Tổng quan

Trên thực tế, việc cân bằng rôto hầu như không bao giờ chỉ đơn giản là tính toán và lắp đặt một trọng lượng hiệu chỉnh. Về mặt lý thuyết, thuật toán đã được biết rõ và thiết bị thực hiện tất cả các phép tính tự động, nhưng kết quả cuối cùng phụ thuộc nhiều hơn vào hành vi của chính vật thể hơn là vào thiết bị cân bằng. Đó là lý do tại sao, trong công việc thực tế, thường xuyên xảy ra các tình huống mà việc cân bằng "không hiệu quả", hệ số ảnh hưởng thay đổi, độ rung trở nên không ổn định và kết quả không thể lặp lại giữa các lần chạy.

Rung động tuyến tính và phi tuyến tính, đặc điểm của chúng và phương pháp cân bằng

Việc cân bằng thành công đòi hỏi phải hiểu cách một vật thể phản ứng với việc thêm hoặc bớt khối lượng. Trong bối cảnh này, các khái niệm về vật thể tuyến tính và phi tuyến tính đóng vai trò quan trọng. Việc hiểu được vật thể là tuyến tính hay phi tuyến tính cho phép lựa chọn chiến lược cân bằng chính xác và giúp đạt được kết quả mong muốn.

Các vật thể tuyến tính giữ một vị trí đặc biệt trong lĩnh vực này do tính dự đoán và ổn định của chúng. Chúng cho phép sử dụng các phương pháp chẩn đoán và cân bằng đơn giản và đáng tin cậy, khiến nghiên cứu của chúng trở thành một bước quan trọng trong chẩn đoán rung động.

Đối tượng tuyến tính so với đối tượng phi tuyến tính

Hầu hết các vấn đề này đều bắt nguồn từ sự khác biệt cơ bản nhưng thường bị đánh giá thấp giữa các vật thể tuyến tính và phi tuyến tính. Từ quan điểm cân bằng, vật thể tuyến tính là một hệ thống trong đó, ở tốc độ quay không đổi, biên độ dao động tỷ lệ thuận với mức độ mất cân bằng, và pha dao động tuân theo vị trí góc của khối lượng mất cân bằng một cách hoàn toàn có thể dự đoán được. Trong điều kiện này, hệ số ảnh hưởng là một giá trị không đổi. Tất cả các thuật toán cân bằng động tiêu chuẩn, bao gồm cả những thuật toán được triển khai trong Balanset-1A, đều được thiết kế chính xác cho các vật thể như vậy.

Đối với vật thể tuyến tính, quá trình cân bằng có thể dự đoán được và ổn định. Việc lắp đặt một quả cân thử nghiệm tạo ra sự thay đổi tỷ lệ thuận về biên độ và pha dao động. Các lần khởi động lặp lại cho cùng một vectơ dao động, và trọng lượng hiệu chỉnh được tính toán vẫn hợp lệ. Những vật thể như vậy rất phù hợp cho cả việc cân bằng một lần và cân bằng nối tiếp bằng cách sử dụng các hệ số ảnh hưởng được lưu trữ.

Một vật thể phi tuyến tính hoạt động theo một cách hoàn toàn khác. Cơ sở của phép tính cân bằng bị vi phạm. Biên độ dao động không còn tỷ lệ thuận với độ mất cân bằng, pha trở nên không ổn định và hệ số ảnh hưởng thay đổi tùy thuộc vào khối lượng vật thử, chế độ hoạt động, hoặc thậm chí là thời gian. Trong thực tế, điều này thể hiện dưới dạng hành vi hỗn loạn của vectơ dao động: sau khi lắp đặt vật thử, sự thay đổi dao động có thể quá nhỏ, quá lớn, hoặc đơn giản là không thể lặp lại.

Đối tượng tuyến tính là gì?

Một vật thể tuyến tính là một hệ thống mà độ rung động tỷ lệ thuận với độ lớn mất cân bằng.

Trong ngữ cảnh cân bằng, vật thể tuyến tính là một mô hình lý tưởng được đặc trưng bởi mối quan hệ tỷ lệ thuận trực tiếp giữa độ lớn của sự mất cân bằng (khối lượng không cân bằng) và biên độ dao động. Điều này có nghĩa là nếu sự mất cân bằng tăng gấp đôi, biên độ dao động cũng sẽ tăng gấp đôi, với điều kiện tốc độ quay của rôto không đổi. Ngược lại, giảm sự mất cân bằng sẽ làm giảm dao động một cách tỷ lệ thuận.

