Cân bằng quạt hút công nghiệp: Hướng dẫn đầy đủ từ lý thuyết đến thực hành

Phần 1: Các nguyên tắc cơ bản của sự mất cân bằng - Hiểu "Tại sao"

Cân bằng khối lượng quay là một trong những hoạt động quan trọng trong bảo trì và sửa chữa thiết bị công nghiệp, đặc biệt quan trọng đối với cân bằng khí thải ứng dụng. Để loại bỏ hiệu quả và sáng suốt các vấn đề liên quan đến rung động quá mức, cần phải hiểu sâu sắc về các quá trình vật lý cơ bản gây mất cân bằng, các dạng, nguyên nhân và hậu quả tàn phá của nó.

1.1. Vật lý mất cân bằng: Khoa học về rung động

Trong một thế giới lý tưởng, một vật thể quay như cánh quạt hút sẽ được cân bằng hoàn hảo. Về mặt cơ học, điều này có nghĩa là trục quán tính trung tâm chính của nó hoàn toàn trùng khớp với trục quay hình học. Tuy nhiên, trên thực tế, do lỗi sản xuất và các yếu tố vận hành, một tình trạng gọi là mất cân bằng xảy ra, khi trọng tâm của rotor bị lệch so với trục quay của nó.

Khi một rotor mất cân bằng như vậy bắt đầu quay, sự bù trừ khối lượng này tạo ra lực ly tâm. Lực này liên tục thay đổi hướng, tác động vuông góc với trục quay và truyền qua trục đến các ổ trục, rồi đến toàn bộ cấu trúc. Lực tuần hoàn này là nguyên nhân gốc rễ của rung động.

Trong đó F là lực ly tâm, m là độ lớn khối lượng không cân bằng, ω là vận tốc góc và r là khoảng cách từ trục quay đến khối lượng không cân bằng (độ lệch tâm).

Điểm mấu chốt của mối quan hệ này là lực quán tính tăng tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ quay (ω²). Điều này có ý nghĩa thực tiễn to lớn đối với cân bằng khí thải Quy trình. Ví dụ, việc tăng gấp đôi tốc độ quạt hút sẽ làm tăng lực rung lên bốn lần. Sự tăng trưởng phi tuyến tính này giải thích tại sao một quạt hút hoạt động ở mức chấp nhận được ở tốc độ thấp có thể đạt mức rung động thảm khốc khi đạt tốc độ danh định hoặc tăng cao, chẳng hạn như khi được điều khiển bằng bộ biến tần.

1.2. Phân loại mất cân bằng: Ba loại vấn đề

Sự mất cân bằng của rôto, tùy thuộc vào sự sắp xếp tương hỗ của trục quán tính và trục quay, được chia thành ba loại chính:

Mất cân bằng tĩnh (Lực/Mất cân bằng tĩnh)

Sự định nghĩa: Xảy ra khi trục quán tính dịch chuyển song song với trục quay. Điều này có thể được hình dung như có một "điểm nặng" trên rotor.

Chẩn đoán: Loại mất cân bằng này đặc biệt ở chỗ nó xuất hiện ngay cả khi đứng yên. Nếu một rotor như vậy được đặt trên các giá đỡ nằm ngang có ma sát thấp (gọi là "cạnh dao"), nó sẽ luôn quay dưới tác dụng của trọng lực và dừng lại khi đầu nặng hướng xuống dưới.

Sửa lỗi: Loại bỏ tương đối đơn giản bằng cách thêm (hoặc loại bỏ) khối lượng hiệu chỉnh trên một mặt phẳng, 180 độ đối diện với điểm nặng đã xác định. Mất cân bằng tĩnh là đặc điểm của rô-tơ hẹp, hình đĩa với tỷ lệ chiều dài trên đường kính (L/D) thấp (ví dụ: nhỏ hơn 0,5).

Sự mất cân bằng của cặp đôi

Sự định nghĩa: Xảy ra khi trục quán tính giao với trục quay tại tâm khối lượng của rô-to. Về mặt vật lý, điều này tương đương với việc có hai khối lượng không cân bằng bằng nhau nằm trên hai mặt phẳng khác nhau dọc theo chiều dài rô-to và cách nhau 180 độ.

Chẩn đoán: Ở vị trí tĩnh, rotor như vậy được cân bằng và không có xu hướng chiếm bất kỳ vị trí cụ thể nào. Tuy nhiên, trong quá trình quay, cặp khối lượng này tạo ra một mô men "lắc lư" hoặc "lắc lư" có xu hướng làm rotor vuông góc với trục quay, gây ra rung động mạnh tại các giá đỡ.

