Theo các thống kê khoa học, các máy điện quay hỏng hóc từ các nguyên nhân cơ khí chiếm 40%, để có thể tìm được nguyên nhân và ngăn ngừa sự cố từ sớm. Vậy, hiện tượng rung động trong thiết bị quay là gì, các nguyên nhân gây ra rung động cho máy quay, phân loại và mức độ ảnh hưởng đến máy quay và cách ngăn ngừa, hạn chế rung động của máy quay là gì?
Hiện tượng rung động trong thiết bị quay là gì?
Rung động trong thiết bị quay là chuyển động của máy hoặc bộ phận máy trong chuyển động điều hòa ở hai bên vị trí cân bằng, là phản ứng của một hệ thống đối với một số kích thích bên trong hoặc bên ngoài hoặc lực tác dụng lên hệ thống. Với máy quay, do kết cấu từ không cân bằng, cùng với nhiều nguyên nhân khác dẫn tới hiện tượng máy bị rung động trong quá trình hoạt động. Hiện tượng rung động trong thiết bị quay xảy ra trong nhiều loại máy quay như động cơ, tuabin, bơm, máy nén, máy phát điện và các thiết bị công nghiệp khác.
Độ rung của máy quay là hiện tượng dao động hoặc chuyển động cơ học xảy ra trong khi máy quay xung quanh một trục. Nguyên nhân gây ra độ rung trong các thiết bị quay có thể xác định bởi nhiều nguyên nhân và có thể dùng dữ liệu đo để đánh giá tình trạng, hiệu suất của thiết bị.
Các máy khác nhau có độ rung khác nhau do sự khác biệt về độ cứng, khối lượng và giảm chấn. Ba điều kiện này được sử dung để xác định cách bộ phận phản ứng với các lực kích thích rung động từ bên ngoài.
Trong hình dưới đây là ví dụ về hiện tượng rung động trong con lắc lò xo, khi có lực tác động vào vật nặng, vật nặng sẽ dao động xung quang vị trí cân bằng (Neutral position) và trong khoảng giới hạn trên (upper limit) và giới hạn dưới (lower limit).
Hiện tượng rung động trong con lắc lò xo
Nguồn gốc và nguyên nhân gây ra hiện tượng rung động trong thiết bị quay là gì?
Các nguyên nhân gây ra hiện tượng rung động trong thiết bị quay:
- Mất cân bằng: Phân bố không đều khối lượng xung quanh trục quay có thể gây ra độ rung động trong thiết bị quay. Mất cân bằng này có thể do lỗi sản xuất, mòn hoặc lắp ráp không đúng cách.
- Sự sai lệch tâm rotor: Khi trục chính của các thành phần quay không được căn chỉnh đúng cách, có thể dẫn đến độ rung trong quá trình hoạt động.
- Trục rotor cong: khi trục cong, dẫn tới sự mất cân bằng của rotor, phân phối lực không đồng đều dẫn tới rung trong khi rotor quay.
- Lỏng lẻo cơ học: Các thành phần lỏng hoặc hỏng có thể gây ra độ rung do tạo ra lỗ hổng trong hệ thống.
- Rotor bị cọ xát: khi rotor bị cọ xát với stator, khối lượng phân bố quanh trục rotor không đều, kết hợp với lực ma sát giữa rotor và stator cũng gây ra hiện tượng rung động trong thiết bị quay.
- Cộng hưởng: Nếu tần số tự nhiên của máy trùng khớp với tần số kích hoạt (như tốc độ hoạt động hoặc lực từ bên ngoài), có thể xảy ra hiện tượng đồng tần, dẫn đến độ rung gia tăng.
- Vấn đề ở bạc đạn: Bạc đạn lỗi hoặc bôi trơn không đủ có thể gây ra độ rung trong máy quay.
- Vấn đề về hệ thống bánh răng hoặc đai truyền động: Bánh răng bị mòn hoặc không khớp đúng cách có thể gây ra độ rung và tiếng ồn.
- Tác động không khí động học: Trong máy quay có lưỡi cánh hoặc các thành phần giống như quạt, lực động học có thể gây ra độ rung.
- Khuyết điểm cấu trúc: Sự biến dạng trong cấu trúc máy có thể góp phần vào các vấn đề về độ rung.
Ảnh hưởng của hiện tượng rung động trong thiết bị quay
- Tuổi thọ thiết bị giảm: Độ rung quá mức có thể làm gia tăng quá trình mòn và hỏng hóc các thành phần máy, gây ra hỏng hóc sớm.
- Tăng chi phí bảo dưỡng: Sự cố thường xuyên và việc sửa chữa do các vấn đề liên quan đến độ rung có thể dẫn đến tăng chi phí bảo dưỡng.
