung cấp sở cho việc xác định nguyên nhân gốc rễ rung động 4.1 Biên độ Biên độ rung động độ lớn rung động Biên độ lớn → chuyển động lớn → ứng suất gây máy lớn → khả dẫn đến hư hỏng máy lớn Vì mà biên độ cho thấy mức độ “khốc liệt” rung động Biên độ biểu diễn theo giá trị: Giá trị đỉnh (Peak value) giá trị hiệu dụng RMS (rootmean-square value) 4.2 Tần số Khi thành phần máy rung động lặp lại chu kỳ chuyển động Phụ thuộc vào lực gây rung động, thành phần máy dao động nhanh hay chậm Tần số đại lượng biểu diển cho tốc độ rung động máy Tần số với biên độ, luôn biểu diễn với đơn vị Thường đơn vị tần số cps (cycles per second), Hz cpm (cycles per minute): 1Hz = cps = 60 cpm RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm 4.3 Biểu đồ dạng sóng Biểu đồ hiển thị rung động cơng cụ hữu ích để phân tích rung động tự nhiên máy Chúng ta tìm thấy manh mối nguyên nhân mức độ rung động biểu đồ biểu diễn rung động Sự biểu diễn thường sử dụng để phân tích rung động gọi waveform (biểu đồ dạng sóng) Một waveform biểu diễn mang tính đồ họa mức độ rung động thay đổi theo thời gian 4.4 Biểu đồ phổ (Spectrum) Một spectrum biểu đồ biểu diễn tần số thành phần máy rung động với biên độ tần số Hình ví dụ spectrum vận tốc Các thơng tin mà spectrum chứa đựng phụ thuộc vào giá trị Fmax (tần số maximum) resolution (độ phân giải) spectrum RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm - Fmax giới hạn tần số spectrum biểu diễn Giá trị Fmax phụ thuộc vào tốc độ vận hành máy Tốc độ vận hành cao Fmax phải cao - Độ phân giải spectrum số đo mức độ chi tiết spectrum xác định số đường bổ mơ tả hình dạng spectrum Càng nhiều đường phổ mức độ chi tiết spectrum cao V ĐO RUNG ĐỘNG Loại gia tốc kế accelerometer thường sử dụng để rung động Tín hiệu gia tốc tạo gia tốc kế gắn thiết bị đo rung động chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu vận tốc Tín hiệu biểu diễn thành biểu đồ dạng sóng vận tốc (waveform vận tốc) chuyển đổi sang biểu đồ phổ vận tốc (spectrum vận tốc) công thức toán học gọi Fast Fourier Transform hay FFT (gọi chuyển đổi Fourier) Sơ đồ giải thích đơn giản cách thu thập liệu rung động 10 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm 5.1 Hướng dẫn gắn cảm biến để tăng độ xác số đo an tồn: o Gắn gần vị trí ổ đở, ổ lăn tốt o Đầu đo phải đảm bảo vững o Đảm bảo gắn đứng chiều (đứng, ngang, dọc trục) o Chỉ gắn đầu đo cho vị trí o Vị trí gắn phải đảm bảo độ vững o Thao tác cẩn thận tránh làm hư hỏng đầu do, dây cáp nối o Người đo phải đảm bảo an toàn đo 11 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm 5.2 Thu thập liệu: Có cách thu thập liệu Free run (liên tục) manual (đo lần) Các thông số xác định việc thu thập liệu:  Fmax: Fmax cao → giới hạn tần số lớn → liệu hiển thị tần số cao o Đơn vị cpm: chu kỳ/ phút o Thông thường nên chọn Fmax 10 lần tốc độ quay đủ thông tin o Đối với phần tử quay cánh hay vấu bánh răng, bơm, quạt nên chọn Fmax= x số cánh x tốc độ quay  Độ phân giải: Thông thường nên cho 400 spectral line (đường phổ) nhiên Fmax cao độ phân giải phải tăng lên nhằm tăng độ chi