Hiểu về cung trục trong máy móc quay

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,353.83

Parts

Vibration sensor

$107.26

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$147.78

Devices

Balanset-4

$8,107.90

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.82

Parts

Reflective tape

$11.92

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,067.80

Định nghĩa: Shaft Bow là gì?

Mũi trục (còn gọi là uốn trục, cánh quạt, hoặc đơn giản là “cánh quạt”) là tình trạng mà cánh quạt trục đã phát triển độ cong vĩnh viễn hoặc bán vĩnh viễn, khiến nó lệch khỏi đường tâm thẳng. Không giống như tạm thời chạy ra ngoài có thể do linh kiện lỏng lẻo hoặc giá đỡ lệch tâm gây ra, độ cong của trục thể hiện sự biến dạng thực tế của vật liệu trục.

Trục cung sản xuất rung động các triệu chứng bề ngoài giống như mất cân bằng, nhưng nó không thể được sửa chữa thông qua phương pháp thông thường cân bằng quy trình. Điều này làm cho việc chẩn đoán chính xác trở nên quan trọng để tránh lãng phí thời gian cố gắng cân bằng trục cong.

Các loại trục cung

Trục khuỷu có thể được phân loại dựa trên nguyên nhân và thời gian kéo dài:

1. Cung cơ học vĩnh cửu

Đây là biến dạng dẻo (vĩnh viễn) của vật liệu trục gây ra bởi:

• Quá tải cơ học hoặc tác động
• Nâng hoặc xử lý không đúng cách trong quá trình bảo trì
• Thả rôto
• Ứng suất uốn quá mức trong quá trình vận hành
• Lỗi sản xuất hoặc xử lý nhiệt không đúng cách

Khi trục đã bị biến dạng (biến dạng vĩnh viễn), mũi tàu vẫn giữ nguyên trạng thái ngay cả khi trục đứng yên và mọi tải trọng đều được loại bỏ.

2. Cung nhiệt (tạm thời)

Còn được gọi là cung nhiệt hoặc cung nóng, Đây là tình trạng tạm thời do trục được gia nhiệt không đều. Mặt nóng sẽ giãn nở nhiều hơn mặt lạnh, tạo ra một đường cong tạm thời. Nguyên nhân bao gồm:

• Nguồn nhiệt không đối xứng (chất lỏng nóng ở một bên, không khí làm mát ở bên kia)
• Vòng bi ma sát làm nóng một bên của trục
• Sự cọ xát của rôto tạo ra nhiệt cục bộ
• Hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời trên thiết bị ngoài trời
• Quy trình khởi động không đúng cách cho các tua-bin lớn

Hiện tượng cong vênh nhiệt thường biến mất khi trục nguội đều hoặc khi đạt trạng thái cân bằng nhiệt. Tuy nhiên, các chu kỳ cong vênh nhiệt lặp đi lặp lại cuối cùng có thể gây ra hiện tượng cong vênh vĩnh viễn.

3. Cung ứng suất dư

Ứng suất dư bên trong từ quá trình hàn, xử lý nhiệt hoặc sản xuất có thể khiến trục cong dần theo thời gian, đặc biệt là khi chịu nhiệt độ vận hành hoặc tải trọng cơ học gây ra hiện tượng giảm ứng suất.

Nguyên nhân gây ra hiện tượng cong trục

Hiểu được nguyên nhân gốc rễ giúp ngăn ngừa hiện tượng cong trục và hướng dẫn các hành động khắc phục:

Nguyên nhân cơ học

• Quá tải: Hoạt động ở mức tải vượt quá giới hạn thiết kế
• Bảo quản không đúng cách: Lưu trữ trục theo chiều ngang mà không có sự hỗ trợ thích hợp, gây ra tình trạng võng theo thời gian
• Xử lý sai: Nâng bằng trục thay vì các điểm nâng được chỉ định
• Tai nạn hoặc va chạm: Làm rơi, va chạm hoặc hư hỏng do vật lạ
• Vòng bi bị kẹt: Vòng bi bị kẹt có thể khiến trục bị cong dưới mô-men xoắn truyền động

Nguyên nhân nhiệt

• Sưởi ấm không đều: Phân bố nhiệt độ không đồng đều xung quanh chu vi trục
• Thay đổi nhiệt độ nhanh chóng: Sốc nhiệt khi khởi động hoặc tắt máy
• Điểm nóng: Sự gia nhiệt cục bộ do ma sát, cọ xát hoặc điều kiện xử lý
• Khởi động không đủ: Khởi động tua bin lạnh hoặc máy móc lớn quá nhanh
• Quy trình tắt máy: Cho phép trục nóng ngừng quay trước khi nguội (chùng nhiệt)

