Nghiên cứu chẩn đoán kỹ thuật hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ bằng phương pháp dao động

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Nghiên cứu chẩn đoán kỹ thuật hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ bằng phương pháp dao động” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

-

NGUYỄN QUANG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT HỆ TRỤC CHÂN VỊT TÀU CÁ XA BỜ BẰNG PHƯƠNG PHÁP DAO ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHÁNH HÒA - NĂM 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

-

NGUYỄN QUANG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT HỆ TRỤC CHÂN VỊT TÀU CÁ XA BỜ BẰNG PHƯƠNG PHÁP DAO ĐỘNG

Người hướng dẫn khoa học:

TS HUỲNH LÊ HỒNG THÁI

Chủ tịch Hội đồng:

PGS.TS PHẠM HÙNG THẮNG

Phòng ĐT Sau Đại học:

KHÁNH HÒA - NĂM 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Nghiên cứu chẩn đoán kỹ thuật

hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ bằng phương pháp dao động” là công trình nghiên

cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS Huỳnh Lê Hồng Thái và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp và tất cả bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện

đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC KÝ HIỆU viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC BẢNG x

DANH MỤC HÌNH xi

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN xiv

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài 3

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 3

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 4

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 6

1.4 Đối tượng nghiên cứu 6

1.5 Phạm vi nghiên cứu 6

1.6 Phương pháp và nội dung nghiên cứu 6

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 Cơ sở dao động kỹ thuật 9

2.2 Dao động của hệ trục chân vịt 11

2.3 Chẩn đoán kỹ thuật 12

2.3.1 Khái niệm chẩn đoán kỹ thuật 12

2.3.2 Nhiệm vụ của chẩn đoán kỹ thuật 13

2.3.3 Những nguyên tắc cơ bản của chẩn đoán kỹ thuật 14

2.4 Nhận dạng lỗi và hư hỏng qua phân tích tín hiệu dao động 16

2.4.1 Không cân bằng 16

2.4.2 Không đồng trục 23

2.4.3 Hiện tượng lỏng bu lông chân máy 26

2.4.4 Hư hỏng trong truyền động bánh răng 27

2.4.5 Mài mòn và tăng khe hở 28

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN CHẨN ĐOÁN 32

3.1 Các phương pháp chẩn đoán kỹ thuật 32

3.2 Phân tích tín hiệu dao động 36

3.2.1 Phương pháp Kurtosis 37

3.2.2 Phương pháp phân tích hình bao 38

3.2.3 Phương pháp phân tích phổ loga 39

3.2.4 Phương pháp phân tích phổ 41

3.3 Thiết bị và chương trình chẩn đoán kỹ thuật 45

3.3.1 Thiết bị NI cDAQ-9178 46

3.3.2 Thiết bị NI USB 9234 48

3.3.3 Cảm biến gia tốc 50

3.3.4 Chương trình chẩn đoán kỹ thuật 52

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 59

4.1 Chẩn đoán kỹ thuật hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ bằng phương pháp dao động 59

4.1.1 Khái quát chung về tàu cá xa bờ 59

4.1.2 Hệ trục tàu cá 60

4.1.2 Xác định thông số đo và điểm đo 62

4.1.2.1 Xác định thông số đo 62

4.1.2.2 Xác định các vị trí đo 64

4.1.3 Một số lỗi và hư hỏng thường gặp trên hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ 68

4.2 Kết quả chẩn đoán 69

4.2.1 Chẩn đoán kỹ thuật động cơ điện 69

4.2.2 Chẩn đoán trên mô hình 71

4.2.3 Thực nghiệm chẩn đoán kỹ thuật trục chân vịt tàu cá xa bờ 77

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 83

5.1 Kết luận 83

5.2 Khuyến nghị 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

x(t): Tín hiệu miền thời gian

x: Biên độ của tín hiệu

x: Giá trị trung bình của x

σ: Độ lệch tiêu chuẩn

ω: Tần số góc (s-1)

fs: Tốc độ lấy mẫu

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

TTKT: Trạng thái kỹ thuật

CĐKT: Chẩn đoán kỹ thuật

FFT: Fast Fourier Transform (Phép biến đổi Fourier)

HFRT: High Frequency Resonance Technique (Kỹ thuật cộng hưởng cao tần)

ADC: Analog to Digital Converter (Bộ chuyển đổi tương tự - xung số) BNC: Bayonet Neill Concelman hoặc Bristish Naval Connector (Đầu nối cáp đồng trục)

Radial: Phương hướng kính

Axial: Phương hướng trục

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Triệu chứng và thông số thay đổi khi xảy ra lỗi ở máy bơm 34

Bảng 3.2 Nhận biết lỗi bằng kỹ thuật phân tích và chẩn đoán 35

Bảng 4.1 Thông số cơ bản của một số mẫu tàu cá xa bờ vỏ thép 59

Bảng 4.2 Thông số cơ bản của một số mẫu tàu cá xa bờ vỏ composite 60

Bảng 4.3 Bảng thông số đo theo các dạng tình trạng bất thường 63

Bảng 4.4 Xác định tham số đo theo dải tần số 63

Bảng 4.5 So sánh phương pháp đo dao động của trục và ổ 64

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Dạng cơ bản của dao động tuần hoàn 9