Sửa lỗi: Cần phải hiệu chỉnh ít nhất hai mặt phẳng để bù cho thời điểm này.

Sự mất cân bằng động

       

Sự định nghĩa: Đây là trường hợp phổ biến nhất và thường gặp nhất trong thực tế, trong đó trục quán tính không song song cũng không cắt trục quay mà lệch với trục quay trong không gian. Mất cân bằng động luôn là sự kết hợp của mất cân bằng tĩnh và mất cân bằng cặp.

Chẩn đoán: Chỉ xuất hiện khi rôto quay.

Sửa lỗi: Luôn yêu cầu cân bằng trên ít nhất hai mặt phẳng hiệu chỉnh để đồng thời bù cho cả thành phần lực và mô men.

1.3. Nguyên nhân gốc rễ của vấn đề: Sự mất cân bằng đến từ đâu?

Nguyên nhân gây mất cân bằng có thể được chia thành hai nhóm lớn, đặc biệt liên quan đến cân bằng khí thải ứng dụng:

Các yếu tố vận hành (phổ biến nhất):

• Tích lũy vật chất: Nguyên nhân phổ biến nhất khiến quạt hút hoạt động trong môi trường ô nhiễm. Bụi, đất, sơn, sản phẩm chế biến hoặc độ ẩm tích tụ không đều trên cánh quạt làm thay đổi sự phân bố khối lượng.
• Sự mài mòn và ăn mòn: Sự mài mòn không đều của lưỡi dao, sự xói mòn của giọt chất lỏng hoặc sự ăn mòn hóa học dẫn đến mất khối lượng ở một số khu vực và mất cân bằng.
• Biến dạng nhiệt: Sự gia nhiệt hoặc làm mát không đều của rôto, đặc biệt là trong thời gian tắt máy kéo dài của thiết bị nóng, có thể dẫn đến trục hoặc cánh quạt bị uốn cong tạm thời hoặc vĩnh viễn.
• Mất cân bằng trọng lượng: Các quả cân chỉnh được lắp đặt trước đó có thể bị bong ra do rung động, ăn mòn hoặc tác động cơ học.

Lỗi sản xuất và lắp ráp:

• Lỗi sản xuất: Vật liệu không đồng đều (ví dụ, độ xốp của vật đúc), gia công không chính xác hoặc lắp ráp cánh quạt vào bánh công tác kém chất lượng.
• Lỗi lắp ráp và cài đặt: Cánh quạt lắp không đúng vào trục, không thẳng hàng, lỏng chốt hãm trục, không thẳng hàng trục động cơ và quạt.
• Các vấn đề liên quan đến thành phần: Sử dụng dây đai truyền động không đạt tiêu chuẩn hoặc bị mòn, ổ trục bị lỗi, bộ phận gắn vào nền móng bị lỏng (tình trạng được gọi là "chân mềm").

1.4. Hậu quả của sự mất cân bằng: Phản ứng dây chuyền hủy diệt

Việc bỏ qua các vấn đề mất cân bằng sẽ dẫn đến phản ứng dây chuyền gây ra hậu quả phá hoại ảnh hưởng đến cả các thành phần thiết bị cơ khí và hiệu suất kinh tế, đặc biệt nghiêm trọng trong hệ thống xả:

Hậu quả về mặt cơ học:

• Độ rung và tiếng ồn: Hậu quả rõ ràng nhất là độ rung và tiếng ồn tăng đột ngột, dẫn đến điều kiện làm việc xấu đi và là dấu hiệu đầu tiên của sự cố.
• Mòn ổ trục tăng tốc: Hậu quả thường gặp nhất, tốn kém nhất và nguy hiểm nhất. Tải trọng tuần hoàn từ lực ly tâm gây ra hiện tượng mỏi nhanh và phá hủy các bộ phận lăn và rãnh lăn, làm giảm tuổi thọ ổ trục hàng chục lần.
• Lỗi mỏi: Tiếp xúc với rung động kéo dài sẽ dẫn đến hiện tượng mỏi trong kim loại, có khả năng gây phá hủy trục, kết cấu đỡ, mối hàn và thậm chí làm gãy bu lông neo giữ chặt thiết bị vào móng.
• Thiệt hại cho các thành phần lân cận: Rung động cũng phá hủy các kết nối khớp nối, truyền động đai và phớt trục.