Nguyên nhân về vật liệu và sản xuất

• Chất lượng vật liệu kém: Các tạp chất, khoảng trống hoặc sự không đồng nhất về vật liệu
• Xử lý nhiệt không đúng cách: Ứng suất dư từ quá trình làm nguội hoặc ram
• Biến dạng hàn: Hàn không đối xứng tạo ra ứng suất dư
• Ứng suất gia công: Căng thẳng gây ra trong quá trình sản xuất

Trục cung gây ra rung động như thế nào

Trục cong tạo ra rung động thông qua hai cơ chế:

1. Mất cân bằng hình học

Khi trục cong quay, đường tâm cong của nó sẽ quét ra một hình nón hoặc một quỹ đạo không tròn khác. Ngay cả khi sự phân bổ khối lượng của rô-to được cân bằng hoàn hảo, hình dạng cong vẫn tạo ra một khối quay lệch tâm, tạo ra lực ly tâm, tạo ra độ rung 1X (độ rung ở tần số quay của trục).

2. Tải trọng mô men trên ổ trục

Độ cong tạo ra các mômen uốn truyền đến ổ trục, gây ra tải trọng ổ trục dao động và rung động.

Phát hiện trục cong

Phân biệt độ cong trục với mất cân bằng khối lượng thực là rất quan trọng để khắc phục sự cố hiệu quả:

So sánh triệu chứng: Cung so với Mất cân bằng

Đặc điểm	Mất cân bằng	Mũi trục
Tần số rung động	Tốc độ chạy 1X	Tốc độ chạy 1X
Mối quan hệ pha	Nhất quán, giống nhau mọi lúc	Có thể thay đổi trong quá trình khởi động
Rung động cuộn chậm	Hiện tại (tỷ lệ thuận với tốc độ²)	Có mặt và thường có ý nghĩa ngay cả ở tốc độ rất thấp
Phản ứng với sự cân bằng	Độ rung giảm nhờ cân bằng chính xác	Cải thiện tối thiểu hoặc không cải thiện; có thể trở nên tồi tệ hơn
Độ nhạy nhiệt	Tương đối ổn định với nhiệt độ	Thay đổi đáng kể trong quá trình khởi động/hạ nhiệt
Đo độ lệch tâm	Thấp khi rôto ở trạng thái nghỉ	Độ lệch hướng cao ngay cả khi đứng yên (mũi tàu cố định)

Xét nghiệm chẩn đoán

1. Đo lăn chậm

Xoay trục rất chậm (thường là tốc độ vận hành 5-10%) và đo chạy ra ngoài bằng đầu dò tiệm cận hoặc đồng hồ so. Độ lệch tâm cao khi lăn chậm cho thấy độ lệch tâm trục hoặc độ lệch tâm cơ học, chứ không phải mất cân bằng (tạo ra lực tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ).

2. Chuyển pha tắt máy

Giám sát độ rung góc pha khi máy tắt. Sự mất cân bằng thực sự duy trì pha không đổi bất kể tốc độ. Trục cong có thể cho thấy sự thay đổi pha, đặc biệt là khi nguội.

3. Kiểm tra cung nhiệt

Nếu nghi ngờ có hiện tượng cong vênh do nhiệt, hãy theo dõi độ rung trong quá trình khởi động và làm nóng. Độ rung thường tăng dần khi máy nóng lên, sau đó có thể ổn định hoặc giảm dần khi đạt trạng thái cân bằng nhiệt.

4. Kiểm tra độ chạy ngoài máy

Tháo rôto, đặt lên khối chữ V hoặc máy tiện, rồi quay chậm trong khi đo độ lệch tâm bằng đồng hồ so. Độ lệch tâm đáng kể (thường > 0,001″ hoặc 25 µm) xác nhận độ cong vĩnh viễn.

5. Kiểm tra trực quan

Đối với trục lớn, việc quan sát trực quan dọc theo chiều dài trục hoặc sử dụng phương pháp quang học (căn chỉnh bằng tia laser) có thể phát hiện ra cung tên rõ ràng.

Phương pháp hiệu chỉnh

Việc điều chỉnh phù hợp tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng và loại cung:

Dành cho cung cơ học vĩnh cửu

1. Nắn thẳng trục

Đối với cung nhẹ đến trung bình (thường là (< 0,005" hoặc 125 µm), đôi khi trục có thể được nắn thẳng nguội hoặc nóng bằng máy ép thủy lực. Việc này đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và kỹ thuật viên lành nghề. Trục được đỡ và gia tải cẩn thận để biến dạng dẻo trở lại thẳng.