Không giống như các hệ thống phi tuyến tính, trong đó hành vi của một vật thể có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố, các vật thể tuyến tính cho phép đạt được độ chính xác cao với nỗ lực tối thiểu.

Ngoài ra, chúng còn đóng vai trò là nền tảng cho việc đào tạo và thực hành cho người cân bằng. Hiểu được các nguyên tắc của các đối tượng tuyến tính giúp phát triển các kỹ năng sau này có thể áp dụng cho các hệ thống phức tạp hơn.

Biểu diễn đồ họa của tính tuyến tính

Hãy tưởng tượng một đồ thị trong đó trục hoành biểu thị độ lớn của khối lượng không cân bằng (sự mất cân bằng), và trục tung biểu thị biên độ dao động. Đối với một vật thể tuyến tính, đồ thị này sẽ là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ (điểm mà cả độ lớn mất cân bằng và biên độ dao động đều bằng không). Độ dốc của đường thẳng này đặc trưng cho độ nhạy cảm của vật thể đối với sự mất cân bằng: độ dốc càng lớn, độ dao động càng mạnh đối với cùng một mức độ mất cân bằng.

Biểu đồ 1: Mối quan hệ giữa biên độ rung động (µm) và khối lượng không cân bằng (g)

Biểu đồ 1 minh họa mối quan hệ giữa biên độ rung (µm) của một vật thể cân bằng tuyến tính và khối lượng không cân bằng (g) của rôto. Hệ số tỷ lệ là 0,5 µm/g. Chỉ cần chia 300 cho 600 sẽ cho kết quả 0,5 µm/g. Đối với khối lượng không cân bằng là 800 g (UM=800 g), độ rung sẽ là 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Lưu ý rằng điều này áp dụng ở tốc độ rôto không đổi. Ở tốc độ quay khác nhau, hệ số sẽ khác nhau.

Hệ số tỷ lệ này được gọi là hệ số ảnh hưởng (hệ số nhạy) và có kích thước là µm/g hoặc, trong trường hợp liên quan đến mất cân bằng, µm/(g*mm), trong đó (g*mm) là đơn vị mất cân bằng. Biết được hệ số ảnh hưởng (IC), cũng có thể giải bài toán ngược, cụ thể là xác định khối lượng không cân bằng (UM) dựa trên biên độ rung động. Để thực hiện việc này, hãy chia biên độ rung động cho IC.

Ví dụ, nếu độ rung đo được là 300 µm và hệ số đã biết là IC=0,5 µm/g, hãy chia 300 cho 0,5 để có được 600 g (UM=600 g).

Hệ số ảnh hưởng (IC): Tham số chính của Đối tượng tuyến tính

Một đặc tính quan trọng của vật thể tuyến tính là hệ số ảnh hưởng (IC). Nó bằng giá trị tang của góc nghiêng đường thẳng trên đồ thị biểu diễn sự rung động so với sự mất cân bằng và cho biết biên độ rung động (tính bằng micromet, µm) thay đổi bao nhiêu khi một đơn vị khối lượng (tính bằng gam, g) được thêm vào trong một mặt phẳng hiệu chỉnh cụ thể ở một tốc độ quay rôto cụ thể. Nói cách khác, IC là thước đo độ nhạy cảm của vật thể đối với sự mất cân bằng. Đơn vị đo của nó là µm/g, hoặc, khi sự mất cân bằng được biểu thị bằng tích của khối lượng và bán kính, là µm/(g*mm).

Về cơ bản, hệ số tương quan nội (IC) là đặc tính "hộ chiếu" của một vật thể tuyến tính, cho phép dự đoán hành vi của nó khi khối lượng được thêm vào hoặc loại bỏ. Việc biết IC cho phép giải quyết cả bài toán thuận – xác định biên độ dao động cho một sự mất cân bằng nhất định – và bài toán nghịch – tính toán biên độ mất cân bằng từ dao động đo được.

Vấn đề trực tiếp:

Bài toán ngược:

Pha rung động trong các vật thể tuyến tính

Ngoài biên độ, dao động còn được đặc trưng bởi pha, cho biết vị trí của rôto tại thời điểm lệch tối đa so với vị trí cân bằng. Đối với vật thể tuyến tính, pha dao động cũng có thể dự đoán được. Nó là tổng của hai góc:

1. Góc này xác định vị trí của khối lượng mất cân bằng tổng thể của rôto. Góc này cho biết hướng tập trung của sự mất cân bằng chính.
2. Lý thuyết về hệ số ảnh hưởng. Đây là một góc không đổi đặc trưng cho các đặc tính động của vật thể và không phụ thuộc vào độ lớn hay góc độ của khối lượng không cân bằng được lắp đặt.

