Luận văn Nghiên cứu kỹ thuật chẩn đoán hư hỏng thiết bị cơ khí bằng phương pháp phân tích rung động (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu kỹ thuật chẩn đoán hư hỏng thiết bị cơ khí bằng phương pháp phân tích rung động (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG PHÚC NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG THIẾT BỊ CƠ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 0 4 8 2 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG PHÚC NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG THIẾT BỊ CƠ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ HIẾU GIANG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2015
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Dương Phúc Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22/03/1979 Nơi sinh: Huế Quê quán: Thừa Thiên Huế Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: A12 Lê Thị Riêng, Phường Thắng Nhì, Tp.Vũng Tàu Điện thoại cơ quan: Điện thoại: 0983 832 167 Fax: E-mail: phucbk99@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1999 đến 01/2004 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Bách Khoa Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật ô tô – Máy động lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế Hệ thống điều khiển cho hệ thống phun dầu điện tử - Động cơ Diesel một Xylanh. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Bảo vệ đồ án tháng 01/2004, tại Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Người hướng dẫn: Nguyễn Trà III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 05/2004 Xí nghiệp Chế biến Khí Vũng Tàu Kỹ sư bảo trì thiết bị quay Công ty Sản xuất và chế biến Dầu 02/2011 Kỹ sư Cơ khí khí Phú Mỹ Xí nghiệp Khai thác Dầu khí – 02/2012 Kỹ sư Cơ khí Vietsovpetro 01/2014 Công ty Chế biến Khí Vũng Tàu Kỹ sư Cơ khí i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 12 năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Dương Phúc ii
5. CẢM TẠ Trong quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật chẩn đoán hƣ hỏng thiết bị cơ khí bằng phƣơng pháp phân tích rung động”, tôi đã nhận được rất nhiều sự hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện của các giảng viên trong Khoa Cơ khí Chế tạo máy Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM và đặc biệt là Thầy PGS. TS. Phạm Ngọc Tuấn – Giảng viên môn học Kỹ thuật chuẩn đoán và giám sát tình trạng máy đã giúp đỡ tài liệu chuyên khảo và có những ý kiến góp ý quý báu cho luận văn; Các cán bộ chuyên môn của Xí nghiệp Cơ điện – Liên Doanh Việt-Nga “Vietsovpetro” đã hỗ trợ tài liệu và thiết bị thu thập dữ liệu; Ông Nguyễn Hải Hà – Phó Viện trưởng Viện Cơ Khí, Bộ Công Thương đã cung cấp tài liệu và các đề tài nghiên cứu chuyên khảo. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân về sự giúp đỡ đó. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy PGS.TS. Lê Hiếu Giang – Người trực tiếp hướng dẫn khoa học và chỉ bảo cho tôi hoàn thành luận văn một cách tốt nhất. Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên, khích lệ và tạo điều kiện để cho tôi hoàn thành luận văn này. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Dương Phúc iii