Hình 2.2 Dạng cơ nảm của dao động hình sin 10

Hình 2.3 Dạng cơ bản của dao động điều hòa 11

Hình 2.4 Dạng phổ tần dao động của hiện tượng không cân bằng 17

Hình 2.5 Không cân bằng tĩnh 18

Hình 2.6 Chẩn đoán không cân bằng tĩnh 19

Hình 2.7 Không cân bằng theo cặp 19

Hình 2.8 Chẩn đoán không cân bằng theo cặp 20

Hình 2.9 Không cân bằng động 20

Hình 2.10 Không cân bằng động 21

Hình 2.11 Chẩn đoán không cân bằng do rotor công xôn 22

Hình 2.12 Kết cấu đồng trục 23

Hình 2.13 Không đồng trục song song 24

Hình 2.14 Chẩn đoán không đồng trục song song 24

Hình 2.15 Không đồng trục lệch góc 25

Hình 2.16 Chẩn đoán không đồng trục lệch góc 25

Hình 2.17 Chẩn đoán lỏng bu lông chân máy 26

Hình 2.18 Chẩn đoán bánh răng không hư hỏng 27

Hình 2.19 Chẩn đoán bánh răng bị mòn 28

Hình 2.20 Chẩn đoán trường hợp gãy răng 28

Hình 2.21 Chẩn đoán mài mòn và tăng khe hở 30

Hình 3.1 Ví dụ minh họa phương pháp chẩn đoán nhiệt 33

Hình 3.2 Sơ đồ biến đổi tín hiệu từ miền thời gian qua miền tần số 41

Hình 3.3 Mô hình chẩn đoán kỹ thuật bằng phương pháp dao động 45

Hình 3.4 Thiết bị NI cDAQ-9178 47

Hình 3.5 Thông số hình học và ký hiệu chân kết nối thiết bị NI USB-9234 48

Hình 3.6 Cảm biến gia tốc PCB 352C03 50

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối thiết bị 51

Hình 3.8 Sơ đồ chẩn đoán kỹ thuật 52

Hình 3.9 Front Panel của chương trình chẩn đoán kỹ thuật 53

Hình 3.10 Block Diagram của chương trình chẩn đoán kỹ thuật 55

Hình 3.11 Block Diagram của SubVI trong chương trình đo 57

Hình 3.12 Thông số cảm biến trong SubVI 58

Hình 4.1 Bố trí chung của một hệ động lực tàu cá điển hình 61

Hình 4.2 Toàn đồ trục chân vịt tàu cá điển hình 61

Hình 4.3 Trục chân vịt 61

Hình 4.4 Thiết bị ống bao trục 62

Hình 4.5 Xác định điểm đo và phương đo trên thiết bị 67

Hình 4.6 Đánh dấu ổ đỡ theo MIMOSA 67

Hình 4.7 Chẩn đoán mài mòn và tăng khe hở trên động cơ điện 69

Hình 4.8 Chẩn đoán lỏng bu lông chân máy đo trên động cơ điện 70

Hình 4.9 Mô hình qui đổi của hệ trục tàu cá 71

Hình 4.10 Mô hình thực nghiệm chẩn đoán kỹ thuật trục chân vịt 72

Hình 4.11 Thực nghiệm chẩn đoán kỹ thuật trên mô hình 73

Hình 4.12 Chẩn đoán không cân bằng động trên mô hình 73

Hình 4.13 Chẩn đoán không cân bằng do rotor công xôn trên mô hình theo phương hướng kính 74

Hình 4.14 Chẩn đoán không cân bằng do rotor công xôn trên mô hình theo phương dọc trục 74

Hình 4.15 Chẩn đoán lỏng bulon chân máy trên mô hình 75

Hình 4.16 Chẩn đoán không đồng trục lệch góc trên mô hình 76

Hình 4.17 Chẩn đoán không đồng trục song song trên mô hình 77

Hình 4.18 Chẩn đoán kỹ thuật trên tàu cá xa bờ 79

Hình 4.19 Xác định điểm gắn cảm biến trên ống bao trục 79

Hình 4.20 Chẩn đoán không cân bằng 80

Hình 4.21 Xác định điểm điểm gắn cảm biến trên hộp giảm tốc 80

Hình 4.22 Chẩn đoán hộp giảm tốc tàu cá 81Hình 4.23 Xác định điểm gắn cảm biến chẩn đoán lỏng bu lông chân máy 81Hình 4.24 Kết quả chẩn đoán lỏng bu lông chân máy trên tàu cá xa bờ 82

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Với sự chú trọng đầu tư phát triển của Nhà nước và nhân dân trong thời gian vừa qua, lực lượng tàu cá xa bờ của nước ta ngày càng lớn mạnh về số lượng, chất lượng không ngừng nâng cao; giúp cho ngư dân có thể vươn ra những như trường lớn xa bờ, thời gian đi biển ngày càng dài Tuy nhiên, đa phần các tàu cá

xa bờ hiện nay sử dụng trang bị cũ, cùng với việc không có người trực máy khi tàu hoạt động trên biển Đa số các vụ tai nạn trên biển đều xuất phát từ hư hỏng của hệ động lực Do đó, cần có một giải pháp nhằm kiểm tra, phát hiện lỗi tiềm

ẩn, dự đoán chính xác tình trạng kỹ thuật của hệ động lực nói chung và hệ trục chân vịt nói riêng, để nâng cao hệ số an toàn cho tàu cá trước những chuyến đánh bắt xa bờ

Mục tiêu của đề tài nhằm đánh giá khả năng ứng dụng chẩn đoán kỹ thuật

hệ trục tàu cá xa bờ bằng phương pháp dao động và xây dựng một thư viện về đặc điểm tín hiệu dao động về một số lỗi thường gặp của các thành phần hệ trục tàu

cá xa bờ

Chẩn đoán kỹ thuật bằng phương pháp dao động đối với hệ trục tàu tàu cá

xa bờ thể hiện được ưu điểm hơn so với các phương pháp khác, bằng khả năng phát hiện được nhiều lỗi hơn và độ chính xác cao hơn

Phương pháp này cũng có khả năng ứng dụng rộng rãi vào quá trình khảo sát trước khi sửa chữa và nghiệm thu sau khi sửa chữa hệ trục tàu cá xa bờ Tuy nhiên, để đánh giá chính xác tình trạng kỹ thuật của các thành phần hệ trục cần xây dựng được bộ tiêu chuẩn nhằm xác định cụ thể mức độ nghiêm trọng của các lỗi được phát hiện

Trong luận văn, kết quả nghiên cứu được trình bày qua bốn chương Chương đầu tiên, trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu Chương hai, đánh giá

về các phương pháp chẩn đoán kỹ thuật và cơ sở lý thuyết của chẩn đoán kỹ thuật bằng phương pháp dao động Chương ba trình bày kết quả nghiên cứu lý thuyết,

kết quả thực nghiệm trên mô hình và kết quả thực nghiệm trên tàu Chương bốn nêu ra những kết luận và khuyến nghị của vấn đề nghiên cứu

Từ khóa: chẩn đoán kỹ thuật, phương pháp dao động, hệ trục chân vịt, tàu

cá xa bờ

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài

Hệ thống động lực là bộ phận quan trọng nhất của tàu thủy, có nhiệm vụ tạo ra sức đẩy tàu Do vậy, trong quá trình khai thác độ tin cậy của hệ thống động lực có ý nghĩa quyết định sống còn đến khả năng hoạt động của con tàu Một trong những hướng đi cơ bản để nâng cao độ tin cậy của hệ thống động lực tàu thủy là

sử dụng hệ thống, thiết bị chẩn đoán nhằm kiểm soát được trạng thái kỹ thuật của

hệ thống trong khi tàu đang khai thác, bảo dưỡng

Sự hư hỏng các phần tử hệ trục chân vịt, ngoài tuổi thọ, độ bền mỏi,… phần lớn bắt nguồn từ dao động hệ trục Các dao động hệ trục là phức tạp, do nhiều nguồn gây ra Hiện nay việc chẩn đoán hư hỏng được thực hiện bằng cách quan sát các tín hiệu dao động thu được ở hai trạng thái bình thường và hư hỏng, rồi sau đó phân tích các tín hiệu để xác định dạng hư hỏng đã xảy ra Do đó, nhận biết một số nguồn gây dao động cơ bản là yếu tố cần thiết, nhằm chẩn đoán tình trạng kỹ thuật, để kịp thời xử lý các vấn đề hư hỏng xảy ra đối với quá trình làm việc của hệ trục và lập kế hoạch cho việc bảo dưỡng, thay thế các thiết bị trong quá trình khai thác tránh các hư hỏng đột xuất

Phân tích tín hiệu dao động hiện nay là một kỹ thuật đang được phát triển mạnh mẽ ở các nước tiên tiến nhằm theo dõi và chẩn đoán hư hỏng trong máy móc, thiết bị cơ khí Theo dõi và chẩn đoán hư hỏng máy móc, thiết bị bằng phân tích dao động tỏ ra là một phương pháp hiệu quả trong việc bảo dưỡng dự phòng

có điều kiện, nhằm duy trì tình trạng hoạt động tốt của thiết bị

Để thuận tiện cho công tác chẩn đoán hư hỏng các thiết bị thông qua phân tích tín hiệu dao động, cần thiết phải nghiên cứu phân tích những tín hiệu đó, mô phỏng bản chất của hiện tượng và so sánh với thực nghiệm đo dao động trên hệ trục thực tế Từ đó xây dựng được một thư viện nhỏ cơ sở dữ liệu về chẩn đoán

