Phần 2: Rung động máy được mô tả như thế nào?
>>Hướng dẫn cho người mới bắt đầu tìm hiểu về rung động của máy (P1)
Để phân tích chính xác tình trạng máy, đầu tiên bạn phải mô tả chính xác các trạng thái hay các triệu chứng của máy.
Làm sao để có thể mô tả chính xác các trạng thái rung động?
Sự phân tích rung động mô tả tình trạng của một máy như thế nào?
Phần này chúng ta sẽ trình bày các phương pháp cơ bản mô tả rung động máy.
Sau khi đọc phần này chúng ta sẽ:
- Biết hai phương pháp quan trọng nhất để mô tả rung động máy.
- Tìm hiểu các thuật ngữ “biên độ”
- Tìm hiểu các thuật ngữ “tần số”
- Tìm hiểu biểu đồ phổ tần số (spectrum) và tín hiệu dạng sóng (waveform) là gì?
Rung động máy được mô tả như thế nào?
Bằng cách xem, cảm nhận và lắng nghe rung động máy, có lúc chúng ta có thể xác định được độ mạnh của rung động một cách tương đối. Chúng ta có thể quan sát các loại rung động máy xuất hiện rất mạnh hoặc đáng chú ý hoặc không đáng kể. Chúng ta cũng có thể chạm vào vị trí vòng bi đang rung và cảm nhận sức nóng hoặc nghe thấy tiếng ồn, và từ đó kết luận rằng có vấn đề với vòng bi.
Tuy nhiên việc mô tả rung động chung chung như thế là không chính xác và phụ thuộc vào sự đánh giá chủ quan của mỗi người. Có thể người này cho là mạnh quá người khác lại cho là có thể chấp nhận được. Sự mô tả bằng lời nói thường không đảm bảo độ tin cậy.
Để phân tích chính xác một rung động, nó cần thiết phải mô tả sự rung động theo một cách thức nhất quán và đảm bảo độ tin cậy. Sự phân tích rung động dựa trên sự mô tả bằng con số hơn là sự mô tả bằng lời nói, giúp cho việc phân tích và truyền đạt được chính xác.
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.
Biên độ là gì? (Amplitude?)
Biên độ rung động là độ lớn của sự rung động.
Một máy với biên độ rung động lớn thì sẽ có một chuyển động dao động mạnh, nhanh và lớn. Nếu biên độ càng lớn thì chuyển động này càng lớn hoặc ứng suất gây ra bởi máy càng lớn và khả năng dẫn đến hư hỏng máy càng lớn.
Vì thế mà biên độ cho thấy mức độ “khốc liệt” của rung động.
Nói chung, mức độ hay biên độ của rung động còn liên hệ tới:
(a) khoảng chuyển động rung động
(b) tốc độ của chuyển động
(c) lực kết hợp với chuyển động
Nhưng trong hầu hết các trường hợp, tốc độ và biên độ vận tốc (velocity amplitude)của máy cho thông tin hữu ích về tình trạng của máy.
Vậy vận tốc là gì? Nó đơn giản là tốc độ được đo theo một chiều xác định. Xem hình:
Biên độ vận tốc có thể biểu diễn theo các thuật ngữ như peak value (giá trị đỉnh) hoặc RMS (root-mean-square value – giá trị hiệu dụng).
Biên độ vận tốc tối đa hay đỉnh (peak) của một máy đang rung động đơn giản là giá trị tốc độ rung động maximum (peak) có được của máy trong một chu kỳ thời gian. Xem hình:
Trái ngược với biên độ vận tốc tối đa, biên độ vận tốc RMS của rung động máy cho chúng ta biết năng lượng rung động của máy. Năng lượng rung động càng cao, biên độ RMS càng lớn.
Cụm từ ‘root-mean-square’ thường viết tắt là rms và nên nhớ rằng biên độ rms luôn luôn thấp hơn biên độ tối đa hay biên độ đỉnh (peak amplitude).
Làm sao để quyết định chọn đơn vị biên độ đỉnh hay biên độ rms để sử dụng? Nó chỉ là vấn đề mang tính cá nhân. Tuy nhiên chú ý nếu đã chọn một đơn vị nào thì phải sử dụng giống nhau gữa các lần đo để có thể thực hiện so sánh các số đo.
Hai đơn vị biên độ vận tốc được sử dụng phổ biến là inches/second (in/s) và millimeters/second (mm/s).
Tần số là gì? (Frequency?)
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.
Ở tốc độ mà một thành phần của máy dao động được gọi là tần số dao động hay tần số rung động. Tần số rung động càng nhanh thì dao động càng nhanh.