6. TÓM TẮT Phân tích rung động là một kỹ thuật để giám sát và chẩn đoán lỗi của máy mà không cần ngừng máy, tháo hoặc kiểm tra bên trong máy. Mỗi thành phần cấu thành máy, thiết bị có rung động khác nhau và tạo ra một dấu hiệu đặc trưng thể hiện trên biểu đồ rung động (dạng biểu đồ phổ, sóng, ). Điều này cho phép các chuyên gia nhận ra dạng hư hỏng, ví dụ, vấn đề xuất phát từ mất cân bằng, không thẳng hàng hoặc hư hỏng trong ổ lăn, bánh răng, Ngoài việc chẩn đoán chính xác nguyên nhân nó còn giúp ích cho việc xác định để có hành động khắc phục kịp thời hoặc đợi đến chu kì bảo dưỡng tiếp theo. Có nhiều phương pháp và dạng tín hiệu trong kỹ thuật phân tích rung động, điển hình là phương pháp thống kê Kutorsis, phân tích phổ tần số (FFT), phương pháp hình bao, trung bình hóa tín hiệu đồng bộ trong miền thời gian (TSA), Tuy nhiên phương pháp phân tích phổ cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội trong việc phát hiện hư hỏng thông thường của máy móc như mất cân bằng, không đồng trục, hư hỏng trong ổ lăn, bánh răng, các vấn đề khác về rung động do xoáy dầu và tần số cánh trong máy ly lâm. Luận văn này tập trung nghiên cứu kỹ thuật phân tích phổ FFT để chẩn đoán hư hỏng các bộ phận cơ khí, máy có chuyển động quay. Các dạng hư hỏng được đề cập là mất cân bằng, không đồng trục, các vấn đề rung động do xoáy dầu trong bạc trượt, hư hỏng trong bộ truyền động bánh răng, các giai đoạn hư hỏng của ổ đỡ con lăn, . Trong phần thực nghiệm, tác giả thực hiện nghiên cứu trên tổ hợp thiết bị tuốc bin khí - máy phát điện trên giàn khai thác dầu khí thuộc Liên Doanh Việt - Nga “Vietsovpetro”. Công việc thực nghiệm là thu thập, đo đạc rung động và chẩn đoán, đánh giá tình trạng hoạt động của tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện nói trên bằng kỹ thuật phân tích phổ tần số FFT. iv
7. ABSTRACT Vibration analysis is technique to monitor and diagnose faults of machines without a stop, disassembling components or inspecting inside the machine. Each component vibrates differently and generates a typical sign of form on the vibration graph (Spectrum, Wave-form, Etc.). This allows the specialist to recognize, for example, whether the problem comes from unbalance, misalignment or bearing, gear damage. In addition to an accurate diagnosis, it is generally also possible to determine whether urgent action is necessary or whether it can wait until the next scheduledservicing. There are many methods and signal forms in vibration analysis, for example Kutorsis, Fourier Fast Transform - FFT, Envelope, Time Synchronous Averaging – TSA, etc., However, the FFT analysis is the advanced method which often used for detecting the most common machine faults, such as misalignment or unbalance. And other problems of oil whirl, blade pass frequency in centrifugal machine. This thesis focused on FFT spectrum analysis techniques to diagnose mechanical componentfaults,condition of rotating machine. The main form of fautls isunbalance, misalignment, the damages of gear transmistion, problems of whirl in sleeve bearing, failure stages of rolling element bearing. In the experiment, the authorstudy on Gas Turbine – Generator on Offshore Oil and Gas production platform ofVietsovpetro. Experimental work includesdata collection, vibration measurement, diagnostic and evaluation of the condition of mentioned Gas Turbine – Generator by spectrum analysis, FFT . v
8. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt xi Danh sách các hình xii Danh sách các bảng xiv Chương 1 15 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 15 1.1 Tổng quan 15 1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 15 1.2.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới 15 1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam 16 1.3 Tính cấp thiết và mục đích của đề tài 17 1.4 Nhiệm vụ và giới hạn đề tài 18 1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài 18 1.4.2 Giới hạn của đề tài 18 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu. 19 Chương 2 20 LÝ THUYẾT VỀ GIÁM SÁT VÀ CHẨN ĐOÁN TÌNH TRẠNG THIẾT BỊ BẰNG PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG 20 vi
9. 2.1 Tổng quan về bảo trì, giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị 20 2.1.1 Tổng quan về bảo trì 20 2.1.2 Giám sát tình trạng 21 2.1.3 Chẩn đoán tình trạng 21 2.1.4 Kỹ thuật giám sát rung động 22 2.2 Lý thuyết về rung động máy 23 2.2.1 Khái niệm rung động 23 2.2.2 Tính chất của rung động 23 2.2.3 Các tham số rung động 23 2.2.3.1 Chuyển vị 24 2.2.3.2 Vận tốc rung động 25 2.2.3.3 Gia tốc rung động 25 2.2.3.4 Mối quan hệ giữa các đại lượng 25 2.2.3.5 Đơn vị đo 26 2.2.3.6 Biên độ rung động 26 2.2.3.7 Mức toàn bộ (overall vibration) 27 2.2.3.8 Thang số 27 2.2.3.9 Đề-xi-ben (decibel) 28 2.3 Một số phương pháp xử lý tín hiệu rung động 28 2.3.1 Phương pháp Kurtosis 28 2.3.2 Phương pháp phân tích phổ 29 2.3.2.1 Giới thiệu 29 2.3.2.2 Cơ sở phân tích 30 2.3.2.3 Phép biến đổi Fourier FFT 31 vii
10. 2.3.2.4 Ứng dụng phép biến đổi Fourier để phân tích rung động 33 2.3.3 Phương pháp phân tích hình bao 33 2.3.3.1 Giới thiệu 33 2.3.3.2 Cơ sở phân tích 33 2.3.3.3 Ứng dụng của phương pháp phân tích hình bao 34 2.3.4 Phương pháp trung bình hóa tín hiệu đồng bộ 36 2.4 Máy và thiết bị đo rung động 37 2.4.1 Các loại đầu đo, cảm biến đo rung động. 37 2.4.1.1 Đầu đo gia tốc rung động 37 2.4.1.2 Đầu đo vận tốc rung động 41 2.4.1.3 Đầu đo dịch chuyển 42 2.4.2 Thiết bị đo rung động 45 2.5 Các tiêu chuẩn giám sát và phân tích rung động của thiết bị quay 47 2.5.1 Hệ thống tiêu chuẩn ISO 47 2.5.2 Hệ thống tiêu chuẩn DIN và VDI 50 2.5.3 Hệ thống tiêu chuẩn API 53 2.6 Các dạng hư hỏng và kỹ thuật chẩn đoán bằng phân tích phổ rung động 54 2.6.1 Mất cân bằng rôto 54 2.6.2 Không đồng trục 55 2.6.3 Lỏng cơ khí 56 2.6.4 Rôto bị cọ xát 57 2.6.5 Các vấn đề đối với loại bạc trượt 58 2.6.6 Hư hỏng ở bánh răng 59 2.6.6.1 Mòn 59 viii
