HỆ THỐNG GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ RUNG ĐỘNG

Hệ thống giám sát rung động là hệ thống đo và phân tích rung động, từ đó biết được tình trạng hoạt động của hệ thống đang làm việc nhằm ngăn ngừa các hư hỏng, phục hồi hoặc thay thế kịp thời các bộ phận hư hỏng, làm giảm bớt chi phí bảo trì và nâng cao khả năng sẵn sàng của hệ thống.

1.      Hệ thống giám sát rung động

–  Hệ thống giám sát rung động đơn giản nhất là hệ thống sử dụng bút đo rung động. Hệ thống này không cần đầu tư nhiều về tài chính và nhân công.

–  Hệ thống giám sát bán tự động hay giám sát định kỳ là hệ thống sử dụng những thiết bị cầm tay đơn giản, có khả năng phân tích rung động, để xác định tình trạng của hệ thống. Những thiết bị loại này bao gồm: máy đo xung va đập, gia tốc kế, máy phân tích rung động, …

–  Hệ thống giám sát tự động hay giám sát liên tục bao gồm những bộ chuyển đổi đặt cố định ở nhiều vị trí khác nhau trong dây chuyền thiết bị của nhà máy. Tín hiệu ra của các bộ chuyển đổi này được tải về bộ xử lý trung tâm đặt trong phòng kỹ thuật nhà máy thông qua hệ thống truyền thông.

Khi lựa chọn hệ thống giám sát cần chú ý đến chi phí, qui trình và kỹ thuật giám sát. Không nên đầu tư nhiều chi phí để giám sát tất cả thiết bị mà chỉ cần ưu tiên cho những thiết bị có vai trò quan trọng trong hệ thống. Vì vậy có thể triển khai chương trình giám sát liên tục cho các thiết bị thỏa mãn một trong những tiêu chuẩn sau:

–  Khi dừng ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất.

–  Thiết bị có giá thành cao và khó mua.

–  Khi hư hỏng dễ gây ra thương vong cho người sử dụng.

–  Đóng vai trò chủ đạo trong sản xuất, không có máy dự phòng.

Hệ thống giám sát bán liên tục cũng có thể được áp dụng với những thiết bị đáp ứng những tiêu chuẩn trên. Nhưng thường thì chỉ được áp dụng cho những thiết bị với những tiêu chuẩn ít nghiêm trọng hơn như:

–  Có chi phí tương đối cao khi thay mới.

–  Khi hư hỏng thì làm tăng chi phí sản xuất, hoặc giảm năng suất nhưng không làm gián đoạn hoàn toàn quá trình sản xuất.

–  Là máy quan trọng nhưng có máy dự phòng.

–  Máy dễ bị hư hỏng.

Do hệ thống giám sát liên tục có chi phí cao nên trong công nghiệp thường sử dụng hệ thống giám sát định kỳ cũng đủ đáp ứng nhu cầu bảo trì. Vì thế chương trình giám sát rung động thường bắt đầu với những thiết bị đo đơn giản để phân tích sơ bộ hư hỏng. Sau đó nguyên nhân hư hỏng được phân tích cụ thể hơn bằng những thiết bị có độ chính xác và giá thành cao hơn như: thiết bị đếm xung va đập, phân tích quang phổ hay các loại thiết bị phân tích rung động.

Hệ thống giám sát liên tục, như được trình bày ở hình 1, nên được áp dụng cho những máy quan trọng.

 

Hình 1: Hệ thống giám sát liên tục

2.      Các biện pháp hạn chế rung động

Trong môi trường công nghiệp có rất nhiều nguồn gây ra rung động, điển hình là những máy quay hoạt động ở tốc độ cao. Các kỹ thuật hạn chế rung động có khả năng làm giảm đáng kể rung động trong quá trình máy làm việc, tăng tuổi thọ của ổ bi, tăng độ tin cậy, giảm chi phí bảo trì.