Bạn có thể xác định tần số của một thành phần đang rung động bằng cách đếm số chu kỳ dao động sau mỗi giây. Ví dụ, một thành phần đi qua 5 chu kỳ trong 1 giây có nghĩa là nó đang rung động ở một tần số 5 chu kỳ/giây (5cps). Như hình vẽ dưới đây, một chu kỳ tín hiệu, đơn giản là hoàn thành một đoạn đồ thị mà mô tả tín hiệu.
Giống như nhịp mạch của con người hay tần số cho thấy tình trạng mạch kích thích của con người hay tình trạng sức khỏe tổng quát, tốc độ rung động hay tần số của một thành phần rung động của máy rất hữu ích vì cho thấy được tình trạng 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
Thế nào là một biểu đồ dạng sóng (Waveform)?
Biểu đồ hiển thị các tín hiệu điện của một quả tim đang đập của một người (biểu đồ điện tim hay điện tâm đồ electrocardiogram ECG) rất hiệu quả trong việc phân tích tình trạng sức khỏe quả tim của con người. Với cách làm tương tự như vậy, biểu đồ hiển thị rung động của 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. Hình dưới đây cho ví dụ về một biểu đồ waveform vận tốc. Một biểu đồ waveform vận tốc đơn giản là một đồ thị cho thấy vận tốc của một thành phần đang rung động thay đổi theo thời gian.
Những thông tin mà một waveform cho biết, phụ thuộc vào thời khoảng và độ phân giải của một waveform. Thời khoảng của một waveform là tổng chu kỳ thời gian qua đi mà có thể biết được từ một waveform. Trong hầu hết các trường hợp, một vài giây là đủ. Độ phân giải của một waveform là một số đo mức độ chi tiết trong waveform và được xác định bằng số điểm dữ liệu mô tả hình dạng của một waveform. Nếu càng nhiều điểm thì biểu đồ waveform càng chi tiết.
Thế nào là một spectrum (biểu đồ dạng phổ)?
Một loại biểu diễn khác thường được sử dụng phổ biến trong phân tích rung động là biểu đồ 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.
Nhưng tại sao một thành phần máy duy nhất mà lại có đồng thời rung động ở nhiều hơn một tần số.
Trả lời nằm trong thực tế rằng, sự rung động máy, khác với sự chuyển động dao động đơn giản của một quả lắc, nó không chỉ có một chuyển động rung động đơn giản mà thông thường nó bao gồm nhiều chuyển động rung động xảy ra đồng thời.
Lấy ví dụ, spectrum vận tốc của một gối đỡ thường cho thấy rằng vòng bi đang rung động không chỉ ở một tần số mà ở nhiều tần số khác nhau. Sự rung động ở một vài tần số có thể là do chuyển động của các chi tiết trong vòng bi, ngoài ra còn ở các tần số khác là do sự tác động của các răng của bánh răng hoặc có các tần số khác là do sự quay tròn của cánh quạt làm mát motor.
Một spectrum cho thấy các tần số mà ở đó xảy ra sự rung động nên nó là công cụ phân tích rung động rất hữu ích. Bằng việc phân tích các tần số riêng của một thành phần máy đang rung động cũng như các biên độ tương ứng với mỗi tần số đó, và chúng ta có thể tìm ra có sự liên hệ với nguyên nhân gây ra rung động và tình trạng của máy.
Ngược lại, một waveform lại không cho thấy một cách rõ ràng các tần số mà ở đó xảy ra sự rung động. Thay vào đó, một waveform lại chỉ biểu diễn giá trị tổng thể overall. Cho nên sẽ không dễ dàng khi chẩn đoán hư hỏng bằng biểu đồ waveform.
Cho nên ngoại trừ có một vài trường hợp đặc biệt, các spectrum đóng vai trò là công cụ quan trọng cho việc phân tích rung động máy.
Các thông tin mà một spectrum chứa đựng phụ thuộc vào giá trị Fmax (tần số maximum) và độ phân giải (resolution) của spectrum đó. 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 một spectrum là một số đo mức độ chi tiết của spectrum, và được xác định bởi số đường phổ mô tả hình dạng của biểu đồ spectrum. Càng nhiều đường phổ thì mức độ chi tiết của spectrum càng cao.
Thanh Sơn
>>Hướng dẫn cho người mới bắt đầu tìm hiểu về rung động của máy (P1)
Để phân tích chính xác tình trạng máy, đầu tiên bạn phải mô tả chính xác các trạng thái hay các triệu chứng của máy.
Làm sao để có thể mô tả chính xác các trạng thái rung động?
Sự phân tích rung động mô tả tình trạng của một máy như thế nào?
