Bài viết phân tích và đánh giá kết quả khi cân bằng rôto trên thiết bị cân bằng động có gối đỡ cứng và gối đỡ mềm. Kết quả phân tích và đánh giá cho thấy rõ đặc điểm của hai loại gối đỡ cứng và gối đỡ mềm trên thiết bị cân bằng động.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Phân tích đánh giá cân động rôto gối đỡ cứng gối đỡ mềm Analysis and evaluation of rotor dynamic balancing on hard-bearing and soft-bearing Bùi Minh Hiển Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Email:bui.mhien@gmail.com Mobile: 0905.268.297 Tóm tắt Từ khóa: Chi tiết quay; Cân rôto; Thiết bị cân động; Gối đỡ cứng; Gối đỡ mềm Mất cân chi tiết quay, sau gọi chung rôto, nguyên nhân gây nên rung động máy Rung động làm giảm tuổi thọ máy mà làm ảnh hưởng đến hoạt động máy bên cạnh Do vậy, rôto xảy tượng cân cần phải kiểm tra xử lý sớm Mất cân rôto định nghĩa phân bố khối lượng không qua tâm quay rơto Có nhiều ngun nhân làm rơto cân chế tạo, lắp ráp, biến dạng hay mài mịn q trình vận hành Dựa tính chất chuyển động rơto q trình cân phân thiết bị cân làm hai loại chính: thiết bị cân tĩnh thiết bị cân động Trong báo tác giả phân tích đánh giá kết cân rơto thiết bị cân động có gối đỡ cứng gối đỡ mềm Kết phân tích đánh giá cho thấy rõ đặc điểm hai loại gối đỡ cứng gối đỡ mềm thiết bị cân động Abstract Keywords: Rotating part; Rotor balancing; Balancing machine; Hardbearing; Soft-bearing Ngày nhận bài: 20/7/2018 Ngày nhận sửa: 08/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 The unbalance of rotating parts, also called rotor, is one of the main causes of vibration in machines Vibration not only reduces longevity of machine, but also affects the operation of nearby machines Thus, rotor unbalance must be investigated and taken care of when it manifests Rotor unbalance is defined as unequal distribution of the weight of rotor through ít’s rotating centerline There are many causes of rotor unbalance, such as manufacturing or assembly errors, deformation or wear during the operation Based on the motion of rotors during balancing process, the balancing machines can be grouped in two general categories: static balancing machine and dynamic balancing machine In this paper we focus on the analysis and evaluation of rotor balancing using dynamic balancing machine with two types of bearing: hard-bearing and softbearing The results demonstrated the properties of the hard-bearing and soft-bearing used on the dynamic balancing machine HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 GIỚI THIỆU Mất cân chi tiết quay, sau gọi chung rôto, không nguồn gây rung động mà cịn gây hư hại cho phận máy hay ảnh hưởng đến độ xác máy bên cạnh Mất cân rơto xem dạng hỏng cần phát khắc phục sớm để đảm bảo cho máy móc làm việc an tồn hiệu quả, đặc biệt thiết bị có tốc độ cao yêu cầu cân rôto khắc khe Rôto xác định cân khối lượng phân bố khơng qua tâm quay Có nhiều nguyên nhân gây cân rôto, cụ thể: cân chế tạo, cân lắp ráp, cân trình vận hành Nhằm