Để hạn chế được rung động cần phải xác định nguồn gốc gây ra rung động. Sau đó áp dụng các phương pháp hạn chế rung động phù hợp. Có thể giảm thiểu sự lan truyền rung động bằng giải pháp cách ly rung động. Tránh hiện tượng cộng hưởng bằng cách giữ cho tần số tự nhiên và tần số kích thích cách xa. Khi những giải pháp trên không khả thi thì có thể dùng các hệ thống hấp thụ rung động hay các cơ cấu giảm chấn. Ngoài ra, việc khống chế rung động cần phải được xem xét ngay trong quá trình thiết kế để có thể giảm rung động một cách hiệu quả. Sau đây là một số giải pháp hạn chế rung động thông dụng.

a.      Giảm kích thích

Hai nguyên nhân chính gây ra rung động là mất cân bằng và không đồng trục. Hai nguyên nhân này làm phát sinh các lực kích thích và gây ra hư hỏng. Do đó để giảm thiểu lực kích thích nên quan tâm đến vấn đề này ngay từ khi thiết kế, chế tạo và lắp đặt các thiết bị, cũng như lúc vận hành. Sau đây là những biện pháp giảm kích thích do hai nguyên nhân trên gây ra:

–  Nếu rung động do mất cân bằng tạo ra vượt qua mức cho phép thì phải sử dụng các phương pháp đo rung động để phát hiện và loại bỏ bằng cách lấy đi lượng mất cân bằng hoặc thêm vào đối trọng để khử tác động của lượng mất cân bằng.

–  Nếu rung động quá mức gây ra do hiện tượng không đồng trục trong máy quay thì có thể tránh được bằng cách lắp ổ bi trên những giá đỡ cứng vững, hay sử dụng cấu trúc dạng hộp. Một số phương pháp được sử dụng để làm giảm rung động trong trường hợp này là:

–  Thường xuyên kiểm tra và điều chỉnh sự thẳng hàng của mối ghép cả trong trạng thái tĩnh và động.

–  Tăng cường bôi trơn bộ truyền bánh răng.

–  Thay đổi chiều dày và độ nhớt của lớp dầu bôi trơn, để ngăn ngừa sự gia tăng độ không đồng trục.

b.      Tránh cộng hưởng

Có thể tính toán để tránh cộng hưởng ngay từ giai đoạn thiết kế. Thay đổi độ cứng và khối lượng ở một số nơi có thể làm thay đổi tần số rung động tự nhiên. Thay đổi vận tốc làm thay đổi tần số đầu ra, tuy nhiên điều này không phải lúc nào cũng thực hiện được.

c.      Cách ly rung động

 Nguyên lý của phương pháp này là sử dụng bộ cách ly để làm giảm rung động truyền từ nguồn rung động sang thiết bị vân hành. Bộ cách ly rung động có tần số riêng thấp hơn nhiều so với tần số rung động cần cách ly. Nhờ đặc tính này của bộ cách ly mà rung động bị giảm đi khi truyền đến thiết bị đang vận hành.

Khi rung động bắt nguồn từ bệ móng truyền lên thiết bị, điều quan trọng là không chỉ phải biết tần số rung động mà còn phải quan tâm đến cộng hưởng bên trong thiết bị (cộng hưởng nội).

d.      Hấp thụ rung động

Trong trường hợp không thể giảm rung động bằng cách thay đổi tần số tự nhiên hay tần số kích thích, có thể sử dụng hệ thống giảm chấn gồm lò xo và khối lượng như ở hình 2 để giảm rung động của hệ thống chính. Nguyên lý của phương pháp này là làm cho tần số tự nhiên của bộ hấp thụ bằng với tần số kích thích. Nội lực của bộ hấp thụ sẽ cân bằng hoàn toàn với lực kích thích do hệ thống chính tạo ra và như vậy là rung động của máy sẽ bị triệt tiêu.

