Hiểu về sự bất ổn của rotor

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,344.68 Giá gốc là: $2,344.68.$2,018.20Giá hiện tại là: $2,018.20.

Parts

Vibration sensor

$106.85 Giá gốc là: $106.85.$83.10Giá hiện tại là: $83.10.

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$147.21 Giá gốc là: $147.21.$106.85Giá hiện tại là: $106.85.

Devices

Balanset-4

$8,076.37

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.61

Parts

Reflective tape

$11.87

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,059.75 Giá gốc là: $2,059.75.$1,780.77Giá hiện tại là: $1,780.77.

Định nghĩa: Độ bất ổn của rotor là gì?

Sự bất ổn của rotor là một tình trạng trong máy móc quay trong đó rung động tự kích thích phát triển và tăng trưởng không giới hạn (chỉ bị giới hạn bởi các hiệu ứng phi tuyến tính hoặc lỗi hệ thống). Không giống như rung động từ mất cân bằng hoặc sự không thẳng hàng, là những rung động cưỡng bức phản ứng với các lực bên ngoài, sự mất ổn định của rôto là dao động tự duy trì trong đó năng lượng liên tục được trích xuất từ chuyển động quay đều của trục và đưa vào chuyển động rung.

Sự bất ổn của rotor là một trong những điều kiện nguy hiểm nhất trong động lực học rôto bởi vì nó có thể xảy ra đột ngột, phát triển nhanh chóng đến biên độ phá hủy và không thể được sửa chữa bằng cân bằng hoặc căn chỉnh. Nó đòi hỏi phải tắt ngay lập tức và sửa chữa cơ chế gây mất ổn định cơ bản.

Sự khác biệt cơ bản: Rung động cưỡng bức so với rung động tự kích thích

Rung động cưỡng bức (Ổn định)

Rung động máy móc phổ biến nhất là rung động cưỡng bức:

• Lực bên ngoài (mất cân bằng, lệch hướng) gây ra rung động
• Biên độ dao động tỷ lệ thuận với cường độ lực tác dụng
• Tần số phù hợp với tần số cưỡng bức (1X, 2X, v.v.)
• Loại bỏ lực sẽ loại bỏ rung động
• Hệ thống ổn định—rung động không tăng mà không có giới hạn

Rung động tự kích thích (Không ổn định)

Sự bất ổn của rotor tạo ra rung động tự kích thích:

• Năng lượng được trích xuất từ chính sự quay, không phải từ lực bên ngoài
• Biên độ tăng theo cấp số nhân khi vượt quá ngưỡng tốc độ
• Tần suất thường ở hoặc gần một tần số tự nhiên (thường không đồng bộ)
• Tiếp tục và phát triển ngay cả khi mất cân bằng đã được loại bỏ
• Hệ thống không ổn định—chỉ có tắt máy hoặc hành động khắc phục mới có thể dừng nó

Các loại mất ổn định rotor phổ biến

1. Xoáy dầu

Dầu xoáy là sự bất ổn phổ biến nhất trong các hệ thống ổ trục màng chất lỏng:

• Cơ chế: Nêm dầu trong ổ trục tạo ra lực tiếp tuyến trên trục
• Tính thường xuyên: Thông thường là 0,42-0,48 lần tốc độ chạy (không đồng bộ)
• Ngưỡng: Xảy ra khi tốc độ vượt quá khoảng gấp đôi tốc độ tới hạn đầu tiên
• Triệu chứng: Rung động bán đồng bộ biên độ cao tăng theo tốc độ
• Giải pháp: Thay đổi thiết kế ổ trục, tải trước hoặc cấu hình bù trừ

2. Dầu Whip (Bất ổn nghiêm trọng)

Roi dầu là một dạng xoáy dầu nghiêm trọng:

• Cơ chế: Vòng xoáy dầu khóa vào tần số tự nhiên
• Tính thường xuyên: Khóa ở tần số tự nhiên đầu tiên bất kể tốc độ tăng
• Ngưỡng: Xảy ra ở tốc độ tới hạn đầu tiên gấp 2 lần
• Triệu chứng: Biên độ rất cao, tần số không đổi mặc dù tốc độ thay đổi
• Sự nguy hiểm: Có thể gây ra thiệt hại thảm khốc cho ổ trục và trục trong vòng vài phút

3. Xoáy nước

Xảy ra ở các tua bin hơi nước có phớt chắn:

• Cơ chế: Lực liên kết khí động học trong khe hở phớt
• Tính thường xuyên: Tần số gần tự nhiên, gần như đồng bộ
• Điều kiện: Chênh lệch áp suất cao giữa các phớt
• Giải pháp: Phanh xoáy, thiết bị chống xoáy, sửa đổi thiết kế phớt

4. Roi trục

Thuật ngữ chung cho các bất ổn tự kích thích khác nhau:

• Có thể do giảm chấn bên trong vật liệu trục
• Roi ma sát khô từ phớt hoặc vết chà xát
• Lực liên kết chéo khí động học hoặc thủy động học

Đặc điểm và triệu chứng

Chữ ký rung động

Sự mất ổn định của rotor tạo ra các kiểu rung động đặc trưng:

• Tần số dưới đồng bộ: Tần số rung nhỏ hơn 1 lần tốc độ chạy (thường là 0,4-0,5 lần)
• Độc lập về tốc độ: Khi sự bất ổn định được khóa, tần số vẫn không đổi ngay cả khi tốc độ thay đổi
• Tăng trưởng nhanh: Biên độ tăng theo cấp số nhân khi vượt quá ngưỡng tốc độ
• Biên độ cao: Có thể đạt tới biên độ rung mất cân bằng gấp 2-10 lần
• Tiến động tiến tới: Quỹ đạo trục quay cùng hướng với trục quay

