Kiểm định máy cân bằng động trục ngang theo tiêu chuẩn ISO 21940-21

Nhu cầu về việc cân bằng động các chi tiết máy tham gia vào chuyển động quay trong lĩnh vực công nghiệp nói chung và hàng hải nói riêng ngày càng gia tăng. Rotor tua bin tăng áp khí xả, cánh quạt thông gió, cánh bơm, rotor động cơ điện, puly truyền động… là các chi tiết máy thường được cân bằng động khi tiến hành công việc bảo dưỡng, sửa chữa. Một vài đơn vị đã đầu tư máy móc, thiết bị để cung cấp dịch vụ cân bằng động. Tuy nhiên, hiện trong nước chưa có phòng thử nghiệm đạt chuẩn Vilas cung cấp dịch vụ kiểm định máy cân bằng động.

TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016 49 KIỂM ĐỊNH MÁY CÂN BẰNG ĐỘNG TRỤC NGANG THEO TIÊU CHUẨN ISO 21940-21 VERIFICATION TESTS FOR HORIZONTAL DYNAMIC BALANCING MACHINES ACCORDING TO ISO 21940-21 Phan Cao An Trường Khoa Máy tàu thủy, trường ĐH Giao thông vận tải Tp.HCM Tóm tắt: Nhu cầu việc cân động chi tiết máy tham gia vào chuyển động quay lĩnh vực cơng nghiệp nói chung hàng hải nói riêng ngày gia tăng Rotor tua bin tăng áp khí xả, cánh quạt thơng gió, cánh bơm, rotor động điện, puly truyền động… chi tiết máy thường cân động tiến hành công việc bảo dưỡng, sửa chữa Một vài đơn vị đầu tư máy móc, thiết bị để cung cấp dịch vụ cân động Tuy nhiên, nước chưa có phòng thử nghiệm đạt chuẩn Vilas cung cấp dịch vụ kiểm định máy cân động Vì vậy, viết đưa quy trình hướng dẫn kiểm định máy cân động trục ngang dựa theo tiêu chuẩn ISO 21940-21 nhằm kiểm tra, đánh giá định kỳ chức máy cân động trình sử dụng, từ đến kết luận tính xác phương tiện đo này, nhằm đảm bảo tính xác kết đo Từ khóa: Máy cân động, rotor chuẩn, ISO 21940-21 Abstract: Balancing demands for the rotating parts in general industrial fields, or restricted marine fields have rapidly become rasing Turbo charger rotor, ventilation fan, pump impeller, electric rotor shaft, drive pulley… are the key parts proceeded with dynamic balance in the maintenance and repairing progress Several people and organizations have invested machines to provide dynamic balancing services However, there are not any Vilas laboratory supplying the verification services for balancing machines Therefore, this paper presents a procedure to guide for verification tests according to ISO 21940-21 in order to check and evaluate periodically the performance of horizontal balancing machines during operation The findings helps to conclude with the accuracy of measuring mean, so that the measuring results will be realiable Keywords: Balancing machine, test rotor, ISO 21940-21 Giới thiệu Khi tiến hành bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ, việc cân động cho chi tiết máy chuyển động quay lĩnh vực công nghiệp hay hàng hải như: Trục rotor tua bin tăng áp khí xả, cánh quạt thơng gió, cánh bơm