Do đó, bằng cách biết đối số IC và đo pha rung, có thể xác định góc lắp đặt khối lượng không cân bằng. Điều này không chỉ cho phép tính toán độ lớn khối lượng hiệu chỉnh mà còn cho phép đặt chính xác khối lượng đó trên rôto để đạt được sự cân bằng tối ưu.

Cân bằng các đối tượng tuyến tính

Điều quan trọng cần lưu ý là đối với một vật thể tuyến tính, hệ số ảnh hưởng (IC) được xác định theo cách này không phụ thuộc vào độ lớn hoặc góc của khối lượng thử nghiệm, cũng không phụ thuộc vào độ rung ban đầu. Đây là một đặc điểm chính của tính tuyến tính. Nếu IC không thay đổi khi các thông số khối lượng thử nghiệm hoặc độ rung ban đầu bị thay đổi, thì có thể khẳng định chắc chắn rằng vật thể đó hoạt động tuyến tính trong phạm vi mất cân bằng được xem xét.

Các bước để cân bằng một đối tượng tuyến tính

1. Đo độ rung ban đầu: Bước đầu tiên là đo độ rung ở trạng thái ban đầu. Biên độ và góc rung, chỉ ra hướng mất cân bằng, được xác định.
2. Cài đặt khối dùng thử: Một khối lượng có trọng lượng đã biết được lắp trên rôto. Điều này giúp hiểu được cách vật thể phản ứng với tải trọng bổ sung và cho phép tính toán các thông số rung động.
3. Đo lại độ rung: Sau khi lắp khối thử nghiệm, các thông số rung động mới được đo. Bằng cách so sánh chúng với các giá trị ban đầu, có thể xác định khối ảnh hưởng đến hệ thống như thế nào.
4. Tính toán khối lượng hiệu chỉnh: Dựa trên dữ liệu đo lường, khối lượng và góc lắp đặt của trọng lượng hiệu chỉnh được xác định. Trọng lượng này được đặt trên rôto để loại bỏ sự mất cân bằng.
5. Xác minh cuối cùng: Sau khi lắp trọng lượng hiệu chỉnh, độ rung sẽ giảm đáng kể. Nếu độ rung còn lại vẫn vượt quá mức cho phép, có thể lặp lại quy trình.

Mã ngắn giữ chỗ:

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,383.12 + Thuế GTGT (nếu có)

Parts

Vibration sensor

$108.60 + Thuế GTGT (nếu có)

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$149.62 + Thuế GTGT (nếu có)

Devices

Balanset-4

$8,208.81 + Thuế GTGT (nếu có)

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$55.51 + Thuế GTGT (nếu có)

Parts

Reflective tape

$12.07 + Thuế GTGT (nếu có)

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,093.53 + Thuế GTGT (nếu có)

Cân bằng nối tiếp và hệ số được lưu trữ

Cân bằng nối tiếp cần được đặc biệt chú ý. Phương pháp này có thể làm tăng năng suất đáng kể, nhưng chỉ khi áp dụng cho các vật thể tuyến tính, ổn định rung động. Trong những trường hợp như vậy, hệ số ảnh hưởng thu được trên rôto đầu tiên có thể được sử dụng lại cho các rôto giống hệt nhau tiếp theo. Tuy nhiên, ngay khi độ cứng của giá đỡ, tốc độ quay hoặc tình trạng ổ trục thay đổi, tính lặp lại sẽ bị mất và phương pháp nối tiếp không còn hiệu quả.

Đối tượng phi tuyến tính: Khi lý thuyết khác với thực hành

Vật thể phi tuyến tính là gì?

Một vật thể phi tuyến tính là một hệ thống mà biên độ rung động không tỷ lệ thuận với độ lớn mất cân bằng. Không giống như các vật thể tuyến tính, trong đó mối quan hệ giữa rung động và khối lượng mất cân bằng được biểu diễn bằng một đường thẳng, trong các hệ thống phi tuyến tính, mối quan hệ này có thể theo các quỹ đạo phức tạp.

