Hướng dẫn cho người mới bắt đầu tìm hiểu về rung động của máy (P3)

Phần 3: Rung động máy được đo như thế nào?
>> Hướng dẫn cho người mới bắt đầu tìm hiểu về rung động của máy (P2)
>> Hướng dẫn cho người mới bắt đầu tìm hiểu về rung động của máy (gọi tắt là rung động máy). Beginner’s Guide to Machine vibration. (P1)
Trong phần trước, chúng ta đã nhận ra một công cụ phân tích rung động rất quan trọng đó là spectrum (biểu đồ dang phổ). Khi chúng ta đo rung động máy chúng ta thường đo các spectrum rung động, khi mà spectrum của một thành phần rung động nói cho chúng ta biết một sự liên hệ với tình trạng máy cũng như nguyên nhân gây ra rung động. Nói một cách tự nhiên, spectrum đóng vai trò sống còn, vì những thông tin có giá trị và đạt được độ chính xác.
Những điều gì cần phải chú ý để đảm bảo các số đo được chính xác?
Cách đo nên được thực hiện như thế nào và nên đo cho những máy nào?
Trong phần này chúng ta sẽ đi trả lời cho các câu hỏi này.
Sau khi đọc phần này, chúng ta sẽ có thể:
(a) Nhận ra những máy nào cần phải theo dõi rung động
(b) Tìm hiểu các cảm biến đo rung động được gắn như thế nào
(c) Xác định được cần cài đặt các thông số đo nào
(d) Cách lấy số đo một cách có hệ thống

NHỮNG MÁY NÀO CẦN PHẢI THEO DÕI RUNG ĐỘNG
Khi quyết định máy nào cần theo dõi, các máy thiết yếu critical nên được ưu tiên so với các máy khác. Cũng giống như theo dõi sức khỏe của con người. Là không đúng nếu ta thường xuyên theo dõi sức khỏe của một người hoàn toàn khỏe mạnh mà lại không chú ý đến người thực sự cần thiết. Áp dụng tương tự với việc theo dõi tình trạng của các máy móc.
Nói chung, việc lựa chọn các máy thiết yếu cần được theo dõi dựa trên các quy tắc cơ bản sau đây để tránh sự tốn kém không cần thiết:
(a) Các máy đòi hỏi việc sửa chữa khó khăn, lâu dài và tốn kém khi bị hư hỏng.
(b) Các máy thiết yếu đối với việc tạo ra sản phẩm và sự vận hành chung của cả nhà máy.
(c) Những máy mà có tần suất hư hỏng cao.
(d) Những máy mà đang được đánh giá về độ tin cậy.
(e) Những máy mà ảnh hưởng tới an toàn sức khỏe con người và môi trường sống.

CÁC THIẾT BỊ ĐO LÀM VIỆC NHƯ THẾ NÀO?
Trước khi lấy số đo rung động, bạn phải gắn một cảm biến mà có thể theo dõi rung động của máy được đo. Có nhiều loại cảm biến đo rung động khác nhau. Tuy nhiên loại gia tốc kế accelerometer thường được sử dụng nhất vì có nhiều ưu điểm hơn các loại khác. Gia tốc kế là một cảm biến mà tạo ra một tín hiệu điện mà tỉ lệ với sự gia tốc của thành phần rung động.
Vậy gia tốc của một thành phần rung động là gì? Nó là một số đo về lượng thay đổi của vận tốc của thành phần rung động.
Tín hiệu gia tốc được tạo ra bởi gia tốc kế gắn trên thiết bị đo rung động và lần lượt chuyển đổi tín hiệu thành một tín hiệu vận tốc. Phụ thuộc vào sự lựa chọn của người sử dụng, tín hiệu có thể biểu diễn thành biểu đồ dạng sóng vận tốc (waveform vận tốc) hay một biểu đồ phổ vận tốc (spectrum vận tốc). Một spectrum vận tốc được chuyển đổi từ biểu đồ waveform vận tốc bằng một công thức toán học gọi là Fast Fourier Transform hay FFT (gọi là chuyển đổi Fourier).
Sơ đồ dưới đây giải thích đơn giản cách thu thập dữ liệu rung động.

Image coming soon…

CẢM BIẾN GIA TỐC KẾ ĐƯỢC GẮN NHƯ THẾ NÀO?