Theo số liệu của Cục Khai thác và Bảo vệ Nguồn lợi Thủy sản (Tổng cục Thủy sản, Bộ NN&PTNT), tính đến năm 2014, cả nước có khoảng 120.000 tàu

cá, trong đó số tàu hoạt động xa bờ (loại 90 CV trở lên) là 27.000 tàu Với Nghị định 67/NĐ-CP của Chính phủ, đến năm 2016 sẽ bổ sung thêm hàng ngàn tàu công suất trên 400CV Số tàu này ngoài việc tham gia phát triển kinh tế biển còn góp phần quan trọng bảo vệ an ninh chủ quyền biển, đảo quốc gia

Đội tàu đánh cá xa bờ có thể hoạt động ở vùng biển cách bờ đến 200 hải lý

và hầu như không có cảng trú, hệ động lực trên các tàu này hết sức chắp vá và chủ yếu đã qua sử dụng, chất lượng máy chỉ còn lại khoảng 50-70% [8] Hiện nay, 100% các tàu đánh cá xa bờ không được trang bị thiết bị giám sát an toàn hệ động lực (máy chính, hộp số, hệ trục chân vịt), do vậy các sự cố của hệ động lực tàu không được cảnh báo kịp thời dẫn đến mất an toàn chung cho tàu Hơn nữa, do không gian buồng máy quá chật hẹp và thói quen sử dụng, ngư dân không cử người trực ca theo quy định Điều đó dẫn đến giảm độ an toàn, tin cậy trong quá trình khai thác; hiệu quả sử dụng thấp làm tăng giá thành sản phẩm và đặc biệt lưu ý là có thể hư hỏng đột ngột trên biển gây nguy hiểm cho người và tàu

Theo thống kê chưa đầy đủ, từ tháng 1-2007 đến tháng 9-2012, cả nước đã xảy ra 5.709 vụ phương tiện nghề cá gặp tai nạn và thiên tai trên biển, năm 2013

là trên 500 tàu Hầu hết các tai nạn thương tâm của đội tàu này là do sự cố hệ động lực, tàu mất khả năng cơ động Theo số liệu thống kê tại Công ty bảo hiểm phi nhân thọ- Bảo Việt Khánh Hòa, trong 86 tàu bị tai nạn do hệ động lực tàu cá gây

ra từ năm 2011 đến năm 2016 có tổng cộng 46 trường hợp do máy chính, 14 trường hợp do hộp số, 06 trường hợp do hệ trục chân vịt, 25 trường hợp do chân vịt Cụ thể đối với máy chính các sự cố thường gặp là do hỏng nắp xy lanh, trục khuỷu bị gãy, xéc măng, piston, xy lanh bị bó kẹt, lò xo xupap bị gãy, bơm cao

áp của động cơ bị bó kẹt, đường dẫn dầu bôi trơn bị tắt, hệ thống làm mát máy chính bị hỏng, nước lọt vào xy lanh qua lỗ vòi phun, Đối với hộp số các hư hỏng thường gặp là gãy trục hộp số, bánh răng của hộp số bị vỡ, ổ lăn của trục hộp số

bị hỏng, đầu trục hộp số bị tuột ren, bu lông đầu mặt bích hộp số bị hỏng, hộp số thiếu dầu, nước tràn vào hộp số, Đối với hệ trục chân vịt các hư hỏng thường

gặp là chân vịt bị biến dạng do va phải vật cứng trôi nổi trên biển, trục chân vịt bị gãy, rơi chân vịt [8]

Với những lý do trên, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu chẩn đoán kỹ thuật hệ

trục chân vịt tàu cá xa bờ bằng phương pháp dao động” Nhằm xác định những

lỗi, hư hỏng thường gặp của các thành phần hệ trục tàu cá xa bờ và tín hiệu phổ tần đặc trưng của chúng; áp dụng việc phân tích phổ tần dao động vào chẩn đoán

kỹ thuật hệ trục tàu cá xa bờ

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Chẩn đoán kỹ thuật bằng phương pháp dao động đã được nghiên cứu và sử dụng từ lâu ở các nước có nền khoa học công nghệ phát triển như Mỹ, Nhật, Nga hay các nước Đông Âu Đã có nhiều đề tài, nghiên cứu đề cập đến các vấn đề chẩn đoán các lỗi, hư hỏng của thiết bị thông qua các tín hiệu dao động thu được, trên

cơ sở phân tích các tín hiệu đó và so sánh với các tín hiệu đã được chuẩn hóa thành tiêu chuẩn để kết luận Các tác giả như A B Barcov, N A.Barcova, A Iu Azovsev [10], đã nghiên cứu chẩn đoán và giám sát kỹ thuật các thiết bị máy quay bằng phương pháp dao động Còn các tác giả như V Grigorov, N Minchev [13], cũng nghiên cứu chẩn đoán dao động trong các thiết bị quay và có mở rộng sang các máy piston Các nghiên cứu truyền thống chỉ chú trọng nhiều vào các thiết bị tĩnh tại, chưa có nhiều thông tin liên quan tới ứng dụng trên tàu thủy

Trong thời gian gần đây, các nhà nghiên cứu đã có nhiều đề tài về ứng dụng chẩn đoán kỹ thuật bằng phương pháp dao động trên tàu thủy

 Tác giả Andrzej Grzadziela [14], đã nghiên cứu về phân tích dao động và chẩn đoán kỹ thuật của hệ thống rotor thiết bị tua bị khí tàu thủy

 Các tác giả Adam Charchalis, Romuald Cwilewics, Andrzej Grzadziela [12], đã nghiên cứu về chẩn đoán kỹ thuật thiết bị tuabin khí trên tàu hải quân bằng phương pháp đo dao động

Tuy nhiên, những nghiên cứu này mới chỉ giới hạn nghiên cứu đối với thiết bị tua bin khí, chưa áp dụng đối với chẩn đoán kỹ thuật hệ trục tàu cá

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Chẩn đoán kỹ thuật được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề ở nước ta, nhưng chủ yếu sử dụng các phương pháp truyền thống như chẩn đoán bằng thông số làm việc, bằng siêu âm, hay bằng kinh nghiệm cá nhân của những nhà nghiên cứu Chẩn đoán kỹ thuật bằng phương pháp dao động cũng đã được quan tâm nghiên cứu trong thời gian gần đây Tuy nhiên phương pháp này mới chỉ áp dụng tương đối phổ biến trong lĩnh vực xây dựng, cụ thể là xây dựng

và giám sát kỹ thuật các cầu đường bộ Trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí chưa được ứng dụng nhiều, cụ thể có một số nghiên cứu có liên quan như:

 TS Quản Trọng Hùng đã giới thiệu kết quả khảo sát các hư hỏng khác thường của hệ trục chân vịt loại tàu cao tốc vỏ hợp kim nhôm đang được

sử dụng tại một số đơn vị dịch vụ hàng hải [7] và giới thiệu những vấn đề

cơ bản về chẩn đoán kỹ thuật tàu thủy như phương pháp xác định trạng thái

kỹ thuật tàu thủy, các sơ đồ chẩn đoán sử dụng cho hệ thống năng lượng tàu thủy và nghiên cứu các quy luật thay đổi trạng thái kỹ thuật, các chế độ

và sơ đồ kiểm tra trạng thái kỹ thuật tàu thủy trên cơ sở phân tích các thông

số công tác khác nhau của hệ thống năng lượng [1] Trong các nghiên cứu này đối tượng đưa ra là cả con tàu chung hoặc cả hệ thống năng lượng, hoặc mục tiêu là một nguyên nhân gây hư hỏng hệ trục, chưa nghiên cứu cụ thể