2. Giảm ứng suất nhiệt

Xử lý nhiệt trục để giảm ứng suất dư, có khả năng giảm hoặc loại bỏ hiện tượng cong vênh do các nguyên nhân liên quan đến ứng suất. Điều này đòi hỏi thiết bị lò nung và quy trình kiểm soát phù hợp.

3. Thay thế trục

Đối với những trục bị hư hỏng nặng hoặc trong các ứng dụng quan trọng, thay thế thường là giải pháp đáng tin cậy nhất. Chi phí thay trục mới phải được cân nhắc so với thời gian ngừng hoạt động và rủi ro khi các nỗ lực nắn thẳng trục không thành công.

4. “Cân bằng quanh mũi thuyền”

Trong một số trường hợp, đặc biệt đối với các tuabin lớn, có thể tính toán và lắp đặt các khối lượng hiệu chỉnh để khắc phục ảnh hưởng của mũi tuabin. Cách này không khắc phục được hiện tượng mũi tuabin nhưng giúp giảm thiểu rung động. Phương pháp này có những hạn chế và thường chỉ là giải pháp tạm thời.

Dành cho cung nhiệt

1. Thay đổi quy trình vận hành

• Thực hiện các thủ tục khởi động chậm
• Duy trì hoạt động quay liên tục của bánh răng trong quá trình tắt máy để ngăn ngừa sụt áp do nhiệt
• Kiểm soát lượng hơi nước nạp vào hoặc nhiệt độ chất lỏng trong quá trình xử lý cẩn thận hơn
• Đảm bảo sưởi ấm/làm mát đối xứng

2. Sửa đổi thiết kế

• Thêm vật liệu cách nhiệt để giảm sự chênh lệch nhiệt độ
• Lắp đặt áo khoác sưởi ấm để khởi động đồng đều
• Cải thiện hệ thống làm mát để đảm bảo phân phối nhiệt độ đều

3. Vận hành bánh răng quay

Đối với tua-bin lớn, hãy vận hành bánh răng quay (truyền động quay tốc độ chậm) trong quá trình khởi động và làm mát để quay trục và ngăn ngừa hiện tượng cong vênh do nhiệt.

Chiến lược phòng ngừa

Ngăn ngừa hiện tượng cong trục dễ hơn nhiều so với việc sửa chữa nó:

Thiết kế và Sản xuất

• Sử dụng các quy trình xử lý nhiệt thích hợp để giảm thiểu ứng suất dư
• Thiết kế độ cứng trục phù hợp cho ứng dụng
• Chỉ định vật liệu phù hợp cho môi trường nhiệt

Cài đặt và bảo trì

• Luôn nâng rôto bằng các điểm nâng được chỉ định, không bao giờ nâng bằng trục
• Cất giữ rotor dự phòng ở nơi có giá đỡ phù hợp để tránh bị chảy xệ
• Tránh va chạm cơ học trong quá trình xử lý
• Kiểm tra độ thẳng của trục định kỳ (hàng năm hoặc theo lịch trình của nhà sản xuất)

Hoạt động

• Thực hiện theo quy trình khởi động và tắt máy của nhà sản xuất
• Tránh thay đổi nhiệt độ đột ngột
• Theo dõi các dấu hiệu của hiện tượng cong nhiệt trong quá trình khởi động
• Điều tra bất kỳ thay đổi nào không giải thích được trong pha rung động

Tác động đến các thủ tục cân bằng

Việc cố gắng cân bằng một trục cong thường là vô ích và có thể phản tác dụng:

• Sửa chữa không hiệu quả: Trọng lượng cân bằng được tính toán cho sự mất cân bằng khối lượng sẽ không hiệu chỉnh được độ cong hình học
• Che giấu vấn đề: Việc "cân bằng" một phần thành công của trục cong có thể làm giảm độ rung tạm thời nhưng không giải quyết được vấn đề cơ bản
• Thời gian lãng phí: Nhiều lần lặp lại cân bằng không thành công cho thấy cần phải kiểm tra cung
• Thiệt hại tiềm ẩn: Thêm trọng lượng hiệu chỉnh lớn vào trục cong có thể làm tăng ứng suất và gây thêm hư hỏng

Thực hành tốt nhất: Luôn kiểm tra độ cong của trục trước khi bắt đầu quá trình cân bằng, đặc biệt nếu rôto có tiền sử bị xử lý, xảy ra sự cố nhiệt hoặc các vấn đề rung động không rõ nguyên nhân.

---

← Quay lại Mục lục chính