Trong thế giới thực, không phải tất cả các vật thể đều hoạt động theo tuyến tính. Các vật thể phi tuyến tính thể hiện mối quan hệ giữa mất cân bằng và rung động không tỷ lệ thuận. Điều này có nghĩa là hệ số ảnh hưởng không phải là hằng số và có thể thay đổi tùy thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn như:

• Mức độ mất cân bằng: Việc gia tăng sự mất cân bằng có thể làm thay đổi độ cứng của các giá đỡ rôto, dẫn đến những thay đổi phi tuyến tính trong dao động.
• Tốc độ quay: Các hiện tượng cộng hưởng khác nhau có thể được kích thích ở các tốc độ quay khác nhau, cũng dẫn đến hành vi phi tuyến tính.
• Sự hiện diện của khoảng hở và khoảng trống: Khoảng hở và khe hở trong ổ trục và các kết nối khác có thể gây ra những thay đổi đột ngột về độ rung trong một số điều kiện nhất định.
• Nhiệt độ: Sự thay đổi nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến tính chất vật liệu và do đó, ảnh hưởng đến đặc tính rung động của vật thể.
• Tải trọng bên ngoài: Tải trọng bên ngoài tác động lên rôto có thể làm thay đổi đặc tính động của nó và dẫn đến hành vi phi tuyến tính.

Tại sao các vật thể phi tuyến tính lại khó khăn?

Tính phi tuyến tính đưa nhiều biến số vào quá trình cân bằng. Công việc thành công với các đối tượng phi tuyến tính đòi hỏi nhiều phép đo hơn và phân tích phức tạp hơn. Ví dụ, các phương pháp tiêu chuẩn áp dụng cho các đối tượng tuyến tính không phải lúc nào cũng mang lại kết quả chính xác cho các hệ thống phi tuyến tính. Điều này đòi hỏi phải hiểu sâu hơn về vật lý của quá trình và sử dụng các phương pháp chẩn đoán chuyên biệt.

Dấu hiệu của phi tuyến tính

Một vật thể phi tuyến tính có thể được nhận biết bằng các dấu hiệu sau:

• Những thay đổi rung động không cân xứng: Khi sự mất cân bằng tăng lên, độ rung có thể tăng nhanh hơn hoặc chậm hơn so với dự kiến đối với một vật thể tuyến tính.
• Độ dịch pha trong rung động: Pha rung động có thể thay đổi một cách khó lường khi có sự thay đổi về mất cân bằng hoặc tốc độ quay.
• Sự hiện diện của sóng hài và sóng hạ hài: Phổ rung động có thể biểu hiện các sóng hài bậc cao (bội số của tần số quay) và sóng hài bậc thấp (một phần của tần số quay), cho thấy các hiệu ứng phi tuyến tính.
• Độ trễ: Biên độ rung động có thể phụ thuộc không chỉ vào giá trị mất cân bằng hiện tại mà còn vào lịch sử của nó. Ví dụ, khi mất cân bằng tăng lên rồi giảm trở lại giá trị ban đầu, biên độ rung động có thể không trở lại mức ban đầu.

Tính phi tuyến tính đưa nhiều biến số vào quá trình cân bằng. Cần nhiều phép đo hơn và phân tích phức tạp hơn để vận hành thành công. Ví dụ, các phương pháp tiêu chuẩn áp dụng cho các đối tượng tuyến tính không phải lúc nào cũng mang lại kết quả chính xác cho các hệ thống phi tuyến tính. Điều này đòi hỏi phải hiểu sâu hơn về vật lý quy trình và sử dụng các phương pháp chẩn đoán chuyên biệt.

Biểu diễn đồ họa của phi tuyến tính

Trên biểu đồ dao động so với mất cân bằng, tính phi tuyến tính thể hiện rõ ở độ lệch so với đường thẳng. Biểu đồ có thể có các đường cong, độ cong, vòng trễ và các đặc điểm khác cho thấy mối quan hệ phức tạp giữa mất cân bằng và dao động.

Đồ thị 2. Đối tượng phi tuyến tính

50g; 40μm (màu vàng), 100g; 54,7μm (màu xanh).

Vật thể này biểu hiện hai đoạn, hai đường thẳng. Đối với sự mất cân bằng nhỏ hơn 50 gam, đồ thị phản ánh các đặc tính của một vật thể tuyến tính, duy trì tính tỷ lệ giữa sự mất cân bằng tính bằng gam và biên độ rung động tính bằng micron. Đối với sự mất cân bằng lớn hơn 50 gam, sự tăng trưởng của biên độ rung động chậm lại.