Hậu quả về kinh tế và hoạt động:

• Tăng mức tiêu thụ năng lượng: Một phần đáng kể năng lượng động cơ không được sử dụng để di chuyển không khí mà để tạo ra rung động, dẫn đến tổn thất tài chính trực tiếp.
• Hiệu suất giảm: Rung động có thể làm gián đoạn đặc tính khí động học của cánh quạt, dẫn đến giảm luồng khí và áp suất do quạt hút tạo ra.
• Thời gian ngừng hoạt động khẩn cấp: Cuối cùng, sự mất cân bằng sẽ dẫn đến việc ngừng hoạt động khẩn cấp của thiết bị, gây ra chi phí sửa chữa tốn kém và tổn thất do dây chuyền sản xuất ngừng hoạt động.
• Mối đe dọa về an toàn: Trong những trường hợp nghiêm trọng, cánh quạt có thể bị phá hủy ở tốc độ cao, gây ra mối đe dọa trực tiếp đến tính mạng và sức khỏe của con người.

Phần 2: Chẩn đoán rung động - Nghệ thuật chẩn đoán chính xác

Chẩn đoán đúng là nền tảng của việc cân bằng thành công. Trước khi tiến hành hiệu chỉnh khối lượng, cần phải xác định chắc chắn rằng mất cân bằng thực sự là nguyên nhân chính gây ra rung động quá mức. Phần này tập trung vào các phương pháp công cụ không chỉ cho phép phát hiện vấn đề mà còn xác định chính xác bản chất của nó.

2.1. Tại sao rung động không phải lúc nào cũng là mất cân bằng: Chẩn đoán phân biệt

Một nguyên tắc quan trọng mà mọi chuyên gia bảo trì phải hiểu: rung động quá mức là một triệu chứng, không phải là chẩn đoán. Mặc dù mất cân bằng là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây rung động quạt hút, nhưng một số lỗi khác cũng có thể tạo ra các kiểu rung tương tự, cần được loại trừ trước khi bắt đầu. cân bằng khí thải công việc.

Những khuyết điểm chính "ngụy trang" thành sự mất cân bằng:

• Sự không cân xứng: Trục lệch giữa động cơ và quạt. Trong phổ rung động, đặc trưng bởi đỉnh đáng kể ở tần số chạy gấp đôi (2x), đặc biệt là theo hướng trục.
• Độ lỏng cơ học: Nới lỏng bu lông đỡ ổ trục, nứt khung móng. Biểu hiện dưới dạng chuỗi sóng hài tần số chạy (1x, 2x, 3x, v.v.) và trong trường hợp nghiêm trọng, sóng hài phụ (0,5x, 1,5x).
• Lỗi ổ trục lăn: Bong tróc, nứt trên rãnh lăn hoặc các bộ phận lăn. Tạo ra rung động ở các thành phần tần số cao, không đồng bộ (không phải bội số của tần số quay) đặc trưng được tính toán từ hình dạng ổ trục.
• Trục cong: Tạo ra rung động ở cả tần số chạy (1x) và chạy kép (2x), làm phức tạp đáng kể việc chẩn đoán và yêu cầu ứng dụng phân tích pha bắt buộc để phân biệt với mất cân bằng và sai lệch.
• Cộng hưởng: Sự khuếch đại rung động mạnh, đa tần số khi tần số quay vận hành trùng với một trong các tần số tự nhiên của kết cấu. Tình trạng cực kỳ nguy hiểm này không thể loại bỏ bằng cách cân bằng.

2.2. Bộ công cụ của chuyên gia: Đôi mắt và đôi tai của kỹ sư

Chẩn đoán rung động chính xác và tiếp theo cân bằng khí thải yêu cầu thiết bị chuyên dụng:

• Cảm biến rung (Máy đo gia tốc): Phương pháp thu thập dữ liệu chính. Để có hình ảnh rung động ba chiều hoàn chỉnh của máy, các cảm biến được lắp đặt trên vỏ ổ trục theo ba hướng vuông góc với nhau: ngang, dọc và dọc trục.
• Máy phân tích/cân bằng rung động di động: Các nhạc cụ hiện đại như Balanset-1A Kết hợp các chức năng của máy đo rung động (đo mức rung động tổng thể), máy phân tích phổ biến đổi Fourier nhanh (FFT), máy đo pha và máy tính cân bằng. Chúng cho phép chẩn đoán và cân bằng toàn diện ngay tại nơi vận hành thiết bị.
• Máy đo tốc độ (Quang học hoặc Laser): Là một phần không thể thiếu của bất kỳ bộ cân bằng nào. Cần thiết để đo tốc độ quay chính xác và đồng bộ hóa phép đo pha. Để vận hành, một miếng băng phản quang nhỏ được dán vào trục hoặc bộ phận quay khác.
• Software: Phần mềm chuyên dụng cho phép duy trì cơ sở dữ liệu thiết bị, phân tích xu hướng rung động theo thời gian, thực hiện chẩn đoán phổ chuyên sâu và tự động tạo báo cáo công việc.