Hành vi khởi phát

• Sự bất ổn thường có ngưỡng tốc độ
• Dưới ngưỡng: hệ thống ổn định, chỉ có rung động cưỡng bức
• Ở ngưỡng: sự nhiễu loạn nhỏ kích hoạt sự khởi phát
• Trên ngưỡng: sự bất ổn phát triển nhanh chóng
• Có thể ban đầu không liên tục, sau đó trở nên liên tục

Nhận dạng chẩn đoán

Các chỉ số chẩn đoán chính

Phân biệt sự bất ổn với các nguồn rung động khác:

Đặc điểm	Mất cân bằng (Bắt buộc)	Sự bất ổn (Tự kích động)
Tính thường xuyên	1× tốc độ chạy	Không đồng bộ (thường là ~0,45×)
Biên độ so với Tốc độ	Tăng tốc mượt mà²	Đột ngột khởi phát vượt ngưỡng
Phản ứng với sự cân bằng	Giảm rung động	Không có cải thiện
Tần suất so với Tốc độ	Các bản nhạc có tốc độ (thứ tự không đổi)	Tần số không đổi (thay đổi thứ tự)
Hành vi tắt máy	Giảm theo tốc độ	Có thể vẫn tồn tại trong thời gian ngắn sau khi tốc độ giảm

Xác nhận sự bất ổn

• Trình diễn phân tích đơn hàng—sự bất ổn thể hiện ở tần số không đổi, thứ tự thay đổi
• Khu vực thác nước hiển thị tần số không theo dõi tốc độ
• Việc cân bằng không có tác dụng đối với thành phần không đồng bộ
• Phân tích quỹ đạo cho thấy sự tiến động về phía trước ở tần số tự nhiên

Phòng ngừa và giảm thiểu

Những cân nhắc về thiết kế

• Giảm chấn thích hợp: Thiết kế hệ thống ổ trục với đủ giảm chấn để ngăn chặn sự bất ổn
• Lựa chọn vòng bi: Chọn loại ổ trục và cấu hình ổ trục có khả năng giảm chấn tốt (ổ trục đệm nghiêng, ổ trục tải trước)
• Tối ưu hóa độ cứng: Tỷ lệ độ cứng của trục và ổ trục thích hợp
• Phạm vi tốc độ hoạt động: Thiết kế để hoạt động dưới ngưỡng tốc độ không ổn định

Giải pháp thiết kế ổ trục

• Vòng bi đệm nghiêng: Loại ổ trục ổn định vốn có dành cho các ứng dụng tốc độ cao
• Vòng bi đập áp lực: Hình học được sửa đổi để tăng khả năng giảm chấn hiệu quả
• Tải trọng trước của ổ trục: Tăng độ cứng và giảm chấn, tăng tốc độ ngưỡng
• Bộ giảm chấn màng ép: Thiết bị giảm chấn bên ngoài xung quanh ổ trục

Giải pháp vận hành

• Giới hạn tốc độ: Giới hạn tốc độ tối đa dưới ngưỡng
• Tăng tải: Tải trọng chịu lực cao hơn có thể cải thiện biên độ ổn định
• Kiểm soát nhiệt độ: Nhiệt độ dầu ổ trục ảnh hưởng đến độ nhớt và giảm chấn
• Giám sát liên tục: Phát hiện sớm cho phép tắt máy trước khi xảy ra hư hỏng

Phản ứng khẩn cấp

Nếu phát hiện rotor không ổn định trong quá trình vận hành:

1. Hành động ngay lập tức: Giảm tốc độ hoặc tắt máy ngay lập tức
2. Không cố gắng giữ thăng bằng: Việc cân bằng sẽ không khắc phục được sự mất ổn định và lãng phí thời gian
3. Điều kiện tài liệu: Ghi lại tốc độ lúc bắt đầu, tần số, tiến trình biên độ
4. Điều tra nguyên nhân gốc rễ: Xác định cơ chế bất ổn nào hiện diện
5. Thực hiện sửa lỗi: Sửa đổi vòng bi, phớt hoặc điều kiện vận hành khi cần thiết
6. Xác minh sửa lỗi: Kiểm tra cẩn thận và theo dõi chặt chẽ trước khi đưa vào sử dụng trở lại

Phân tích độ ổn định

Các kỹ sư dự đoán và ngăn ngừa sự bất ổn thông qua phân tích độ ổn định:

• Tính toán giá trị riêng của hệ thống ổ trục rôto
• Phần thực của giá trị riêng biểu thị sự ổn định (âm = ổn định, dương = không ổn định)
• Xác định ngưỡng tốc độ khi độ ổn định thay đổi
• Thiết kế sửa đổi để đảm bảo biên độ ổn định thích hợp
• Thường yêu cầu phần mềm động lực học rôto chuyên dụng

Sự mất ổn định của rotor, tuy ít phổ biến hơn mất cân bằng hoặc lệch trục, nhưng lại là một trong những tình trạng rung động nghiêm trọng nhất trong máy móc quay. Hiểu rõ cơ chế hoạt động, nhận biết các triệu chứng và biết cách khắc phục phù hợp là những kỹ năng thiết yếu đối với các kỹ sư và kỹ thuật viên làm việc với thiết bị quay tốc độ cao.

---

← Quay lại Mục lục chính