RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm

RUNG ĐỘNG

MỤC LỤC
I.

KHÁI NIỆM .............................................................................................................................................................. 2

II.

NGUYÊN NHÂN RUNG ĐỘNG ................................................................................................................................ 3

III. TIÊU CHUẨN RUNG ĐỘNG .................................................................................................................................... 3
IV. MÔ TẢ RUNG ĐỘNG ............................................................................................................................................... 8

4.1

Biên độ ................................................................................................................................................................ 8

4.2

Tần số ................................................................................................................................................................. 8

4.3

Biểu đồ dạng sóng .............................................................................................................................................. 9

4.4

Biểu đồ phổ (Spectrum) .................................................................................................................................... 9

V.

ĐO RUNG ĐỘNG ............................................................................................................................................... 10

5.1

Hướng dẫn gắn cảm biến để tăng độ chính xác của số đo và an toàn: ....................................................... 11

5.2

Thu thập dữ liệu: ............................................................................................................................................. 12

5.3

Xử lý dữ liệu ..................................................................................................................................................... 12

VI. CHUẨN ĐOÁN HƯ HỎNG ..................................................................................................................................... 13
VII. LỰA CHỌN MÁY ĐO RUNG ................................................................................................................................. 21

1


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
I. KHÁI NIỆM
Rung động là sự dao động qua lại của một thiết bị hoặc một phần thiết bị tại vị trí nghỉ ngơi của
nó. Ví dụ cổ điển nhất là của một vật thể có khối lượng M mà một lò xo có độ cứng k được gắn vào.
Cho đến khi một lực được áp dụng cho khối lượng M và làm cho nó di chuyển, không có rung động.

Rung động cơ học là thuật ngữ được sử dụng để

mô tả chuyển động được tạo ra trong các bộ phận cơ
khí do tác dụng của lực bên ngoài hoặc bên trong
trên các bộ phận đó.
Khi máy mới, mức độ rung thấp vì không có độ
lỏng hoặc độ mòn, nghĩa là độ cứng và hệ số giảm
chấn cao. Khi máy bị hỏng, hao mòn và lỏng lẻo
một số lỗi như mất cân đối và lệch hướng. Do đó,
rung động cơ học trở nên cao.
Công việc bảo trì nên được thực hiện để mang
lại độ rung thấp một lần nữa và có được hoạt động
trơn tru và không gặp sự cố.
Rung động được chia làm 3 loại: rung động thấy
được, rung động cảm nhận được và rung động nghe
được.

2


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
II. NGUYÊN NHÂN RUNG ĐỘNG
Có 3 nguyên nhân chính dẫn đến rung động:
1. Lực tác động:


Mất cân bằng động: Roto không đều, trục cong, cánh quạt không đều, xâm thực.



Mất đồng tâm trục: Lệch góc, lệch tâm, sàn không phẳng, giản nỡ nhiệt…




Sự mài mòn: Các chi tiết bị mài mòn như vòng bi, bánh răng, dây đai…

2. Sự lỏng: Lỏng bulong chân máy, khe hở lớn…
3. Cộng hưởng
III. TIÊU CHUẨN RUNG ĐỘNG
Để xác định mức độ rung động nhằm đánh giá tình trạng thiết bị thì có nhiều tổ chức đưa ra các
tiêu chuẩn về rung động.


Năm 1972, Hiệp hội sản xuất bánh răng Mỹ đã xây dựng “Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn AGMA để
đo lường sự rung động trên bánh răng”. Tiêu chuẩn này được thể hiện trong Hình 2.1. “Biểu đồ
mức tăng cường rung động cơ học tăng tốc IRD” được thể hiện trong hình 2.1 có thể được sử dụng
trong trường hợp máy rung được đo theo đơn vị gia tốc. Biểu đồ này rất hữu ích cho việc đánh giá
điều kiện máy móc cho sự rung động của tần số tương đối cao (trên 1000 Hz).

Hình 2.1: IRD ABSOLUTE VIBRATION STANDARDS
3


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm


Một tiêu chuẩn mức độ rung động thường được sử dụng khác là của Verein Deutscher Ingenieure
(Hiệp hội Kỹ thuật Đức) đã công bố Tiêu chuẩn Mức độ rung VDI 2056 năm 1940. Tiêu chí này
dựa trên các giá trị RMS của vận tốc rung trên dải tần từ 10 Hz đến 1000 Hz. Các tiêu chí VDI
2056 có phần độc đáo, so với các hướng dẫn khác được trình bày, trong đó nỗ lực thiết lập phụ cấp
cho các loại máy móc và cơ sở khác nhau.


