Chìa khóa để thực hiện cân bằng động thành công

Rung động là một trong những tác động nguy hại trong môi trường công nghiệp. Rung động không chỉ giảm tuổi thọ thiết bị mà còn có thể ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm hay độ tin cậy của quá trình sản xuất. Ngoài vấn đề về chất lượng và hiệu suất, rung động còn tiêu tốn tiền. Bạn phải trả cho năng lượng mà gây ra rung lắc thiết bị của bạn.

Các lực được tạo ra bởi sự mất cân bằng là một trong những nguồn phổ biến nhất của rung động mà ta gặp phải ở môi trường làm việc với thiết bị quay. Việc cân bằng là một trong những hoạt động khắc phục phổ biến nhất được yêu cầu để giải quyết vấn đề về rung động. 

7 bước kiểm tra trước khi cân bằng để đảm bảo công việc cân bằng được thuận lợi:

1. Quan sát trước khi tiến hành

Việc kiểm tra quạt bằng mắt thường trước khi thực hiện cân bằng rất quan trọng. Bạn cần tìm kiếm những dấu hiệu như cánh quạt bị cọ sát hay chân cánh bị nứt. Nếu phát hiện các vấn đề này, bạn nên sửa chữa chúng trước khi tiến hành cân bằng. Điều này không chỉ giúp thiết bị hoạt động tốt hơn mà còn tiết kiệm thời gian cho bạn.

Một ví dụ xảy ra cách đây nhiều năm tại khu vực Geysers Geothermal ở miền bắc California, khi nhóm bảo dưỡng kiểm tra một quạt tháp làm mát có 5 cánh, bị rung động mạnh. Quạt vẫn đang chạy, vì vậy họ không kiểm tra bằng mắt (mặc dù có thể sử dụng Đèn stroboscopic (đèn ánh sáng hoạt nghiệm) giúp “đóng băng” chuyển động để phát hiện vấn đề). Sau khi phân tích dữ liệu rung động, họ phát hiện rằng quạt không chỉ rung ở tốc độ hoạt động mà còn rung mạnh ở các tần số gấp 5 và 20 lần tốc độ vận hành. Không rõ nguyên nhân gây ra rung động này, họ quyết định dừng quạt và kiểm tra kỹ hơn.

Khi kiểm tra, họ phát hiện một vết nứt trên chân quạt, bắt nguồn từ cạnh trước của cánh quạt và kéo dài theo chiều dọc. Quạt có 4 bộ phận cấu thành nằm trong dòng khí, được hỗ trợ bởi hộp số. Sự nén khí giữa các thanh đỡ và cánh quạt đã tạo ra rung động mạnh gấp 20 lần tốc độ quay của quạt. Chỉ vài tháng trước đó, một hộp quạt làm mát khác đã bị hư hỏng nghiêm trọng do hỏng hub của cánh quạt.

Đèn stroboscopic giúp “đóng băng” chuyển động để phát hiện vấn đề

-----------------------------------------------------

Nói thêm:

NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT CÂN BẰNG

Sai số gia công

·Sai số trong lắp đặt giữa phần cân bằng và trục của quạt thông gió.

·Sự biến dạng của lực ly tâm.

·Độ võng của cánh

·Nứt cánh

·Sơn hay phủ bề mặt không phù hợp.

·Ứng suất từ các mối hàn ở đĩa rotor.

Mất cân bằng do vận hành

·Sự đóng cáu cặn trên đĩa rotor.

·Sự ăn mòn cục bộ.

·Sự mài mòn từng điểm nhỏ.

·Sự biến dạng nhiệt.

·Sự mài mòn bởi các hạt rắn.

·Mất cân bằng từng điểm nhỏ.

·Sự kết hợp của lưu chất và hạt rắn ở vỏ hub.

Các lỗi do lắp đặt

·Lỗi do lắp cánh dọc trục bị sai.

·Lắp hub với trục bị lỏng hay lệch.

·Trục bị cong

·Mất cân bằng trên puly dây đai truyền động.

Mất cân bằng do sửa chữa

·Thiếu khối lượng cân bằng.