Ví dụ về các đối tượng phi tuyến tính

Ví dụ về các vật thể phi tuyến tính trong bối cảnh cân bằng bao gồm:

• Roto có vết nứt: Các vết nứt trên rotor có thể dẫn đến những thay đổi phi tuyến tính về độ cứng và kết quả là tạo ra mối quan hệ phi tuyến tính giữa độ rung và mất cân bằng.
• Roto có khe hở ổ trục: Khoảng hở trong ổ trục có thể gây ra những thay đổi đột ngột về độ rung trong một số điều kiện nhất định.
• Roto có phần tử đàn hồi phi tuyến tính: Một số bộ phận đàn hồi, chẳng hạn như bộ giảm chấn bằng cao su, có thể thể hiện các đặc tính phi tuyến tính, ảnh hưởng đến động lực học của rôto.

Các loại phi tuyến tính

1. Phi tuyến tính mềm-cứng

Trong các hệ thống như vậy, có hai phân đoạn được quan sát: mềm và cứng. Trong phân đoạn mềm, hành vi giống như tính tuyến tính, trong đó biên độ rung động tăng theo tỷ lệ với khối lượng mất cân bằng. Tuy nhiên, sau một ngưỡng nhất định (điểm dừng), hệ thống chuyển sang chế độ cứng, trong đó biên độ tăng chậm lại.

2. Tính phi tuyến tính đàn hồi

Sự thay đổi về độ cứng của các giá đỡ hoặc tiếp điểm trong hệ thống làm cho mối quan hệ rung động-mất cân bằng trở nên phức tạp. Ví dụ, độ rung động có thể đột ngột tăng hoặc giảm khi vượt qua ngưỡng tải cụ thể.

3. Phi tuyến tính do ma sát gây ra

Trong các hệ thống có ma sát đáng kể (ví dụ, trong ổ trục), biên độ rung có thể không thể đoán trước. Ma sát có thể làm giảm độ rung ở một phạm vi tốc độ và khuếch đại nó ở phạm vi tốc độ khác.

Các nguyên nhân phổ biến của tính phi tuyến tính

Các nguyên nhân phổ biến nhất gây ra hiện tượng phi tuyến tính là khe hở ổ trục tăng, mài mòn ổ trục, ma sát khô, các giá đỡ bị lỏng, các vết nứt trong kết cấu và hoạt động gần tần số cộng hưởng. Thông thường, vật thể thể hiện hiện tượng phi tuyến tính mềm-cứng. Ở mức độ mất cân bằng nhỏ, hệ thống hoạt động gần như tuyến tính, nhưng khi độ rung tăng lên, các phần tử cứng hơn của giá đỡ hoặc vỏ sẽ bị ảnh hưởng. Trong những trường hợp như vậy, việc cân bằng chỉ có thể thực hiện được trong một phạm vi hoạt động hẹp và không mang lại kết quả ổn định lâu dài.

Sự bất ổn định rung động

Một vấn đề nghiêm trọng khác là sự bất ổn định rung động. Ngay cả một vật thể có hình dạng tuyến tính cũng có thể cho thấy sự thay đổi về biên độ và pha theo thời gian. Điều này là do các hiệu ứng nhiệt, sự thay đổi độ nhớt của chất bôi trơn, sự giãn nở nhiệt và ma sát không ổn định trong các điểm đỡ. Kết quả là, các phép đo được thực hiện chỉ cách nhau vài phút có thể tạo ra các vectơ rung động khác nhau. Trong những điều kiện này, việc so sánh các phép đo một cách có ý nghĩa trở nên bất khả thi và phép tính cân bằng mất đi độ tin cậy.

Cân bằng gần cộng hưởng

Việc cân bằng gần tần số cộng hưởng đặc biệt khó khăn. Khi tần số quay trùng với, hoặc gần với, tần số tự nhiên của hệ thống, ngay cả một sự mất cân bằng nhỏ cũng gây ra sự gia tăng đột ngột về độ rung. Pha dao động trở nên cực kỳ nhạy cảm với những thay đổi nhỏ về tốc độ. Vật thể thực sự đi vào chế độ phi tuyến tính, và việc cân bằng trong vùng này mất đi ý nghĩa vật lý. Trong những trường hợp như vậy, tốc độ hoạt động hoặc cấu trúc cơ khí phải được thay đổi trước khi có thể xem xét việc cân bằng.

Rung động mạnh sau khi cân bằng "thành công".

Trên thực tế, thường gặp trường hợp sau khi thực hiện quy trình cân bằng thành công về mặt hình thức, mức độ rung động tổng thể vẫn cao. Điều này không cho thấy lỗi ở thiết bị hoặc người vận hành. Cân bằng chỉ loại bỏ sự mất cân bằng khối lượng. Nếu rung động do các khuyết tật của nền móng, các ốc vít bị lỏng, sự lệch trục hoặc cộng hưởng gây ra, thì việc sử dụng các quả cân hiệu chỉnh sẽ không giải quyết được vấn đề. Trong những trường hợp này, việc phân tích sự phân bố rung động trong không gian trên máy móc và nền móng của nó giúp xác định nguyên nhân thực sự.

