ISO 21940-13: Tiêu chí và biện pháp bảo đảm cho việc cân bằng tại chỗ các rôto cỡ trung bình và lớn
Tiêu chuẩn ISO 21940-13 là tiêu chuẩn quốc tế chuyên ngành quy định các phương pháp thực tiễn để cân bằng rô-to trên chính các ổ trục và kết cấu đỡ của nó, ngay tại vị trí lắp đặt của máy — tức là, cân bằng tại chỗ hoặc tại hiện trường. Tên đầy đủ của nó là “Dao động cơ học — Cân bằng rôto — Phần 13: Tiêu chí và biện pháp an toàn cho việc cân bằng tại chỗ các rôto cỡ trung bình và lớn.” Trong trường hợp có một máy cân bằng không thể áp dụng — do rôto quá lớn, chi phí tháo dỡ quá cao hoặc chỉ gặp sự cố khi hoạt động trong điều kiện thực tế — phần này trình bày khi nào cân bằng tại hiện trường là lựa chọn phù hợp và cách thực hiện an toàn. Phần này bổ sung cho phần tập trung vào dung sai Tiêu chuẩn ISO 21940-11 (cánh quạt cứng) và Tiêu chuẩn ISO 21940-12 (cánh quạt linh hoạt) bằng cách xem xét thực tế khi làm việc trên một máy đang hoạt động và đã được lắp đặt.
1. Phạm vi và đối tượng áp dụng
Tiêu chuẩn này đưa ra các hướng dẫn và biện pháp bảo đảm cho việc cân bằng tại chỗ các rô-to cỡ trung bình và lớn, được thực hiện trong khi rô-to vẫn nằm trên các ổ trục và kết cấu đỡ của chính nó — thường là tại vị trí vận hành cuối cùng. Trên thực tế, các nguyên tắc cân bằng tại chỗ này được áp dụng như nhau cho dù rô-to hoạt động như thế nào cứng nhắc hoặc linh hoạt khi đã được thiết lập: đó là sự vận động của toàn bộ hệ thống hệ thống ổ trục rôto, chứ không phải riêng bộ cánh quạt, mới là yếu tố quyết định phương pháp thực hiện. Tài liệu này được soạn thảo dành cho các kỹ thuật viên, kỹ sư và quản lý – những người có trách nhiệm quyết định, lập kế hoạch và triển khai an toàn các hoạt động cân bằng tại hiện trường.
2. Tiêu chí: Khi nào việc cân bằng tại chỗ là hợp lý
Việc cân bằng trường không phải là giải pháp tự động cho mọi trường hợp có giá trị cao rung động, và chương này đưa ra một khung quyết định. Tiêu chuẩn này xác định một số tình huống mà việc cân bằng tại chỗ là phương án phù hợp:
- Việc tháo dỡ là không khả thi hoặc không kinh tế: Việc tháo dỡ một tuabin, máy phát điện hoặc rô-to quạt cỡ lớn để cân bằng tại xưởng có thể tốn kém đến mức không thể chấp nhận được hoặc đơn giản là không khả thi.
- Sự mất cân bằng chỉ xuất hiện trong quá trình vận hành: một số sự mất cân bằng được tạo ra bởi các điều kiện chỉ xuất hiện khi máy đang hoạt động — biến dạng do nhiệt, lực khí động học, hoặc các chất bám dính do quá trình sản xuất như mảnh vụn và sản phẩm bám chặt vào cánh quạt. Cân xưởng không thể mô phỏng được những trường hợp này.
- Công đoạn hoàn thiện cuối cùng sau khi lắp đặt lại: Một cánh quạt đã được cân bằng tại xưởng vẫn có thể cần phải cân bằng cắt sau khi lắp ráp lại vào máy, nhằm bù đắp những sai lệch nhỏ do quá trình lắp ráp gây ra.
Điều quan trọng là, tiêu chuẩn này yêu cầu phải xác nhận trước tiên rằng rung động mạnh thực sự là do mất cân bằng — chứ không phải bởi sự không thẳng hàng, sự cộng hưởng, hoặc sự lỏng lẻo về mặt cơ học, vốn mô phỏng hoặc làm trầm trọng thêm tình trạng mất cân bằng. Việc lắp thêm đối trọng vào một máy bị lệch trục hoặc có hiện tượng cộng hưởng không chỉ lãng phí thời gian mà còn có thể khiến tình hình trở nên tồi tệ hơn.
3. Quy trình và phương pháp
Phần này là hướng dẫn từng bước để thực hiện công việc. Trước tiên, phần này nêu rõ các yêu cầu về thiết bị đo lường: một thiết bị đa kênh máy phân tích rung động có khả năng đo biên độ và pha, một hoặc nhiều cảm biến rung (cảm biến khoảng cách tương đối trục và/hoặc cảm biến gắn trên vỏ Máy đo gia tốc), và một cảm biến tham chiếu pha — thường là một thiết bị đo tốc độ bằng hình ảnh hoặc máy đo tốc độ laser — để đánh dấu vị trí định thời gian mỗi vòng quay trên trục.