ngày trở nên phổ biến, nhằm đảm bảo chi tiết chuyển động cân gối đỡ, rung động, kéo dài tuổi thọ ổ đỡ trục, ngăn ngừa hư hỏng Từ nhu cầu thực tiễn, nhiều đơn vị đầu tư thiết bị, máy móc để cung cấp dịch vụ cân động rotor Tuy nhiên, nước chưa có phòng thử nghiệm đạt chuẩn Vilas cung cấp dịch vụ kiểm định máy cân động Vì vậy, nhiều máy cân động không kiểm tra định kỳ (6 tháng năm) theo quy định phương tiện đo lường, dẫn đến tính xác kết đo chưa đảm bảo Bài viết trình bày quy trình hướng dẫn kiểm tra định kỳ máy cân động trục ngang theo tiêu chuẩn ISO 21940-21 Việc kiểm tra để đánh giá lại chức máy cân động, nhằm đảm bảo chất lượng phương tiện đo mặt khác thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật sau thời gian đưa vào khai thác, sử dụng, từ khẳng định tính xác kết đo lường từ phương tiện đo Các nội dung kiểm tra tiến hành thực nghiệm máy cân động trục ngang hãng Cemb, Italia, đặt Phòng thí nghiệm khí động lực kiểm định thiết bị thuộc Khoa kỹ thuật tàu thủy, Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) Quy trình kiểm định 2.1 Rotor chuẩn Máy cân động cần thiết phải tiến hành kiểm tra định kỳ để đảm bảo 50 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016 máy hoạt động ổn định trì tốt chức Việc kiểm tra, đánh giá máy cân động dễ dàng thực cách sử dụng rotor chuẩn Rotor chuẩn phân chia thành ba loại: Loại A: Loại rotor khơng có cổ trục, dùng kiểm tra máy cân động trục đứng Hình Rotor chuẩn loại A 1, 2, - vị trí mặt phẳng kiểm tra I, II - vị trí mặt phẳng gối đỡ Loại B: Loại rotor phía cổ trục, dùng kiểm tra máy cân động trục ngang, thường hai mặt phẳng gối đỡ 2.3 Thao tác kiểm tra Tiêu chuẩn ISO 21940-21 yêu cầu việc đánh giá chức làm việc máy cân động phải thực thử nghiệm sau: - Kiểm tra lượng cân lại nhỏ đạt Umar - Kiểm tra độ giảm cân URR Trong trình kiểm tra, kết không đạt, máy cân cần kiểm tra kỹ thuật hiệu chỉnh, sau tiến hành lại thử nghiệm nói nhằm đảm bảo chất lượng chức máy cân thỏa mãn 2.3.1 Phương pháp kiểm tra Umar Việc kiểm tra nhằm xác nhận khả máy cân đến giá trị lượng cân lại nhỏ đạt khai báo Umar = emar m Hình Rotor chuẩn loại B Rotor chuẩn loại C: Loại rotor phía ngồi cổ trục, dùng kiểm tra máy cân động trục ngang, hai mặt phẳng phía đầu trục Hình Rotor chuẩn loại C 2.2 Thông số kỹ thuật rotor chuẩn loại B Umar: Lượng cân lại nhỏ đạt (khai báo) [g.mm]; emar: Độ lệch tâm nhỏ [microns] lượng cân riêng [g.mm/kg]; m: Khối lượng rotor [kg]  Thao tác thực Đặt khối lượng thử 10Umar lên vị trí mặt phẳng P3 rotor chuẩn Tiến hành chạy máy, ghi lại giá trị cân mặt phẳng kiểm tra P1 P2 Tiếp tục di chuyển khối lượng thử đến tất vị trí lỗ sẵn có mặt phẳng P3 Tiến hành chạy máy, ghi lại giá trị cân hai mặt phẳng P1 P2 ứng với vị trí đặt khối lượng thử Giá trị đo đạc ghi vào bảng liệu lượng cân chuẩn dùng để