- Giảm hiệu suất: Độ rung có thể làm giảm hiệu suất tổng thể của máy, gây ra tăng tiêu thụ năng lượng.
- Liên quan đến an toàn: Mức độ rung ở mức cao có thể tạo ra các rủi ro an toàn đối với người vận hành và nhân viên làm việc gần thiết bị.
Giám sát và giảm thiểu độ rung động trong thiết bị quay là rất quan trọng. Cần thường xuyên theo dõi và phân tích độ rung bằng cảm biến độ rung. Dữ liệu thu thập từ cảm biến này có thể giúp chẩn đoán nguyên nhân gốc rễ của độ rung và xác định các biện pháp sửa chữa phù hợp. Công việc này có thể bao gồm: cân bằng các thành phần quay, căn chỉnh lại thiết bị, thay thế các bộ phận hỏng, cải thiện bôi trơn hoặc điều chỉnh các thông số hoạt động. Bằng cách quản lý và giảm thiểu độ rung máy quay hiệu quả, các ngành công nghiệp có thể cải thiện đáng kể tính tin cậy của thiết bị, giảm thời gian ngừng hoạt động và nâng cao hiệu suất hoạt động tổng thể.
Phân loại rung động trong thiết bị quay – gồm những loại nào?
Có ba loại chính của rung động trong thiết bị quay: rung động thô, rung động cơ bản và rung động phức tạp. Với từng loại rung động, sẽ có phân cấp về mức độ nghiêm trọng và thiệt hại rủi ro dựa trên tần số, biên độ và thời gian diễn ra.
Rung động thô
Rung động thô (Macro Vibration): Rung động thô thường có biên độ và tần số lớn hơn, dễ dàng cảm nhận bằng cảm giác thị giác và xúc giác. Ví dụ, khi một máy quay chạy không ổn định, hoặc khi một tấm kính rung động mạnh.
Phân cấp mức độ nghiêm trọng và thiệt hại rủi ro của rung động thô:
- Mức độ 1: Rung động không ảnh hưởng đến hoạt động và an toàn thiết bị.
- Mức độ 2: Rung động gây ảnh hưởng nhỏ đến hoạt động và an toàn thiết bị.
- Mức độ 3: Rung động gây tác động đáng kể đến hoạt động và an toàn thiết bị.
Rung động cơ bản (Micro Vibration)
Rung động trong thiết bị quay loại cơ bản có biên độ và tần số nhỏ hơn so với rung động thô, thường không thể cảm nhận trực tiếp bằng các giác quan. Đây là dạng rung động phổ biến trong hầu hết các hệ thống cơ khí.
Phân cấp mức độ nghiêm trọng và thiệt hại rủi ro của rung động cơ bản:
- Mức độ A: Rung động cơ bản nằm trong phạm vi bình thường và không ảnh hưởng đến hoạt động và an toàn thiết bị.
- Mức độ B: Rung động cơ bản vượt quá giới hạn cho phép, tuy nhiên, vẫn không ảnh hưởng đến hoạt động và an toàn thiết bị.
- Mức độ C: Rung động cơ bản vượt quá giới hạn cho phép và có thể ảnh hưởng đến hoạt động và an toàn thiết bị.
Rung động phức tạp (Complex Vibration)
Rung động phức tạp là sự kết hợp của nhiều tần số, hướng rung khác nhau và thường khó đo lường. Đây là dạng rung động trong thiết bị quay chủ yếu xảy ra trong các hệ thống phức tạp như động cơ máy bay, tàu, hay trong các hệ thống cơ điện tử phức tạp.
Phân cấp mức độ nghiêm trọng và thiệt hại rủi ro của rung động phức tạp:
- Mức độ I: Rung động phức tạp không ảnh hưởng đến hoạt động và an toàn thiết bị.
- Mức độ II: Rung động phức tạp có thể ảnh hưởng đến hoạt động và an toàn thiết bị.
Tùy thuộc vào loại rung động và mức độ nghiêm trọng, sẽ có các biện pháp giảm thiểu, đánh giá rủi ro áp dụng để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của các hệ thống và thiết bị có liên quan.
Dấu hiệu nhận biết hiện tượng rung động trong thiết bị quay
Dấu hiệu nhận biết hiện tượng rung động trong thiết bị quay đang xảy ra có thể khá đa dạng và phụ thuộc vào từng loại máy và ứng dụng cụ thể. Tuy nhiên, dưới đây là một số dấu hiệu chung giúp bạn nhận biết hiện tượng rung động trên thiết bị:
- Tiếng ồn xuất hiện: Nếu thiết bị đang hoạt động và bạn nghe thấy tiếng ồn lớn, không bình thường, có thể là dấu hiệu của rung động không đúng hoặc hỏng hóc trong máy.