về dao động của hệ trục chân vịt

 PGS, TSKH Đỗ Đức Lưu đã đề cập chi tiết phương pháp nghiên cứu, tính dao động hệ trục diesel tàu thủy cũng như các biện pháp khử hoặc giảm dao động nguy hiểm; nghiên cứu lựa chọn phương pháp chuẩn đoán; tổng quan chung về chẩn đoán diesel tàu thủy theo dao động, âm thanh cũng như đặt vấn đề cần nghiên cứu, giải quyết trong chiến lược chuẩn đoán hiện nay; xây dựng thuật toán - cơ sở đảm bảo toán học cho chẩn đoán, xây dựng chương trình cho xử lý thông tin, xử lý tín hiệu dao động nhằm đưa ra một

số sơ đồ nguyên lý cho xây dựng hệ thống tự động kiểm tra và chẩn đoán

diesel tàu thủy bằng dao động âm thanh [2] và xây dựng các yêu cầu cơ bản

cần đáp ứng của hệ thống giám sát, xây dựng sơ đồ nguyên lý Mô hình hệ thống giám sát đưa ra phần cứng bao gồm hệ thống các cảm biến kết nối với bộ góp DAQ của hãng National Instruments (NI, Hoa Kỳ), chương trình xây dựng trên nền phần mềm Labview của NI chạy trên hệ điều hành Windows (Win 7, 8) cho phép tự báo động khi mức độ dao động vượt quá ngưỡng cho phép; đã đưa ra những cơ sở lý thuyết về chẩn đoán kỹ thuật, chẩn đoán kỹ thuật bằng phương pháp dao động, xây dựng hệ thống giám sát kỹ thuật bằng phân tích dao động nhưng chưa đi sâu nghiên cứu ứng dụng trên hệ trục chân vịt tàu thủy [9]

 Luận văn Thạc sỹ của Trần Đức Thành [3] đã áp dụng phương pháp phân tích dao động vào chẩn đoán kỹ thuật, nhận dạng hư hỏng của một số hệ truyền động cơ khí như truyền động bánh răng, ổ lăn, ổ trượt và truyền động đai Tuy nhiên, đối tượng nghiên cứu lại tập trung vào các hệ truyền động

cơ khí lắp đặt trong các dây chuyền sản xuất cố định, không áp dụng cho

hệ trục chân vịt tàu thủy

Thông qua việc phân tích các nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước liên quan tới đề tài, có thể rút ra một số kết luận sau:

 Việc ứng dụng kỹ thuật chẩn đoán bằng phương pháp dao động đã được áp dụng từ lâu ở các nước phát triển, trong nhiều lĩnh vực Tuy nhiên, việc áp dụng trên tàu thủy còn ít, đối tượng chủ yếu là thiết bị tuabin khí, chưa tìm thấy công trình nghiên cứu nào ứng dụng trên hệ trục nói chung, cũng như hệ trục tàu cá nói riêng

 Trong nước đã có những nghiên cứu nhất định về chẩn đoán kỹ thuật bằng phương pháp dao động Đa phần các nghiên cứu đều tập trung chủ yếu vào lý thuyết chẩn đoán; cũng có nghiên cứu đi vào chẩn đoán thực tế, nhưng chỉ áp dụng cho những bộ truyền động đơn lẻ, không mang tính hệ thống

 Cả trong và ngoài nước, chưa có nhiều thông tin về những nghiên cứu

áp dụng cho chẩn đoán kỹ thuật hệ trục chân vịt tàu thủy nói chung và

hệ trục tàu cá nói riêng

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Tình trạng kỹ thuật của hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ

1.5 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các triệu chứng hư hỏng của hệ trục chân vịt tàu cá dựa trên phương pháp phân tích phổ tần của tín hiệu dao động, bao gồm các trường hợp hư hỏng cụ thể như: mất cân bằng, không đồng trục, lỏng bu lông chân máy, hư hỏng của ổ đỡ, hư hỏng của bánh răng truyền động trong quá trình làm việc

1.6 Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Sử dụng kết hợp các phương pháp khác nhau như phương pháp nghiên cứu

lý thuyết và thực nghiệm kiểm chứng

 Nghiên cứu lý thuyết về chẩn đoán kỹ thuật bằng phương pháp dao động, ứng dụng phương pháp chẩn đoán kỹ thuật bằng dao động cho chẩn đoán kỹ thuật hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ

 Phân tích lựa chọn thông số đo, vị trí đo dao động trên hệ trục tàu cá

 Thực nghiệm đo dao động trên hệ trục tàu cá xa bờ

Với những phương pháp nghiên cứu trên, đề tài tập trung giải quyết một số nội dung chính sau:

 Nghiên cứu lý thuyết xác định một số lỗi thường gặp đối với hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ

 Nghiên cứu xác định dạng phổ tần đặc trưng cho một số lỗi cơ bản trong

hệ trục chân vịt

 Thực nghiệm đo dạng phổ tần dao động trên hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ

 Phân tích, đối chiếu kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để đánh giá tình trạng kỹ thuật của hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ thông qua phổ tần dao động

Trên cơ sở đó, nội dung đề tài phân chia làm 4 phần chính như sau:

Chương 1 Tổng quan

Trình bày tổng quan về đề tài nghiên cứu bao gồm các nội dung như: Lý do chọn đề tài; Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước; Mục tiêu, đối tượng, phạm

vi, phương pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày những nội dung lý thuyết có liên quan tới đề tài như chẩn đoán kỹ thuật, phổ tần đặc trưng của các hư hỏng thường gặp của hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ

Chương 3 Phương pháp và phương tiện chẩn đoán

Nội dung chính trình bày các phương pháp chẩn đoán kỹ thuật, chẩn đoán

kỹ thuật bằng phương pháp dao động và các phương tiện, thiết bị được dùng để chẩn đoán kỹ thuật

Chương 4 Kết quả nghiên cứu

Trình bày các kết quả nghiên cứu của đề tài về chẩn đoán kỹ thuật trên động

cơ điện, chẩn đoán kỹ thuật trên mô hình và áp dụng chẩn đoán kỹ thuật trên hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ thực tế

Chương 5 Kết luận và khuyến nghị

Trình bày các kết luận và khuyến nghị sau khi thực hiện xong đề tài

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở dao động kỹ thuật

Trong cuộc sống cũng như trong kỹ thuật, chúng ta thường gặp các đại lượng có giá trị biến đổi theo thời gian, lặp đi lặp lại xung quanh một vị trí cân bằng Ta nói các đại lượng đó dao động Các đại lượng dao động có thể là các vị trí, vận tốc, gia tốc, năng lượng của vật, dòng điện, điện thế, ứng suất, âm thanh v v…Hiện tượng dao động xảy ra và củng được nghiên cứu để ứng dụng (nếu có lợi) hoặc hạn chế (nếu có hại ) trong rất nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau

Như vậy trong kỹ thuật, dao động là sự thay đổi vị trí của các vật xung quanh vị trí cân bằng

Trong kỹ thuật, dao động vừa có hại vừa có lợi Lợi khi dao động được sử dụng để tối ưu hóa một số kỹ thuật như: dầm, kỹ thuật rung… Hại khi dao động làm giảm độ bền của máy, gây ra hiện tượng mỏi của vật liệu, dẫn tới phá hủy, ảnh hưởng đến tuổi thọ của các thiết bị kỹ thuật

Dao động có thể xảy ra theo nhiều quy luật khác nhau, nhưng ta thường gặp nhất là các quy luật sau đây:

Dao động theo quy luật tuần hoàn thực hiện theo phương trình:

q(t+T) = q(t)

