Chương 1 .15 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU .2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố .1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới .2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam .3 Tính cấp thiết và mục đích của đề tài .4 Nhiệm vụ và giới hạn đề tài .1 Nhiệm vụ của đề tài.2 Giới hạn của đề tài .3 Phương pháp nghiên cứu.20 LÝ THUYẾT VỀ GIÁM SÁT VÀ CHẨN ĐOÁN TÌNH TRẠNG THIẾT BỊ BẰNG PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG .20 vi Luan van 2.1 Tổng quan về bảo trì, giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị .1 Tổng quan về bảo trì .2 Giám sát tình trạng .3 Chẩn đoán tình trạng .4 Kỹ thuật giám sát rung động .2 Lý thuyết về rung động máy .1 Khái niệm rung động .2 Tính chất của rung động .3 Các tham số rung động .2 Vận tốc rung động .3 Gia tốc rung động .4 Mối quan hệ giữa các đại lượng .6 Biên độ rung động .7 Mức toàn bộ (overall vibration) .3 Một số phương pháp xử lý tín hiệu rung động .1 Phương pháp Kurtosis .2 Phương pháp phân tích phổ .2 Cơ sở phân tích .3 Phép biến đổi Fourier FFT .31 vii Luan van 2.4 Ứng dụng phép biến đổi Fourier để phân tích rung động .3 Phương pháp phân tích hình bao .2 Cơ sở phân tích .3 Ứng dụng của phương pháp phân tích hình bao .4 Phương pháp trung bình hóa tín hiệu đồng bộ .4 Máy và thiết bị đo rung động .1 Các loại đầu đo, cảm biến đo rung động.1 Đầu đo gia tốc rung động .2 Đầu đo vận tốc rung động .3 Đầu đo dịch chuyển .2 Thiết bị đo rung động .5 Các tiêu chuẩn giám sát và phân tích rung động của thiết bị quay.1 Hệ thống tiêu chuẩn ISO .2 Hệ thống tiêu chuẩn DIN và VDI .3 Hệ thống tiêu chuẩn API .6 Các dạng hư hỏng và kỹ thuật chẩn đoán bằng phân tích phổ rung động .1 Mất cân bằng rôto.2 Không đồng trục .4 Rôto bị cọ xát .5 Các vấn đề đối với loại bạc trượt .6 Hư hỏng ở bánh răng .59 viii Luan van 2.2 Nứt và gẫy răng và mẻ đỉnh răng .7 Vấn đề rung động tại tần số cánh (Blade Pass & Vane Pass) .8 Vấn đề hư hỏng của ổ đỡ con lăn (Rolling element bearing) .2 Tróc, rỗ do mỏi vật liệu .3 Tiến trình hư hỏng của ổ đỡ con lăn .66 TỔ HỢP TUỐC BIN KHÍ – MÁY PHÁT ĐIỆN TRÊN GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ .1 Đặc điểm và điều kiện làm việc của thiết bị trên giàn khai thác dầu khí .1 Đặc điểm lắp đặt thiết bị .2 Đặc điểm điều kiện làm việc của thiết bị .2 Tổng quan tổ hợp tuốc bin khí – máy phát điện .1 Tuốc bin khí .1 Cụm máy nén tuốc bin .2 Cụm buồng đốt .3 Cụm tuốc bin .4 Hệ thống điều khiển.2 Hộp giảm tốc .3 Nguyên lý hoạt động của tuốc bin khí .4 Nghiên cứu đặc trưng rung động Tổ hợp tuốc bin khí - máy phát điện Taurus 60- 7001.1 Thông số kỹ thuật .76 ix Luan van 3.2 Các đặc trưng rung động .3 Các dạng hư hỏng chính thường gặp .1 Mất cân bằng .2 Hư hỏng ở hộp giảm tốc .3 Các dạng hư hỏng ở máy phát điện .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 .1 Quy trình chẩn đoán tình trạng thiết bị bằng phân tích rung động .1 Xác định máy, thiết bị cần chẩn đoán .2 Xác định điểm đo, hướng đo trên máy .3 Xác định các thông số cần đo.4 Lựa chọn dụng cụ và thiết bị đo .5 Lựa chọn chuẩn đánh giá .6 Ghi biên bản đo và lập hồ sơ lưu trữ. Đo thực nghiệm và phân tích rung độ trên Tổ hợp tuốc bin khí - máy phát điện Taurus 60 -7001.1 Đánh dấu điểm đo tại hiện trường .2 Đo rung, phân tích và chẩn đoán tình trạng hoạt động.3 Kết luận và kiến nghị .103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .104 TÀI LIỆU THAM KHẢO .107 x Luan van 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 Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mô tả tín hiệu rung động điều hòa.2: Chuyển vị, Vận tốc và Gia tốc của một chuyển động.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.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.8: Phổ tần số của một hàm thời gian tuần hoàn.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.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.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 Luan van 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.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 Luan van 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).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 Luan van 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.