Roi trục là gì? Giải thích về sự mất ổn định nghiêm trọng của rotor • Máy cân bằng di động, máy phân tích rung động "Balanset" dùng để cân bằng động máy nghiền, quạt, máy nghiền, máy khoan trên máy gặt đập liên hợp, trục, máy ly tâm, tua bin và nhiều rotor khác Roi trục là gì? Giải thích về sự mất ổn định nghiêm trọng của rotor • Máy cân bằng di động, máy phân tích rung động "Balanset" dùng để cân bằng động máy nghiền, quạt, máy nghiền, máy khoan trên máy gặt đập liên hợp, trục, máy ly tâm, tua bin và nhiều rotor khác

Roi trục là gì? Giải thích về hiện tượng mất ổn định nghiêm trọng của rotor

Được xuất bản bởi admin trên

Hiểu về Roi trục trong máy móc quay

Định nghĩa: Shaft Whip là gì?

Roi trục (còn gọi là roi dầu khi xảy ra trong ổ trục thủy động) là một dạng nghiêm trọng của sự mất ổn định của rôto đặc trưng bởi bạo lực rung động tự kích thích điều đó xảy ra khi một rôto hoạt động trong ổ trục màng chất lỏng vượt quá tốc độ ngưỡng quan trọng, thường gấp khoảng hai lần tốc độ đầu tiên tốc độ tới hạn. Khi roi xảy ra, tần số rung động sẽ “khóa” vào rotor đầu tiên tần số tự nhiên và vẫn ở đó bất kể tốc độ tăng thêm, với biên độ chỉ bị giới hạn bởi khe hở ổ trục hoặc hỏng hóc nghiêm trọng.

Roi trục là một trong những tình trạng nguy hiểm nhất trong máy móc quay tốc độ cao vì nó phát triển đột ngột, tăng đến biên độ phá hủy trong vòng vài giây và không thể khắc phục bằng cách cân bằng hoặc các phương pháp thông thường khác. Cần phải dừng hoạt động ngay lập tức và sửa đổi hệ thống ổ trục để ngăn ngừa sự cố tái diễn.

Sự tiến triển: Dầu xoáy đến Roi trục

Giai đoạn 1: Hoạt động ổn định

  • Rotor hoạt động dưới ngưỡng mất ổn định
  • Chỉ có rung động cưỡng bức bình thường từ mất cân bằng hiện tại
  • Màng dầu ổ trục cung cấp hỗ trợ ổn định

Giai đoạn 2: Bắt đầu xoáy dầu

Khi tốc độ tăng vượt quá khoảng 2 lần tốc độ tới hạn đầu tiên:

  • Dầu xoáy phát triển—rung động dưới mức đồng bộ ở tốc độ trục ~0,43-0,48 lần
  • Biên độ ban đầu ở mức vừa phải và phụ thuộc vào tốc độ
  • Tần số tăng theo tỷ lệ với tốc độ trục
  • Có thể không liên tục hoặc liên tục
  • Có thể cùng tồn tại với rung động 1X bình thường do mất cân bằng

Giai đoạn 3: Chuyển đổi roi

Khi tần số xoáy dầu tăng lên để phù hợp với tần số tự nhiên đầu tiên:

  • Khóa tần số: Khóa tần số rung động ở tần số tự nhiên
  • Khuếch đại cộng hưởng: Biên độ tăng lên đáng kể do sự cộng hưởng
  • Khởi phát đột ngột: Chuyển đổi từ xoáy sang roi có thể diễn ra ngay lập tức
  • Độc lập về tốc độ: Tốc độ tăng thêm không làm thay đổi tần số, chỉ thay đổi biên độ

Giai đoạn 4: Roi trục (Tình trạng nguy kịch)

  • Rung động ở tần số không đổi (tần số tự nhiên đầu tiên, thường là 40-60 Hz)
  • Biên độ cao hơn 5-20 lần so với rung động mất cân bằng thông thường
  • Trục có thể tiếp xúc với giới hạn khe hở ổ trục
  • Làm nóng nhanh ổ trục và dầu
  • Có khả năng xảy ra sự cố thảm khốc trong vòng vài phút nếu không được tắt

Cơ chế vật lý

Sự phát triển của dầu Whip

Cơ chế này liên quan đến động lực học chất lưu trong màng dầu ổ trục:

  1. Sự hình thành nêm dầu: Khi trục quay, nó kéo dầu xung quanh ổ trục, tạo ra một nêm chịu áp suất
  2. Lực tiếp tuyến: Nêm dầu tác dụng một lực vuông góc với hướng xuyên tâm (tiếp tuyến)
  3. Chuyển động quỹ đạo: Lực tiếp tuyến làm cho tâm trục quay quanh trục với tốc độ khoảng một nửa tốc độ trục
  4. Khai thác năng lượng: Hệ thống trích xuất năng lượng từ sự quay của trục để duy trì chuyển động quỹ đạo
  5. Khóa cộng hưởng: Khi tần số quỹ đạo khớp với tần số tự nhiên, cộng hưởng khuếch đại rung động
  6. Chu kỳ giới hạn: Độ rung tăng lên cho đến khi bị giới hạn bởi khe hở ổ trục hoặc hỏng hóc

Nhận dạng chẩn đoán

Chữ ký rung động

Roi trục tạo ra các mẫu đặc trưng trong dữ liệu rung động:

  • Phổ: Đỉnh lớn ở tần số dưới đồng bộ (tần số tự nhiên đầu tiên), không đổi bất kể tốc độ thay đổi
  • Khu vực thác nước: Thành phần không đồng bộ xuất hiện dưới dạng đường thẳng đứng (tần số không đổi) thay vì đường chéo (tỷ lệ thuận với tốc độ)
  • Phân tích đơn hàng: Thứ tự phân số giảm dần khi tốc độ tăng (ví dụ, thay đổi từ 0,5× thành 0,4× thành 0,35×)
  • Quỹ đạo: Quỹ đạo tròn hoặc elip lớn ở tần số tự nhiên

Tốc độ khởi phát

  • Ngưỡng điển hình: 2,0-2,5× tốc độ tới hạn đầu tiên
  • Phụ thuộc vào ổ trục: Ngưỡng cụ thể thay đổi tùy theo thiết kế ổ trục, tải trước và độ nhớt của dầu
  • Khởi phát đột ngột: Tăng tốc độ nhỏ có thể kích hoạt quá trình chuyển đổi nhanh chóng từ ổn định sang không ổn định

Chiến lược phòng ngừa

Sửa đổi thiết kế ổ trục

1. Vòng bi đệm nghiêng

  • Giải pháp hiệu quả nhất để ngăn ngừa hiện tượng giật trục
  • Các miếng đệm xoay độc lập, loại bỏ lực liên kết chéo gây mất ổn định
  • Ổn định vốn có trên phạm vi tốc độ rộng
  • Tiêu chuẩn công nghiệp cho máy móc tua bin tốc độ cao

2. Vòng bi đập áp lực

  • Vòng bi trụ được sửa đổi có rãnh hoặc đập
  • Tăng cường khả năng giảm chấn và độ cứng hiệu quả
  • Ít tốn kém hơn so với miếng đệm nghiêng nhưng kém hiệu quả hơn

3. Tải trọng trước của ổ trục

  • Áp dụng tải trọng hướng tâm vào ổ trục làm tăng độ cứng
  • Tăng ngưỡng tốc độ cho sự bất ổn
  • Có thể đạt được thông qua thiết kế lỗ khoan lệch

4. Bộ giảm chấn màng ép

  • Phần tử giảm chấn bên ngoài bao quanh ổ trục
  • Cung cấp khả năng giảm chấn bổ sung mà không cần thay đổi thiết kế ổ trục
  • Có hiệu quả cho các ứng dụng cải tạo

Các biện pháp hoạt động

  • Giới hạn tốc độ: Hạn chế tốc độ hoạt động tối đa xuống dưới ngưỡng (thường là < 1,8× lần quan trọng đầu tiên)
  • Quản lý tải: Vận hành ở tải trọng chịu lực cao hơn khi có thể (tăng khả năng giảm chấn)
  • Kiểm soát nhiệt độ dầu: Nhiệt độ dầu thấp hơn làm tăng độ nhớt và giảm chấn
  • Giám sát: Giám sát rung động liên tục với cảnh báo được thiết lập cho các thành phần không đồng bộ