Có nghĩa là sau một thời gian T nhất định giá trị của q lại trở về trị số cũ Thời gian T nhỏ nhất (tính bằng giây) gọi là chu kỳ của dao động

Một dạng cơ bản của dao động tuần hoàn được biểu diễn trên hình 2.1

Hình 2.1 Dạng cơ bản của dao động tuần hoàn

Dao động hình sin là dao động xảy ra theo quy luật:

q(t) = A(t)cos(t)t + B(t)sin(t)t q(t) = qo(t)cos[(t)t + (t)]

Trong đó:

A, B, qo , ,  là những đại lượng biến đổi chậm theo thời gian

A là giá trị lớn nhất của q đạt được trong một chu kỳ gọi là biên độ

 gọi là tần số vòng, nó là số dao động thực hiện được trong 2[s],

 đo bằng Hectz ký hiệu là [Hz]=[1/s]=[s-1],

 gọi là pha ban đầu hay góc lệch pha đo bằng [rad]

Chu kỳ của dao động họ hình sin là chu kỳ của hàm số sin =

Như vậy sau một chu kỳ, do A(t), (t), (t) biến đổi đại lượng dao động họ hình sin không trở về trị số cũ nữa Một dạng dao động hình sin được thể hiện trên hình 2.2

Dao động họ hình sin chỉ có biên độ biến đổi theo thời gian gọi là dao động

họ hình sin biến biên Loại dao động này có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật

Dao động họ hình sin chỉ có tần số biến đổi theo thời gian gọi là dao động

họ hình sin biến tần Loại dao động này cũng được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật điện và vô tuyến

Dao động điều hoà là dao động họ hình sin có A, ,  đều là hằng số, quy

Dao động điều hoà là dao động họ hình sin nhưng cũng có các tính chất của dao động tuần hoàn vì sau một chu kỳ nó lại trở về trị số cũ

2.2 Dao động của hệ trục chân vịt

Hệ trục chân vịt tàu thủy bao gồm nhiều thành phần cấu thành Do đó, dao động của hệ trục do nhiều nguyên nhân gây nên và bao gồm nhiều dạng khác nhau Căn cứ vào đặc trưng về phương và tính chất, dao động hệ trục chân vịt thường phân chia làm ba loại: dao động ngang, dao động dọc trục và dao động xoắn

Dao động ngang là dao động theo phương vuông góc với đường tâm của hệ trục, chẳng hạng như khi một đoạn trục lệch tâm quay quanh trục của nó trên hai gối đỡ sẽ gây ra dao động ngang Dao động ngang xảy ra khi phương dao động vuông góc với đường tâm trục, gây gia tăng ứng suất trên hệ trục, tăng độ lớn của phản lực trong các gối đỡ là nguyên nhân làm rung động kết cấu thân tàu, làm giảm chức năng của ống bao trục và gối đỡ do sự quá nhiệt và mài mòn

Dao động dọc trục là một dạng dao động đặc biệt mà ở đó các vật thể chuyển động theo phương dọc trục, ở đó lực kích động là lực dọc trục Dao động dọc hệ trục tàu thủy được gây ra bởi lực đẩy chân vịt và lực của các cơ cấu khuỷu động

cơ Các lực đẩy này làm cho hệ trục mất ổn định dọc dẫn đến hiện tượng đoạn trục bị cong Dao động dọc rất ít khi gây ra các hư hỏng nghiêm trọng trên hệ trục

Dao động xoắn là dao động quay quanh đường trục Dao động xoắn diễn ra trên toàn bộ hệ trục kể từ trục khuỷu của máy chính đến trục chân vịt Dao động xoắn xảy ra khi có sự thay đổi vận tốc góc của trục Trong đó các thành phần mômen quán tính khối lượng dao động quanh đường tâm trục Nguồn kích thích dao động xoắn bao gồm xung lực do sự cháy khí thể trong các xylanh của động

Hình 2.3 Dạng cơ bản của dao động điều hòa

cơ, mômen do lực quán tính tịnh tiến của cơ cấu piston thanh truyền, mômen cản tác dụng lên chân vịt Đây là loại dao động nguy hiểm nhất trong các loại dao động của hệ tàu

2.3 Chẩn đoán kỹ thuật

2.3.1 Khái niệm chẩn đoán kỹ thuật

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, đặc biệt là cơ điện tử, người ta đã không ngừng áp dụng tự động hoá vào tất cả các lĩnh vực đời sống - kỹ thuật, trong đó có tự động hoá tàu thuỷ; nhằm duy trì, nâng cao khả năng khai thác thường xuyên của con tàu và giảm sức lao động trong khai thác, sử dụng Đồng thời, công tác bảo dưỡng, bảo quản, phát hiện và ngăn chặn trước những hư hỏng có thể xảy ra trong quá trình khai thác, kéo dài thời gian giữa các lần sửa chữa, tăng hệ số sử dụng con tàu đã được coi trọng

Một hướng đi cơ bản để hoàn thiện kỹ thuật khai thác các trang thiết bị là ngay trong quá trình khai thác cần thường xuyên xác định trạng thái kỹ thuật của chúng mà không cần tháo gỡ Trạng thái kỹ thuật (TTKT) ở đây có thể hiểu là toàn bộ những đặc điểm về hình dáng, kích thước, đặc tính và trạng thái làm việc của thiết bị, máy móc

Như vậy, có thể nói: Chẩn đoán kỹ thuật (CĐKT) là toàn bộ công tác nghiên cứu TTKT của đối tượng và đưa ra những nguyên tắc, phương pháp, phương tiện

để xác định các thông số đặc trưng; trên cơ sở phân tích sự biến đổi của các thông

số tín hiệu đặc trưng đó để xác định trạng thái hư hỏng, dự báo sự cố, hỏng hóc có thể xảy ra trong thời gian khai thác tiếp theo của trang bị

Theo khái niệm trên, CĐKT bao gồm hai quá trình là giám sát kỹ thuật và kỹ thuật phân tích các tín hiệu giám sát để đưa ra kết luận về TTKT của đối tượng

Hệ thống giám sát hoạt động dựa trên việc định lượng các hiện tượng xuất hiện ở các thiết bị trong quá trình làm việc, phân tích các kết quả thu được và đưa

ra các cảnh báo về tình trạng của thiết bị như: Sự xuất hiện, chiều hướng phát triển

và nguyên nhân gây hư hỏng và đưa ra các kết luận kịp thời

Kỹ thuật phân tích là kỹ thuật mà trong đó các điều kiện hoạt động của thiết

bị về ngoại lực tác dụng, độ bền và hiệu suất, các hư hỏng và thiếu sót của hệ thống máy móc… được định lượng nhằm phân tích, dự báo độ tin cậy và các tính năng của hệ thống; trong đó bất cứ trạng thái bất thường nào được phát hiện, nguyên nhân, vị trí, mức độ nguy hiểm,…sẽ được xác định và phân tích nhằm đưa

ra các phương pháp xử lý chính xác

2.3.2 Nhiệm vụ của chẩn đoán kỹ thuật

Đối với mỗi thành phần của trang bị kỹ thuật, nhà sản xuất đã đưa ra những yêu cầu cần đạt được trong quá trình khai thác Tuy nhiên trong thực tế, luôn xảy

ra những tác nhân chủ quan hay khách quan làm xấu đi tình trạng của thiết bị, có thể gây sự cố hoặc hư hỏng Do đó, trong quá trình khai thác cần phải kiểm tra thường xuyên để duy trì thiết bị kỹ thuật luôn có tình trạng kỹ thuật tốt, hoạt động tin cậy