2.3. Đọc phổ rung động (Phân tích FFT): Giải mã tín hiệu máy

Tín hiệu rung động đo được bằng gia tốc kế biểu thị sự phụ thuộc phức tạp giữa biên độ và thời gian. Về mặt chẩn đoán, tín hiệu này không cung cấp nhiều thông tin. Phương pháp phân tích chính là Biến đổi Fourier Nhanh (FFT), phân tích toán học tín hiệu thời gian phức tạp thành phổ tần số của nó. Phổ này cho thấy chính xác tần số nào chứa năng lượng rung động, cho phép xác định các nguồn rung động này.

Chỉ báo mất cân bằng chính trong phổ rung động là sự hiện diện của một đỉnh trội ở tần số bằng chính xác tần số quay của rô-to. Tần số này được ký hiệu là 1x. Biên độ (chiều cao) của đỉnh này tỷ lệ thuận với độ lớn mất cân bằng.

2.4. Vai trò chính của Phân tích pha: Xác nhận chẩn đoán

Phân tích pha là một công cụ mạnh mẽ cho phép xác nhận chắc chắn chẩn đoán "mất cân bằng" và phân biệt nó với các khiếm khuyết khác cũng biểu hiện ở tần số chạy 1x.

Pha về cơ bản là mối quan hệ thời gian giữa hai tín hiệu rung động có cùng tần số, được đo bằng độ. Nó cho thấy các điểm khác nhau của máy di chuyển như thế nào so với nhau và so với vạch phản xạ trên trục.

Xác định loại mất cân bằng theo pha:

• Mất cân bằng tĩnh: Cả hai giá đỡ ổ trục đều chuyển động đồng bộ, "cùng pha". Do đó, độ lệch góc pha được đo tại hai giá đỡ theo cùng một hướng xuyên tâm sẽ gần bằng 0° (±30°).
• Sự mất cân bằng động hoặc cặp đôi: Các giá đỡ thực hiện chuyển động dao động "ngược pha". Do đó, độ lệch pha giữa chúng sẽ gần 180° (±30°).

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

€1,751.00

Parts

Vibration sensor

€90.00

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

€124.00

Devices

Balanset-4

€6,803.00

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

€46.00

Parts

Reflective tape

€10.00

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

€1,561.00

Phần 3: Hướng dẫn cân bằng thực tế - Phương pháp từng bước và mẹo chuyên nghiệp

Phần này trình bày hướng dẫn chi tiết, từng bước để thực hiện cân bằng khí thải công việc, từ các hoạt động chuẩn bị đến các kỹ thuật chuyên biệt cho các loại quạt hút khác nhau.

3.1. Giai đoạn chuẩn bị - 50% của thành công

Chuẩn bị chất lượng là chìa khóa thành công và an toàn cân bằng khí thải. Bỏ qua giai đoạn này thường dẫn đến kết quả không chính xác và mất thời gian.

An toàn là trên hết:

Trước khi bắt đầu bất kỳ công việc nào, thiết bị phải được ngắt điện hoàn toàn. Các quy trình khóa/gắn thẻ tiêu chuẩn (LOTO) được áp dụng để ngăn ngừa khởi động ngẫu nhiên. Phải kiểm tra xem có điện áp tại các đầu cực của động cơ không.

Vệ sinh và kiểm tra trực quan:

Đây không phải là thao tác sơ bộ mà là thao tác chính. Cánh quạt phải được làm sạch hoàn toàn khỏi mọi cặn bẩn tích tụ - bụi bẩn, bụi mịn, sản phẩm. Trong nhiều trường hợp, chỉ cần vệ sinh đúng cách là có thể loại bỏ hoàn toàn hoặc giảm đáng kể sự mất cân bằng, khiến việc cân bằng thêm trở nên không cần thiết. Sau khi vệ sinh, cần kiểm tra trực quan cẩn thận các cánh quạt, đĩa và mối hàn để tìm các vết nứt, vết lõm, biến dạng và dấu hiệu hao mòn.

Kiểm tra cơ học ("Hệ thống phân cấp can thiệp"):

Trước khi hiệu chỉnh phân bổ khối lượng, phải xác minh độ chắc chắn về mặt cơ học của toàn bộ cụm lắp ráp:

• Siết chặt kết nối bu lông: Kiểm tra và nếu cần thiết, hãy siết chặt các bu lông cố định cánh quạt vào trục, trục vào trục, vỏ ổ trục vào khung và bu lông neo khung vào móng.
• Kiểm tra hình học: Sử dụng đồng hồ so để kiểm tra độ lệch tâm và độ lệch trục của trục và cánh quạt. Ngoài ra, bằng mắt thường hoặc bằng khuôn mẫu và dụng cụ đo, hãy kiểm tra độ thẳng hàng của cánh quạt và độ đồng đều của góc tiếp xúc.