Cân bằng các đối tượng phi tuyến tính: Một nhiệm vụ phức tạp với các giải pháp phi truyền thống

Cân bằng các vật thể phi tuyến tính là một nhiệm vụ đầy thách thức đòi hỏi các phương pháp và cách tiếp cận chuyên biệt. Phương pháp khối lượng thử nghiệm tiêu chuẩn, được phát triển cho các vật thể tuyến tính, có thể mang lại kết quả sai hoặc hoàn toàn không áp dụng được.

Phương pháp cân bằng cho các đối tượng phi tuyến tính

• Cân bằng từng bước: Phương pháp này bao gồm việc giảm dần sự mất cân bằng bằng cách lắp đặt các quả cân hiệu chỉnh ở mỗi giai đoạn. Sau mỗi giai đoạn, các phép đo độ rung được thực hiện và một quả cân hiệu chỉnh mới được xác định dựa trên trạng thái hiện tại của vật thể. Cách tiếp cận này tính đến sự thay đổi hệ số ảnh hưởng trong quá trình cân bằng.
• Cân bằng ở nhiều tốc độ khác nhau: Phương pháp này giải quyết các tác động của hiện tượng cộng hưởng ở các tốc độ quay khác nhau. Cân bằng được thực hiện ở nhiều tốc độ gần cộng hưởng, cho phép giảm rung động đồng đều hơn trên toàn bộ phạm vi tốc độ hoạt động.
• Sử dụng mô hình toán học: Đối với các vật thể phi tuyến tính phức tạp, có thể sử dụng các mô hình toán học mô tả động lực học của rôto trong khi tính đến các hiệu ứng phi tuyến tính. Các mô hình này giúp dự đoán hành vi của vật thể trong nhiều điều kiện khác nhau và xác định các thông số cân bằng tối ưu.

Kinh nghiệm và trực giác của chuyên gia đóng vai trò then chốt trong việc cân bằng các vật thể phi tuyến tính. Người cân bằng giàu kinh nghiệm có thể nhận biết các dấu hiệu phi tuyến tính, lựa chọn phương pháp phù hợp và điều chỉnh nó cho phù hợp với tình huống cụ thể. Phân tích phổ dao động, quan sát sự thay đổi dao động khi các thông số hoạt động của vật thể thay đổi và xem xét các đặc điểm thiết kế của rôto đều giúp đưa ra quyết định đúng đắn và đạt được kết quả mong muốn.

Cách cân bằng các vật thể phi tuyến tính bằng cách sử dụng công cụ được thiết kế cho các vật thể tuyến tính

Đây là một câu hỏi hay. Phương pháp cá nhân của tôi để cân bằng các vật thể như vậy bắt đầu bằng việc sửa chữa cơ chế: thay ổ trục, hàn vết nứt, siết chặt bu lông, kiểm tra neo hoặc bộ cách ly rung và xác minh rằng rôto không cọ xát vào các thành phần cấu trúc cố định.

Tiếp theo, tôi xác định tần số cộng hưởng, vì không thể cân bằng rotor ở tốc độ gần với cộng hưởng. Để làm điều này, tôi sử dụng phương pháp tác động để xác định cộng hưởng hoặc biểu đồ rotor coast-down.

Tiếp theo, tôi xác định vị trí của cảm biến trên cơ cấu: thẳng đứng, nằm ngang hoặc ở một góc nào đó.

Sau khi chạy thử, thiết bị sẽ chỉ ra góc và trọng lượng của tải hiệu chỉnh. Tôi giảm một nửa trọng lượng tải hiệu chỉnh nhưng sử dụng các góc mà thiết bị gợi ý để đặt rôto. Nếu độ rung còn lại sau khi hiệu chỉnh vẫn vượt quá mức chấp nhận được, tôi sẽ chạy rôto một lần nữa. Tất nhiên, việc này mất nhiều thời gian hơn, nhưng đôi khi kết quả lại rất đáng khích lệ.

Nghệ thuật và Khoa học Cân bằng Thiết bị Quay

Cân bằng thiết bị quay là một quá trình phức tạp kết hợp các yếu tố khoa học và nghệ thuật. Đối với các vật thể tuyến tính, cân bằng liên quan đến các phép tính tương đối đơn giản và các phương pháp tiêu chuẩn. Tuy nhiên, làm việc với các vật thể phi tuyến tính đòi hỏi phải hiểu sâu sắc về động lực học của rôto, khả năng phân tích tín hiệu rung động và kỹ năng lựa chọn các chiến lược cân bằng hiệu quả nhất.