khắc phục cân rôto người ta sử dụng thiết bị chuyên dùng để xác định vị trí khối cân rơto, đối trọng sau thêm vào bớt để phân bố lại khối lượng rơto Q trình xử lý cân rơto gọi q trình cân Rơto cân trạng thái tĩnh (không truyền chuyển động quay) hay trạng thái động (được truyền chuyển động quay), ứng với trạng thái cân rơto mà có phương pháp cân tương ứng: cân tĩnh cân động Trong báo này, tác giả tập trung phân tích xử lý cân rơto thiết bị cân động Hình Cấu tạo chung thiết bị cân động rôto Thiết bị cân động cho phép phát khối lượng vị trí khối cân rơto thơng qua phân tích rung động lượng cân rôto gây Cấu tạo chung thiết bị cân động (Hình 1) bao gồm: (1) rôto cần cân bằng; (2) gối đỡ rôto; (3) động truyền động cho rơto, sử dụng cấu truyền động (4) như: bánh ma sát, khớp nối trục đăng, dây đai dẹt …; (5) cảm biến gắn gối đỡ để đo rung động khối cân rôto gây ra, (6) cảm biến đo tốc độ rơto, (7) xử lý tín hiệu hiển thị kết đo Có thể phân thiết bị cân động làm hai loại dựa cấu tạo gối đỡ rôto, gồm: thiết bị cân động sử dụng gối đỡ cứng thiết bị cân động sử dụng gối đỡ mềm Sự khác hai loại gối đỡ độ cứng Gối đỡ mềm (Hình 2b) gối đỡ di chuyển tự theo phương, thường theo phương vng góc với trục rôto Nguyên lý loại gối đỡ rôto đỡ lăn xem treo giá đỡ dao động, dao động đo lại cảm biến gia tốc để xác định lượng cân rôto Nhờ dao động giá đỡ mà lực cân chi tiết không truyền lên khung đế thiết bị Đối với thiết bị cân động sử dụng gối đỡ mềm thông thường không cần phải cố định đế xưởng, tính linh hoạt thiết bị cao, có HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 thể di chuyển dễ dàng Trong đó, gối đỡ cứng (Hình 2a) đỡ rôto lăn gắn cố định khung máy, toàn lực lượng cân rôto gây rung động truyền lên gối đỡ, khung đế thiết bị Rung động gối đỡ đo cảm biến gia tốc để xác định lượng cân rôto Đối với loại thiết bị cân động sử dụng gối đỡ cứng cấu tạo khung đế thiết bị phải chắn, phải cố định xưởng bulơng Chính tính linh hoạt thiết bị cân động sử dụng gối đỡ cứng không cao Một ưu điểm khác thiết bị có gối đỡ mềm cho phép đo dao động cân nhạy so với thiết bị sử dụng gối đỡ cứng tốc độ thấp Đến nay, số nhà sản xuất thiết bị giới thiệu đặc điểm hai loại gối đỡ cứng gối đỡ mềm [1, 2], nhiên chưa có nghiên cứu phân tích đánh giá ưu điểm, nhược điểm hai loại gối đỡ Do vậy, tác giả tiến hành phân tích đánh giá cân động rôto thiết bị hỗ trợ cân động hai trường hợp gối đỡ cứng gối đỡ mềm Rơto (a) (b) Hình (a) Gối đỡ cứng sử dụng máy cân cố định CEMB, (b) Kết cấu gối đỡ mềm [3] Trong thiết bị có gối đỡ mềm, cộng hưởng rôto hay hệ thống gối đỡ xảy tốc độ thấp tốc độ cân hay có tốc độ nửa tốc độ cân Quá trình cân thực tần số cao so với tần số cộng hưởng hệ thống gối đỡ [1] Cảm biến đo dao động/rung động gắn giá đỡ treo rơto Trong thiết bị cân có gối đỡ cứng phải đo rung động lực cân truyền lên gối cố định nên cần phải đo tốc độ cao so với gối đỡ mềm; trình cân thực tốc độ thấp tần số cộng hưởng gối đỡ [1] Ưu điểm thiết bị có gối đỡ cứng