3.2. Cân bằng tĩnh: Các phương pháp đơn giản cho các trường hợp đơn giản

Cân bằng tĩnh được áp dụng cho các rôto hình đĩa hẹp (ví dụ, cánh quạt có tỷ lệ L/D nhỏ) khi cân bằng động không khả thi về mặt kỹ thuật hoặc không thực tế về mặt kinh tế.

Phương pháp lưỡi dao:

Phương pháp cổ điển và rất chính xác. Rotor (đã tháo khỏi máy) được đặt trên hai lăng trụ nằm ngang, song song và nhẵn hoàn hảo hoặc trên các giá đỡ có ma sát thấp. Dưới tác dụng của trọng lực, "điểm nặng" của rotor sẽ luôn có xu hướng nằm ở vị trí dưới cùng. Trọng lượng hiệu chỉnh được lắp đặt hoàn toàn ngược lại (ở góc 180°) với điểm này. Quy trình lặp lại cho đến khi rotor duy trì trạng thái cân bằng trung hòa ở bất kỳ vị trí nào.

Phương pháp xoay tự do ("Dây dọi"):

Phương pháp đơn giản hóa áp dụng cho quạt có cánh quạt lắp trực tiếp. Sau khi tháo dây đai truyền động (nếu có), cánh quạt được xoay chậm và thả ra. Cánh quạt nặng nhất sẽ rơi xuống. Việc điều chỉnh được thực hiện bằng cách thêm vật nặng nhỏ (ví dụ, dùng băng dính hoặc nam châm) vào cánh quạt nhẹ nhất cho đến khi cánh quạt không còn di chuyển theo bất kỳ vị trí cụ thể nào.

3.3. Cân bằng trường động: Phương pháp tiếp cận chuyên nghiệp

Đây là phương pháp chính cho công nghiệp cân bằng khí thải, được thực hiện bằng các dụng cụ chuyên dụng như Balanset-1A không cần tháo rời thiết bị. Quy trình này bao gồm một số bước bắt buộc.

Bước 1: Đo lường ban đầu (Chạy ban đầu)

• Cảm biến rung được lắp trên vỏ ổ trục và băng phản quang được dán vào trục của máy đo tốc độ.
• Quạt hút được khởi động và đưa về tốc độ hoạt động bình thường.
• Sử dụng máy phân tích rung động, dữ liệu ban đầu được ghi lại: biên độ (thường tính bằng mm/giây) và góc pha (tính bằng độ) của rung động ở tần số chạy 1x. Dữ liệu này biểu thị vectơ mất cân bằng ban đầu.

Bước 2: Chạy thử với trọng lượng

Logic: Để thiết bị có thể tính toán chính xác cách điều chỉnh sự mất cân bằng, cần phải đưa những thay đổi đã biết vào hệ thống và quan sát phản ứng của chúng. Đây chính là mục đích của việc lắp đặt quả cân thử.

• Lựa chọn khối lượng và vị trí: Trọng lượng thử được chọn sao cho có thể gây ra sự thay đổi đáng chú ý nhưng an toàn trong vectơ rung động (ví dụ, thay đổi biên độ 20-30% và/hoặc độ lệch pha 20-30°). Trọng lượng được gắn tạm thời vào mặt phẳng hiệu chỉnh đã chọn ở vị trí góc đã biết.
• Đo lường: Lặp lại quá trình khởi động và đo lường, ghi lại các giá trị biên độ và pha mới.

Bước 3: Tính toán trọng lượng hiệu chỉnh và lắp đặt

Các dụng cụ cân bằng hiện đại như Balanset-1A Tự động thực hiện phép trừ vectơ của vectơ rung động ban đầu khỏi vectơ thu được bằng quả cân thử. Dựa trên sự khác biệt này (vectơ ảnh hưởng), thiết bị sẽ tính toán khối lượng chính xác và góc chính xác cần lắp đặt quả cân hiệu chỉnh cố định để bù trừ sự mất cân bằng ban đầu.

Có thể thực hiện hiệu chỉnh bằng cách tăng khối lượng (hàn tấm kim loại, lắp bu lông với đai ốc) hoặc giảm khối lượng (khoan lỗ, mài). Việc tăng khối lượng được ưu tiên hơn vì đây là quá trình có thể đảo ngược và được kiểm soát tốt hơn.