Hầu hết các máy đều có các cơ cấu quay. Moto, bơm, máy nén, quạt, băng tải, hộp số, tất cả đều liên quan đến các cơ cấu chuyển động quay và thường sử xuyên sử dụng trong các máy.
Hầu hết các cơ cấu quay đều có ổ đỡ để đỡ toàn bộ trọng lượng của các bộ phận quay và chịu các lực tổ hợp của chuyển động quay và rung động. Nói chung, một lượng lớn lực được đỡ bởi ổ đỡ. Và cũng không ngạc nhiên hư hỏng luôn xảy ra tại ổ đỡ và đây là nơi xuất hiện và phát triển các hiện tượng hư hỏng.
Vì vậy các số đo rung động thường được lấy ở vị trí ổ đỡ của máy, với cảm biến gia tốc gắn tại hoặc gần vị trí các ổ đỡ.
Khi kết luận về tình trạng máy, phụ thuộc vào độ chính xác của số đo, cách chúng ta lấy số đo phải chú ý cẩn thận. Và nên nhớ rằng, cách chúng ta gắn cảm biến đo rung động phụ thuộc rất nhiều tới độ chính xác của phép đo.
Vậy gắn cảm biến gia tốc như thế nào để đảm bảo độ chính xác của số đo và sự an toàn. Sau đây là vài hướng dẫn:
(a) Gắn càng gần với vị trí ổ đỡ càng tốt
Image coming soon…

(b) Gắn đầu đo gia tốc phải đảm bảo vững chắc
Image coming soon…

(c) Đảm bảo gắn đúng chiều
Image coming soon…

(d) Chỉ gắn cùng một đầu đo gia tốc cho cùng một vị trí đo
Image coming soon…

(e) Vị trí gắn của máy được đo phải đảm bảo độ vững chắc
Image coming soon…

(f) Thao tác sử dụng cẩn thận tránh làm hư hỏng đầu đo và dây cáp kết nối
Image coming soon…

(g) Người đo phải đảm bảo an toàn khi đo
Image coming soon…

CÁCH CÀI ĐẶT THÔNG SỐ ĐO
Các thông số đo là gì?
Các thông số đo là xác định chi tiết cách thực hiện lấy số đo. Bằng việc xác định các thông số đo, chúng ta xác định cách mà dữ liệu được thu thập và được xử lý trước khi hiển thị cho chúng ta xem. Trước khi lấy một số đo rung động chúng ta cần xác định các thông số nào được sử dụng.
Các thông số của số đo rung động có thể được giống với những chi tiết “cái gì và bằng cách nào” mà một bác sĩ phải xác định trước khi tiến hành kiểm tra sức khỏe.

Bây giờ chúng ta sẽ xem các thông số đo được cài đặt như thế nào khi chúng ta đo một spectrum.
Một vài giá trị thông số đo và chúng có ý nghĩa như thế nào?
Các thông số được sử dụng để đo các spectrum rung động có thể chia ra 4 loại, cụ thể là các thông số đo xác định:
(a) Việc thu thập dữ liệu bằng cách nào?
(b) Bao nhiêu dữ liệu và thời gian bao lâu cho việc thu thập dữ liệu?
(c) Dữ liệu được xử lý bằng cách nào?
(d
) Dữ liệu được hiển thị như thế nào?

(a) Việc thu thập dữ liệu bằng cách nào?

Các thông số mà xác định cách thu thập dữ liệu là ‘trigger type’ và các thông số được lập danh sách trước trong ‘sensor setup’.
‘Trigger type’ là thông số mà nói lên cách để thiết bị bắt đầu đo. Nếu cài đặt chế độ ‘free run’, thiết bị sẽ lấy số đo liên tục, nếu cài đặt chế độ ‘single’, chỉ một số đo cho một lần đo được lấy.Thông thường cài đặt trong thiết bị là ‘free run’.
Thông số trong chế độ ‘sensor setup’ cho biết loại cảm biến gia tốc nào được sử dụng để đo. Nếu loại cảm biến gia tốc ICP được sử dụng trong thiết bị. ‘Drive curent’ cần được mở và độ nhạy ‘sensitivity’ của cảm biến gia tốc phải phù hợp với card trong thiết bị. ‘Settling time’ là thời gian cần thiết để cảm biến và thiết bị nhận ra nhau trước khi tiến hành đo. Bạn cũng có thể sử dụng cài đặt giá trị ‘settling time’ mặc định của máy (mà thay đổi cùng với giá trị Fmax) để bảo đảm số đo chính xác.

(b) Bao nhiêu dữ liệu và thời gian bao lâu cho việc thu thập dữ liệu?