Hình 2.2: VDI 2056 Vibration Severity Chart

Class I: Các bộ phận riêng lẻ của động cơ và máy móc, được kết nối toàn bộ với máy hoàn
chỉnh trong điều kiện hoạt động bình thường của nó. (động cơ điện sản xuất lên
đến 15 kW là ví dụ điển hình của máy móc trong loại này).
Class II: Máy có kích thước trung bình, (thường là động cơ điện có công suất từ 15 đến 75
kW) không có nền móng đặc biệt, động cơ hoặc máy móc được gắn cứng nhắc.
Class III: Các động cơ chính lớn và các máy lớn khác có khối lượng quay được gắn trên các
vị trí cứng và nặng, tương đối cứng theo hướng đo rung.
Class IV: Các động cơ chính lớn và các máy lớn khác có khối lượng quay được gắn trên
nền móng cứng và nặng tương đối mềm theo hướng đo rung.


Một biểu đồ mức độ nghiêm trọng khác gần với VDI 2056 là biểu đồ Độ rung theo tiêu chuẩn ISO
10816 được thể hiện trong Hình 2.3. Một tính năng khác biệt trong biểu đồ này là nó xem xét tốc
độ máy là yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn bộ lọc. Đối với các máy chạy ở tốc độ trên 600
RPM, lựa chọn bộ lọc phải là 10-1000Hz, trong khi các máy chạy ở tốc độ 120 RPM lên đến 600
RPM thì phải chọn 2-1000 Hz.

4


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm

Hình 2.3: ISO 10816 Vibration Severity Chart For Machine Vibration Limits
-

Xác đinh rigid và flexible bởi mối quan hệ giữa máy và độ linh hoạt nền móng. Nếu tần số tự nhiên
thấp nhất của hệ thống máy theo hướng đo cao hơn tần số kích thích chính của nó (trong hầu hết các
trường hợp tần số quay) ít nhất 25% thì hệ thống hỗ trợ có thể được coi là cứng nhắc phương hướng.

Tất cả các hệ thống hỗ trợ khác có thể được coi là linh hoạt.
5


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
-

Động cơ điện cỡ lớn và trung bình, chủ yếu với tốc độ thấp, thường có hỗ trợ cứng nhắc, trong khi các
máy phát điện hoặc máy nén có công suất lớn hơn 10 MW và các bộ máy thẳng đứng thường có hỗ trợ
linh hoạt.

-

Trong một số trường hợp, một bộ phận có thể cứng nhắc theo một hướng đo và linh hoạt trong hướng
khác. Trong những trường hợp như vậy, độ rung cần được đánh giá phù hợp với phân loại hỗ trợ tương
ứng với hướng đo.

Ngoài ra, còn có một số tiêu chuẩn rung động cho các thiết bị về bơm, cánh quạt và các thiết bị không
quay.

Hình 2.4: Giới hạn rung động của bơm và cánh quạt
Vibration velocity limit/ Giới hạn tốc độ rung động
(mm/s rms)
Category 1
Zone
Description
A
Newly commissioned machines in POR
B
Unrestricted long term operation in AOR

C
Limited operation
D
Hazard damage
Maximum ALARM limit
(≈ 1.25 times upper limit of zone B)¹
Maximum TRIP limit
(≈ 1.25 times upper limit of zone C)¹
Preferred operating range
In situ acceptance test Phạm vi hoạt động ưa thích
Kiểm tra thư nghiệm tại
Allowable operating range
chổ

Phạm vi hoạt động cho phép

Preferred operating range
Factory acceptance test
Kiểm tra nghiệm thu tại
nhà máy

≤ 200 kW
2.5
4.0
6.6
> 6.6

> 200kW
3.5
5.0

7.6
> 7.6

Category 2
≤ 200 kW
3.2
5.1
8.5
> 8.5

> 200 kW
4.2
6.1
9.5
> 9.5

5.0

6.3

6.4

7.6

8.3

9.5

10.6


11.9

2.5

3.5

3.2

4.2

3.4

4.4

4.2

5.2

3.3

4.3

4.2

5.2

4.0

5.0


5.1

6.1

Allowable operating range

Hình 2.5: Giới hạn rung động các bộ phận không rung

6


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
 Đối với tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn rung động được chia làm 2 phần:
1. Rung cục bộ:

2. Rung toàn thân

7


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
IV. MÔ TẢ RUNG ĐỘNG
Có hai con số quan trọng nhất mô tả rung động máy là biên độ (amplitude) và tần số (frequency).
Biên độ mô tả mức độ rung động và tần số mô tả tốc độ dao động của rung động. Cả biên độ và tần số
rung động cung cấp cơ sở cho việc xác định nguyên nhân gốc rễ của rung động.