Tuy vậy, nhiều chi tiết, thành phần của trang thiết bị không cho phép theo dõi, kiểm tra một cách dễ dàng bằng trực quan hoặc sử dụng các phương tiện đo

mà phải sử dụng một hệ thống thiết bị kiểm tra, theo dõi và phân tích Ở đây, không đơn thuần là kiểm tra nhằm phát hiện các khuyết tật của đối trượng mà bao gồm cả công tác dự báo, xác định khả năng làm việc tiếp theo cũng như ngăn chặn

sự hư hỏng có thể xảy ra của đối tượng

Như vậy, chẩn đoán kỹ thuật cần thực hiện một số nhiệm vụ sau [3]:

 Kiểm tra khả năng làm việc theo chức năng của đối tượng Tức là, xem xét đối tượng có khả năng làm việc được hay không, phát hiện những khuyết tật ảnh hưởng tới khả năng làm việc của đối tượng tại thời điểm khảo sát

 Kiểm tra khả năng làm việc lâu dài của đối tượng Với những đối tượng mới được sử dụng hoặc sau khi sửa chữa, cần phải khẳng định chúng

có thể thực hiện được chức năng trong một khoảng thời gian đã xác định hay không

 Kiểm tra tính hoàn thiện: Đây là hình thức cao nhất, nhằm đánh giá tình trạng của đối tượng mới đưa vào sử dụng hoặc sau khi sửa chữa, khẳng định đối tượng không còn khuyết tật hay lỗi kỹ thuật nào ảnh hưởng đến chất lượng cũng như khả năng làm việc của chúng

 Ngoài ra, tìm kiếm khuyết tật với độ chính xác cao cũng là nhiệm vụ của CĐKT Thông tin này để đánh giá khả năng làm việc còn lại của đối tượng; từ đó xác định được chu kỳ kiểm tra, bảo dưỡng và thời điểm sửa chữa tiếp theo của đối tượng Đây chính là nhiệm vụ dự báo kỹ thuật của CĐKT

Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ của CĐKT, phải luôn gắn liền với giám sát kỹ thuật Giám sát kỹ thuật giúp cho người khai thác biết được những thông tin trực tiếp của đối tượng Với những số liệu thu thập được, tiến hành so sánh với các giá trị cho phép tương ứng của đối tượng, từ đó kết luận được tình trạng kỹ thuật của đối tượng

2.3.3 Những nguyên tắc cơ bản của chẩn đoán kỹ thuật

Người ta thường phân chia các nguyên tắc cơ bản của CĐKT thành hai nhóm cơ bản là nhóm các nguyên tắc tổ chức và nhóm các nguyên tắc kỹ thuật

Nhóm nguyên tắc tổ chức được xác định bởi hình thức sơ đồ bố trí thiết bị

và chiến lược của quá trình chẩn đoán kỹ thuật

Sơ đồ bố trí thiết bị phụ thuộc không gian bố trí và khả năng liên kết của đối tượng với hệ thống chẩn đoán Dựa trên cơ sở đó ta có thể phân chia thành 4 phương án tổ chức như sau:

 Trường hợp phương tiện chẩn đoán gọn nhẹ, dễ di chuyển và công tác chẩn đoán được thực hiện ngay tại vị trí của đối tượng chẩn đoán

 Trường hợp phương tiện chẩn đoán phải đặt cố định và di chuyển đối tượng tới vị trí bố trí phương tiện

 Trường hợp phương tiện chẩn đoán và đối tượng không thể di chuyển

mà phải bố trí xa nhau và được liên hệ qua các phương tiện thông tin

 Trường hợp đặc biệt là phương tiện chẩn đoán nằm ngay trong đối tượng được chẩn đoán

Để lựa chọn sơ đồ tổ chức cần căn cứ trên đặc điểm của phương tiện và đối tượng chẩn đoán Phải đảm bảo về phương diện khả năng cung ứng kỹ thuật, hiệu quả kinh tế của quá trình khai thác, sử dụng đối tượng khi có thiết bị chẩn đoán và ảnh hưởng của phương tiện chẩn đoán tới khả năng làm việc của đối tượng

Chiến lược của quá trình chẩn đoán thể hiện mức độ, phạm vi của công tác chẩn đoán Công tác kiểm tra có thể được tiến hành theo nhóm đối tượng cùng dạng hay toàn bộ đối tượng, kiểm tra định kỳ hay thường xuyên và mức độ nông sâu, tỉ mỉ của công tác kiểm tra Trong quá trình thiết bị hoạt động có thể kiểm tra toàn bộ các chế độ hay lựa chọn một số chế độ công tác

Trong thực tế, chiến lược chẩn đoán phụ thuộc nhiều vào tính chất, đặc điểm của đối tượng chẩn đoán, yêu cầu cần đạt được của quá trình chẩn đoán, trình độ của người tiến hành chẩn đoán Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả kinh tế

và đơn giản trong quá trình thực hiện công tác kiểm tra được tiến hành ở các cụm chi tiết hay chi tiết quan trọng có nhiều khả năng làm thay đổi nhiều tính năng công tác của thiết bị

Nguyên tắc kỹ thuật thể hiện qua các yếu tố kỹ thuật được áp dụng trong quá trình chẩn đoán như:

 Phương pháp tác động đến đối tượng để nhận được thông tin về trạng thái kỹ thuật của nó;

 Kênh thông tin lan truyền của các tác động từ thiết bị chẩn đoán đến đối tượng và tác động phản hồi từ đối tượng đến thiết bị chẩn đoán;

 Phương pháp đánh giá, phân cấp trạng thái kỹ thuật của đối tượng và các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá;

 Phương pháp tìm kiếm khuyết tật

Việc lựa chọn các nguyên tắc kỹ thuật có ảnh hưởng lớn tới kết quả và độ chính xác của quá trình chẩn đoán Đối với từng loại thiết bị khác nhau sẽ chọn lựa

được những nguyên tắc kỹ thuật khác nhau phù hợp với thiết bị và đối tượng của quá trình chẩn đoán Cùng một đối tượng, với những nguyên tắc kỹ thuật khác nhau sẽ cho những kết quả chẩn đoán khác nhau theo phương pháp chẩn đoán

2.4 Nhận dạng lỗi và hư hỏng qua phân tích tín hiệu dao động

2.4.1 Không cân bằng

Lực ly tâm là một lực kích thích cơ bản trong thiết bị quay (gọi chung là rotor) Thực tế, không thiết bị nào có khả năng đạt được yêu cầu vị trí trọng tâm nằm trên trục quay và trục quay trùng với trục quán tính lý thuyết Trạng thái này

có thể bắt nguồn từ các nguyên nhân như:

 Trong thiết kế: Một vài bộ phận không đạt được đối xứng hoàn toàn

 Trong kỹ thuật: Không có vật liệu đồng nhất tuyệt đối

 Trong chế tạo: Mọi sản phẩm đều tồn tại dung sai, các phần quay luôn

Có ba loại không cân bằng tùy thuộc vào cách phân bố các khối lượng trên rotor và ảnh hưởng của nó đến vị trí của trục quán tính so với trục quay là: không cân bằng tĩnh, cặp không cân bằng và không cân bằng động Sự phân chia các loại không cân bằng khác nhau xuất phát từ nguyên nhân gây ra mất cân bằng Ngoài

ra, do ảnh hưởng của yếu tố kết cấu có thể xuất hiện không cân bằng do rotor công xôn