khả chịu lực thiết bị tốt cho kết cân nhanh, phù hợp cho cân động sản xuất rôto hàng loạt lớn Theo tiêu chuẩn ISO loại thiết bị, máy móc có mức độ rung động cho phép khác nhau, cân ta phải dựa tiêu chuẩn để chọn giá trị phù hợp cho loại thiết bị hay rôto cần cân Đối với rôto cứng tiêu chuẩn ISO 1940-1:2003(E) “Mechanical vibration Balance quality requirements for rotors in constant (rigid) state” [4] sử dụng để đánh giá mức cân cho phép THIẾT BỊ VÀ QUY TRÌNH CÂN BẰNG ĐỘNG RÔTO 2.1 Thiết bị cân động Hiện thiết bị cân động có độ xác cao nhà sản xuất Bruel & Kjaer Đan Mạch, IRD Hoa Kỳ, SKF Thụy Điển, SCHENCK Đức chế tạo HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 bán rộng rãi thị trường, nhiên thiết bị có giá thành cao Khi cân rơto trạng thái để rời (sau chế tạo hay tháo để sửa chữa) lắp đặt máy Tùy theo trạng thái rôto, để rời hay lắp đặt, mà thiết bị cân động phân thành hai loại sau: Hình 3a thiết bị cân di động (cân trường): thiết bị sử dụng để đo dao động/rung động máy móc lắp rôto cần cân mà không cần phải tháo rời rôto, thực việc cân rôto nơi đặt máy Hình 3b thiết bị cân cố định (đặt cố định xưởng): dùng để cân rôto tháo rời, thực việc cân rôto nơi đặt thiết bị cân a) b) Hình (a) Thiết bị cân động di động Microlog GX hãng SKF, (b) Thiết bị cân cố định hãng SCHENCK Hình Mơ hình 3D thiết bị hỗ trợ cân động rơto HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Như thiết bị có hạn chế riêng, để cân cho rơto tháo rời hay lắp đặt máy cần phải đầu tư hai loại thiết bị nói trên, điều địi hỏi khoản đầu tư kinh phí lớn Nhằm khai thác triệt để khả thiết bị cân di động có (Hình 3a), tác giả nghiên cứu chế tạo thiết bị hỗ trợ cân rơto (Hình 4) để cân cho rơto trạng thái tháo rời Hình biểu diễn mơ hình thiết bị hỗ trợ cân động rơto, Hình thể kết nối hai thiết bị, đó: Thiết bị hỗ trợ cân động rơto (Hình 5) gồm phần chính: (1) khung máy có trụ trượt cho phép gối đỡ (2) di chuyển theo chiều dọc trục nhằm đáp ứng chiều dài khác rôto cần cân (3) đặt gối đỡ này, (4) động biến tần dùng để thay đổi tốc độ truyền chuyển động quay cho rôto thông qua dây đai mềm (5) Thiết bị cân di dộng SKF Microlog GX gồm có: (6) phần máy dùng để phân tích hiển thị kết trình cân động, kết nối với máy có cảm biến đo rung động (7) rơto gắn phần di động gối đỡ mềm, cảm biến laser (8) dùng để đo số vòng quay rơto q trình thực cân động thơng qua miếng phản quang (9) dán rơto Vị trí miếng phản quang rôto xem vị trí gốc 0° để xác định khối cân rôto Hình Kết nối thiết bị hỗ trợ cân động thiết bị cân động di động SKF Microlog GX Thông số kỹ thuật thiết bị hỗ trợ cân động rôto: - Cân rơto có: khối lượng đến 20kg, đường kính đến 500mm, chiều dài theo hướng trục đến 1000mm HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 - Truyền động: Động xoay chiều 0,375 kW pha, số vòng quay 2000 v/ph có sử dụng biến tần để thay đổi số vịng quay rơto, truyền đai dẹt sử dụng để truyền động cho rôto - Gối đỡ có chế độ chuyển đổi thành gối đỡ mềm gối