Đáng chú ý, tiêu chuẩn ISO 21940-13 quy định các tiêu chí, thiết bị đo lường và biện pháp bảo đảm, nhưng cố ý không quy định phương pháp được sử dụng để tính toán khối lượng hiệu chỉnh từ dữ liệu rung động đã đo, mà để cho người thực hiện tự lựa chọn thuật toán. Trên thực tế, kỹ thuật được sử dụng phổ biến là Hệ số ảnh hưởng phương pháp: nhà phân tích ghi lại vectơ dao động ban đầu (biên độ và pha), gắn một trọng lượng thử nghiệm tại một vị trí góc đã biết, đo vectơ “phản hồi” mới, và sau đó sử dụng toán học vectơ để tính khối lượng và góc của đại lượng cần tìm trọng lượng hiệu chỉnh, được áp dụng trên một mặt phẳng hoặc hai mặt phẳng tùy theo yêu cầu của máy. Đây chính xác là quy trình làm việc mà một thiết bị di động tự động hóa: Balanset-1A, một thiết bị cân bằng và phân tích trường hai kênh, đo biên độ và pha 1× tại các ổ trục của máy ở tốc độ vận hành, tính toán các hệ số ảnh hưởng, và báo cáo khối lượng và góc hiệu chỉnh cho từng mặt phẳng — giúp kỹ sư thực hiện cân bằng và kiểm tra mà không cần tháo rotor. A Máy tính trọng lượng thử nghiệm giúp xác định trọng lượng thử nghiệm ban đầu một cách hợp lý.
4. Đánh giá độ cân bằng — Dao động, không phải độ lệch cân bằng còn lại
Điểm khác biệt quan trọng nhất giữa tiêu chuẩn này và thực tiễn trong xưởng là ở chỗ: việc cân bằng trong xưởng nhằm đáp ứng một yêu cầu cụ thể mất cân bằng còn lại độ dung sai được tính từ a Cấp G. Việc cân bằng tại hiện trường có mục tiêu thực tiễn hơn: nhằm giảm thiểu rung động trong quá trình vận hành đến mức chấp nhận được. Do đó, việc đánh giá sự chấp nhận không dựa trên độ lệch cân bằng còn lại tính bằng g·mm mà dựa trên biên độ dao động cuối cùng. Tiêu chuẩn này quy định rằng việc đánh giá này phải tuân theo các giới hạn dao động trong quá trình vận hành được quy định trong các tiêu chuẩn liên quan mà nó tham chiếu — ISO 7919 đối với rung động trục và Tiêu chuẩn ISO 10816 đối với độ rung của các bộ phận không quay (cả hai đều đã được hợp nhất vào tiêu chuẩn hiện đại Tiêu chuẩn ISO 20816 (loạt bài). Mục tiêu thực tiễn là điều khiển 1× tốc độ chạy giảm tải thành phần cho đến khi mức độ tổng thể của máy nằm trong vùng đánh giá chấp nhận được — Vùng A hoặc B — để vận hành lâu dài. Bạn có thể so sánh giá trị đo được với các dải này bằng cách Công cụ tính toán vùng rung động theo tiêu chuẩn ISO 20816-1.
5. Các biện pháp bảo vệ và phòng ngừa an toàn
Có thể nói, chương này chính là lý do khiến tiêu chuẩn này ra đời, bởi vì việc cân bằng tại hiện trường tiềm ẩn những nguy cơ mà môi trường xưởng sản xuất được kiểm soát không có — chủ yếu là việc cố ý vận hành máy móc khi gắn thêm các khối cân thử nghiệm có thể bị văng ra ngoài. Chương này quy định một phương pháp an toàn nghiêm ngặt và được ghi chép đầy đủ:
- Trước tiên là kiểm tra cơ khí: Trước mỗi lần vận hành, hãy kiểm tra xem tất cả các bulông, đai ốc đã được siết chặt và mọi tấm chắn đã được lắp đặt đúng vị trí hay chưa.
- Quan hệ tích cực với cân nặng: Các khối cân thử nghiệm và hiệu chỉnh phải được cố định chắc chắn — bằng cách hàn, bắt vít hoặc lắp vào giá đỡ chuyên dụng — để chúng không thể biến thành vật thể bay.
- Khu vực kiểm soát ra vào: một khu vực cấm vào được rào chắn xung quanh máy trong mỗi lần chạy thử.
- Giao tiếp rõ ràng: các quy trình rõ ràng giữa chuyên viên phân tích cân bằng và nhân viên vận hành máy móc.
- Dừng khẩn cấp: một quy trình tắt máy đã được xác định trước và diễn tập sẵn sàng trước lần khởi động đầu tiên.
Việc chú trọng đến an toàn là điều tối quan trọng: với tốc độ và khối lượng của các cánh quạt cỡ trung bình và lớn, một vật nặng bị văng ra hoặc một khớp nối không có nắp bảo vệ có thể gây ra thương tích nghiêm trọng và hư hỏng thiết bị nghiêm trọng.
6. Những khái niệm chính cần ghi nhớ
- Cân bằng tại hiện trường so với cân bằng tại xưởng: Tiêu chuẩn này hoàn toàn tập trung vào việc cân bằng cánh quạt trong máy, điều chỉnh toàn bộ cụm chi tiết trong điều kiện vận hành thực tế, thay vì trên máy cân bằng trong xưởng.
- Mục tiêu là giảm rung: Thành công được đánh giá dựa trên mức độ rung động cho phép trong quá trình vận hành theo tiêu chuẩn ISO 7919 / ISO 10816 (hiện đã được hợp nhất thành ISO 20816), chứ không phải dựa trên giá trị sai lệch cân bằng còn lại.
- An toàn là trên hết: Việc cố ý thêm tạ vào máy chạy bộ khiến các biện pháp an toàn đã được ghi nhận trở thành điều bắt buộc.
- Phương pháp hệ số ảnh hưởng: phương pháp tại chỗ phổ biến — đo vectơ ban đầu, thêm một trọng lượng thử nghiệm đã biết, đo phản ứng, và tính toán giá trị hiệu chỉnh bằng các phép toán vectơ.