Kinh nghiệm, trực giác và cải thiện kỹ năng liên tục là những yếu tố giúp người cân bằng trở thành bậc thầy thực sự trong nghề của họ. Xét cho cùng, chất lượng cân bằng không chỉ quyết định hiệu quả và độ tin cậy của hoạt động thiết bị mà còn đảm bảo an toàn cho con người.

Độ lặp lại của phép đo

Các vấn đề về đo lường cũng đóng vai trò quan trọng. Việc lắp đặt cảm biến rung không chính xác, thay đổi điểm đo hoặc định hướng cảm biến không đúng cách sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến cả biên độ và pha. Đối với việc cân bằng, chỉ đo độ rung thôi là chưa đủ; độ lặp lại và độ ổn định của phép đo là rất quan trọng. Đó là lý do tại sao, trong thực tế, vị trí và hướng lắp đặt cảm biến phải được kiểm soát chặt chẽ.

Phương pháp thực tiễn cho các đối tượng phi tuyến tính

Việc cân bằng một vật thể phi tuyến tính luôn bắt đầu không phải bằng việc lắp đặt một quả cân thử, mà bằng việc đánh giá hành vi rung động. Nếu biên độ và pha thay đổi rõ rệt theo thời gian, thay đổi từ trạng thái ban đầu này sang trạng thái khác, hoặc phản ứng mạnh với những biến đổi nhỏ về tốc độ, thì nhiệm vụ đầu tiên là đạt được chế độ hoạt động ổn định nhất có thể. Nếu không, mọi phép tính sẽ mang tính ngẫu nhiên.

Bước thực hành đầu tiên là chọn tốc độ phù hợp. Các vật thể phi tuyến tính cực kỳ nhạy cảm với hiện tượng cộng hưởng, do đó việc cân bằng phải được thực hiện ở tốc độ càng xa tần số tự nhiên càng tốt. Điều này thường có nghĩa là di chuyển dưới hoặc trên phạm vi hoạt động thông thường. Ngay cả khi độ rung ở tốc độ này cao hơn nhưng ổn định, thì vẫn tốt hơn là cân bằng trong vùng cộng hưởng.

Tiếp theo, điều quan trọng là phải giảm thiểu tất cả các nguồn gây ra sự phi tuyến tính bổ sung. Trước khi cân bằng, tất cả các ốc vít cần được kiểm tra và siết chặt, khe hở được loại bỏ càng nhiều càng tốt, và các bộ phận đỡ và ổ trục được kiểm tra độ lỏng. Cân bằng không bù trừ được khe hở hoặc ma sát, nhưng có thể thực hiện được nếu các yếu tố này được đưa về trạng thái ổn định.

Khi làm việc với vật thể phi tuyến tính, không nên sử dụng các trọng lượng thử nhỏ theo thói quen. Trọng lượng thử quá nhỏ thường không thể đưa hệ thống vào vùng dao động lặp lại, và sự thay đổi dao động trở nên tương đương với nhiễu không ổn định. Trọng lượng thử phải đủ lớn để tạo ra sự thay đổi rõ ràng và có thể tái tạo được trong vectơ dao động, nhưng không quá lớn đến mức đẩy vật thể vào một chế độ hoạt động khác.

Các phép đo cần được thực hiện nhanh chóng và trong điều kiện giống hệt nhau. Thời gian giữa các lần đo càng ngắn, khả năng các thông số động của hệ thống không thay đổi càng cao. Nên thực hiện một vài lần chạy thử nghiệm mà không thay đổi cấu hình để xác nhận rằng đối tượng hoạt động ổn định.

Việc xác định vị trí và hướng lắp đặt cảm biến rung là rất quan trọng. Đối với các vật thể phi tuyến tính, ngay cả một sự dịch chuyển nhỏ của cảm biến cũng có thể gây ra những thay đổi đáng kể về pha và biên độ, điều này có thể bị hiểu nhầm là tác động của trọng lượng thử nghiệm.

Trong các phép tính, cần chú ý không phải đến sự trùng khớp chính xác về mặt số học, mà là đến xu hướng. Nếu độ rung giảm dần một cách nhất quán sau mỗi lần hiệu chỉnh, điều này cho thấy quá trình cân bằng đang đi đúng hướng, ngay cả khi các hệ số ảnh hưởng không hội tụ về mặt hình thức.