- Dao động thị giác: Khi bạn nhìn thấy một phần của thiết bị hoặc các bộ phận liên quan đến nó dao động mạnh, rung lắc hoặc không ổn định trong quá trình hoạt động.
- Rung cảm giác: Khi bạn chạm vào thiết bị và cảm nhận rung động hoặc dao động mạnh thông qua tay hoặc cơ thể.
- Nhiệt độ tăng cao: Hiện tượng rung động trong thiết bị quay có thể tạo ra ma sát và làm tăng nhiệt độ của các bộ phận trong thiết bị, gây ra sự nóng lên không bình thường.
- Máy chạy không ổn định: Nếu thiết bị có xu hướng chạy không ổn định, không đều đặn, hoặc bị gián đoạn trong quá trình hoạt động, có thể là do rung động không đúng.
- Tăng tiêu thụ năng lượng: Hiện tượng rung động gây ra tổn thất năng lượng do phải chuyển hóa thành năng lượng rung, từ đó có thể làm tăng tiêu thụ năng lượng của máy.
- Hư hỏng và hỏng hóc: Khi máy móc rung ở mức độ nặng, không kịp phát hiện kịp thời thì máy biểu hiện thành sự cố, thậm chí là hư hỏng.
Nếu bạn nhận thấy bất kỳ dấu hiệu nào như trên hoặc có nghi ngờ về hiện tượng rung động trong thiết bị quay, nên ngừng sử dụng và tìm hiểu nguyên nhân gốc rễ.
Ngăn ngừa hiện tượng rung động trong thiết bị quay bằng cách nào?
Có thể ngăn ngừa hiện tượng rung xảy ra ở thiết bị, và việc này có thể được thực hiện bằng một số phương pháp đơn giản và hiệu quả. Dưới đây là một số phương pháp ngăn ngừa rung động trong thiết bị quay:
- Cân bằng: Đảm bảo các bộ phận quay được cân bằng chính xác là một biện pháp quan trọng để ngăn ngừa rung động. Mất cân bằng có thể dẫn đến dao động không đều và gây ra hiện tượng rung không đúng.
- Căn chỉnh: Đảm bảo các trục và các bộ phận quay liên quan được căn chỉnh đúng cách sẽ giúp giảm thiểu rung động không mong muốn.
- Kiểm tra và bảo trì định kỳ: Thực hiện kiểm tra định kỳ và bảo trì thiết bị để phát hiện sớm các vấn đề liên quan đến rung động và ngăn ngừa các hỏng hóc không đúng trước khi chúng trở thành vấn đề nghiêm trọng.
- Sử dụng vật liệu và bộ phận chất lượng cao: Chọn vật liệu và các bộ phận có chất lượng tốt, chịu được tải trọng và ứng suất để giảm thiểu rung động và gia tăng độ bền của thiết bị.
- Bảo đảm lắp ráp chính xác: Đảm bảo quá trình lắp ráp thiết bị được thực hiện đúng cách và chính xác, tránh các lỗi lắp ráp có thể gây ra rung động.
- Sử dụng hệ thống cách âm và cách rung: Áp dụng các biện pháp cách âm và cách rung để giảm thiểu tác động của rung động lên môi trường xung quanh và các thiết bị khác.
- Điều chỉnh thông số hoạt động: Điều chỉnh thông số hoạt động như tốc độ quay, lưu lượng, áp suất, và nhiệt độ để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và tránh rung động không mong muốn.
Bên cạnh đó, để đảm bảo máy móc luôn hoạt động tốt, nên trang bị thêm hệ thống giám sát rung hoặc dịch vụ đo lường định kỳ chỉ số rung cho máy móc. Điều này giúp hạn chế tối đa các thiệt hại do hiện tượng rung động trong thiết bị quay gây ra.
Một trong những phương pháp phổ biến, sử dụng công nghệ hiện tại và được ứng dụng hiệu quả hiện nay là dùng các cảm biến đo rung, thiết bị đo lường của Bently Nevada để xác định nguyên nhân và mức độ rung động. Từ đó đưa ra các biện pháp sửa chữa hoặc bảo trì kịp thời để giảm thiểu rủi ro và duy trì hoạt động ổn định của thiết bị.
Tóm lại, rung động xảy ra trên thiết bị là một hiện tượng tất yếu, ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành thiết bị ở nhiều mức độ khác nhau. Vì thế, ngăn ngừa rung động trong thiết bị quay bằng cách ứng dụng các công nghệ hiện đại là điều cần thiết và phải được thực hiện liên tục để tránh những rủi ro không mong muốn.
