Trung tâm Cân Bằng Động Bách Khoa giới thiệu một số thông tin kỹ thuật, tiêu chuẩn và kiến thức căn bản trong cân bằng động và dao động để quý khách tham khảo.

 1. Các tiêu chuẩn ISO về các cấp cân bằng động

 2. Các nguyên nhân rung động cơ học trong hệ thống máy móc

• Nguyên nhân rung thứ 1: Mất cân bằng Rotor

Rotor bị mất cân bằng là nguyên nhân của phần lớn các rung động cơ học trong hệ thống. Vì thế khi hệ thống có rung động bất thường, đầu tiên người ta hay nghĩ đến mất cân bằng Rotor.

Nguyên nhân:
1/ Do kết cấu không đồng nhất khi chế tạo Rotor.
2/ Do Rotor bị biến dạng sau một thời gian hoạt động.
3/ Do Rotor bị nứt vỡ một vài bộ phận.
4/ Rotor bị cong trục sau khi không hoạt động trong một thời gian dài.
5/ Các thành phần lắp ghép của Rotor bị xê dịch

Các dạng mất cân bằng:
1/ Mất cân bằng tĩnh: nếu trọng tâm của Rôtor không trùng với trục của Rô tor.
Đối với các rotor ngắn, có thể xem như có thêm một khối lượng dôi dư tại một vị trí nào đó ngoài mặt Rotor.
Đối với các Rotor dài, có thể xem như có 2 khối lượng dôi dư nằm cùng hướng ở 2 đầu rotor.
Mất cân bằng tĩnh có thể gây ra rung động trên 2 gối trục 2 đầu Rotor. Hai gối trục này sẽ rung động đồng pha với nhau.
2/ Mất cân bằng moment: Trọng tâm của Rotor vẫn trùng với trục quay, nhưng moment quán tính lại không trùng với trục. Mất cân bằng moment thường chỉ xảy ra với các rotor dài.
Có thể xem như có 2 khối lượng dôi dư ở hai đầu Rotor, nhưng nằm đối xứng với nhau 180 độ.
Khi rotor quay, hai đầu trục khi đó sẽ ngoáy ngược hướng với nhau, tạo thành các rung động lệch pha nhau 180 độ.
3/. Mất cân bằng động: Nếu Rôtor vừa bị mất cân bằng tĩnh vừa bị mất cân bằng moment, thì nó đã bị mất cân bằng động.
Mất cân bằng động xem như Rôtor có 2 khối lượng dôi dư có độ lớn khác nhau ở 2 đầu, và góc lệch nhau bằng một góc khác 0 , khác 180 độ
Vì thế khi Rotor quay sẽ làm 2 gối trục rung động với biên độ và góc pha khác nhau.

Các thành phần lõi Rotor khi chế tạo đã được cân bằng tĩnh chính xác tại xường. Các chi tiết khi lắp vào Rotor, thí dụ như các cánh Tuabin và cánh máy nén đã được cân chính xác, và dùng các phần mềm chuyên dụng để phân phối đều các cánh trong vòng tròn. Vì thế các cánh đều phải được đánh số, và kèm theo một sơ đồ vị trí để lắp ráp trên vòng tròn. Sau khi lắp ráp toàn bộ, Rotor lại được cân bằng động lần cuối trong buồng chân không. Vì thế độ rung của rotor rất thấp.
Tuy nhiên, khi ra hiện trường, nếu có xuất hiện mất cân bằng bất thường, người ta sẽ phải cân bằng động lại tại hiện trường.

Ngoài ra các Rotor bị biến dạng theo kiểu cong trục, hoặc xê dịch các vị trí lắp ghép, sẽ được xử lý bằng một phương pháp đặc biệt, là cho quay với tốc độ cao hơn tốc độ cộng hưởng cấp 1 để giúp cho trục được tự động nắn thẳng trở lại. Thường, biện pháp này được làm tại hiện trường, và hoạt động ở các diều kiện về áp suất nhiệt độ làm việc. Do đó phương pháp này gọi là phương pháp sấy nắn trục.

Dùng phương pháp sấy nắn trục, ban đầu phải cân bằng động trước để giảm độ rung xuống mức thấp nhất mà mình có thể thực hiện được. Tất nhiên rất khó có thể đua về mức tốt. Sau đó chạy sấy. Khi trục được dần đưa về trạng thái tốt, độ rung sẽ giảm dần, đến một mức độ nào đó. Khi ấy thì các gia trọng dùng để cân bằng động đã lắp trước đó sẽ trở thành ngyên nhân gây rung. Và độ rung sẽ tăng lên trở lại. Khi đó phải tháo bớt gia trọng ra, và tiếp tục chạy sấy nắn trục. Việc sấy nắn trục coi như kết thúc khi tất cả các gia trọng đã lắp trước đó được tháo ra hết và độ rung của máy trở về trạng thái tốt.

 

• Nguyên nhân rung thứ 2: Mất đồng trục giữa 2 thiết bị quay (Mis-Alignment)
  
  Hai thiết bị quay nối trục với nhau thí dụ như động cơ - bơm, turbine - máy phát, Máy Diesel - máy phát điện... cần phải có yêu cầu nối đồng trục với nhau.
  
  Tuy nhiên khi chế tạo, một số thiết bị gia công không hoàn toàn chính xác, nên có khả năng khi lắp ráp với nhau sẽ bị mất đồng trục.
  
  Mất đồng trục có thể chia làm 3 loại:
  
  1/ Mất đồng trục song song. Thí dụ trục của cái này cao hơn cái kia, hoặc một trục nằm sang phía bên phải của trục khác. Nghĩa là 2 tâm trục không trùng nhau và trục vẫn song song với nhau.
  