4.1 Biên độ
Biên độ rung động là độ lớn của sự rung động.
Biên độ càng lớn → chuyển động càng lớn → ứng suất gây ra bởi máy càng lớn → khả năng dẫn
đến hư hỏng máy càng lớn.

Vì thế mà biên độ cho thấy mức độ “khốc liệt” của rung động.
Biên độ được biểu diễn theo 2 giá trị: Giá trị đỉnh (Peak value) và giá trị hiệu dụng RMS (rootmean-square value).

4.2 Tần số
Khi một thành phần của máy đang rung động nó sẽ lặp lại các chu kỳ chuyển động. Phụ thuộc
vào lực gây ra sự rung động, thành phần của máy đó sẽ dao động nhanh hay chậm. Tần số là đại
lượng biểu diển cho tốc độ rung động của máy.
Tần số cùng với biên độ, luôn luôn được biểu diễn với cùng một đơn vị. Thường đơn vị của tần
số là cps (cycles per second), Hz và cpm (cycles per minute): 1Hz = 1 cps = 60 cpm.

8


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
4.3 Biểu đồ dạng sóng
Biểu đồ hiển thị rung động là công cụ hữu ích để phân tích sự rung động tự nhiên của máy.
Chúng ta có thể tìm thấy các manh mối về nguyên nhân và mức độ của rung động trong biểu đồ
biểu diễn rung động.

Sự biểu diễn này thường sử dụng để phân tích rung động được gọi là waveform (biểu đồ dạng
sóng). Một waveform là một sự biểu diễn mang tính đồ họa về mức độ rung động thay đổi theo
thời gian.
4.4 Biểu đồ phổ (Spectrum)
Một spectrum là một biểu đồ biểu diễn các tần số ở một thành phần máy đang rung động cùng với
các biên độ ở mỗi tần số đó. Hình dưới đây là một ví dụ về một spectrum vận tốc.

Các thông tin mà một spectrum chứa đựng phụ thuộc vào giá trị Fmax (tần số maximum) và
resolution (độ phân giải) của spectrum đó.
9



RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
-

Fmax là giới hạn tần số của một spectrum có thể biểu diễn. Giá trị Fmax này bao nhiêu phụ
thuộc vào tốc độ vận hành của máy. Tốc độ vận hành càng cao thì Fmax càng phải cao.

-

Độ phân giải của spectrum là số đo mức độ chi tiết của spectrum được xác định bởi số đường
bổ mô tả hình dạng của spectrum. Càng nhiều đường phổ thì mức độ chi tiết spectrum càng
cao.

V. ĐO RUNG ĐỘNG
Loại gia tốc kế accelerometer thường được sử dụng để do 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.
Tín hiệu có thể biểu diễn thành biểu đồ dạng sóng vận tốc (waveform vận tốc) và chuyển đổi sang một
biểu đồ phổ vận tốc (spectrum 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.

10


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
5.1 Hướng dẫn gắn cảm biến để tăng độ chính xác của số đo và an toàn:
o Gắn càng gần vị trí ổ đở, ổ lăn càng tốt
o Đầu đo phải đảm bảo vững chắc
o Đảm bảo gắn đứng chiều (đứng, ngang, dọc trục)
o Chỉ gắn cùng một đầu đo cho cùng một vị trí

o Vị trí gắn phải đảm bảo độ vững chắc
o Thao tác cẩn thận tránh làm hư hỏng đầu do, dây cáp nối
o Người đo phải đảm bảo an toàn khi đo

11


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
5.2 Thu thập dữ liệu:
Có 2 cách thu thập dữ liệu là Free run (liên tục) và manual (đo từng lần).

Các thông số xác định việc thu thập dữ liệu:


Fmax: Fmax cao → giới hạn tần số lớn → dữ liệu hiển thị ở tần số cao.
o Đơn vị cpm: chu kỳ/ phút
o Thông thường nên chọn Fmax bằng 10 lần tốc độ quay là đủ thông tin.
o Đối với phần tử quay là cánh hay vấu như bánh răng, bơm, quạt thì nên chọn Fmax= 3 x số
cánh x tốc độ quay.



