Mô phỏng rung động máy rô to tàu thủy

CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017<br /> <br /> trên các phương tiện vận tải thủy thì cần phải có thêm nhiều thử nghiệm hơn nữa, đồng thời rất cần<br /> sự quan tâm đầu tư cả về cơ chế chính sách cũng như cơ sở vật chất của Chính phủ và các ban<br /> ngành liên quan, đặc biệt là cơ quan đăng kiểm phương tiện vận tải thủy.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Website: http://kingkar.en.made-in-china.com<br /> [2]. Website: http://www.hydroxsystems.com<br /> <br /> Ngày nhận bài: 28/11/2016<br /> Ngày phản biện: 07/12/2016<br /> Ngày duyệt đăng: 16/01/2017<br /> <br /> <br /> <br /> MÔ PHỎNG RUNG ĐỘNG MÁY RÔ TO TÀU THỦY<br /> VIBRATION SIMULATION ON THE MARINE ROTOR MACHINERY<br /> ĐỖ ĐỨC LƯU1, LẠI HUY THIỆN1, LƯU MINH HẢI2, BÙI XUÂN QUỲNH3<br /> 1<br /> Trường Đại học Hàng hải Việt Nam;<br /> 2<br /> Học viện Hải quân Nha Trang;<br /> 3<br /> Phòng kỹ thuật, Đại diện Weichai tại Việt Nam<br /> Tóm tắt<br /> Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng rung động máy rô to<br /> cứng đặt nằm ngang dưới tác động của lực mất cân bằng và lực cưỡng bức có tần số là bội<br /> số của vòng quay trục rô to, xét đến ảnh hưởng độ cứng của gối đỡ và bệ đỡ đến các đặc<br /> tính rung động của máy rô to. Nghiên cứu áp dụng trong giám sát rung động trên một số<br /> máy rô to tàu thủy.<br /> Từ khóa: Mô phỏng rung động, giám sát rung động, chẩn đoán rung động, rung động máy rô to.<br /> Abstract<br /> This article presents some results of the modelling and simulating vibrations on the rotor<br /> machinery with the placed horizontally rigid rotor under the excited forces, such as the<br /> unbalance force and the other ones, their frequencies are multiple of the rotor-shaft<br /> revolution according to the influence of the bearing and pedastal stiffness on the vibration<br /> characteristics of the rotor machinery. The study is carried out for vibration monitoring<br /> purposes on the marine classes of rotor machinery.<br /> Keywords: Vibration simulation, vibro-Momitoring, vibro-Diagnostics, vibrations on rotor machinery.<br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Các tác giả của công trình [1] đã giới<br /> thiệu một số vấn đề về mô phỏng rung động<br /> gối đỡ động khi cân bằng rô to cứng đặt nằm<br /> ngang trên máy cân bằng động. Kết quả của<br /> công trình này có thể được áp dụng cho đo,<br /> phân tích rung động và cân bằng động rô to<br /> trên xưởng (shop balancing), khi nó được<br /> tháo rời và đặt trên máy cân bằng động.<br /> Trong thực tế chúng ta cần giám sát<br /> rung động online (giám sát liên tục, định kỳ)<br /> khi máy rô to làm việc theo chức năng cũng<br /> như cân bằng máy rô to không tháo rời (cân<br /> bằng tại hiện trường, field balancing). Điều<br /> đó thể hiện ý nghĩa của nghiên cứu mô<br /> phỏng giám sát rung động máy rô to khi<br /> chúng hoạt động trong điều kiện khai thác<br /> thực tế với các khả năng hư hỏng thường Hình 1. Nguyên lý rô to đặt nằm ngang trên máy cân bằng<br /> khi cân bằng động tại xưởng (shop balancing)<br /> gặp có thể xảy ra.