vẽ đồ thị Hình Bản vẽ thiết kế rotor chuẩn loại B, số hiệu Rotor chuẩn loại B gồm bảy loại, số hiệu từ đến 7, khối lượng từ 0,5 đến 500 kg Tác giả viết lựa chọn gia công, chế tạo rotor chuẩn loại B, số hiệu 5, theo vẽ thiết kế thơng số hình Hình Đồ thị kiểm tra, đánh giá Umar TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016  Đánh giá đồ thị kiểm tra Umar Máy cân xem thỏa mãn bước kiểm tra Umar hay nói cách khác lượng cân lại nhỏ đạt theo khai báo máy đảm bảo tất điểm có điểm vẽ đồ thị nằm khu vực hai đường giới hạn (0,88 1,12) 2.3.2 Phương pháp kiểm tra URR Thử nghiệm nhằm kiểm tra máy cân động độ xác tổng hợp kết đo lượng cân bằng, vị trí cân khả phân tách ảnh hưởng mặt phẳng kiểm tra  Thao tác thực Sử dụng hai khối lượng tĩnh, khối lượng 20 đến 60 Umar hai khối lượng động, khối lượng động lần khối lượng tĩnh Chọn vị trí mặt phẳng kiểm tra thứ hai để đặt khối lượng thử tĩnh thứ hai, không chọn vị trí đối diện Chọn vị trí mặt phẳng kiểm tra thứ hai (trong số 11 vị trí lại) làm điểm đặt (bắt đầu) khối lượng thử động thứ hai Tiến hành chạy máy lượt thứ nhất, ghi lại kết đo lượng cân vị trí góc cân Thay đổi vị trí khối lượng thử động cho lần chạy theo quy tắc sau: + Ở mặt phẳng kiểm tra thứ nhất: Theo chiều tăng với khoảng chia 30o + Ở mặt phẳng kiểm tra thứ hai: Theo chiều giảm với khoảng chia 30o Lấy giá trị cân đo chia cho khối lượng thử tĩnh Ustation biểu diễn tương ứng vị trí đồ thị đường tròn giới hạn URR  Vẽ đồ thị đường tròn giới hạn URR Sử dụng phần mềm Autocad vẽ đồ thị đường tròn giới hạn URR Chọn tỷ lệ thích hợp theo đơn vị Ustation trục 0o biểu diễn lượng cân rotor chuẩn 51 Véctơ khối lượng thử tĩnh ms: Gốc trùng gốc tọa độ, độ lớn đơn vị, hợp với trục 0o góc góc đặt khối lượng thử tĩnh rotor chuẩn Xác định điểm gốc đường tròn giới hạn URR: Trùng với vector khối lượng thử tĩnh mS Vẽ 12 đoạn thẳng xuất phát từ điểm gốc đường tròn giới hạn hướng phía ngồi, với khoảng chia 30o, độ lớn đơn vị Tâm đường tròn giới hạn nằm đường thẳng xuất phát từ điểm gốc đường tròn giới hạn, cách điểm gốc khoảng cách năm đơn vị Từ tâm này, vẽ đường tròn đồng tâm (đường tròn giới hạn URR) với bán kính r  Cơng thức tính tốn đường tròn giới hạn Khoảng cách R từ điểm gốc đồ thị đến tâm đường tròn giới hạn URR: R = ms2 + mT2 + 2ms mT cosα mS : Khối lượng thử tĩnh (1 Ustation); mT : Khối lượng thử động (5 Ustation); α : Góc hợp vectơ khối lượng thử tĩnh khối lượng thử động Cơng thức xác định góc γ véctơ khối lượng thử tĩnh mS vectơ hợp lực R sau: cosγ = ms2 + R - m T2 2ms R Với mS, mT, R r bội số Ustation mT = 5mS, công thức viết lại sau: R = 26 + 10cosα R - 24 2R Bán kính r đường tròn giới hạn URR: U mar r = R(1 - U RR ) + 2Ustation cosg =  Đánh giá đồ thị URR Nếu điểm kiểm tra nằm hoàn tồn bên vòng tròn (hoặc nằm đường tròn), giá trị đọc vòng