·Mất cân bằng coupling

·Sơn hay phủ không phù hợp.

·Lớp phủ bị bóc, tróc ra.

-----------------------------------------------------

2. Thực hiện phân tích rung động trước khi cân bằng

Nghe có vẻ hiển nhiên, nhưng việc phân tích rung động trước khi tiến hành cân bằng là bước cực kỳ quan trọng. Nó giúp bạn xác định chắc chắn rằng nguyên nhân rung động là do mất cân bằng chứ không phải do các lỗi khác. Ví dụ, nếu quạt bị lệch tâm (misalignment) giữa pulley và trục hoặc bị sai lệch trong căn chỉnh, thì dù bạn có cân bằng kỹ đến đâu, rung động vẫn sẽ không hết.

Có một trường hợp điển hình ở Seattle: một kỹ thuật viên đã phân tích phổ rung (spectrum) trước khi cân bằng và nhận thấy rằng quạt thực ra không bị mất cân bằng, mà là bị lệch tâm. Tuy nhiên, khách hàng vẫn khẳng định rằng quạt bị mất cân bằng do chính họ mới lắp quạt và motor. Để chứng minh, kỹ thuật viên đã dùng hệ thống cân chỉnh laser để kiểm tra và điều chỉnh lại căn chỉnh. Sau khi điều chỉnh xong, quạt chạy êm và không cần phải cân bằng thêm nữa.

👉 Bài học rút ra là: luôn luôn phân tích rung động trước khi cân bằng, để tránh làm sai hướng và mất thời gian.

3. Khởi động và dừng thiết bị

Trước khi tiến hành cân bằng, bạn cần khởi động và dừng thiết bị để kiểm tra điều kiện hoạt động của nó. Điều này rất quan trọng vì bạn phải hiểu cách rotor vận hành trong thực tế. Nếu có thể, bạn nên dừng máy hoặc cho máy chạy thử và kiểm tra kết quả qua các đồ thị như Bode, Nyquist hoặc Cascade Spectrum. Điều này giúp bạn xác định các khu vực có thể gặp vấn đề, chẳng hạn như khi rotor chạy trong trạng thái cộng hưởng, gây ra rung động mạnh.

Có một trường hợp ở Nevada, một kỹ thuật viên mới trong ngành quạt đã mất khoảng một tuần để cân bằng một cái quạt nhưng không thành công. Điều này dễ hiểu vì anh ấy còn thiếu kinh nghiệm về rung động. Một phần quan trọng trong quá trình cân bằng là phải thực hiện lấy biểu đồ Bode khi quạt khởi động và dừng lại (coast down).

Trong trường hợp này, vấn đề không chỉ là quạt bị mất cân bằng, mà còn là rotor chạy ở tốc độ vận hành bị tác động bởi sự cộng hưởng của cấu trúc mặt đế quạt, làm tăng sự rung động. Điều này khiến việc cân bằng quạt trở nên khó khăn hơn với phương pháp cân bằng thông thường. Cuối cùng, chúng tôi đã điều chỉnh độ cứng của cấu trúc để thay đổi giá trị cộng hưởng, giúp việc cân bằng trở nên khả thi.

4. Làm sạch trước khi cân bằng

Cánh quạt rất nhạy cảm với bụi bẩn, cáu cặn hoặc các vật bám dính khác – những yếu tố này có thể gây mất cân bằng trong quá trình quay.

Ví dụ, ở tháp giải nhiệt, cánh quạt rỗng bên trong thường được làm bằng vật liệu composite và có các lỗ xả trên cánh. Khi các lỗ này bị tắc bởi cặn bẩn, dòng khí không thoát đều sẽ gây ra mất cân bằng động.

👉 Vì vậy, việc làm sạch kỹ cánh quạt trước khi tiến hành cân bằng là rất quan trọng. Nó giúp loại bỏ nguyên nhân gây rung không cần thiết và có thể tiết kiệm đáng kể thời gian trong quá trình cân bằng.