11. 2.6.6.2 Nứt và gẫy răng và mẻ đỉnh răng 60 2.6.7 Vấn đề rung động tại tần số cánh (Blade Pass & Vane Pass) 61 2.6.8 Vấn đề hư hỏng của ổ đỡ con lăn (Rolling element bearing) 62 2.6.8.1 Mòn đồng bộ 62 2.6.8.2 Tróc, rỗ do mỏi vật liệu 62 2.6.8.3 Tiến trình hư hỏng của ổ đỡ con lăn 62 Chương 3 66 TỔ HỢP TUỐC BIN KHÍ – MÁY PHÁT ĐIỆN TRÊN GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ 66 3.1 Đặc điểm và điều kiện làm việc của thiết bị trên giàn khai thác dầu khí 66 3.1.1 Đặc điểm lắp đặt thiết bị 66 3.1.2 Đặc điểm điều kiện làm việc của thiết bị 68 3.2 Tổng quan tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện 68 3.2.1 Tuốc bin khí 68 3.2.1.1 Cụm máy nén tuốc bin 69 3.2.1.2 Cụm buồng đốt 70 3.2.1.3 Cụm tuốc bin 70 3.2.1.4 Hệ thống điều khiển 71 3.2.2 Hộp giảm tốc 72 3.2.3 Máy phát điện 73 3.3 Nguyên lý hoạt động của tuốc bin khí 74 3.4 Nghiên cứu đặc trưng rung động Tổ hợp tuốc bin khí - máy phát điện Taurus 60- 7001 76 3.4.1 Thông số kỹ thuật 76 ix
12. 3.4.2 Các đặc trưng rung động 77 3.4.3 Các dạng hư hỏng chính thường gặp 79 3.4.3.1 Mất cân bằng 79 3.4.3.2 Hư hỏng ở hộp giảm tốc 80 3.4.3.3 Các dạng hư hỏng ở máy phát điện 82 Chương 4 83 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐO RUNG ĐỘNG VÀ ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG TỔ HỢP TUỐC BIN KHÍ – MÁY PHÁT ĐIỆN TRÊN GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ 83 4.1 Quy trình chẩn đoán tình trạng thiết bị bằng phân tích rung động 83 4.1.1 Xác định máy, thiết bị cần chẩn đoán 84 4.1.2 Xác định điểm đo, hướng đo trên máy 84 4.1.3 Xác định các thông số cần đo 85 4.1.4 Lựa chọn dụng cụ và thiết bị đo 85 4.1.5 Lựa chọn chuẩn đánh giá 86 4.1.6 Ghi biên bản đo và lập hồ sơ lưu trữ 87 4.2. Đo thực nghiệm và phân tích rung độ trên Tổ hợp tuốc bin khí - máy phát điện Taurus 60 -7001. 88 4.2.1 Đánh dấu điểm đo tại hiện trường 88 4.2.2 Đo rung, phân tích và chẩn đoán tình trạng hoạt động. 89 4.2.3 Kết luận và kiến nghị 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 x
13. DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT AGMA American Gear Manufacture Association - Hiệp hội các nhà sản xuất bánh răng của Mỹ API American Petroleum Institute – Viện Dầu khí Mỹ BPF Blade Pass Frequency – Tần số cánh CBM Condition Base Maintenance - Bảo trì trên cơ sở tình trạng CPM Cycle Per Minute - Chu kì trên phút DIN Deutsche Institut fuer Normen - Viện tiêu chuẩn Đức FFT Fast Fourier Transform - Phép biến đổi Fourier nhanh GMF Gear Mesh Frequency - Tần số bánh răng ISO International Organization for Standardization - Tổ chức Quốc tế về tiêu chuẩn hoá Tiêu chuẩn RMS Root Mean Square - Giá trị hiệu dụng RPM Revolution Per Minute - Số vòng quay trên phút SC Subcommittee - Tiểu Ban TC Technical Committee - Tiểu ban kỹ thuật VDI Verein Deutscher Ingenieure - Hiệp hội kỹ sư Đức xi
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mô tả tín hiệu rung động điều hòa. 24 Hình 2.2: Chuyển vị, Vận tốc và Gia tốc của một chuyển động. 25 Hình 2.3: Các loại biên độ của rung động 27 Hình 2.4: Các loại thang đo, a) Thang tuyến tính, b) Thang Loga 28 Hình 2.5: Tình trạng của một ổ bi theo giá trị Kurtosis. 29 Hình 2.6: Đặc trưng rung động theo miền thời gian do các nguồn khác nhau gây ra 30 Hình 2.7: Mối quan hệ giữa tín hiệu theo miền thời gian và theo miền tần số. 31 Hình 2.8: Phổ tần số của một hàm thời gian tuần hoàn. 32 Hình 2.9: a) Các bước tính toán xác định đường bao tín hiệu, b) Đường bao của một tín hiệu tắt dần 34 Hình 2.10: a) Phổ tần số rung động, b) Phổ hình bao đo được trên hộp bánh răng 35 Hình 2.11: a) Tín hiệu đo tại máy quay đều, b) Tín hiệu đã trung bình hóa 37 Hình 2.12: Nguyên lý cấu tạo của loại cảm biến dựa trên hiệu ứng áp điện: a) loại một tấm vật liệu áp điện, b) loại hai tấm xếp chồng. 