đỡ cứng 2.2 Quy trình cân động rơto Trình tự bước thực cân động rơto thiết bị sau: Bước 1: Lắp đặt cảm biến gia tốc, cảm biến quang thiết bị cân động di động thiết bị hỗ trợ nhằm thu nhận tín hiệu rung động số vịng quay rôto cần cân Bước 2: Gá đặt rôto cần cân gối đỡ dán băng keo phản quang để xác định vị trí gốc 0, đếm số vịng quay rơto Bước 3: Thiết lập biến tần thiết bị hỗ trợ cân động để có số vịng quay rơto mong muốn Bước 4: Khởi động thiết bị cân di động SKF lựa chọn chương trình cân động mặt phẳng hai mặt phẳng, cài đặt thông số khác Bước 5: Thực bước chạy ban đầu để xem giá trị cân rơto, dựa đặc tính thiết bị tiêu chuẩn ISO 1940-1:2003(E) để xem xét lượng cân cho phép rôto Bước 6: Dừng máy, gắn khối lượng thử Bước 7: Thực bước chạy thử Trong bước chạy kết phải tuân theo nguyên tắc 30/30 [5]: có nghĩa kết bước chạy thử so với bước tham khảo phải thay đổi 30% biên độ rung động hay thay đổi pha 30% thay đổi 30% cho biên độ rung động pha Bước 8: Gắn đối trọng cần cân xem kết quả, mức độ rung động nằm khoảng cho phép dừng việc cân bằng, mức rung động chưa nằm khoảng cho phép tiếp tục gắn đối trọng tinh để giảm mức rung động THỰC NGHIỆM CÂN BẰNG RÔTO TRÊN GỐI ĐỠ CỨNG VÀ GỐI ĐỠ MỀM 3.1 Chi tiết thực nghiệm Tiến hành cân động cho rôto động điện có đường kính 130mm, chiều dài 300mm, khối lượng 4kg (Hình 5) hai trường hợp: sử dụng gối đỡ cứng gối đỡ mềm Trong trình thực nghiệm lượng cân rôto giả định cách gắn khối lượng vị trí rơto 3.2 Nội dung Thực đo rung động rôto hai trường hợp gối đỡ cứng, gối đỡ mềm hai tốc độ khác nhận kết bảng Bảng Kết đo rung động cho hai loại gối đỡ hai cấp tốc độ khác Số vịng quay rơto (v/ph) n1 = 624 n2 = 1482 Gối đỡ cứng Rung động (mm/s) Pha (°) 0,2 183 4,6 257 Kết Bảng cho thấy: Gối đỡ mềm Rung động (mm/s) Pha (°) 4,6 86 14,8 357 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 - Ở số vòng quay n1 gối đỡ cứng có mức rung động khơng đáng kể, thực tế rô to bị cân phát gối đỡ mềm Qua thấy gối đỡ mềm nhạy tốc độ thấp - Để đo giá trị rung động đo gối đỡ mềm tốc độ n1 gối đỡ cứng tốc độ phải tăng lên gấp 2,375 lần Điều khẳng định để cân rơto gối đỡ cứng rơto cần phải có tốc độ lơn so với gối đỡ mềm Tiến hành cân cho rôto hai trường hợp: gối đỡ cứng tốc độ n2 gối đỡ mềm tốc độ n1 nhận kết bảng Bảng Kết cân động mặt phẳng cho rôto gối đỡ cứng gối đỡ mềm Nội dung Rung động trước cân Đối trọng thử Rung động đặt đối trọng thử Đối trọng cân Rung động sau đặt đối trọng cân Gối đỡ cứng n2 = 1482 (v/ph) Bán kính Pha Độ lớn (mm) (°) 4,6 174 (mm/s) 11,6 (g) 55 180 4,6 257 (mm/s) 8,8(g) 55 228 0,31 282 (mm/s) Gối đỡ mềm n1 = 624 (v/ph) Bán kính Pha Độ lớn (mm) (°) 4,6 81 (mm/s) 11,6 (g) 55 180 5,3 155 (mm/s) 8,8(g) 55 238 0,29 29 (mm/s) Mức rung động rôto sau cân đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ISO 1940-1:2003(E) Kết cân rôto hai gối đỡ cứng gối đỡ mềm cho thấy: - Thời gian thực trình cân hai loại gối đỡ - Khi gắn khối lượng thử có khối lượng vị trí lên rơto giá trị rung