Phần này chúng ta sẽ trình bày các phương pháp cơ bản mô tả rung động máy.
Sau khi đọc phần này chúng ta sẽ:
- Biết hai phương pháp quan trọng nhất để mô tả rung động máy.
- Tìm hiểu các thuật ngữ “biên độ”
- Tìm hiểu các thuật ngữ “tần số”
- Tìm hiểu biểu đồ phổ tần số (spectrum) và tín hiệu dạng sóng (waveform) là gì?
Xem thêm:
- Giáo trình chẩn đoán hư hỏng bằng phân tích rung động máy (bản 2022)
- Chẩn đoán hư hỏng bằng Phân tích rung động máy, 5: 4 giai đoạn hư hỏng của vòng bi
- Chẩn đoán hư hỏng bằng Phân tích rung động máy, 4: Các phổ rung động hư hỏng tiêu biểu.
- Chẩn đoán hư hỏng bằng Phân tích rung động máy, 3: rung động đo như thế nào? cách thiết bị đo làm việc? cách cài đặt thông số.
- Chẩn đoán hư hỏng bằng Phân tích rung động máy, 2: Biên độ, Tần số, Pha, Waveform và Spectrum là gì?
- Chẩn đoán hư hỏng bằng phân tích rung động máy, 01: Rung động máy là gì? Nguyên nhân gây rung?
Bằng cách xem, cảm nhận và lắng nghe rung động máy, có lúc chúng ta có thể xác định được độ mạnh của rung động một cách tương đối. Chúng ta có thể quan sát các loại rung động máy xuất hiện rất mạnh hoặc đáng chú ý hoặc không đáng kể. Chúng ta cũng có thể chạm vào vị trí vòng bi đang rung và cảm nhận sức nóng hoặc nghe thấy tiếng ồn, và từ đó kết luận rằng có vấn đề với vòng bi.
Tuy nhiên việc mô tả rung động chung chung như thế là không chính xác và phụ thuộc vào sự đánh giá chủ quan của mỗi người. Có thể người này cho là mạnh quá người khác lại cho là có thể chấp nhận được. Sự mô tả bằng lời nói thường không đảm bảo độ tin cậy.
Để phân tích chính xác một rung động, nó cần thiết phải mô tả sự rung động theo một cách thức nhất quán và đảm bảo độ tin cậy. Sự phân tích rung động dựa trên sự mô tả bằng con số hơn là sự mô tả bằng lời nói, giúp cho việc phân tích và truyền đạt được chính xác.
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.
Biên độ là gì? (Amplitude?)
Biên độ rung động là độ lớn của sự rung động.
Một máy với biên độ rung động lớn thì sẽ có một chuyển động dao động mạnh, nhanh và lớn. Nếu biên độ càng lớn thì chuyển động này càng lớn hoặc ứng suất gây ra bởi máy càng lớn và khả năng dẫn đến hư hỏng máy càng lớn.
Vì thế mà biên độ cho thấy mức độ “khốc liệt” của rung động.
Nói chung, mức độ hay biên độ của rung động còn liên hệ tới:
(a) khoảng chuyển động rung động
(b) tốc độ của chuyển động
(c) lực kết hợp với chuyển động
Nhưng trong hầu hết các trường hợp, tốc độ và biên độ vận tốc (velocity amplitude)của máy cho thông tin hữu ích về tình trạng của máy.
Vậy vận tốc là gì? Nó đơn giản là tốc độ được đo theo một chiều xác định. Xem hình:
Biên độ vận tốc có thể biểu diễn theo các thuật ngữ như peak value (giá trị đỉnh) hoặc RMS (root-mean-square value – giá trị hiệu dụng).
Biên độ vận tốc tối đa hay đỉnh (peak) của một máy đang rung động đơn giản là giá trị tốc độ rung động maximum (peak) có được của máy trong một chu kỳ thời gian. Xem hình:
Trái ngược với biên độ vận tốc tối đa, biên độ vận tốc RMS của rung động máy cho chúng ta biết năng lượng rung động của máy. Năng lượng rung động càng cao, biên độ RMS càng lớn.
Cụm từ ‘root-mean-square’ thường viết tắt là rms và nên nhớ rằng biên độ rms luôn luôn thấp hơn biên độ tối đa hay biên độ đỉnh (peak amplitude).
Làm sao để quyết định chọn đơn vị biên độ đỉnh hay biên độ rms để sử dụng? Nó chỉ là vấn đề mang tính cá nhân. Tuy nhiên chú ý nếu đã chọn một đơn vị nào thì phải sử dụng giống nhau gữa các lần đo để có thể thực hiện so sánh các số đo.