Bước 4: Kiểm tra chạy và cân bằng cắt

• Sau khi lắp trọng lượng hiệu chỉnh cố định (và tháo trọng lượng thử), tiến hành chạy kiểm tra để đánh giá kết quả.
• Nếu độ rung giảm nhưng vẫn vượt quá tiêu chuẩn cho phép, cân bằng cắt sẽ được thực hiện. Quy trình được lặp lại, nhưng kết quả chạy kiểm tra hiện được sử dụng làm dữ liệu ban đầu. Điều này cho phép tiếp cận từng bước, lặp lại để đạt được chất lượng cân bằng mong muốn.

3.4. Cân bằng một mặt phẳng hay hai mặt phẳng? Tiêu chí lựa chọn thực tế

Việc lựa chọn giữa cân bằng một mặt phẳng và hai mặt phẳng là một quyết định quan trọng ảnh hưởng đến toàn bộ thành công của quy trình, đặc biệt quan trọng đối với cân bằng khí thải ứng dụng.

Tiêu chí chính: Tỷ lệ chiều dài rotor (L) so với đường kính (D).

• Nếu L/D < 0,5 và tốc độ quay nhỏ hơn 1000 vòng/phút, mất cân bằng tĩnh thường chiếm ưu thế và cân bằng một mặt phẳng là đủ.
• Nếu L/D > 0,5 hoặc tốc độ quay cao (>1000 vòng/phút), sự mất cân bằng cặp bắt đầu đóng vai trò quan trọng, đòi hỏi phải cân bằng hai mặt phẳng để loại bỏ.

3.5. Đặc điểm cân bằng của quạt treo

Quạt hút loại treo, trong đó bánh xe làm việc (cánh quạt) nằm ngoài giá đỡ ổ trục, có độ phức tạp đặc biệt khi cân bằng.

Vấn đề: Những hệ thống như vậy vốn không ổn định về mặt động lực học và cực kỳ nhạy cảm với sự mất cân bằng, đặc biệt là loại mất cân bằng kiểu cặp. Điều này thường biểu hiện dưới dạng rung động trục cao bất thường.

Biến chứng: Việc áp dụng các phương pháp hai mặt phẳng tiêu chuẩn cho rô-to treo thường dẫn đến kết quả không như mong muốn hoặc đòi hỏi phải lắp đặt các quả cân hiệu chỉnh có kích thước không phù hợp. Phản ứng của hệ thống đối với quả cân thử nghiệm có thể không trực quan: ví dụ, việc lắp quả cân vào cánh quạt có thể gây ra thay đổi rung động lớn hơn ở vị trí đỡ xa (tại động cơ) so với vị trí gần.

Recommendations: Việc cân bằng quạt hút treo đòi hỏi nhiều kinh nghiệm chuyên môn và hiểu biết về động lực học. Thường cần sử dụng các mô-đun phần mềm chuyên dụng trong máy phân tích rung động áp dụng phương pháp tách lực tĩnh/lực kép để tính toán khối lượng hiệu chỉnh chính xác hơn.

Phần 4: Các trường hợp phức tạp và kỹ thuật chuyên nghiệp

Ngay cả khi tuân thủ nghiêm ngặt quy trình, các chuyên gia vẫn có thể gặp phải những tình huống mà các phương pháp tiếp cận tiêu chuẩn không mang lại kết quả. Những trường hợp này đòi hỏi phân tích sâu hơn và áp dụng kỹ thuật không chuẩn.

4.1. Những lỗi thường gặp và cách tránh chúng

Sai lầm 1: Chẩn đoán không chính xác

Sai lầm thường gặp và tốn kém nhất là cố gắng cân bằng độ rung do sai lệch, lỏng lẻo về mặt cơ học hoặc cộng hưởng.

Giải pháp: Luôn bắt đầu bằng phân tích rung động đầy đủ (phân tích phổ và pha). Nếu phổ không cho thấy rõ ràng sự chiếm ưu thế của đỉnh 1x nhưng có các đỉnh đáng kể ở các tần số khác, thì không thể bắt đầu cân bằng cho đến khi nguyên nhân chính được loại bỏ.

Sai lầm 2: Bỏ qua giai đoạn chuẩn bị

Bỏ qua giai đoạn vệ sinh cánh quạt hoặc kiểm tra độ siết chặt kết nối bu lông.

Giải pháp: Tuân thủ nghiêm ngặt "thứ bậc can thiệp" được mô tả trong phần 3.1. Vệ sinh và siết chặt không phải là lựa chọn mà là những bước đầu tiên bắt buộc.

Sai lầm 3: Tháo bỏ toàn bộ tạ cân bằng cũ

Hành động này phá hủy kết quả cân bằng trước đó (có thể là của nhà máy) và thường làm công việc trở nên phức tạp hơn đáng kể vì sự mất cân bằng ban đầu có thể trở nên rất lớn.