Hậu quả và thiệt hại

Hiệu ứng tức thì

  • Rung động mạnh: Biên độ có thể đạt tới vài milimét (hàng trăm mils)
  • Tiếng ồn: Âm thanh lớn, đặc trưng khác với hoạt động bình thường
  • Gia nhiệt ổ trục nhanh: Nhiệt độ ổ trục có thể tăng 20-50°C trong vài phút
  • Sự phân hủy dầu: Nhiệt độ cao và lực cắt làm giảm chất bôi trơn

Những thất bại tiềm ẩn

  • Lau ổ trục: Vật liệu babbit chịu lực tan chảy và bị lau sạch
  • Hư hỏng trục: Vết xước, vết xước hoặc vết uốn cong vĩnh viễn
  • Lỗi phớt: Chuyển động trục quá mức sẽ phá hủy phớt
  • Trục gãy: Mệt mỏi chu kỳ cao do dao động mạnh
  • Hư hỏng khớp nối: Lực truyền đi làm hỏng khớp nối

Hiện tượng liên quan

Dầu xoáy

Dầu xoáy là tiền thân của roi da:

  • Cơ chế tương tự nhưng tần số chưa khóa vào tần số tự nhiên
  • Biên độ ít nghiêm trọng hơn
  • Tần số tỷ lệ thuận với tốc độ (~0,43-0,48×)
  • Có thể chấp nhận được trong một số ứng dụng

Xoáy nước

Sự bất ổn tương tự ở các tua-bin hơi nước do lực khí động học trong phớt chắn dạng mê cung gây ra chứ không phải do màng dầu ổ trục. Thể hiện hiện tượng rung động dưới đồng bộ tương tự khóa vào tần số tự nhiên.

Roi ma sát khô

Có thể xảy ra tại vị trí phớt hoặc từ tiếp xúc rotor-stator:

  • Lực ma sát tạo ra cơ chế mất ổn định
  • Ít phổ biến hơn dầu roi nhưng cũng nguy hiểm như nhau
  • Yêu cầu cách tiếp cận khắc phục khác nhau (loại bỏ tiếp xúc, cải thiện thiết kế phớt)

Nghiên cứu điển hình: Roi trục máy nén

Kịch bản: Máy nén ly tâm tốc độ cao với ổ trục hình trụ trơn

  • Hoạt động bình thường: 12.000 vòng/phút với độ rung 2,5 mm/giây
  • Tăng tốc độ: Người vận hành tăng lên 13.500 vòng/phút để có công suất cao hơn
  • Khởi phát: Ở tốc độ 13.200 vòng/phút, rung động mạnh đột ngột xuất hiện
  • Triệu chứng: Rung động 25 mm/giây ở tần số 45 Hz (không đổi), nhiệt độ ổ trục tăng từ 70°C lên 95°C trong 3 phút
  • Hành động khẩn cấp: Tắt máy ngay lập tức đã ngăn ngừa được sự cố ổ trục
  • Nguyên nhân gốc rễ: Tốc độ tới hạn đầu tiên là 2700 vòng/phút (45 Hz); ngưỡng roi ở 2x tới hạn = 5400 vòng/phút đã bị vượt quá
  • Giải pháp: Thay thế ổ trục trơn bằng ổ trục đệm nghiêng, cho phép vận hành an toàn ở tốc độ 15.000 vòng/phút

Tiêu chuẩn và Thực hành Công nghiệp

  • API 684: Yêu cầu phân tích độ ổn định cho máy móc tua bin tốc độ cao
  • API 617: Chỉ định các loại ổ trục và yêu cầu về độ ổn định cho máy nén
  • Tiêu chuẩn ISO 10814: Cung cấp hướng dẫn về lựa chọn ổ trục để đảm bảo độ ổn định
  • Thực hành ngành: Vòng bi đệm nghiêng tiêu chuẩn cho thiết bị hoạt động ở tốc độ tới hạn đầu tiên gấp 2 lần

Roi trục là một dạng hư hỏng nghiêm trọng cần được ngăn ngừa thông qua việc lựa chọn và thiết kế ổ trục phù hợp. Việc nhận biết đặc điểm rung động dưới đồng bộ, khóa tần số đặc trưng của nó cho phép chẩn đoán nhanh chóng và ứng phó khẩn cấp thích hợp, ngăn ngừa thiệt hại tốn kém cho các thiết bị quay tốc độ cao quan trọng.

← Quay lại Mục lục chính

Categories:
WhatsApp