  Mất đồng trục song song thường gây rung ở 2 gối trục giữa, tức 2 gối trục hai bên khớp nối, thường gọi là bợ trục số 2 và số 3. Do không đòng trục nên độ rung sẽ có 2 thành phần ngược chiều nhau. Sự tương tác qua lại giữa 2 gối trục sẽ làm cho độ rung sẽ tăng lên cực đại 2 lần trong một chu kỳ. Phổ tần sẽ có thành phần họa tần bậc 2 cao.
  
  2/ Mất đồng trục do lệch góc. Tại khớp nối, tâm trục có thể trùng với nhau, nhưng hai trục không nằm trên đường thẳng, mà hợp thành với nhau thành một góc. Độ rung cũng tập trung ở 2 gối trục giữa. Nhưng do lệch góc, khi quay có thể làm thay đổi độ uốn của trục theo chu kỳ. Độ rung cũng có nhiều họa tần, và ngoài ra còn sinh ra độ rung dọc trục (đo song song với trục).
  
  3/ Mất đồng trục hỗn hợp, vừa lệch tâm trục, vừa có góc: Hỗn hợp của 2 loại mất đồng trục trên.
  
  Các nguyên nhân có thể gây ra mất đồng trục:
  
  a/ Bản thân thiết bị khi lắp đặt chưa được căn chỉnh tốt.
  
  b/ Khi ở trạng thái tĩnh, trục hơi bị võng xuống. Nếu căn chỉnh theo trạng thái này thì khi quay, trục duỗi thẳng trở lại sẽ gây mất đồng trục. Vì thế khi căn chỉnh thường phải căn chỉnh theo một góc nhỏ để bù lại (căn hở miệng).
  
  c/ Khi ở trạng thái nguội, các trục có thể ngang hàng với nhau. Nhưng khi nóng lên thì một giá đỡ của gối trục nào đó sẽ giãn nở nhiều hơn các gối khác, và làm cho gối đó cao hơn. khi đó từ đồng trục sẽ chuyển sang mất đồng trục. Vì thế khi căn chỉnh ban đầu, phải căn chỉnh bù trừ cao thấp.
  
  d/ Nếu 2 trục không nối trực tiếp với nhau mà nối qua trung gian bộ đổi tốc. Ta phải căn chỉnh đồng trục giữa 3 thiết bị: Trục 1 với bộ đổi tốc, và bộ đổi tốc với trục 2. Tuy nhiên khi có lực kéo, do lực tương tác của các bánh răng, một trong 2 trục hoặc cả 2 hệ trục sẽ bị đẩy lệch đi so với vị trí ban đầu, gây ra mất đồng trục. Vì thế khi căn chỉnh ban đầu phải bù trừ sự di chuyển này.

e/ Sau một thời gian vận hành, các gối trục bị mòn không đều, các bánh răng cũng bị mòn đi hoặc hở ra. Vị trí lắp đặt các gối trục có thể bị xê dịch... gây mất đồng trục.

Xử lý độ rung khi mất đồng trục: căn tâm lại, với điều kiện môi trường tốt.

 

• Nguyên nhân rung thứ 3: Cong trục.
  
  Một rotor trục dài rất dễ có khả năng bị cong trục. Các nguyên nhân gây cong trục có thể như sau:
  
  1/ Khi Rotor không quay, trọng lượng của bản thân nó làm cho trục hơi bị võng xuống. Nhưng khi quay sang vị trí khác, thì độ biến dạng do võng sẽ không còn, và nó lại võng theo vị trí mới.
  Nếu trục bị giữ một vị trí cố định ở một thời gian quá lâu, độ võng sẽ không phục hồi trở lại được.
  
  2/ Khi Rotor của các máy làm việc trong môi trường nhiệt độ cao, sự giãn nở không đồng đều ở các khía đối nhau cũng có thể gây ra cong trục. Thí dụ như lúc máy mới ngừng. Không khí bên trong xy lanh turbine rất nóng. Nếu rotor đứng yên thì phần trên sẽ nóng hơn phần dưới. Do đó phần trục phía trên cũng giãn nở dài hơn phần trục phía dưới. Kết quả là trục bị cong lên. Tuy nhiên độ cong này chỉ là tạm thời, khi nhiệt độ trở lại đều hoặc khi quay trục, thì sẽ bị mất đi.
  
  Vì thế các rotor trục dài thường luôn được lắp đặt một bộ phận quay trục, để chống cong trục.
  
  Khi trục bị cong, nó sẽ tác động như mất cân bằng trọng tâm. Người ta có thể xử lý bằng cách cân bằng động để bù vào. Khi đó trọng tâm sẽ được kéo về trục, và độ rung giảm xuống.
  
  Tuy nhiên trong trường hợp này lại nảy sinh ra một vấn đề khác. Khi Rotor với tốc độ cao, nó sẽ có khuynh hướng duỗi thẳng trở ra. Vì thế khi đó những khối gia trọng dùng để cân bằng động lại trở thành nguyên nhân gây rung. Từ đó, sẽ làm cho độ rung tăng trở lại từ từ, nhưng với góc pha lệch 180 độ so với độ rung ban đầu. Vì thế lại phải cân bằng lại.
  
  Phương pháp xử lý cong trục thường được gọi là "sấy nắn trục", sẽ gồm nhiều bước xen kẽ: cân bằng - chạy ở tốc độ cao - cân bằng... Nếu các độ rung không vượt quá tiêu chuẩn thì có thể kết hợp các lần chạy nắn trục với phát điện.