Giải pháp: Không bao giờ tháo bỏ toàn bộ trọng lượng mà không có lý do chính đáng. Nếu cánh quạt đã tích tụ nhiều trọng lượng nhỏ từ các lần cân bằng trước, bạn có thể tháo chúng ra, nhưng sau đó kết hợp tổng vectơ của chúng thành một trọng lượng tương đương và lắp đặt lại.

Sai lầm 4: Không kiểm tra khả năng lặp lại của dữ liệu

Bắt đầu cân bằng với biên độ và pha ban đầu không ổn định.

Giải pháp: Trước khi lắp đặt quả cân thử, hãy thực hiện 2-3 lần khởi động kiểm tra. Nếu biên độ hoặc pha "trôi" từ điểm bắt đầu này sang điểm bắt đầu khác, điều này cho thấy có vấn đề phức tạp hơn (cộng hưởng, độ cong nhiệt, mất ổn định khí động học). Việc cân bằng trong những điều kiện như vậy sẽ không mang lại kết quả ổn định.

4.2. Cân bằng gần cộng hưởng: Khi pha nằm

Vấn đề: Khi tốc độ hoạt động của quạt hút gần bằng một trong các tần số rung động tự nhiên của hệ thống (cộng hưởng), góc pha trở nên cực kỳ không ổn định và rất nhạy cảm với những biến động tốc độ nhỏ nhất. Điều này khiến các phép tính vectơ tiêu chuẩn dựa trên phép đo pha trở nên không chính xác hoặc hoàn toàn bất khả thi.

Giải pháp: Phương pháp bốn lần chạy

Nước hoa: Phương pháp cân bằng độc đáo này không sử dụng phép đo pha. Tính toán trọng lượng hiệu chỉnh được thực hiện hoàn toàn dựa trên sự thay đổi biên độ rung.

Quá trình: Phương pháp này yêu cầu bốn lần chạy tuần tự:

1. Đo biên độ rung động ban đầu
2. Đo biên độ với trọng lượng thử được lắp đặt ở vị trí 0° có điều kiện
3. Đo biên độ với cùng trọng lượng di chuyển đến 120°
4. Đo biên độ với cùng trọng lượng di chuyển đến 240°

Dựa trên bốn giá trị biên độ thu được, giải pháp đồ họa (phương pháp giao điểm đường tròn) được xây dựng hoặc thực hiện tính toán toán học, cho phép xác định khối lượng cần thiết và góc lắp đặt của quả cân hiệu chỉnh.

4.3. Khi vấn đề không phải là sự cân bằng: Lực kết cấu và lực khí động học

Các vấn đề về cấu trúc:

Nền móng yếu hoặc nứt, giá đỡ lỏng lẻo có thể cộng hưởng với tần số hoạt động của quạt hút, làm tăng độ rung lên nhiều lần.

Chẩn đoán: Để xác định tần số tự nhiên của cấu trúc ở trạng thái tắt, thử nghiệm va đập (bump test) được áp dụng. Thử nghiệm này được thực hiện bằng búa và máy đo gia tốc đặc biệt. Nếu một trong các tần số tự nhiên tìm được gần với tần số quay hoạt động, thì vấn đề thực sự nằm ở cộng hưởng.

Lực khí động học:

Sự nhiễu loạn luồng không khí ở đầu vào (do chướng ngại vật hoặc van điều tiết đóng quá mức, còn gọi là "quạt thiếu không khí") hoặc đầu ra có thể gây ra rung động tần số thấp, thường không ổn định, không liên quan đến mất cân bằng khối lượng.

Chẩn đoán: Tiến hành thử nghiệm với tải trọng khí động học thay đổi ở tốc độ quay không đổi (ví dụ, bằng cách mở/đóng van điều tiết dần dần). Nếu mức độ rung động thay đổi đáng kể, bản chất của rung động có thể là do khí động học.

4.4. Phân tích ví dụ thực tế (Nghiên cứu tình huống)

Ví dụ 1 (Cộng hưởng):

Trong một trường hợp được ghi nhận, việc cân bằng quạt cung cấp bằng phương pháp tiêu chuẩn không mang lại kết quả do các chỉ số pha cực kỳ không ổn định. Phân tích cho thấy tốc độ vận hành (29 Hz) rất gần với tần số tự nhiên của cánh quạt (28 Hz). Áp dụng phương pháp bốn lần chạy, độc lập với pha, đã cho phép giảm rung động thành công xuống mức chấp nhận được, cung cấp giải pháp tạm thời cho đến khi thay thế quạt bằng loại đáng tin cậy hơn.