Hai đơn vị biên độ vận tốc được sử dụng phổ biến là inches/second (in/s) và millimeters/second (mm/s).
Tần số là gì? (Frequency?)
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.
Ở tốc độ mà một thành phần của máy dao động được gọi là tần số dao động hay tần số rung động. Tần số rung động càng nhanh thì dao động càng nhanh.
Bạn có thể xác định tần số của một thành phần đang rung động bằng cách đếm số chu kỳ dao động sau mỗi giây. Ví dụ, một thành phần đi qua 5 chu kỳ trong 1 giây có nghĩa là nó đang rung động ở một tần số 5 chu kỳ/giây (5cps). Như hình vẽ dưới đây, một chu kỳ tín hiệu, đơn giản là hoàn thành một đoạn đồ thị mà mô tả tín hiệu.
Giống như nhịp mạch của con người hay tần số cho thấy tình trạng mạch kích thích của con người hay tình trạng sức khỏe tổng quát, tốc độ rung động hay tần số của một thành phần rung động của máy rất hữu ích vì cho thấy được tình trạng 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
Thế nào là một biểu đồ dạng sóng (Waveform)?
Biểu đồ hiển thị các tín hiệu điện của một quả tim đang đập của một người (biểu đồ điện tim hay điện tâm đồ electrocardiogram ECG) rất hiệu quả trong việc phân tích tình trạng sức khỏe quả tim của con người. Với cách làm tương tự như vậy, biểu đồ hiển thị rung động của 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. Hình dưới đây cho ví dụ về một biểu đồ waveform vận tốc. Một biểu đồ waveform vận tốc đơn giản là một đồ thị cho thấy vận tốc của một thành phần đang rung động thay đổi theo thời gian.
Những thông tin mà một waveform cho biết, phụ thuộc vào thời khoảng và độ phân giải của một waveform. Thời khoảng của một waveform là tổng chu kỳ thời gian qua đi mà có thể biết được từ một waveform. Trong hầu hết các trường hợp, một vài giây là đủ. Độ phân giải của một waveform là một số đo mức độ chi tiết trong waveform và được xác định bằng số điểm dữ liệu mô tả hình dạng của một waveform. Nếu càng nhiều điểm thì biểu đồ waveform càng chi tiết.
Thế nào là một spectrum (biểu đồ dạng phổ)?
Một loại biểu diễn khác thường được sử dụng phổ biến trong phân tích rung động là biểu đồ 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.
Nhưng tại sao một thành phần máy duy nhất mà lại có đồng thời rung động ở nhiều hơn một tần số.
Trả lời nằm trong thực tế rằng, sự rung động máy, khác với sự chuyển động dao động đơn giản của một quả lắc, nó không chỉ có một chuyển động rung động đơn giản mà thông thường nó bao gồm nhiều chuyển động rung động xảy ra đồng thời.
Lấy ví dụ, spectrum vận tốc của một gối đỡ thường cho thấy rằng vòng bi đang rung động không chỉ ở một tần số mà ở nhiều tần số khác nhau. Sự rung động ở một vài tần số có thể là do chuyển động của các chi tiết trong vòng bi, ngoài ra còn ở các tần số khác là do sự tác động của các răng của bánh răng hoặc có các tần số khác là do sự quay tròn của cánh quạt làm mát motor.
Một spectrum cho thấy các tần số mà ở đó xảy ra sự rung động nên nó là công cụ phân tích rung động rất hữu ích. Bằng việc phân tích các tần số riêng của một thành phần máy đang rung động cũng như các biên độ tương ứng với mỗi tần số đó, và chúng ta có thể tìm ra có sự liên hệ với nguyên nhân gây ra rung động và tình trạng của máy.
Ngược lại, một waveform lại không cho thấy một cách rõ ràng các tần số mà ở đó xảy ra sự rung động. Thay vào đó, một waveform lại chỉ biểu diễn giá trị tổng thể overall. Cho nên sẽ không dễ dàng khi chẩn đoán hư hỏng bằng biểu đồ waveform.
Cho nên ngoại trừ có một vài trường hợp đặc biệt, các spectrum đóng vai trò là công cụ quan trọng cho việc phân tích rung động máy.
Các thông tin mà một spectrum chứa đựng phụ thuộc vào giá trị Fmax (tần số maximum) và độ phân giải (resolution) của spectrum đó. 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 một spectrum là một số đo mức độ chi tiết của spectrum, và được xác định bởi số đường phổ mô tả hình dạng của biểu đồ spectrum. Càng nhiều đường phổ thì mức độ chi tiết của spectrum càng cao.
Thanh Sơn
cảm ơn anh rất nhiều, bài viết rất hay và hữu ích .
Trả lờiXóa