38 Hình 2.13: Cấu tạo của một gia tốc kế áp điện kiểu nén và đặc tính tần số 39 Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo của một đầu đo vận tốc rung động kiểu điện động. 41 Hình 2.15: Minh họa đầu đo dịch chuyển tiếp xúc và không tiếp xúc 43 Hình 2.16: Đường định chuẩn độ nhạy của đầu đo không tiếp xúc 44 Hình 2.17: Kết cấu của thiết bị đo và thu thập dữ liệu 46 Hình 2.18: Phổ tần số - biên độ rung động khi mất cân bằng 54 Hình 2.19: Các dạng không đồng trục 55 Hình 2.20: Biểu đồ phổ tần số - biên độ rung động khi lệch góc 56 Hình 2.21: Biểu đồ phổ tần số - biên độ rung động khi lỏng cơ khí 57 Hình 2.22: Phổ rung động trong trường hợp rôto bị cọ xát 58 Hình 2.23: Phổ rung động trong trường hợp màng dầu xoáy cuộn 59 Hình 2.24: Biểu đồ dạng phổ rung động, a) Trường hợp răng bình thường và có tải, b) bị mòn. 60 xii
15. Hình 2.25: Biểu đồ dạng phổ rung động trong trường hợp răng bị gẫy 61 Hình 2.26: Phổ rung động cao tại tần số cánh 62 Hình 2.27: Các thông số tính toán tần số của ổ đỡ con lăn 63 Hình 2.28: Các giai đoạn hư hỏng của ổ đỡ con lăn và biểu đồ phổ điển hình 64 Hình 3.1: Các dạng kết cấu giàn khai thác dầu khí 67 Hình 3.2: Sơ đồ lắp đặt tổ hợp tuốc bin khí trên Block Module 67 Hình 3.3: Các bộ phận chính của Gas turbine Taurus 60 (Solar) 69 Hình 3.4: Sơ đồ khối của hộp giảm tốc kiểu hành tinh –Taurus 60 73 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy phát điện IDEAL 74 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của tuốc bin khí 75 Hình 3.7: Hình tổng thể Tổ hợp tuốc bin khí - máy phát điện Taurus 60-7001 77 Hình 3.8: Biên độ rung động khi khởi động tuốc bin - API 616 79 Hình 3.9: Biểu đồ lựa chọn tham số giám sát hư hỏng bánh răng. 81 Hình 4.1: Lưu đồ quy trình thực hiện chẩn đoán tình trạng một thiết bị 83 Hình 4.2: Sơ đồ các điểm đo rung động tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện 85 Hình 4.3: Thiết bị đo và thu thập dữ liệu rung động - CSI 2120A 86 Hình 4.4: Các điểm đo, a) trên tuốc bin khí, b) trên hộp giảm tốc, 88 c) trên máy phát điện 88 Hình 4.5:Phổ tần số rung động tại điểm đo 1V 89 Hình 4.6:Phổ tần số rung động tại điểm đo 1H 91 Hình 4.7:Phổ tần số rung động tại điểm đo 1A 92 Hình 4.8:Phổ tần số rung động tại điểm đo 2V 94 Hình 4.9:Phổ tần số rung động tại điểm đo 2H 95 Hình 4.10:Phổ tần số rung động tại điểm đo 5V 96 Hình 4.11:Phổ tần số rung động tại điểm đo 6V 97 Hình 4.12:Phổ tần số rung động tại điểm đo 6H 98 Hình 4.13:Phổ tần số rung động tại điểm đo 6A 100 Hình 4.14:Phổ tần số rung động tại điểm đo 7V 101 Hình 4.15:Phổ tần số rung động tại điểm đo 7H 102 xiii
16. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Mô tả đơn vị đo cho các thông số 26 Bảng 2.2: Giá trị tham chiếu khi tính toán trị số Đề-xi-ben 28 Bảng 2.3: Một số tiêu chuẩn ISO đối với giám sát và phân tích rung động máy quay 49 Bảng 2.4: Tiêu chuẩn ISO 10816-4 áp dụng cho tuốc bin khí (không bao gồm hệ thống tuốc bin của máy bay). 50 Bảng 2.5: Một số tiêu chuẩn DIN và VDI đối với giám sát và phân tích rung động máy quay 51 Bảng 3.1: Giá trị biên độ rung động của tổ máy tuốc bin khí – máy phát điện 71 Bảng 3.2: Thông số và đặc tính kỹ thuật tổ hợp tuốc bin khí - máy phát điện Taurus 60-7001 76 Bảng 3.3: Tần số cánh của Động cơ tuốc bin Taurus 60 7001 78 Bảng 3.4: Tần số ăn khớp của hộp giảm tốc tuốc bin Taurus 60 7001 82 Bảng 4.1: Tiêu chuẩn ISO 10816-4 áp dụng cho tuốc bin khí 86 Bảng 4.2: Giá trị giới hạn của độ rung của Tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện Taurus 60 7001 87 xiv
17. Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1Tổng quan Kỹ thuật giám sát tình trạng máy móc,thiết bị bằng phân tích rung động là một phần rất quan trọng trong kỹ thuật giám sát tình trạng thiết bị. Khi máy móc xuất hiện các hiện tượng bất thường, trong phần lớn các trường hợp, chúng sẽ làm thay đổi biên độ và tần số của rung động của máy. Do đó, nếu rung động được đo và phân tích, ta có thể xác định được các hư hỏng của máy mà không cần dừng hoặc tháo máy. Đây chính là lý do tại sao mà rung động được coi là một đại lượng chỉ thị tình trạng của máy. Áp dụng kỹ thuật giám sát rung động sẽ giúp cho ta dự đoán một cách khá chính xác thời điểm xảy ra hư hỏng, hay nói một cách khác là thời điểm mà chi tiết hoặc thiết bị mất khả năng làm việc. Để từ đó chúng ta sẽ tránh được các hư hỏng ngẫu nhiên, các hư hỏng ngoài ý muốn.Vì thông thường các hư hỏng loại này sẽ phải trả một chi phí rất lớn, nhất là đối với các chi tiết, các cụm máy quan trọng đối với sản xuất. Phân tích rung động là công cụ hữu ích cho việcchẩn đoán hư hỏng, phục vụ chocông tác bảo trì dự đoán. Hiện nay, nó là giải pháp mang lại hiệu quả nhất, đặc biệt là ngành công nghiệp đòi hỏi khắc khe về yêu cầu bảo dưỡng như ngành dầu khí. 1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố 1.2.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới Hiện nay, các hãng, tập đoàn lớn như SKF, SIMENT, BENTLY NEVADA, BRÜEL & KJÆRđã và đang thực hiện nghiên cứu, áp dụng và không ngừng cải tiến kỹ thuật giám sát rung động máy vào các ngành công nghiệp hiện đại như ngành Dầu khí. Một số kỹ thuật mà các hãng này quan tâm và đầu tư nghiên cứu như: - Kỹ thuật chẩn đoán vòng bi bằng phương pháp giám sát nhiệt độ dầu bôi trơn kết hợp kỹ thuật phân tích rung động theo gia tốc bao hình. - Kỹ thuật chẩn đoán hư hỏng trong bánh răng bằng phân tích phổ rung động. 15
18. - Kỹ thuật chẩn đoán mất cân bằng, lệch tâm trục, lỏng nền móng và một số hư hỏng có khí khác băng kỹ thuật phân tích phổ rung động. - Hệ thống giám sát các tổ hợp thiết bị như máy bơm, máy nén, tuốc bin hơi, tuốc bin khí, máy phát điện, Bên cạnh đó cũng có nhiều tiêu chuẩn dành cho kỹ thuật giám sát rung động đã được xây dựng như DIN (CHLB Đức), API (USA),ISO Tuy nhiên các tiêu chuẩn này chỉ đưa ra các hướng dẫn, áp dụng chung theo nhóm thiết bị được phân nhóm theo công suất máy dẫn động, tốc độ quay, đường kính trục của máy, Trong thực tế hiện nay, việc áp dụng các kỹ thuật giám