Giải pháp này chỉ sử dụng cho các máy có tốc độ vận hành không thay đổi hoặc thay đổi nhưng không đột ngột như: các động cơ đồng bộ, các động cơ đốt trong vận hành với một vận tốc không đổi… Nếu máy có tốc độ thay đổi nhanh thì việc điều chỉnh để thay đổi tần số riêng của bộ hấp thụ không thể đáp ứng kịp thời kết quả là không thể hấp thụ được rung động.

 

Hình 2: Nguyên lý của bộ hấp thụ rung động

e.      Giảm chấn

Đối với hệ thống chịu rung động cưỡng bức, nếu biết được tần số kích thích thì có thể tránh được cộng hưởng bằng cách biến đổi tần số riêng của hệ thống. Đối với các loại máy phức tạp, việc di chuyển các tần số cộng hưởng của một chi tiết này thì có thể gây ra một rung động phức tạp cho một số chi tiết khác của máy. Mặt khác, thiết bị hoặc hệ thống có thể phải vận hành theo yêu cầu ở một khoảng tốc độ nào đó mà trong khoảng tốc độ này sẽ gây ra cộng hưởng. Ví dụ như ở các động cơ điện có thể điều chỉnh tốc độ hay các động cơ đốt trong thì hiện tượng cộng hưởng khó có thể tránh khỏi. Trong những trường hợp như vậy, giải pháp thông thường là thêm giảm chấn ngoài cho các chi tiết cần đặc biệt quan tâm. Có thể áp dụng giải pháp này bằng nhiều cách như:      

 

–  Giảm chấn giao diện bằng cách cho hai bề mặt trượt lên nhau dưới áp lực (H.3). Nếu giữa hai bề mặt không có chất bôi trơn, tác động giảm chấn được xem là ma sát khô. Một trong những ví dụ điển hình nhất là nhíp xe tải. Ma sát khô là một môi trường hữu hiệu để làm tắt dần rung động quá mức, tuy nhiên có nhược điểm là hai bề mặt tiếp xúc nhanh bị mòn.

– Phun lớp vật liệu có độ giảm chấn nội cao lên bề mặt các chi tiết chịu rung động uốn. Lớp vật liệu này có nhiệm vụ phân tán năng lượng để giảm bớt rung động tại những tần số cộng hưởng.

Đã có nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy chiều dày của lớp bôi trơn đàn hồi không phải là yếu tố quan trọng để giảm chấn mà chính hình dáng hình học (đối xứng, bất đối xứng) mới là yếu tố quan trọng làm giảm chấn.

 

Hình 3: Giảm chấn giao diện

f.       Cân bằng máy quay

Biểu hiện của mất cân bằng trong rôto quay là rung động được tạo ra. Nếu rung động do mất cân bằng tạo ra vượt mức giới hạn thì phải loại bỏ sự mất cân bằng này bằng cách lấy đi hay thêm vào một khối lượng thích hợp. Cách thức cân bằng một bộ phận mà không cần lấy ra khỏi cụm máy được gọi là cân bằng tại chỗ. Cân bằng tại chỗ tránh được việc tháo máy đồng nghĩa với việc tránh mất thời gian, tiền bạc và nguy cơ hư hỏng các bộ phận liên quan. Tuy nhiên đối với các máy có vỏ kín như động cơ, máy bơm, máy nén, … thì cần phải tháo rời để thực hiện việc cân bằng.

Nếu máy vận hành ở vận tốc thấp và có lượng mất cân bằng lớn thì có thể dùng bút chì ghi dấu đốm nặng lên mặt quay. Sau đó một trọng lượng tương đương sẽ được thêm vào tại điểm đối xứng của đốm nặng qua tâm quay của vật.

Việc cân bằng thường được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị cân bằng. Các thiết bị này chỉ ra vị trí mất cân bằng và từ đó xác định khối lượng cần thêm hoặc bớt.

Phạm Ngọc Tuấn – Nguyễn Văn Hiền

*

*

Top