tròn 95% 52 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016 (URR = 95%) Nếu điểm kiểm tra nằm vòng tròn 95% vòng tròn 90% (hoặc nằm đường tròn 95%), giá trị đọc tương ứng URR = 90% Máy cân xem thỏa mãn kiểm tra URR tất điểm kiểm tra đồ thị đánh giá rơi vào đường tròn giới hạn URR tương ứng với giá trị URR khai báo, chấp nhận có điểm nằm Kết thực nghiệm 3.1 Thông số máy cân động - Model: ZB750 / TG/GV (truyền động đai) - Loại: máy cân trục ngang, ổ đỡ mềm - Hãng/Năm sản xuất: Cemb, Italia / 2014 - Lượng cân riêng lại nhỏ đạt được: emar = 0,3 g.mm/kg - Độ giảm cân URR = 90% 3.2 Chất lượng máy cân động Lượng cân nhỏ máy đo rotor chuẩn loại B, số 5, tính gram cho mặt phẳng kiểm tra: e m 0,3x 54 U mmar = mar rotor = = 0,09g 2R x 88 3.3 Chất lượng rotor chuẩn Lượng cân tối đa rotor chuẩn, tính gram, cho mặt phẳng kiểm tra, ứng với mức chất lượng G = 0,16: 9550 x G m rotor 9550 x 0,16 54 x = x = 0,10 g n rotor 2R 4500 x 88 Bảng Lượng cân thực tế rotor chuẩn Hình Kiểm tra Umar máy cân động ZB750 Bảng Kết kiểm tra thực nghiệm Umar Rotor chuẩn loại: B(5) Khối lượng: 54 kg Umar = emar x mrotor = 16,2 g.mm Khối lượng thử: 1,8 g Tốc độ thử = 10% x 4.500 = 450 v/p Vị trí thử Lần thử Lượng cân đo (g) o P1 (1) P2 (2) 30 60 90 120 150 180 210 240 10 270 11 300 12 330 Tổng (3) 0,78 0,70 0,83 0,75 0,81 0,70 0,81 0,72 0,69 0,79 0,77 0,76 9,11 0,74 0,85 0,72 0,77 0,72 0,81 0,80 0,73 0,73 0,82 0,84 0,81 9,34 Trung bình: 0,76 (4)=(3)/12 0,78 Lượng cân chuẩn U P1 P2 (5)=(1)/( (6)=(2)/(4) 4) 1,03 0,95 0,92 1,09 1,09 0,93 0,99 0,99 1,07 0,93 0,92 1,04 1,07 1,03 0,95 0,94 0,91 0,94 1,04 1,05 1,01 1,08 1,00 1,04 U rmar = Lượt quay Kết đo mặt phẳng Umar (g) Vị trí (o) 0,111 227 0,043 247 0,066 257 0,053 198 0,029 230 Kết đo Hiệu mặt phẳng chỉnh Umar (g) Vị trí (o) 0,074 205 Có 0,081 219 Có 0,134 96 Có 0,078 234 Có Khơng 0,067 63 3.4 Thực nghiệm kiểm tra Umar Dùng khối lượng thử 1,8 g đặt vị trí mặt phẳng thứ ba, cách góc 30o Hình Đồ thị thực nghiệm kiểm tra, đánh giá Umar Nhận xét: Từ đồ thị hình 7, nhận thấy tất điểm cân chuẩn rotor nằm lọt vào bên hai đường giới hạn U = 0,88 U = 1,12 Vì vậy, máy cân thỏa mãn kết kiểm tra Umar, nghĩa lượng cân lại nhỏ đạt rotor cân máy, emar = 0,3 g.mm/kg theo công bố nhà chế tạo, đảm bảo Nói cách khác, máy cân động đảm bảo yêu cầu chất lượng kỹ thuật nhà sản xuất tiếp tục sử dụng cho hoạt động TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016 kiểm tra cân mà không yêu cầu thao tác hiệu chuẩn khác 3.5 Thử nghiệm kiểm tra URR Đặt hai khối lượng thử tĩnh 5,5 g mặt phẳng thứ 1, vị trí 0o 60o 53 Tiếp tục đặt hai khối lượng thử động 27,6 g mặt phẳng thứ 1, vị trí 30o 90o Bảng Kết kiểm tra thực nghiệm URR Rotor chuẩn: B(5); Khối lượng: 54 kg; Umar: 16,2 g.mm Utravel = x Ustation = 2.430 g.mm Khối lượng thử tĩnh: 5,5 g; Khối