động, pha đo có khác đáng kể Tuy nhiên, khối lượng đối trọng cần gắn lên để cân rôto nhau, giá trị pha lệch không đáng kể Kết rung động sau gắn đối trọng cân khác không đáng kể đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ISO 1940-1:2003(E) KẾT LUẬN Bài báo phân tích đánh giá đặc điểm gối đỡ cứng gối đỡ mềm thông qua lần đo thực nghiệm Kết cho thấy để cảm biến thiết bị cân nhận giá trị (4,6 mm/s) hai trường hợp tốc độ rơto gối đỡ cứng có giá trị cao gần 2,4 lần so với tốc độ rơto gối đỡ mềm Điều có nghĩa trường hợp gối đỡ cứng rơto cần phải có tốc độ đủ lớn để tạo lực rung động tác dụng lên cảm biến Trong đó, rơto gối đỡ mềm cần tốc độ thấp để tạo lực rung động lên cảm biến Nói cách khác gối đỡ mềm có độ nhạy cao so với gối đỡ cứng Mặt khác, trình cân động gối đỡ cứng toàn lực rung động tác dụng lên khung thiết bị nên cần có biện pháp cố định thiết bị lên xưởng trường hợp cân chi tiết có khối lượng lớn hay có mức độ cân cao Ngược lại, cân rôto gối đỡ mềm tồn lực cân rơto làm dao động phần đỡ gối đỡ mà không truyền lên khung thiết bị Như khẳng định thiết bị cân động sử dụng gối đỡ mềm có tính linh hoạt cao: dễ dàng di chuyển mà không cần phải cố định thiết bị lên xưởng HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Ngoài ra, báo giới thiệu thiết bị hỗ trợ cân rôto nghiên cứu chế tạo nhằm giúp tiết kiệm kinh phí cần đầu tư cho thiết bị cân cố định Thiết bị hỗ trợ cho phép kết nối với thiết bị cân di động có để thực cân động cho rôto để rời, đáp ứng nhu cầu cân rôto xưởng chế tạo, sửa chữa rôto LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng đề tài mã số B2016-ĐN02-07 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.irdbalancing.com/phone/dynamic-balancing-machines%2c-soft-bearingvs.-hard-bearing.html, http://www.irdbalancing.com/balancing-machines -types%2Cclassification%2C-and-methods.html, truy cập ngày 15/6/2018 [2] http://www.elettrorava.com/en/soft-bearing-horizontal.html, http://www.elettrorava.com/en/hard-bearing-horizontal.html, truy cập ngày 05/9/2018 [3] http://www.diamech-2000.com/balancing_machines.html, truy cập ngày 05/9/2018 [4] ISO 1940-1:2003(E), Mechanical vibration - Balance quality requirements for rotors in constant (rigid) state International Organization for Standardization [5] SKF Microlog GX Series, User manual - Part No 32298500-EN, Revision E Copyright © 2016 by SKF USA ... Có thể phân thiết bị cân động làm hai loại dựa cấu tạo gối đỡ rôto, gồm: thiết bị cân động sử dụng gối đỡ cứng thiết bị cân động sử dụng gối đỡ mềm Sự khác hai loại gối đỡ độ cứng Gối đỡ mềm (Hình... gối đỡ cứng gối đỡ mềm [1, 2], nhiên chưa có nghiên cứu phân tích đánh giá ưu điểm, nhược điểm hai loại gối đỡ Do vậy, tác giả tiến hành phân tích đánh giá cân động rôto thiết bị hỗ trợ cân động. .. trường hợp gối đỡ cứng gối đỡ mềm Rơto (a) (b) Hình (a) Gối đỡ cứng sử dụng máy cân cố định CEMB, (b) Kết cấu gối đỡ mềm [3] Trong thiết bị có gối đỡ mềm, cộng hưởng rôto hay hệ thống gối đỡ xảy