Một công ty từng gặp sự cố lặp đi lặp lại do cáu cặn hình thành trên bề mặt cánh. Họ đã khắc phục bằng cách lắp đặt vòi phun xoáy để làm sạch định kỳ hàng tuần. Nhờ đó, tình trạng mất cân bằng giảm rõ rệt và quạt vận hành ổn định hơn.

👉 Tóm lại: Luôn làm sạch cánh quạt thật kỹ trước khi cân bằng để đảm bảo kết quả chính xác và tiết kiệm thời gian.

Quạt tháp giải nhiệt (cooling tower fan)

5. Loại bỏ khối lượng thừa

Khi một quạt được cân bằng nhiều lần trong nhiều năm, có thể sẽ xảy ra tình trạng tích tụ khối lượng. Bất kỳ khối lượng nào dính vào hoặc tích tụ tạm thời trên quạt đều cần phải được loại bỏ trước khi tiến hành cân bằng. Bạn cũng nên chú ý đến các khối lượng cân bằng đã được lắp vào trước đó, xem chúng có dễ dàng loại bỏ hay không. Những khối lượng cũ có thể bị lỏng và rơi ra vào thời điểm không mong muốn, điều này có thể gây ra sự mất cân bằng lại. Vì vậy, việc thêm khối lượng cân bằng mới vào sẽ không hiệu quả nếu không xử lý đúng các khối lượng cũ.

6. Kiểm tra các bộ phận bị lỏng

Trong quá trình vận hành, quạt phải chịu nhiều chu kỳ tải và rung động lặp đi lặp lại. Điều này dễ dẫn đến việc một số bộ phận bị lỏng theo thời gian – và thực tế, đây là hiện tượng khá phổ biến. Những vị trí dễ bị lỏng nhất thường là vòng kẹp (collar), pulley, hub quạt, và cả bulông nền.

Việc kiểm tra bằng mắt thường đôi khi không đủ để phát hiện ra các bộ phận bị lỏng nhẹ. Vì thế, để kiểm tra chính xác, nên sử dụng các công cụ chuyên dụng như:

• Phân tích phổ rung (spectrum)

• Quan sát chuyển động quay chậm (slow roll)

• Đèn stroboscopic (đèn ánh sáng hoạt nghiệm)  – giúp “đóng băng” chuyển động để thấy rõ các bất thường dù rất nhỏ.

👉 Nếu bỏ qua các bộ phận bị lỏng, việc cân bằng có thể không hiệu quả hoặc chỉ mang tính tạm thời, thậm chí gây thêm rung động sau một thời gian vận hành. Vì vậy, đây là bước kiểm tra không nên bỏ qua trước khi tiến hành cân bằng.

Cân bằng động cho quạt công xôn (overhung)

7. Kiểm tra xác định phương pháp cân bằng

Khi cân bằng rotor dạng overhung (rotor có phần trọng lượng nhô ra ngoài), việc cân bằng hai mặt phẳng có thể rất phức tạp nếu bạn không hiểu rõ cách các ổ bi (bearing) của rotor liên kết với các mặt phẳng cân bằng. Nếu gặp khó khăn trong quá trình cân bằng, bạn sẽ tốn thời gian và công sức. Vì vậy, việc nghiên cứu kỹ hướng dẫn cân bằng trước khi làm là rất quan trọng để đạt kết quả chính xác.

Nếu rotor overhung có kích thước hẹp, bạn nên thực hiện cân bằng ở một mặt phẳng đầu tiên. Thông thường, việc cân bằng một mặt phẳng có thể giúp giảm sự sai lệch của rotor overhung.

Cân bằng thường được coi là cách đầu tiên để giải quyết rung động, nhưng thực tế, rung động có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Vì vậy, trước khi cân bằng, việc kiểm tra tình trạng thiết bị là rất cần thiết để xác định liệu rung động có phải do mất cân bằng hay không. Quá trình kiểm tra này tốn ít thời gian nhưng mang lại lợi ích rất lớn trong việc phát hiện các vấn đề tiềm ẩn.

Kỹ sư Ngô Văn Định, Nguyễn Thanh Sơn.

Related Posts by Categories