Biểu hiện quan trọng của sự không cân bằng trong phổ tần là độ cao của biên độ dao động theo hướng kính có giá trị lớn tại tần số quay của thiết bị (thành phần 1X) Lý do là lực ly tâm gây ra bởi sự không cân bằng quay với tần số quay

và gây rung động cưỡng bức với cùng tần số

Nếu trên vỏ ngoài không có thiết kế hỗ trợ rotor đặc biệt, phổ tần rất quan trọng để so sánh độ lớn của các thành phần 1X theo phương ngang và dọc tại mặt phẳng cho trước

Thông thường thành phần 1X chiếm ưu thế trong phổ Tuy nhiên, nếu bệ

đỡ trục không cứng hoàn toàn, nhiều tác giả cho rằng giá trị này có thể đạt tại thành phần 3X (không tính cho những bệ đỡ rộng) Nếu thành phần chiếm ưu thế của phổ tần có sự khác biệt đáng kể, một số nguyên nhân chính khác gây nên rung động cần được chỉ ra (thường bị lỏng hoặc cộng hưởng).Một phổ tần đặc trưng của không cân bằng được thể hiện trong hình 2.4, đường thẳng đứng chỉ ra bội số của tần số quay [11] Ở đây tần số quay là 40 Hz

Khi tiến hành chẩn đoán một trong các hiện tượng không cân bằng tĩnh, không cân bằng theo cặp và không cân bằng động, phải sử dụng ít nhất từ 2 hoặc

Hình 2.4 Dạng phổ tần dao động của hiện tượng không cân bằng

4 hoặc 6 cảm biến cùng lúc Các cảm biến được gắn trên hai ổ đỡ liền kề, theo hướng thẳng đứng hoặc nằm ngang theo phương hướng kính [3,11,16] Để có thể

so sánh pha dao động cần thiết phải biết được thông số về phổ tần số là độ lệch pha giữa hai vị trí đo cùng lúc để đánh giá

* Không cân bằng tĩnh

Một rotor không cân bằng tĩnh khi trục quán tính song song với trục quay như hình 2.5 Không cân bằng tĩnh có thể được hiểu như là hai khối lượng bằng nhau (không cân bằng) mn, đặt đối xứng qua mặt phẳng vuông góc với trục quay

và đi qua trọng tâm rotor Không cân bằng này được gọi là tĩnh vì nó thể hiện ngay cả khi rotor đứng yên - rotor có xu hướng di chuyển các vị trí có khối lượng không cân bằng về phía dưới, trên phương của trọng lực

Cần lưu ý rằng, không cân bằng tĩnh thể hiện trong hình 2.5 là hợp lý thuyết

Để loại bỏ nó bằng cách đặt một khối lượng cân bằng duy nhất, khốilượng này sẽ được đưa vào một mặt phẳng vuông góc với trục quay và đi qua trọng tâm Trong thực tế, sự không cân bằng được coi là tĩnh khi đường kính trục d là lớn hơn nhiều

so với độ dài l (tỷ lệ d/l ≥ 10/1 - được gọi là trục ngắn) hoặc khi một đĩa đơn được đặt trên một trục dài Tất nhiên, không cân bằng chủ yếu xuất phát từ đĩa này và một khối lượng cân bằng được thêm vào cũng trên đĩa này Trong trường hợp khác, các trục không cân bằng hầu như luôn là không cân bằng động

Trong hệ trục tàu cá xa bờ, hiện tượng không cân bằng tĩnh có thể xảy ra ở trên trục chân vịt, hộp giảm tốc và chân vịt

Hình 2.5 Không cân bằng tĩnh

Không cân bằng tĩnh biểu hiện bởi biên độ dao động mạnh tại thành phần 1X theo phương hướng kính và sự cùng pha của dao động đo được trên hai bệ đỡ theo cùng một phương đo Đồng thời, sự lệch pha giữa dao động theo phương ngang và thẳng đứng trên từng bệ đỡ có giá trị khoảng 90° (± 30°) [3,11,15]

Trên hình 2.6 chỉ ra phương pháp chẩn đoán và dạng phổ tần số của trường hợp không cân bằng tĩnh Biên độ tần số dao động mạnh tại giá trị 1X, khi so sánh pha dao động có sự cùng pha trên cùng phương đo của hai ổ đỡ liền kề Sự cùng pha thể hiện bằng đoạn thẳng trên đường tròn biểu thị cảm biến đo, ở đây hai đoạn thẳng cùng hướng về một chiều trên hai hình tròn

* Không cân bằng theo cặp

Các cặp không cân bằng, được hiểu là trọng tâm của rotor nằm trên trục quay và nằm tại vị trí trục quán tính giao với trục quay Dạng không cân bằng này

có thể được hiểu là hai khối lượng bằng nhau mn đặt đối xứng trên bán kính rn như hình 2.7 Nếu một rotor bị không cân bằng theo cặp luôn nằm tại vị trí tĩnh tại, sự

Hình 2.6 Chẩn đoán không cân bằng tĩnh

Hình 2.7 Không cân bằng theo cặp

không cân bằng này không ảnh hưởng và rotor sẽ vẫn đứng yên ở bất kỳ vị trí nào Cặp không cân bằng chỉ hiển thị khi rotor quay, lực ly tâm tạo ra từ cặp không cân bằng làm lệch trục quán tính

Không cân bằng theo cặp trên hệ trục tàu cá xa bờ thường xảy ra ở hộp giảm tốc, chân vịt

Không cân bằng theo cặp thể hiện bằng độ lệch pha của tín hiệu dao động thu được theo phương ngang và thẳng đứng trên hai bệ đỡ khoảng 180° Và sự lệch pha giữa dao động theo phương ngang và thẳng đứng trên từng bệ đỡ cũng nằm trong khoảng 90° (± 30°) Các thành phần 1X luôn chiếm ưu thế trong quang phổ [3,11,15]

Hình 2.8 chỉ ra phương pháp chẩn đoán và dạng phổ tần số của trường hợp không cân bằng theo cặp Biên độ tần số dao động mạnh tại giá trị 1X, khi so sánh pha dao động có sự đối pha trên cùng phương đo của hai ổ đỡ liền kề Sự đối pha thể hiện bằng đoạn thẳng trên đường tròn biểu thị cảm biến đo, ở đây hai đoạn thẳng hướng về hai chiều đối nhau trên hai hình tròn

* Không cân bằng động

Hình 2.8 Chẩn đoán không cân bằng theo cặp

Không cân bằng động là loại phổ biến nhất của không cân bằng và về cơ bản

là sự kết hợp của không cân bằng tĩnh và cặp không cân bằng Nó xảy ra khi trục quán tính và trục quay là những đường nghiêng Loại không cân bằng này có thể được hiểu như là hai khối lượng khác nhau Mn1 và Mn2, đặt tùy ý trên rotor như hình 2.9 Hai lực ly tâm D1 và D2 phát sinh do những khối lượng trên quay

Không cân bằng động có thể xày ra ở bất kỳ chi tiết quay nào của hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ

Như đã trình bày ở trên, không cân bằng động là loại chủ yếu của không cân bằng, là sự kết hợp của không cân bằng tĩnh và cặp không cân bằng Các thành phần 1X chiếm ưu thế trong phổ tần Sự lệch pha giữa dao động theo phương thẳng đứng hoặc phương ngang trên hai ổ đỡ nằm trong khoảng từ 0° đến 180° Khi so sánh các phổ dao động đo trên hai ổ đỡ, sự khác biệt pha dao động theo phương ngang giống như sự khác biệt pha dao động theo phương thẳng đứng (±30°) Trong khi đó, độ lệch pha giữa đao động theo phương ngang và phương thẳng đứng trên cùng ổ đỡ khoảng 90° (±30°) [3,11,15]