Độ phân giải: Thông thường nên cho 400 spectral line (đường phổ) tuy nhiên nếu Fmax cao thì độ
phân giải cũng phải tăng lên nhằm tăng độ chi tiết và tránh mất thông tin.



Dữ liệu chồng lắp (overlap data): sử dụng % waveform để tạo một spectrum mới, nếu % cao thì
dữ liệu trên spectrum càng ít và biểu đồ tạo ra càng nhanh. Thông thường nên chọn 50%.


5.3 Xử lý dữ liệu
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.
Vì vậy cần xác định thông số “Number of average” (số spectrum liền kề lấy trung bình). Nếu
Number of average lớn thì thông tin càng chính xác và ít bị nhiễu tuy nhiên thời gian thu thập dữ
liệu cũng tăng lên. Thông thường nên chọn Number of average = 4.
12


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
VI. CHUẨN ĐOÁN HƯ HỎNG
Để có thể chẩn đoán máy tìm ra nguyên nhân gốc rễ để có các biện pháp khắc phục kịp thời đòi hỏi
cần phải có các dữ liệu tổng hợp về thiết bị.
Dưới đây là các dữ liệu máy cơ bản cần chuẩn bị tốt:
-

Loại bearing, khe hở bearing bao nhiêu.

-

Đường kính trục

-

Số cấp, số cánh trên một cấp

-


Tải của máy

-

Loại dầu bôi trơn, thành phần bôi trơn và kiểu bôi trơn.

-

Ví trí gắn cảm biến

-

Các thông số vận hành trên DCS

-

Các thông số công nghệ

-

Nhật ký vận hành

-

Nhật ký và hồ sơ sửa chữa và bảo dưỡng máy

-

Các tài liệu, sổ tay vận hành và bảo dưỡng


-

Bản vẽ lắp của máy

-

Các bản vẽ mặt cắt các cụm chi tiết

-

Nhiệt độ, độ ẩm môi trường

 Các dạng biểu đồ đặc trưng của các loại hư hỏng:
NGUYÊN
STT

NHÂN

MÔ TẢ

BIỂU ĐỒ

RUNG

Sự biến đổi áp suất, vận tốc làm
1

Dòng

gián đoạn dòng chảy gây nhiễu loạn.


chảy rối
Tần số: 20 -2000 cpm

13


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm

2

Xâm thực

Dòng chảy mài mòn các cánh bơm,

bơm

bộ phận bơm

Rung động lệch pha 180o trên cùng

3

Mất cân

một trục. Rung cao theo 2 phương

bằng ngẫu

dọc trục và hướng kính.


lực

Khi hiệu chỉnh phải đặt khối nặng
cân bằng ít nhất 2 mặt phẳng.

Mất cân
4

bằng rotor
công xôn

5

Roto lệch
tâm

Rung động cao tại tần số 1X theo 2
phương hướng kính và dọc trục

Tâm quay lệch khỏi tâm hình học.
Rung động lớn nhất theo chiều
vuông góc với 2 đường tâm roto.

14


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm

Rung cao theo phương dọc trục với

lượng lệch pha khoảng 180o trên
6

Cong trục

cùng một bộ phận máy. Rung cao
thường ở tần số 1X nếu vị trí cong
gần tâm trục, nhưng nếu cong gần
khớp nối thì rung cao ở tần số 2X

Rotor bị chà xát tạo ra phổ tần số
tương tự như lỏng cơ khí khi các bộ
phận quay cọ
7

Roto bị

xát với các bộ phận tĩnh. Sự cọ xát

chà xát

có thể từng điểm hoặc cả vòng quay.
Roto bị chà xát có thể kích thích
nhiều tần số cao hơn.

Bạc trượt bị mòn thường cho thấy
bằng sự hiện diện của toàn bộ dãy
tần số sóng hài theo tốc độ quay.
Mài mòn
8


hoặc khe
hở với bạc
trượt

Bạc trượt thường cho phép biên độ
phương đứng cao so với phương
ngang.
Khe hở bạc trượt quá lớn có thể gây
ra sự mất cân bằng nhỏ hoặc sự lệch
tâm sẽ gây ra rung động.

