Cân bằng rotor là gì? Hướng dẫn toàn diện

Định nghĩa: Khái niệm cốt lõi của sự cân bằng

Rotor balancing là một quá trình có hệ thống nhằm cải thiện sự phân bố khối lượng của một vật thể quay (rôto) để đảm bảo đường tâm khối lượng hiệu dụng trùng khớp với đường tâm hình học thực của nó. Khi rôto mất cân bằng, lực ly tâm sẽ sinh ra trong quá trình quay, dẫn đến rung động quá mức, tiếng ồn, giảm tuổi thọ ổ trục và có khả năng gây ra hư hỏng nghiêm trọng. Mục tiêu của việc cân bằng là giảm thiểu các lực này bằng cách thêm hoặc bớt một lượng trọng lượng chính xác tại các vị trí cụ thể, từ đó giảm độ rung xuống mức chấp nhận được.

Tại sao cân bằng lại là nhiệm vụ bảo trì quan trọng?

Mất cân bằng là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra rung động trong máy móc quay. Việc cân bằng chính xác không chỉ nhằm mục đích giảm rung động; đó là một hoạt động bảo trì quan trọng mang lại những lợi ích đáng kể:

• Tăng tuổi thọ ổ trục: Lực mất cân bằng được truyền trực tiếp đến ổ trục. Việc giảm các lực này sẽ kéo dài đáng kể tuổi thọ của ổ trục.
• Độ tin cậy của máy được cải thiện: Độ rung thấp hơn làm giảm áp lực lên tất cả các bộ phận của máy, bao gồm phớt, trục và giá đỡ kết cấu, giúp giảm thiểu sự cố hỏng hóc.
• Enhanced Safety: Mức độ rung động cao có thể gây hỏng hóc linh kiện, tạo ra mối nguy hiểm đáng kể về an toàn cho con người.
• Giảm mức độ tiếng ồn: Rung động cơ học là nguồn chính gây ra tiếng ồn công nghiệp. Một máy móc cân bằng tốt sẽ chạy êm hơn nhiều.
• Tiêu thụ năng lượng thấp hơn: Năng lượng vốn bị lãng phí do tạo ra rung động và nhiệt sẽ được chuyển hóa thành công có ích, giúp cải thiện hiệu quả.

Các loại cân bằng: Tĩnh so với Động

Các quy trình cân bằng được phân loại dựa trên loại mất cân bằng mà chúng cần hiệu chỉnh. Hai loại chính là cân bằng tĩnh và cân bằng động.

Cân bằng tĩnh (Cân bằng một mặt phẳng)

Mất cân bằng tĩnh xảy ra khi trọng tâm của rotor lệch khỏi trục quay. Hiện tượng này thường được hình dung như một "điểm nặng" duy nhất. Cân bằng tĩnh khắc phục hiện tượng này bằng cách đặt một trọng lượng hiệu chỉnh duy nhất 180° đối diện với điểm nặng. Nó được gọi là "tĩnh" vì loại mất cân bằng này có thể được phát hiện khi rotor đứng yên (ví dụ, trên các con lăn cạnh sắc). Phương pháp này phù hợp với các rotor hẹp, hình đĩa như quạt, bánh mài và bánh đà có tỷ lệ chiều dài/đường kính nhỏ.

Cân bằng động (Cân bằng hai mặt phẳng)

Mất cân bằng động là một tình trạng phức tạp hơn, bao gồm cả mất cân bằng tĩnh và mất cân bằng "cặp". Mất cân bằng cặp xảy ra khi có hai điểm nặng bằng nhau ở hai đầu đối diện của rotor, cách nhau 180°. Điều này tạo ra chuyển động lắc lư, hay mô men, chỉ có thể được phát hiện khi rotor quay. Cân bằng động là yêu cầu đối với hầu hết các rotor, đặc biệt là những rotor có chiều dài lớn hơn đường kính của chúng (như phần ứng động cơ, trục và tuabin). Cân bằng động đòi hỏi phải thực hiện hiệu chỉnh trên ít nhất hai mặt phẳng khác nhau dọc theo chiều dài rotor để chống lại cả lực và mất cân bằng cặp.

Quy trình cân bằng: Cách thực hiện

Cân bằng hiện đại thường được thực hiện bằng thiết bị chuyên dụng và phương pháp có hệ thống, thường sử dụng phương pháp hệ số ảnh hưởng:

1. Lần chạy đầu tiên: Máy được vận hành để đo biên độ rung ban đầu và góc pha do mất cân bằng hiện tại gây ra. Cảm biến rung và máy đo tốc độ (để tham chiếu pha) được sử dụng.
2. Chạy thử trọng lượng: Một quả cân thử nghiệm đã biết được gắn tạm thời vào rôto ở một vị trí góc đã biết trên mặt phẳng hiệu chỉnh.
3. Lần chạy thứ hai: Máy được vận hành lại, biên độ và pha rung động mới được đo lại. Sự thay đổi độ rung (chênh lệch vectơ) chỉ do trọng lượng thử nghiệm gây ra.
4. Tính toán: Bằng cách biết được trọng lượng thử nghiệm ảnh hưởng đến độ rung như thế nào, thiết bị cân bằng sẽ tính toán được “hệ số ảnh hưởng”. Hệ số này sau đó được sử dụng để xác định lượng trọng lượng hiệu chỉnh chính xác và góc chính xác cần đặt để chống lại sự mất cân bằng ban đầu.
5. Sửa chữa và xác minh: Quả cân thử được tháo ra, quả cân hiệu chỉnh cố định đã tính toán được lắp vào, và lần chạy cuối cùng được thực hiện để xác minh độ rung đã được giảm xuống mức chấp nhận được. Đối với cân bằng hai mặt phẳng, quy trình này được lặp lại cho mặt phẳng thứ hai.

Tiêu chuẩn và dung sai có liên quan

Mức độ rung động chấp nhận được không phải là tùy ý. Chúng được xác định theo các tiêu chuẩn quốc tế, đáng chú ý nhất là Tiêu chuẩn ISO 21940 Tiêu chuẩn này định nghĩa "Cấp Chất lượng Cân bằng" (ví dụ: G 6.3, G 2.5, G 1.0) cho các loại máy móc khác nhau. Chỉ số G thấp hơn cho thấy dung sai chặt chẽ hơn. Các cấp này được sử dụng để tính toán độ mất cân bằng dư tối đa cho phép của một rô-to nhất định dựa trên khối lượng và tốc độ làm việc của nó, đảm bảo rô-to đáp ứng các yêu cầu vận hành.

← Quay lại Mục lục chính