Ví dụ 2 (Nhiều lỗi):

Phân tích độ rung của quạt hút tại nhà máy đường cho thấy những vấn đề phức tạp. Một phổ quạt cho thấy độ lệch góc (các đỉnh 1x và 2x cao theo hướng trục), trong khi một phổ khác cho thấy độ lỏng lẻo cơ học (các sóng hài đều 1x, 2x, 3x). Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc loại bỏ khuyết tật tuần tự: trước tiên cần căn chỉnh và siết chặt, sau đó, nếu cần thiết, mới tiến hành cân bằng.

Mục 5: Tiêu chuẩn, Dung sai và Bảo trì Phòng ngừa

Giai đoạn cuối cùng của bất kỳ công việc kỹ thuật nào là đánh giá chất lượng theo các yêu cầu quy định và phát triển chiến lược để duy trì thiết bị ở tình trạng phù hợp trong thời gian dài.

5.1. Tổng quan về các tiêu chuẩn chính (ISO)

Một số tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng để đánh giá chất lượng cân bằng và tình trạng rung của quạt hút.

Tiêu chuẩn ISO 14694:2003:

Tiêu chuẩn chính cho quạt công nghiệp. Thiết lập các yêu cầu cân bằng chất lượng và mức độ rung tối đa cho phép tùy thuộc vào loại ứng dụng quạt (BV-1, BV-2, BV-3, v.v.), công suất và loại lắp đặt.

Tiêu chuẩn ISO 1940-1:2003:

Tiêu chuẩn này xác định các cấp chất lượng cân bằng (G) cho rotor cứng. Cấp chất lượng đặc trưng cho độ mất cân bằng dư cho phép. Đối với hầu hết quạt hút công nghiệp, các cấp sau đây được áp dụng:

• G6.3: Chất lượng công nghiệp tiêu chuẩn, phù hợp với hầu hết các ứng dụng công nghiệp nói chung.
• G2.5: Chất lượng nâng cao, cần thiết cho quạt hút tốc độ cao hoặc quạt hút đặc biệt quan trọng, nơi có yêu cầu về độ rung nghiêm ngặt hơn.

Tiêu chuẩn ISO 10816-3:2009:

Điều chỉnh việc đánh giá tình trạng rung động của máy móc công nghiệp dựa trên các phép đo trên các bộ phận không quay (ví dụ: vỏ ổ trục). Tiêu chuẩn giới thiệu bốn vùng điều kiện:

• Khu A: "Tốt" (thiết bị mới)
• Khu B: "Đạt yêu cầu" (cho phép hoạt động không giới hạn)
• Khu C: "Có thể chấp nhận trong thời gian có hạn" (cần xác định nguyên nhân và loại bỏ)
• Khu D: "Không thể chấp nhận được" (rung động có thể gây hư hỏng)

Tiêu chuẩn ISO 14695:2003:

Tiêu chuẩn này thiết lập các phương pháp và điều kiện thống nhất để đo độ rung của quạt công nghiệp, cần thiết để đảm bảo khả năng so sánh và tái tạo các kết quả thu được tại các thời điểm khác nhau và trên các thiết bị khác nhau.

5.2. Chiến lược dài hạn: Tích hợp vào Chương trình Bảo trì Dự đoán

Cân bằng khí thải không nên được coi là hoạt động sửa chữa một lần. Đây là một phần không thể thiếu của chiến lược bảo trì dự đoán hiện đại.

Việc triển khai giám sát rung động thường xuyên (ví dụ, thông qua thu thập dữ liệu tuyến đường bằng máy phân tích di động) cho phép theo dõi tình trạng thiết bị theo thời gian. Phân tích xu hướng, đặc biệt là sự tăng dần biên độ rung động ở tần số chạy 1x, là một chỉ báo đáng tin cậy về sự mất cân bằng đang phát triển.

Cách tiếp cận này cho phép:

• Lên kế hoạch cân bằng trước, trước khi mức độ rung động đạt đến giá trị quan trọng theo tiêu chuẩn ISO 10816-3.
• Ngăn ngừa hư hỏng thứ cấp cho ổ trục, khớp nối và cấu trúc hỗ trợ chắc chắn xảy ra trong quá trình vận hành kéo dài với độ rung quá mức.
• Loại bỏ thời gian ngừng hoạt động khẩn cấp không mong muốn bằng cách chuyển đổi công việc sửa chữa sang danh mục phòng ngừa đã lên kế hoạch.

Việc tạo ra cơ sở dữ liệu điện tử về tình trạng rung của thiết bị chính và phân tích xu hướng thường xuyên sẽ tạo cơ sở cho việc đưa ra các quyết định bảo trì hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế, từ đó tăng độ tin cậy và hiệu quả sản xuất tổng thể.