sát và chẩn đoán rung động máy còn nhiều tồn tại như sau: - Các kết quả nghiên cứu, ứng dụng của các hãng trên thế giới mang tính chất cạnh tranh thương mại, bí quyết công nghệ nên các công trình nghiên cứu này không được công bố một cách chi tiết. Các hãng cũng chỉ đưa ra các kỹ thuật giám sát và chẩn đoán cơ bản, mang tính chất hướng dẫn chung. - Các nghiên cứu thông thường đi kèm với việc lập trình phần mềm ứng dụng, sản xuất thiết bị giám sát và chẩn đoán mang đặc trưng riêng của từng hãng. 1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam Tại Việt Nam cũng có vài công trình nghiên cứu được công bố về lĩnh vực liên quan đến kỹ thuật chẩn đoán hư hỏng thiết bị cơ khí bằng phân tích rung động. Các nghiên cứu đó phần lớn tập trung vào các dạng hư hỏng cơ bản của thiết bị cơ khí, mang tính chất rời rạc của từng thành phần máy. Do đó việc ứng dụng các nghiên cứu này vào thực tiễn hoạt động sản xuất cho các tổ máy, dây chuyền của các nhà máy công nghiệp và đặc biệt là lĩnh vực Dầu khí là chưa thể thực hiện được. Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này là chuẩn đoán tình trạng kỹ thuật của các hệ truyền động cơ khí như bánh răng, dây đai, hư hỏng ổ bi, mất cân bằng. Hiện nay, đơn vị tiên phong về nghiên cứu và đưa vào ứng dụng kỹ thuật giám sát và chẩn đoán máy móc và thiết bị là Viện Cơ khí thuộc Bộ Công Thương. Đơn vị này đã có một số nghiên cứu, triển khai áp dụng cụ thể vào các thiết bị như bơm công nghiệp, tuốc bin hơi, quạt và máy khoáy cho các đơn vị sản xuất như Công ty Giấy Bãi 16
19. Bằng, Nhà máy gỗ Cầu Đuống, Công ty Supe Phốt Phát và Hoá Chất Lâm Thao, Nhà máy Điện Phả Lại, Xi măng Hoàng Mai, Mỗi thiết bị, cụm thiết bị trong dây chuyền công nghệ có những đặt trưng rung động riêng do đó việc xác định, thiết lập một hệ thống giám sát, cài đặt các ngưỡng rung động tới hạn cho thiết bị, không theo một tiêu chuẩn chung hay một nghiên cứu mang tính lý thuyết. Để nâng cao được hiệu quả của công tác giám sát và chẩn đoán tình trạng cho mỗi thiết bị, ngoài kiến thức, kinh nghiệm và sự am hiểu về thiết bị, cần thiết phải có một quá trình nghiên cứu đầy đủ về lý thuyết rung động, đặc trưng rung động của các thành phần và tổ hợp thiết bị để đưa ra một quy trình giám sát, chẩn đoán tình trạng thiết bị một cách cụ thể và riêng biệt. Ngoài ra, việc giám sát và đánh giá còn phụ thuộc vào thời gian để đạt được những ngưỡng hư hỏng tới hạn của thiết bị, những kết quả điều tra và thu thập những thông tin liên quan đến sự cố để hoàn chỉnh một cơ sở dữ liệu về giám sát và chẩn đoán một cách có hiệu quả nhất. 1.3 Tính cấp thiết và mục đích của đề tài Thành quả của việc nghiên cứu ứng dụng phân tích rung động để giám sát và chẩn đoán tình trạng máy của các hãng lớn trên Thế giới cũng đã cho ra đời nhiều thiết bị, máy móc và phần mềm sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp nói chung và dầu khí nói riêng. Tuy nhiên việc áp việc áp dụng chúng vào thực tế còn nhiều hạn chế do trình độ chuyên môn và chưa có tính hệ thống về cơ sở dữ liệu. Ngoài ra do mỗi thiết bị, máy móc có mỗi đặc trưng vận hành và hư hỏng khác nhau dẫn đến kết quả rung động