Hiểu về rung động hướng tâm trong máy móc quay

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Parts

Vibration sensor

$107.47

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

Devices

Balanset-4

$8,123.32

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parts

Reflective tape

$11.94

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

Định nghĩa: Rung động hướng tâm là gì?

Rung động hướng tâm là chuyển động của một trục quay vuông góc với trục quay của nó, lan ra ngoài từ tâm trục như bán kính của một đường tròn. Thuật ngữ "hướng tâm" dùng để chỉ bất kỳ hướng nào tỏa ra từ đường tâm trục, bao gồm cả chuyển động ngang (sang hai bên) và chuyển động thẳng đứng (lên xuống). Dao động hướng tâm đồng nghĩa với rung động bên hoặc rung động ngang và đại diện cho hình thức được đo lường và giám sát phổ biến nhất rung động trong máy móc quay.

Trong các ứng dụng thực tế, độ rung hướng tâm thường được đo theo hai hướng vuông góc—ngang và dọc—tại mỗi vị trí ổ trục để cung cấp hình ảnh hoàn chỉnh về chuyển động của trục vuông góc với trục của nó.

Hướng dẫn đo lường

Rung động xuyên tâm theo chiều ngang

Độ rung theo phương ngang được đo theo hướng từ bên này sang bên kia:

• Vuông góc với trục trục và song song với mặt đất/sàn
• Vị trí đo lường thường dễ tiếp cận nhất
• Thông thường cho thấy tác động của trọng lực, độ cứng không đối xứng của nền móng và các hàm lực tác động theo phương ngang
• Hướng đo lường tiêu chuẩn cho hầu hết các chương trình giám sát độ rung

Rung động xuyên tâm theo chiều dọc

Độ rung theo phương thẳng đứng được đo theo hướng lên và xuống:

• Vuông góc với trục trục và vuông góc với mặt đất/sàn
• Bị ảnh hưởng bởi trọng lực và trọng lượng của rotor
• Biên độ thường cao hơn so với phương ngang do trọng lượng của rôto tạo ra độ cứng không đối xứng
• Quan trọng để phát hiện các vấn đề trong máy móc định hướng theo chiều dọc (máy bơm, động cơ theo chiều dọc)

Độ rung xuyên tâm tổng thể

Tổng độ rung hướng tâm có thể được tính bằng tổng vectơ của các thành phần theo chiều ngang và chiều dọc:

• Tổng bán kính = √(Ngang² + Dọc²)
• Biểu thị cường độ chuyển động thực tế bất kể hướng nào
• Hữu ích cho việc đánh giá mức độ nghiêm trọng của một số

Nguyên nhân chính gây ra rung động xuyên tâm

Rung động hướng tâm được tạo ra bởi các lực tác dụng vuông góc với trục:

1. Mất cân bằng (Nguyên nhân chủ yếu)

Mất cân bằng là nguồn rung động hướng tâm phổ biến nhất trong máy móc quay:

• Tạo lực ly tâm quay với tốc độ trục (1X)
• Độ lớn lực tỷ lệ thuận với khối lượng mất cân bằng, bán kính và bình phương tốc độ
• Tạo ra hình tròn hoặc hình elip quỹ đạo trục
• Có thể sửa chữa thông qua cân bằng thủ tục

2. Sự không thẳng hàng

Trục không thẳng hàng giữa các máy móc được ghép nối tạo ra cả hướng tâm và rung động trục:

• Chủ yếu là rung động xuyên tâm 2X (hai lần mỗi vòng quay)
• Cũng tạo ra sóng hài 1X, 3X và cao hơn
• Rung động trục cao đi kèm với rung động hướng tâm
• Mối quan hệ pha giữa các ổ trục chẩn đoán loại sai lệch

3. Lỗi cơ học

Nhiều vấn đề cơ học khác nhau tạo ra các kiểu rung động hướng tâm đặc trưng:

• Lỗi vòng bi: Tác động tần số cao tại tần số đứt gãy ổ trục
• Trục cong hoặc cong vênh: Độ rung 1X tương tự như mất cân bằng nhưng vẫn xuất hiện ngay cả khi lăn chậm
• Sự lỏng lẻo: Nhiều sóng hài (1X, 2X, 3X) có hành vi phi tuyến tính
• Các vết nứt: Rung 1X và 2X với những thay đổi trong quá trình khởi động/tắt máy
• Chà xát: Các thành phần đồng bộ và bán đồng bộ

4. Lực khí động học và lực thủy lực

Lực tác động trong máy bơm, quạt và máy nén tạo ra lực hướng tâm:

• Tần suất chuyển động của lưỡi dao (số lưỡi dao × vòng/phút)
• Mất cân bằng thủy lực do dòng chảy không đối xứng
• Sự phân tách dòng xoáy và nhiễu loạn dòng chảy
• Tuần hoàn và hoạt động ngoài thiết kế

5. Điều kiện cộng hưởng

Khi hoạt động gần tốc độ tới hạn, rung động hướng tâm được khuếch đại đáng kể:

• Tần số tự nhiên trùng với tần số cưỡng bức
• Biên độ chỉ giới hạn bởi hệ thống giảm chấn
• Khả năng xảy ra mức độ rung động thảm khốc
• Yêu cầu biên độ phân tách thích hợp trong thiết kế

Tiêu chuẩn và thông số đo lường

Đơn vị đo lường

Rung động hướng tâm có thể được thể hiện bằng ba thông số liên quan:

• Độ dịch chuyển: Khoảng cách di chuyển thực tế (micromet µm, mils). Được sử dụng cho máy móc tốc độ thấp và phép đo bằng đầu dò tiệm cận
• Vận tốc: Tốc độ thay đổi độ dịch chuyển (mm/giây, in/giây). Phổ biến nhất đối với máy móc công nghiệp nói chung, làm cơ sở cho các tiêu chuẩn ISO
• Gia tốc: Tốc độ thay đổi vận tốc (m/s², g). Được sử dụng để đo tần số cao và phát hiện khuyết tật ổ trục

Tiêu chuẩn quốc tế

Tiêu chuẩn ISO 20816 đưa ra các giới hạn về mức độ rung động hướng tâm:

• Tiêu chuẩn ISO 20816-1: Hướng dẫn chung về đánh giá độ rung của máy móc
• Tiêu chuẩn ISO 20816-3: Tiêu chuẩn cụ thể cho máy công nghiệp > 15 kW
• Khu vực nghiêm trọng: A (tốt), B (chấp nhận được), C (không đạt yêu cầu), D (không chấp nhận được)
• Vị trí đo lường: Thông thường trên vỏ ổ trục theo hướng xuyên tâm

Tiêu chuẩn cụ thể của ngành

• API 610: Giới hạn rung động hướng tâm của máy bơm ly tâm
• API 617: Tiêu chuẩn rung động của máy nén ly tâm
• API 684: Quy trình phân tích động lực học rôto để dự đoán rung động hướng tâm
• NEMA MG-1: Giới hạn rung động cơ điện

Kỹ thuật giám sát và chẩn đoán

Giám sát thường xuyên

Các chương trình giám sát rung động tiêu chuẩn đo độ rung hướng tâm:

• Thu thập theo tuyến đường: Đo lường định kỳ theo các khoảng thời gian cố định (hàng tháng, hàng quý)
• Xu hướng chung về mức độ: Theo dõi tổng biên độ rung động theo thời gian
• Giới hạn báo động: Thiết lập dựa trên tiêu chuẩn ISO hoặc tiêu chuẩn cụ thể của thiết bị
• So sánh: Hiện tại so với đường cơ sở, ngang so với dọc

Phân tích nâng cao

Phân tích rung động hướng tâm chi tiết cung cấp thông tin chẩn đoán:

• Phân tích FFT: Phổ tần số hiển thị các thành phần rung động
• Dạng sóng thời gian: Tín hiệu rung động theo thời gian cho thấy sự biến đổi và điều chế
• Phân tích pha: Mối quan hệ thời gian giữa các điểm đo
• Phân tích quỹ đạo: Các mẫu chuyển động của đường tâm trục
• Phân tích phong bì: Giải điều chế tần số cao để phát hiện khuyết tật ổ trục

Giám sát liên tục

Thiết bị quan trọng thường có chức năng giám sát rung động xuyên tâm liên tục:

• Đầu dò tiệm cận để đo chuyển động trục trực tiếp
• Máy đo gia tốc được gắn cố định trên vỏ ổ trục
• Xu hướng thời gian thực và đáng báo động
• Tích hợp hệ thống bảo vệ tự động

Sự khác biệt theo chiều ngang và chiều dọc

Mối quan hệ biên độ điển hình

Ở nhiều máy móc, độ rung hướng tâm theo chiều dọc vượt quá độ rung theo chiều ngang:

• Hiệu ứng trọng lực: Trọng lượng của rotor tạo ra độ lệch tĩnh, ảnh hưởng đến độ cứng theo chiều dọc
• Độ cứng không đối xứng: Nền móng và kết cấu hỗ trợ thường cứng hơn theo chiều ngang
• Tỷ lệ điển hình: Rung động theo chiều dọc 1,5-2 lần theo chiều ngang là phổ biến
• Hiệu ứng cân bằng trọng lượng: Trọng lượng hiệu chỉnh được đặt ở phía dưới rôto (dễ tiếp cận) ưu tiên giảm rung động theo chiều dọc

Sự khác biệt về chẩn đoán

• Mất cân bằng: Có thể hiển thị rõ hơn theo một hướng tùy thuộc vào vị trí mất cân bằng
• Sự lỏng lẻo: Thường cho thấy tính phi tuyến tính rõ rệt hơn theo hướng thẳng đứng
• Các vấn đề về nền tảng: Rung động theo chiều dọc nhạy cảm hơn với sự xuống cấp của nền móng
• Sự không cân xứng: Có thể xuất hiện khác nhau theo chiều ngang so với chiều dọc dựa trên loại sai lệch

Mối quan hệ với động lực học của rôto

Rung động hướng tâm là trung tâm của động lực học rôto Phân tích:

Tốc độ quan trọng

• Tần số tự nhiên xuyên tâm xác định tốc độ tới hạn
• Tốc độ tới hạn đầu tiên thường tương ứng với chế độ uốn xuyên tâm đầu tiên
• Biểu đồ Campbell dự đoán hành vi rung động hướng tâm so với tốc độ
• Khoảng cách từ tốc độ tới hạn ngăn ngừa rung động xuyên tâm quá mức

Chế độ Hình dạng

• Mỗi chế độ rung hướng tâm có hình dạng lệch đặc trưng
• Chế độ đầu tiên: uốn cong hồ quang đơn giản
• Chế độ thứ hai: Đường cong chữ S có điểm nút
• Các chế độ cao hơn: các mẫu ngày càng phức tạp

Cân nhắc cân bằng

• Mục tiêu cân bằng giảm rung động hướng tâm ở tần số 1X
• Influence coefficients liên hệ trọng số hiệu chỉnh với những thay đổi rung động xuyên tâm
• Vị trí mặt phẳng hiệu chỉnh tối ưu dựa trên hình dạng chế độ xuyên tâm

Phương pháp hiệu chỉnh và kiểm soát

Đối với sự mất cân bằng

• Field balancing sử dụng máy phân tích di động
• Một mặt phẳng hoặc cân bằng hai mặt phẳng thủ tục
• Cân bằng cửa hàng chính xác cho các thành phần quan trọng

Đối với các vấn đề cơ học

• Căn chỉnh chính xác để sửa chữa sự sai lệch
• Thay thế vòng bi khi vòng bi bị lỗi
• Siết chặt các thành phần lỏng lẻo
• Sửa chữa nền móng cho các vấn đề về kết cấu
• Nắn thẳng trục hoặc thay thế trục bị cong

Đối với các vấn đề cộng hưởng

• Thay đổi tốc độ để tránh phạm vi tốc độ quan trọng
• Thay đổi độ cứng (đường kính trục, thay đổi vị trí ổ trục)
• Cải tiến giảm chấn (bộ giảm chấn màng ép, lựa chọn ổ trục)
• Thay đổi khối lượng để thay đổi tần số tự nhiên

Tầm quan trọng trong bảo trì dự đoán

Giám sát rung động hướng tâm là nền tảng của các chương trình bảo trì dự đoán:

• Phát hiện lỗi sớm: Những thay đổi trong rung động xuyên tâm xảy ra trước khi hỏng hóc nhiều tuần hoặc nhiều tháng
• Xu hướng: Sự gia tăng dần dần cho thấy các vấn đề đang phát triển
• Chẩn đoán lỗi: Nội dung tần số xác định các loại lỗi cụ thể
• Đánh giá mức độ nghiêm trọng: Biên độ cho biết mức độ nghiêm trọng và tính cấp bách của vấn đề
• Lịch trình bảo trì: Bảo trì dựa trên tình trạng thay vì dựa trên thời gian
• Cost Savings: Ngăn ngừa các sự cố nghiêm trọng và tối ưu hóa thời gian bảo trì

Là phép đo độ rung chính trong máy móc quay, độ rung hướng tâm cung cấp thông tin cần thiết về tình trạng thiết bị, giúp đảm bảo hoạt động đáng tin cậy, an toàn và hiệu quả của thiết bị quay công nghiệp.

---

← Quay lại Mục lục chính