lượng thử động: 27,5 g Lượng cân Vị trí khối lượng thử (góc) Lượt chạy P1 P2 P1 thứ Tĩnh Động Tĩnh Động U1 o () (o ) (o ) (o ) (o ) (g) 30 60 90 32,5 24 60 60 30 30,7 51 90 60 28,5 80 120 60 330 26,6 110 150 60 300 24,6 143 180 60 270 23,4 177 210 60 240 23,7 214 240 60 210 25,5 248 270 60 180 28,4 280 10 300 60 150 31,1 307 11 330 60 120 33,0 333 Nhận xét: Từ đồ thị hình 8, điểm 1, 2, 3, 8, 9, 10, 11 nằm vòng tròn giới hạn 95% URR điểm lại nằm vòng tròn giới hạn 90% URR Do đó, độ giảm cân URR mặt phẳng thứ đạt 90% Từ hình 9, điểm 11 nằm vòng tròn giới hạn 95% URR điểm lại nằm vòng tròn giới hạn 90% URR Do đó, độ giảm cân URR mặt phẳng thứ 90% Tổng hợp, khơng có điểm kiểm tra mặt phẳng nằm vòng tròn giới hạn URR = 90%, máy cân thỏa mãn thử nghiệm với giá trị độ giảm cân URR = 90% chất lượng kỹ thuật công bố nhà chế tạo Ustation = 30Umar = 486 g.mm; RU1 / Ustation 5,91 5,58 5,18 4,84 4,47 4,25 4,31 4,64 5,16 5,65 6,00 Lượng cân P2 U2 o () (g) 34,4 86 34,1 35 32,0 29,7 339 27,4 308 25,0 275 24,1 240 24,8 206 27,2 172 29,8 141 31,9 112 RU2 / Ustation 6,25 6,20 5,82 5,40 4,98 4,55 4,38 4,51 4,95 5,42 5,80 Kết luận Với kết thu được, nội dung trình bày tiếp tục phát triển biên soạn thành quy trình kiểm định máy cân động Giới hạn phần trình bày dừng mức kiểm tra, đánh giá cho máy cân động trục ngang  Tài liệu tham khảo [1] Cemb S.p.A, (2014), Introductory Booklet, Z750 Basic operations, Use and Maintenance manual [2] Ing Giordano Manni, (2013), Dynamic Balancing (Basic course – R1.1) Cemb, Italy [3] Ing Giordano Manni, (2013), Dynamic Balancing (Advanced course – R1.) Cemb, Italy [4] ISO 1940-1, (2003), Mechanical vibration – Balancing quality requirements for rotors in s constant (rigid) state – Part 1: Specification and verification of balamce tolerances [5] ISO 19499, (2007), Mechanical vibration – Balancing – Guidance on the use and application of balamcing standards [6] ISO 21940-21, (2012), Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines Ngày nhận bài: 26/9/2016 Ngày chuyển phản biện: 29/9/2016 Ngày hoàn thành sửa bài: 20/10/2016 Ngày chấp nhận đăng: 27/10/2016 Hình Đồ thị đánh giá URR mặt phẳng thứ Hình Đồ thị đánh giáURR mặt phẳng thứ  ... kiểm tra máy cân động trục đứng Hình Rotor chuẩn loại A 1, 2, - vị trí mặt phẳng kiểm tra I, II - vị trí mặt phẳng gối đỡ Loại B: Loại rotor phía cổ trục, dùng kiểm tra máy cân động trục ngang, ... tác kiểm tra Tiêu chuẩn ISO 21940-21 yêu cầu việc đánh giá chức làm việc máy cân động phải thực thử nghiệm sau: - Kiểm tra lượng cân lại nhỏ đạt Umar - Kiểm tra độ giảm cân URR Trong q trình kiểm. .. 2016 máy hoạt động ổn định trì tốt chức Việc kiểm tra, đánh giá máy cân động dễ dàng thực cách sử dụng rotor chuẩn Rotor chuẩn phân chia thành ba loại: Loại A: Loại rotor khơng có cổ trục, dùng kiểm