tiết tránh thông tin  Dữ liệu chồng lắp (overlap data): sử dụng % waveform để tạo spectrum mới, % cao liệu spectrum biểu đồ tạo nhanh Thông thường nên chọn 50% 5.3 Xử lý liệu Khi đo rung động có nhiều spectrum đo sau đo lấy trung bình để spectrum trung bình Một spectrum trung bình biểu diễn cách thức rung động tốt mà phép xử lý trung bình làm tối thiểu ảnh hưởng thay đổi ngẫu nhiên hay xung nhiễu thường có rung động máy Vì cần xác định thơng số “Number of average” (số spectrum liền kề lấy trung bình) Nếu Number of average lớn thơng tin xác bị nhiễu nhiên thời gian thu thập liệu tăng lên Thông thường nên chọn Number of average = 12 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm VI CHUẨN ĐỐN HƯ HỎNG Để chẩn đốn máy tìm ngun nhân gốc rễ để có biện pháp khắc phục kịp thời đòi hỏi cần phải có liệu tổng hợp thiết bị Dưới liệu máy cần chuẩn bị tốt: - Loại bearing, khe hở bearing - Đường kính trục - Số cấp, số cánh cấp - Tải máy - Loại dầu bôi trơn, thành phần bơi trơn kiểu bơi trơn - Ví trí gắn cảm biến - Các thơng số vận hành DCS - Các thông số công nghệ - Nhật ký vận hành - Nhật ký hồ sơ sửa chữa bảo dưỡng máy - Các tài liệu, sổ tay vận hành bảo dưỡng - Bản vẽ lắp máy - Các vẽ mặt cắt cụm chi tiết - Nhiệt độ, độ ẩm môi trường  Các dạng biểu đồ đặc trưng loại hư hỏng: NGUYÊN STT NHÂN MÔ TẢ BIỂU ĐỒ RUNG Sự biến đổi áp suất, vận tốc làm Dòng gián đoạn dòng chảy gây nhiễu loạn chảy rối Tần số: 20 -2000 cpm 13 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm Xâm thực Dòng chảy mài mòn cánh bơm, bơm phận bơm Rung động lệch pha 180o Mất cân trục Rung cao theo phương ngẫu dọc trục hướng kính lực Khi hiệu chỉnh phải đặt khối nặng cân mặt phẳng Mất cân rotor công xôn Roto lệch tâm Rung động cao tần số 1X theo phương hướng kính dọc trục Tâm quay lệch khỏi tâm hình học Rung động lớn theo chiều vng góc với đường tâm roto 14 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm Rung cao theo phương dọc trục với lượng lệch pha khoảng 180o Cong trục phận máy Rung cao thường tần số 1X vị trí cong gần tâm trục, cong gần khớp nối rung cao tần số 2X Rotor bị chà xát tạo phổ tần số tương tự lỏng khí phận quay cọ Roto bị xát với phận tĩnh Sự cọ xát chà xát điểm vòng quay Roto bị chà xát kích thích nhiều tần số cao Bạc trượt bị mòn thường cho thấy diện tồn dãy tần số sóng hài theo tốc độ quay Mài mòn khe hở với bạc trượt Bạc trượt thường cho phép biên độ phương đứng cao so với phương ngang Khe hở bạc trượt lớn gây cân nhỏ lệch tâm gây rung động 15 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm Mài mòn bánh Một đặc điểm quan trọng việc mài mòn tần số tự nhiên bánh kích thích với dải xung quanh chúng Khi tải hộp số tăng, biên độ GMF tăng lên Biên độ GMF cao khơng thiết 10 Tải tác vấn đề, đặc biệt tần số biên động lên thấp khơng có tần số tự nhiên bánh bị kích thích Việc phân tích độ rung hộp số thực hộp số truyền công suất tối đa Biên độ biên độ cao xung quanh GMF thường đề xuất độ lệch tâm bánh răng, độ rơ trục song Sự lệch 11 song tâm độ rơ bánh Khoảng cách tần số biên cho biết thiết bị có vấn đề