Không nên lưu trữ và tái sử dụng các hệ số ảnh hưởng cho các đối tượng phi tuyến tính. Ngay cả khi một chu kỳ cân bằng thành công, trong lần khởi động tiếp theo, đối tượng có thể chuyển sang chế độ khác và các hệ số trước đó sẽ không còn hiệu lực.

Cần nhớ rằng việc cân bằng một vật thể phi tuyến tính thường là một sự thỏa hiệp. Mục tiêu không phải là đạt được độ rung thấp nhất có thể, mà là đưa máy móc vào trạng thái ổn định và có thể lặp lại với mức độ rung chấp nhận được. Trong nhiều trường hợp, đây là giải pháp tạm thời cho đến khi các ổ trục được sửa chữa, các giá đỡ được khôi phục hoặc cấu trúc được sửa đổi.

Nguyên tắc thực hành chính là trước tiên phải ổn định vật thể, sau đó mới cân bằng nó, và chỉ sau đó mới đánh giá kết quả. Nếu không thể ổn định vật thể, việc cân bằng nên được coi là biện pháp hỗ trợ chứ không phải là giải pháp cuối cùng.

Kỹ thuật giảm trọng lượng hiệu chỉnh

Trên thực tế, khi cân bằng các vật thể phi tuyến tính, một kỹ thuật quan trọng khác thường tỏ ra hiệu quả. Nếu thiết bị tính toán trọng lượng hiệu chỉnh bằng thuật toán tiêu chuẩn, việc lắp đặt toàn bộ trọng lượng đã tính toán thường làm cho tình hình trở nên tồi tệ hơn: độ rung có thể tăng lên, pha có thể bị lệch và vật thể có thể chuyển sang chế độ hoạt động khác.

Trong những trường hợp như vậy, việc lắp đặt một trọng số hiệu chỉnh giảm sẽ mang lại hiệu quả tốt — nhỏ hơn hai hoặc thậm chí ba lần so với giá trị được tính toán bởi thiết bị. Điều này giúp tránh việc "đẩy" hệ thống ra khỏi vùng tuyến tính có điều kiện vào một chế độ phi tuyến tính khác. Trên thực tế, việc hiệu chỉnh được áp dụng một cách nhẹ nhàng, với một bước nhỏ, mà không gây ra sự thay đổi đột ngột trong các thông số động của đối tượng.

Sau khi lắp đặt trọng lượng giảm, cần thực hiện một lần chạy thử nghiệm và đánh giá xu hướng rung động. Nếu biên độ giảm dần và pha vẫn tương đối ổn định, có thể lặp lại quá trình hiệu chỉnh bằng phương pháp tương tự, dần dần tiến đến mức rung động tối thiểu có thể đạt được. Phương pháp từng bước này thường đáng tin cậy hơn so với việc lắp đặt toàn bộ trọng lượng hiệu chỉnh đã tính toán cùng một lúc.

Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả đối với các vật thể có khe hở, ma sát khô và các điểm tựa mềm-cứng, nơi mà việc hiệu chỉnh được tính toán đầy đủ ngay lập tức đẩy hệ thống ra khỏi vùng tuyến tính có điều kiện. Việc sử dụng khối lượng hiệu chỉnh giảm cho phép vật thể duy trì trong chế độ hoạt động ổn định nhất và giúp đạt được kết quả thực tế ngay cả khi việc cân bằng về mặt lý thuyết được coi là không thể.

Điều quan trọng cần hiểu là đây không phải là "sai số thiết bị", mà là hệ quả của các định luật vật lý của hệ thống phi tuyến. Thiết bị tính toán chính xác đối với mô hình tuyến tính, trong khi kỹ sư điều chỉnh kết quả trên thực tế cho phù hợp với hoạt động thực tế của hệ thống cơ khí.

Nguyên tắc cuối cùng

Tóm lại, việc cân bằng thành công không chỉ đơn thuần là tính toán trọng lượng và góc độ. Nó đòi hỏi sự hiểu biết về hành vi động học của vật thể, tính tuyến tính, độ ổn định rung động và khoảng cách đến điều kiện cộng hưởng. Bộ Balanset-1A cung cấp tất cả các công cụ cần thiết để đo lường, phân tích và tính toán, nhưng kết quả cuối cùng luôn được quyết định bởi tình trạng cơ học của chính hệ thống. Đây là điều phân biệt phương pháp lý thuyết với thực tiễn kỹ thuật trong chẩn đoán rung động và cân bằng rôto.

Câu hỏi và câu trả lời