Trên hình 2.10 chỉ ra phương pháp chẩn đoán và dạng phổ tần số của trường hợp không cân bằng động Biên độ tần số dao động mạnh tại giá trị 1X, khi so sánh pha dao động có sự lệch pha từ 0 tới 180o trên cùng phương đo của hai ổ đỡ liền kề Sự lệch pha thể hiện bằng đoạn thẳng trên đường tròn biểu thị cảm biến

đo, ở đây một đoạn thẳng trên một ổ đỡ hướng lên trên còn đoạn thẳng ở ổ đỡ còn lại còn lại nằm ở một góc bất kỳ trong khoảng từ 0 tới 180o

Hình 2.10 Không cân bằng động

* Không cân bằng do rotor công xôn

Đây là dạng không cân bằng xảy ra từ kết cấu đặc thù của thiết bị quay Tất

cả các chi tiết có kết cấu dạng dầm công xôn, trên hệ trục chân vịt tàu cá xa bờ là đoạn trục từ sau ống bao trục cho tới chân vịt, đều có hiện tượng không cân bằng

do rotor công xôn Hiện tượng này gây ra bởi trọng lượng bản thân của phần công xôn làm cho đoạn trục công xôn có xu hướng bị cong xuống dưới theo lực trọng trường Từ đó, làm cho đoạn trục giữa hai ổ đỡ liền kề trên đoạn công xôn cũng

có xu hướng bị cong lên trên Do đó, khi trục quay sẽ tạo thành áp lực lên hai ổ

đỡ liền kề của đoạn công xôn theo cả hai phương hướng trục và hướng kính

Giống như các loại không cân bằng khác, không cân bằng do rotor công xôn gây ra rung động cao với thành phần 1X theo phương hướng kính Hơn nữa, dạng không cân bằng này cũng gây ra rung cao với thành phần 1X theo phương hướng trục Khi so sánh các phổ dao động đo trên hai ổ đỡ, pha dao động theo phương ngang giống pha dao động theo phương thẳng đứng (±30°) [3,11,15]

Khác với ba trường hợp không cân bằng trên, khi tiến hành chẩn đoán ngoài việc xác định phổ dao động theo phương hướng kính còn phải xác định phổ dao động theo phương hướng trục Do đó, cảm biến cần được gắn trên cả trên phương hướng kính và phương dọc trục [3,11,16]

Hình 2.11 chỉ ra phương pháp chẩn đoán và dạng phổ tần số của trường hợp không cân bằng do rotor công xôn Biên độ tần số dao động mạnh tại giá trị 1X theo

cả hai phương hướng kính và hướng trục, khi so sánh pha dao động có sự cùng pha

Hình 2.11 Chẩn đoán không cân bằng do rotor công xôn

trên cùng phương đo của hai ổ đỡ liền kề Sự cùng pha thể hiện bởi dao động dặc trưng theo phương hướng trục bằng đoạn thẳng trên đường tròn biểu thị cảm biến

đo, ở đây cả hai đoạn thẳng trên hai ổ đỡ đều chỉ về cùng một chiều trên phương đo

2.4.2 Không đồng trục

Không đồng trục là một trong những lỗi phổ biến của thiết bị quay Nó là kết quả của sự liên kết không chính xác của máy móc, cần phải được nghiên cứu một cách cụ thể

Sự đồng trục trong kỹ thuật có nghĩa là các thiết bị quay luôn nằm đúng vị trí trong suốt quá trình hoạt động để thực hiện chức năng của nó và không chịu tác động bên ngoài Thường giả định rằng các rotor là đồng trục với vỏ và ổ đỡ và các rotor kết nối với nhau có chung một trục cơ bản

Rõ ràng, quá trình thiết kế, chế tạo là điều kiện cơ bản đầu tiên cho sự đồng trục; được tạo ra bởi sự liên kết chặt chẽ giữa các yếu tố để điều chỉnh vị trí của trục rotor vào khoảng lắp trục trên vỏ và sự lựa chọn phù hợp trong kết nối rotor, bao gồm cả các biện pháp để liên kết một bộ phận với các bộ phận khác, giữa các đoạn trục với nhau

Trong trường hợp rotor liên kết đồng trục, chỉ có mômen xoắn mong muốn được truyền qua khớp nối mà không cần bất kỳ lực hay mô men bổ sung nào khác [11] Trong trường hợp không đồng trục, tồn tại những lực hoặc mô men khác tác động lên khớp nối, trục Không đồng trục thường xuất hiện trong quá trình lắp ráp, căn tâm hệ trục không chính xác

Hình 2.12 Kết cấu đồng trục

Trên hệ trục tàu cá xa bờ, hiện tượng không đồng trục thường xuất hiện tại bích nối giữa động cơ với hộp giảm tốc và giữa hộp giảm tốc với trục chân vịt

Có 2 loại không đồng trục là không đồng trục song song và không đồng trục lệch góc

* Không đồng trục song song

Không đồng trục song là trường hợp hai trục được liên kết có đường tâm song song với nhau nhưng không cùng một trục cơ bản, nghĩa là tồn tại một khoảng lớn hơn giá trị cho phép giữa đường tâm hai trục như hình 2.13 [3] Khi trục quay được một góc nhất định sẽ xuất hiện hiện tượng uốn trên cả hai trục Lực uốn này sẽ tạo áp lực lên ổ đỡ hai bên khớp nối theo phương hướng kính Do

đó, không đồng trục song song có các triệu chứng rung động mạnh xảy ra theo phương hướng kính Trong phổ tần dao động các thành phần 1X, 2X và 3X chiếm

ưu thế, thành phần 2X thường lớn hơn 1X, nhưng độ lớn của thành phần 1X thường được xác định bởi kiểu loại và kết cấu của khớp nối Góc lệch pha dao động đo được trên hai ổ đỡ xấp xỉ 180o [3,11,15]

Hình 2.13 Không đồng trục song song

Hình 2.14 Chẩn đoán không đồng trục song song

Phương pháp chẩn đoán và dạng phổ dao động của không đồng trục song song được chỉ ra trên hình 2.14 [11] Để chẩn đoán trường hợp này, sử dụng hai cảm biến gắn tại hai ổ đỡ liền kề hai bên của khớp nối theo phương hướng kính [3,11,16] Phân tích hình 3.11 thấy rằng, biên độ tần số dao động mạnh xuất hiện

cả ở ba thành phần 1X, 2X và 3X Trong đó, thành phần 1X, 2X chiếm ưu thế hơn

và thành phần 2X lớn hơn thành phần 1X Ngoài ra, còn có sự đối pha dao động tại hai vị trí đo

* Không đồng trục lệch góc

Không đồng trục lệch góc là trường hợp khi nối hai trục, đường tâm của hai trục không trùng và không song song với nhau, tồn tại một góc lệch giữa hai đường tâm trục lớn hơn giá trị cho phép như hình 2.15 [3]

Không đồng trục lệch góc được đặc trưng bởi sự rung động trục lớn theo phương hướng trục và có sự đối pha, nghĩa là trên hai ổ đỡ hai bên khớp nối pha dao động lệch nhau 180° Thông thường, dao động dọc trục chiếm ưu thế ở cả thành phần 1X, 2X và 3X, nhưng giá trị lớn trên cả hai thành phần 1X và 2X, giá

trị tại 1X lớn hơn 2X [3,11,15]

Hình 2.15 Không đồng trục lệch góc

Hình 2.16 Chẩn đoán không đồng trục lệch góc