Phản ứng dội khơng thích hợp thường kích thích GMF tần số tự nhiên thiết bị 16 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm Cặp bánh 12 lệch tâm Bánh 13 bị nứt vỡ Mất đồng 14 tâm trục: Lệch góc 15 Sự lệch góc chi tiết biểu rung động cao theo phương hướng trục, lệch pha 180 ° hai vị trí đo Mất đồng Lệch theo phương song song với tâm trục: đường chuẩn có triệu chứng rung Lệch song động tương tự sai lệch góc, song rung động hướng kính cao 17 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm Khi vòng bi khơng thẳng hàng tạo rung động phương hướng 16 Vòng bi trục đáng kể không Những nỗ lực cân chỉnh đồng tâm thẳng khớp nối cân rotor hàng không giảm bớt vấn đề Vòng bi phải tháo lắp ráp lại xác Lỏng kết 17 cấu, chân máy Phân tích pha cho thấy lệch pha khoảng 180 ° vị trí đo theo phương đứng chân máy bệ máy Lỏng gối 18 đở, vết nứt cấu khung Lỏng 19 khe hở ổ lăn, trượt Chế độ lắp ghép không phù phận gây nhiều sóng hài, tạo khe hở lớn 18 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm Khi đai mòn, lỏng khơng ăn khớp, thường gây 3-4 lần tần 20 Dây đai mòn, lỏng số dây đai Thông thường tần số đai 2x đỉnh cao Biên độ thường không ổn định, tạo xung với tốc độ quay máy dẫn động máy dẫn động Sự không thẳng hàng hai puli 21 Puli tạo độ rung cao 1x RPM, rung không chủ yếu theo chiều hướng trục thẳng Thông thường với puli không thẳng hàng hàng, rung động theo phương dọc trục cao Puli lệch tâm không cân gây rung động cao 1x RPM Biên độ rung bình thường cao vị trí đai, vị trí gối đỡ phía dẫn khơng dẫn động 22 Puli lệch Có thể cân puli lệch tâm tâm cách gắn long đền lên bu lơng khóa ren Tuy nhiên, cân bằng, lệch tâm puli gây rung động gây ứng suất phá hủy mỏi cho đai 19 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm 23 Stato lệch Các hư hỏng Stator tạo rung tâm, lõi động cao tần số 2x tần số lưới (2FL) thép bị Stator lệch tâm làm khe hở khơng lỏng, ngắn khí không đồng rotor Stator mạch mà tạo rung động định hướng Hư hỏng pha kết nối đứt bị hỏng gây rung động mức tần số lưới 2x (2FL) có tần số biên xung quanh 24 Vấn đề 1/3 tần số lưới (1/3 FL) Mức pha rung động (2FL) vượt 25 mm / s (1in /s) Điều gây hư hỏng lỗi kết nối xảy không định kỳ 25 Cộng hưởng Sự cộng hưởng rung động nhỏ có tần số tạo rung động lớn bất thường 20 RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm VII LỰA CHỌN MÁY ĐO RUNG REGULAR M AINT ENANCE 21 ... đó, rung động học trở nên cao Cơng việc bảo trì nên thực để mang lại độ rung thấp lần có hoạt động trơn tru khơng gặp cố Rung động chia làm loại: rung động thấy được, rung động cảm nhận rung động. .. hạn rung động phận không rung RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm  Đối với tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn rung động chia làm phần: Rung cục bộ: Rung toàn thân RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm IV MƠ TẢ RUNG. .. TẢ RUNG ĐỘNG Có hai số quan trọng mô tả rung động máy biên độ (amplitude) tần số (frequency) Biên độ mô tả mức độ rung động tần số mô tả tốc độ dao động rung động Cả biên độ tần số rung động cung