15


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm

Mài mòn
9

răng bánh
răng

Một đặc điểm quan trọng của việc
mài mòn răng là các tần số tự nhiên
của bánh răng được kích thích với
các dải xung quanh chúng

Khi tải trên hộp số tăng, biên độ
GMF cũng có thể tăng lên. Biên độ

GMF cao không nhất thiết chỉ ra

10

Tải tác

một vấn đề, đặc biệt nếu tần số biên

động lên

còn thấp và không có tần số tự nhiên

răng

của bánh răng bị kích thích.
Việc phân tích độ rung trên hộp số
được thực hiện khi hộp số truyền
công suất tối đa
Biên độ biên độ khá cao xung quanh
GMF thường đề xuất độ lệch tâm
bánh răng, độ rơ hoặc trục song

Sự lệch
11

song.

tâm và độ
rơ bánh


Khoảng cách giữa các tần số biên

răng

cho biết thiết bị có vấn đề. Phản ứng
dữ dội không thích hợp thường kích
thích GMF và tần số tự nhiên của
thiết bị.

16


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm

Cặp bánh
12

răng lệch
tâm

Bánh răng
13

bị nứt
hoặc vỡ

Mất đồng
14

tâm trục:

Lệch góc

15

Sự lệch góc chi tiết được biểu hiện
bởi sự rung động cao theo phương
hướng trục, lệch pha 180 ° ở hai vị
trí đo.

Mất đồng

Lệch theo phương song song với

tâm trục:

đường chuẩn có triệu chứng rung

Lệch song

động tương tự như sai lệch góc,

song

nhưng là rung động hướng kính cao

17


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm


Khi các vòng bi không thẳng hàng
sẽ tạo ra rung động phương hướng

16

Vòng bi

trục đáng kể.

không

Những nỗ lực cân chỉnh đồng tâm

thẳng

khớp nối hoặc cân bằng rotor cũng

hàng

không giảm bớt được vấn đề này.
Vòng bi phải được tháo ra và lắp ráp
lại chính xác.

Lỏng kết
17

cấu, chân
máy

Phân tích pha có thể cho thấy lệch

pha khoảng 180 ° giữa các vị trí đo
theo phương đứng trên chân máy và
bệ máy

Lỏng gối
18

đở, vết nứt
trong cơ
cấu khung

Lỏng do
19

khe hở
trong ổ
lăn, trượt.

Chế độ lắp ghép không phù giữa các
bộ phận khi đó sẽ gây ra nhiều sóng
hài, tạo ra khe hở quá lớn

18


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm

Khi đai mòn, lỏng hoặc không ăn
khớp, nó thường gây ra 3-4 lần tần


20

Dây đai
mòn, lỏng

số dây đai. Thông thường tần số đai
2x là đỉnh cao hơn cả. Biên độ
thường không ổn định, đôi khi tạo
xung với tốc độ quay của máy dẫn
động hoặc máy được dẫn động
Sự không thẳng hàng của hai puli

21

Puli

tạo độ rung cao tại 1x RPM, rung

không

chủ yếu theo chiều hướng trục.

thẳng

Thông thường với puli không thẳng

hàng

hàng, rung động theo phương dọc
trục sẽ cao nhất.

Puli lệch tâm hoặc không cân bằng
gây ra rung động cao tại 1x RPM.
Biên độ rung bình thường cao nhất
ngay tại vị trí đai, và cả vị trí gối đỡ
phía dẫn và không dẫn động.

22

Puli lệch

Có thể cân bằng puli lệch tâm bằng

tâm

cách gắn 1 con long đền lên bu lông
khóa ren.
Tuy nhiên, ngay cả khi đã cân bằng,
lệch tâm của puli vẫn sẽ gây ra rung
động và gây ứng suất phá hủy mỏi
cho đai

19


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm

23

Stato lệch


Các hư hỏng của Stator tạo ra rung

tâm, lõi

động cao tần số 2x tần số lưới (2FL).

thép bị

Stator lệch tâm sẽ làm khe hở không

lỏng, ngắn

khí không đồng đều rotor và Stator

mạch

mà tạo ra rung động định hướng.
Hư hỏng về pha do mất kết nối đứt
hoặc bị hỏng có thể gây ra rung
động quá mức ở tần số lưới 2x
(2FL) sẽ có tần số biên xung quanh

24

Vấn đề về

nó ở 1/3 tần số lưới (1/3 FL). Mức

pha


rung động tại (2FL) có thể vượt quá
25 mm / s (1in /s). Điều này sẽ gây
ra hư hỏng nếu lỗi kết nối chỉ thỉnh
thoảng xảy ra và không định kỳ.

25

Cộng
hưởng

Sự cộng hưởng của các rung động
nhỏ có cùng tần số tạo ra một rung
động lớn bất thường.

20


RUNG ĐỘNG – Nguyễn Thiện Tâm
VII. LỰA CHỌN MÁY ĐO RUNG

REGULAR M AINT ENANCE

21