Các thông số mà xác định bao nhiêu dữ liệu và thời gian bao lâu cho việc thu thập dữ liệu? là thông số ‘Fmax’, ‘spectral line’ và ‘Overlap percentage’.
Trong phần 2 chúng ta đã lưu ý rằng Fmax càng cao thì giới hạn tần số trong spectrum càng lớn và lượng thông tin thu được trong spectrum cũng nhiều hơn.
Vì vậy nếu giá trị Fmax cao, dữ liệu sẽ hiển thị lên biểu đồ được ở tần số rung động cao. Để có thể thu thập thông tin liên quan đến các tần số rung động cao, tần số đo hay tốc độ thu dữ liệu cũng cần phải cao, và do đó tốc độ đo sẽ cũng nhanh lên. Tần số Fmax cao không tạo ra thêm nhiều dữ liệu phải thu thập mà chỉ tạo ra khoảng tần số rộng hơn.
Có càng nhiều spectral line cho một spectrum, thì sẽ có được nhiều thông tin hơn. Điều này có nghĩa là, có càng nhiều spectral line, thì có nhiều dữ liệu cần phải thu thập, tạo thêm nhiều thông tin hơn (chất lượng dữ liệu cao hơn)và vì thế việc thu thập số đo sẽ lâu hơn. (giống như bức ảnh số có độ phân giải càng cao thì càng nét).

Giá trị Fmax nên sử dụng là bao nhiêu?
Tốc độ vận hành của máy càng cao, thì các tần số rung động của nó cũng sẽ cao theo và Fmax cũng phải cao để bắt được các tần số rung động này ở các tần số cao đó.
Rung động không bao gồm các phần tử cánh hay vấu quay như răng của bánh răng, các cánh dẫn hướng của quạt, bơm và các phần tử lăn (bi), giá trị Fmax bằng 10 lần tốc độ quay thường là đủ để bắt tất cả các thông tin quan trọng.
Ví dụ, nếu tốc độ quay là 10 000 vòng/phút, thì giá trị Fmax là 100 000 cpm (100kcpm) là đủ.
Đối với rung động bao gồm các phần tử cánh hay vấu như bánh răng, quạt, bơm và vòng bi, giá trị Fmax bằng 3 lần số phần tử cánh hay vấu nhân với tốc độ quay là đủ để bắt tất cả các thông tin quan trọng.
Ví dụ, cặp bánh răng có bánh răng dẫn có 12 răng quay ở 10000 vòng/phút, giá trị Fmax sẽ là 3x12x10 000=360 000 cpm (360 kcpm) là đủ. (cpm: chu kỳ/phút).
Nếu giá trị Fmax yêu cầu rất lớn thì độ phân giải của spectrum sẽ thấp đi, và các thông tin ở các tần số rung động thấp sẽ bị mất. Vì thế cũng cần lấy một số số đo có giá trị Fmax thấp cùng với các số đo có giá trị Fmax cao.
Nên sử dụng độ phân giải bao nhiêu?
Trong hầu hết trường hợp độ phân giải 400 là đủ (400 spectral lines). Tuy nhiên, nếu giá trị Fmax càng cao thì các line này sẽ phải trải ra một dải tần số lớn, tạo ra khoảng gap lớn giữa các line. Vì vậy giá trị Fmax càng lớn, số đường phổ (spectral lines) càng lớn để tăng độ chi tiết của biểu đồ rung động dạng phổ và tránh mất thông tin.
Tuy nhiên cũng nên chú ý rằng nếu tăng số độ phân giải này thời gian lấy số đo sẽ lâu hơn, thiết bị sẽ tốn nhiều bộ nhớ để lưu trữ. Vì vậy, một giá trị Fmax cao hay số đường phổ lớn chỉ được sử dụng khi nào cần thiết.
Nên sử dụng dữ liệu chồng lấp overlap bao nhiêu?
Dữ liệu chồng lấp ‘overlapping data’ là một cách sử dụng lại phần trăm của waveform đo được trước đó để tính toán một spectrum mới. Phần trăm chồng lấp ‘overlap percentage’ càng cao, dữ liệu thu thập mới để tạo một spectrum càng ít và vì vậy biểu đồ dạng phổ spectrum sẽ hiển thị nhanh hơn. Giá trị chồng lấp overlap 50% là lý tưởng cho hầu hết trường hợp.