cũng khác nhau. Do đó, việc nghiên cứu bổ sung đặc trưng rung động trên cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn và tài liệu nhà sản xuất để giám sát và đánh giá tình trạng thiết bị là thực sự cần thiết, đặc biệt là các thiết bị trên công trình dầu khí. Mục đích của đề tài là nghiên cứu tổng hợp lý thuyết về rung động, các kỹ thuật chẩn đoán tình trạng thiết bị cơ khí bằng phân tích rung động, ứng dụng củachúngtrong việc chẩn đoán hư hỏng thiết bị quay. Từ đó sẽ nghiên cứu trường hợp cụ thể là tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện trên giàn khai thác dầu khí, các nội dung tác giả tập trung nghiên cứu để đạt được mục đích: - Nghiên cứu đặc trưng rung động của tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện. 17
20. - Tổng hợp một cơ sở dữ liệu về mức rung động tương ứng với tình trạng kỹ thuật tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện. - Xây dựng quy trình kỹ thuật chẩn đoán tình trạng của tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện - Đo và thu thập dữ liệu rung động, phân tích và đánh giá tình trạng hoạt động của tuốc bin khí – máy phát điện đang hoạt động trên giàn khai thác Dầu khí. Hướng tiếp theo, tác giả sẽ áp dụng kết quả đã nghiên cứu làm cơ sở tiếp tục nghiên cứu và xây dựng quy trình chẩn đoán tình trạng và giám sát cho máy các nén khí dầu mỏ dạng chuyển động tịnh tiến (Reciprocating Compressor). Đối với loại máy này, đặc trưng rung động là khá phức tạp, các hãng lớn trên thế giới đang đầu tư và tiếp tục nghiên cứu đặc trưng rungđộng của loại máy này nhằm nâng cao độ tin cậy trong kỹ thuật giám sát tình trạng thiết bị. Kết quả nghiên cứu sẽ đưa vào ứng dụng cụ thể tại các công trình khí nơi tác giả đang công tác như: Nhà máy xử lý Khí Dinh Cố, Cảng Khí LPG hóa lỏng – Bà Rịa Vũng Tàu. Nhà máy xử lý Khí Cà Mau, 1.4 Nhiệm vụ và giới hạn đề tài 1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên cứu tổng hợp lý thuyết về rung động, kỹ thuật chẩn đoán tình trạng thiết bị cơ khí, ứng dụng của lý thuyết rung động vào việc chẩn đoán hư hỏng thiết bị có chuyển động quay. - Phân tích các trường hợp hư hỏng điển hình của thiết bị cơ khí phục vụ cho nghiên cứu. - Sử dụng thiết bị đo rung động củahãng Emersonđể thu thập dữ liệu, phân tích đặc trưng rung động và đánh giá tình trạng của Tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện trên Công trình Dầu khí. 1.4.2 Giới hạn của đề tài - Tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật chẩn đoán các dạng hư hỏng trong truyền động cơ khí của các máy có chuyển động quay bằng phương pháp phân tích rung động. 18
21. - Thu thập dữ liệu, nghiên cứu trường hợp điển hình về tình trạng của Tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện trên giàn khai thác dầu khí bằng kỹ thuật phân tích phổ tần số rung động, FFT 1.4.3 Phƣơng pháp nghiên cứu. - Phương pháp phân tích hệ thống: Nghiên cứu cáctài liệu chuyên ngành, tài liệu vận hành và bảo trì thiết bị của nhà sản xuất và tiêu chuẩn ngành liên quan. - Phương pháp thực nghiệm: Thu thập dữ liệu, phân tích,đánh giá và chọn lựa các giải pháp phù hợp với đối tượng. 19
22. S K L 0 0 2 1 5 4