(c) Dữ liệu được xử lý như thế nào

Các thông số mà xác định cách mà dữ liệu được xử lý là 3 thông số ‘Average type’, ‘Number of average’ và ‘window type’.
Tưởng tượng bạn phải đo chính xác bề rộng của trang giấy của cuốn sách. Do bề rộng của mỗi trang có thể thay đổi một chút, bạn có thể đo không chỉ một trang mà nhiều trang và sau đó lấy giá trị trung bình.
Tương tự như vậy, khi đo rung động sẽ có nhiều spectrum được đo và sau đo lấy trung bình để được một spectrum trung bình. Một spectrum trung bình biểu diễn cách thức rung động tốt hơn khi mà phép xử lý trung bình làm tối thiểu các ảnh hưởng của các thay đổi ngẫu nhiên hay các xung nhiễu thường có trong rung động máy.
Thông số ‘Average type’ xác định bao nhiêu spectrum được lấy trung bình. Giá trị trung bình tuyến tính ‘Linear’ được đề nghị cho hầu hết các trường hợp. Giá trị trung bình số mũ ‘exponential’ thường được sử dụng chỉ khi cách thức rung động thay đổi đáng kể theo thời gian.
Thông số ‘Number of average’ xác định số các spectrum liền nhau sử dụng để tính trung bình, các spectrum sử dụng càng lớn, các xung nhiễu sẽ giảm và các spectrum sẽ biểu diễn chính xác hơn.
Tuy nhiên, nếu ‘Number of average’ càng lớn thì dữ liệu cần thu thập càng nhiều, và vì thế sẽ mất thời gian để có được biểu đồ spectrum trung bình. Number of average bằng 4 là đủ cho hầu hết các trường hợp.
Dữ liệu được thu thập không được sử dụng trực tiếp để tạo ra một spectrum mà thường được sửa chữa trước để phục vụ cho yêu cầu nào đó của quá trình xử lý FFT (Fast Fourier Transform là quá trình chuyển đổi dữ liệu thành một biểu đồ spectrum). Dữ liệu thường được sửa chữa bởi phép tính nhân của một cửa sổ hiệu chỉnh. Điều này ngăn ngừa các đường phổ không bị nhòe hay rò sang cái khác.
‘Window type’ là thông số mà xác định loại cửa sổ nào được sử dụng. ‘Hanning window thường được s
dụng. Nếu cửa sổ chữ nhật được sử dụng, dữ liệu sẽ không được sửa chữa một cách hiệu quả.

(d) Dữ liệu được hiển thị như thế nào?

Thông số mà xác định cách thức mà spectrum được hiển thị được kê ra với ‘Display unit’.
Để xác định được cách spectrum biểu diễn, tỉ lệ chia của spectrum cần được xác định. Tỉ lệ chia của spectrum xác định cách chi tiết của các spectrum có thể được thấy dễ dàng và được xác định bằng thông số ‘Amplitude scale’ tỉ lệ biên độ, ‘vdB reference’, ‘log range’ và ‘Velocity max’.
Trong hầu hết trường hợp, ‘Amplitude scale’ có thể là tuyến tính ‘Linear’. Nếu sử dụng một tỉ lệ biên độ tuyến tính thì các thông số ‘vdB reference’, ‘log range’ là không quan trọng (và vì thế không cần cài đặt).
Nói chung, bạn nên set thông số ‘Velocity max’ thành ‘automatic’ để cho phép thiết bị tự động lựa chọn một thông số tỉ lệ biên độ lý tưởng mà cho phép các peak của các spectrum rõ ràng hơn.
Để xác định cách mà spectrum hiển thị, cần xác định loại biên độ được sử dụng. Ở phần trước chúng ta đã xác định có 2 loại biên độ là biên độ đỉnh ‘peak’và biên độ hiệu dụng rms.
Nếu sử dụng biên độ đỉnh hay biên độ ‘0-peak’, thì spectrum sẽ biểu diễn tốc độ tối đa đạt được bởi thành phần rung động ở các tần số rung động khác nhau.
Mặt khác, nếu sử dụng biên độ hiệu dụng ‘rms’, thay vào đó sẽ biểu diễn một lượng năng lượng rung động ở các tần số khác nhau.
Đối với các spectrum rung động, biên độ đỉnh ở một tần số riêng chính xác là căn bậc hai của 2 lần (1,4 lần) biên độ hiệu dụng rms ở tần số đó. Vì vậy loại biên độ nào được sử dụng là không thật sự quan trọng khi mà có thể thực hiện chuyển đổi đơn vị nhanh chóng. (Đối với spectrum, biên độ đỉnh bằng căn bậc hai của 2 biên độ hiệu dụng rms. Mối quan hệ này không có giá trị đối với biểu đồ dạng sóng waveform).
Chúng tôi đề nghị các bạn nên sử dụng cùng loại biên độ cho các điểm đo để tránh sự hiểu sai. Một sự chuyển đổi từ biên độ rms sang biên độ đỉnh gây ra sự gia tăng của biên độ rung động mà có thể được lý giải sai như là sự hư hỏng của máy. Mặt khác, một sự chuyển đổi từ biên độ đỉnh sang biên độ hiệu dụng rms có thể che dấu đi một sự gia tăng thực của biên độ rung động.
Tóm lại, đơn vị của biên độ và tần số sử dụng trong spectrum cũng cần phải xác định. Đơn vị nào được sử dụng, đó thật sự là vấn đề lựa chọn của cá nhân, hoặc thông thường hơn là theo vùng địa lý.Ở Nam Mỹ, đơn vị vận tốc thường sử dụng (cho tỉ lệ vận tốc tuyến tính) là in/s, và đơn vị tần số sử dụng phổ biến là kcpm (kilocycles per minute).
Các vùng khác của thế giới dùng đơn vị vận tốc và tần số lần lượt là mm/s và Hz. Xem mối quan hệ giữa các đơn vị dưới đây:

Nhiều máy phân tích rung động thích đơn vị vận tốc logarit là vdB (volt dexiben).
Ở hình trên chúng ta làm tròn chuyển đổi in/s 0-peak, mm/s rms thành 18 (tỉ số đúng là 17,96).

DỮ LIỆU ĐƯỢC THU THẬP NHƯ THẾ NÀO?

Khi xung quanh các máy có nhiều rủi ro và không thuận lợi, phân tích rung động thường được thực hiện cách xa máy. Để thực hiện điều này, số đo thường được ghi lại bằng thiết bị, sau đó truyền tới văn phòng để được phân tích ở môi trường yên tĩnh và an toàn. Ở văn phòng, dữ liệu có thể truyền tới máy tính để phân tích sâu hơn.
Trong hầu hết các nhà máy, có nhiều máy thiết yếu cần được theo dõi. Hơn nữa, để có thể phân tích triệt để, mỗi máy cần được theo dõi ở nhiều điểm đo. Mỗi điểm đo cần theo dõi với các chiều lắp gia tốc kế (cảm biến gia tốc) khác nhau và đôi khi cũng sử dụng các thông số đo khác nhau. Vì thế, trong mỗi loạt thu thập dữ liệu, một lượng lớn số đo được thực hiện.
Để tránh sự di chuyển lặp đi lặp lại giữa văn phòng và nơi đặt máy, tiến hành đo cho tất cả các máy trước khi đưa về văn phòng để phân tích.
Điều quan trọng khi thu thập dữ liệu là đảm bảo đo chính xác và có hệ thống. Khi bạn có phương pháp tổ chức hợp lý cho việc thu thập dữ liệu thì sẽ tránh được sự nhầm lẫn các spectrum của các máy và tránh dẫn đến các kết luận sai.
Để tránh nhầm lẫn, bạn phải đo một vị trí duy nhất trên máy bằng cách đánh dấu vị trí đo và khi đo phải đảm bảo đúng chiều đặt đầu đo.
Đa số các máy, việc thu thập dữ liệu mỗi tháng một lần. Đối với máy quan trọng, cần phải thu thập mỗi tuần, còn những máy ít quan trọng thì mỗi tháng một lần. Tuy nhiên, chúng tôi khuyên bạn nên tuân theo một thời biểu và sau đó điều chỉnh lại phù hợp theo kinh nghiệm.
Bạn cũng cần lưu ý kiểm tra dung lượng pin và bộ nhớ thiết bị đo đủ cho hoàn thành một tour thu thập dữ liệu.
Hầu hết các vấn đề rung động được theo dõi trong khi máy đang chạy ổn định và vì thế cách thức rung động cũng ổn định.
Nếu máy vừa mới khởi động, hay tốc độ của máy vừa mới thay đổi thì bạn cần chắc chắn máy đã đủ thời gian để chạy ở vận tốc ổn định trước khi thu thập dữ liệu.
Khi hoàn thành một tour thu thập dữ liệu, bạn nên truyền dữ liệu vào máy tính cùng với phần mềm tiện ích được cung cấp cùng với thiết bị thu thập rung động và bạn có thể xóa dữ liệu trong máy để giải phóng bộ nhớ máy để phục vụ cho tour thu thập thập dữ liệu khác.

Thanh Sơn: Các bạn thân mến, các bạn đã vừa tham khảo 3 phần của loạt bài viết hướng dẫn tìm hiểu về các vấn đề liên quan đến rung động của máy. Hy vọng nó cho bạn một cái nhìn tổng quát về một kỹ thuật đo, thu thập và chẩn đoán rung động máy.
Ở các bài viết sau sẽ cung cấp các bài viết nâng cao về chủ đề này, chủ yếu sẽ tập trung vào phân tích rung động máy như phân tích các biểu đồ spectrum, waveform time, pha và biên độ v.v…

-HẾT-

SCCK.TK

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s