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 49 - 01/2017 8<br />  CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017<br /> <br /> Đối tượng được nghiên cứu mô phỏng là lớp máy rô to cứng, đặt nằm ngang trên các gối đỡ<br /> (bearings). Các gối đỡ được đặt đàn hồi trên các bệ đỡ (pedastals).<br /> Sự khác biệt trong nghiên cứu mô phỏng rung động của cơ hệ máy rô to tại hiện trường khác<br /> với mô phỏng rung động gối đỡ động khi đặt rô to cần cân bằng trên máy cân bằng động là nguồn<br /> gây rung động khác nhau và các hệ số của các mô hình toán tương ứng có những dải giá trị khác<br /> nhau. Đối với máy cân bằng động, nhà chế tạo cố gắng thiết kế sao cho các ngoại lực tác động tới<br /> gối đỡ (từ động cơ điện và cơ cấu truyền động) là nhỏ nhất. Trên hình 1, máy cân bằng động B20<br /> IRD Balancing do hãng IRD (Hoa Kỳ) chế tạo, dùng dây cu-roa truyền chuyển động, lai rô to. Khi đó,<br /> lực mất cân bằng của bản thân rô to cần được cân bằng là nguồn tác động cơ bản nhất tới các vị trí<br /> đo rung động, nếu trạng thái kỹ thuật của máy cân bằng tốt. Khi gối đỡ của máy cân bằng có hư<br /> hỏng, đây là nguồn gây rung động bổ sung tới các tín hiệu rung đo được trong quá trình đo và cân<br /> bằng động rô to đặt trên máy. Đối với máy rô to tại hiện trường, ngoài nguồn gây rung cơ bản,<br /> thường gặp là mất cân bằng (tại động cơ: ví dụ tua-bin khí, tua-bin hơi nước, động cơ điện,... cũng<br /> như tại máy công tác: ví dụ máy phát điện, quạt hoặc máy nén khí ly tâm/hướng trục, chân vịt tàu<br /> thủy,...) còn có các nguồn gây rung khác từ cấu trúc của máy, phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của<br /> bản thân máy rô to.<br /> Khi máy rô to dùng động cơ tuabin (khí, hơi nước) lai trực tiếp máy công tác dạng rô to (quạt,<br /> máy nén khí,...) không qua hộp truyền động, nguồn gây rung động bổ sung chính là các lực (mô<br /> men) tại hai đầu động cơ và máy công tác. Các lực này có thể là các lực quy đổi thủy khí động học,<br /> tác động theo chu kỳ hoạt động của động cơ, và nguồn cưỡng bức, gây rung sẽ có tần số là bội của<br /> số cánh tại mặt cắt máy công tác hoặc động cơ.<br /> Khi máy rô to dùng hộp số để truyền động lai máy công tác, bản thân hộp số có cơ cấu truyền<br /> động bánh răng. Nếu có sai số bước răng, hoặc dạng (profile) răng, khi các răng ăn khớp thể hiện<br /> rõ nét va đập qua phân tích phổ tần tín hiệu rung động máy [2]. Bản chất rung động trong trường<br /> hợp này rất phức tạp, cơ hệ va đập do các sai số và hư hỏng từ bánh răng, đồng thời độ cứng vùng<br /> răng ăn khớp là hàm số thay đổi theo thời gian. Khi đó cơ hệ sẽ trở thành hệ rung động phi tuyến,<br /> có hệ số biến thiên theo thời gian, không thể áp dụng nguyên lý xếp chồng.<br /> Khi dùng liên kết cứng (mặt bích) để liên kết hai đoạn trục của động cơ và máy công tác, xuất<br /> hiện khả năng không đồng trục và các nguyên nhân gây rung động sẽ được bổ sung từ trạng thái<br /> kỹ thuật chưa đảm bảo đồng trục trong máy rô to.<br /> Đối tượng nghiên cứu mô phỏng rung động sẽ được đề cập trong phạm vi bài báo được giới hạn<br /> cho lớp các máy rô to được nối trực tiếp<br /> giữa động cơ và máy công tác qua trục<br /> quay với giả thiết rô to tuyệt đối cứng, rô to<br /> và các cánh công tác được đặt trên hai gối<br /> đỡ theo phương ngang, thể hiện trên hình<br /> 2. Đây cũng là lớp các máy rô to được ứng<br /> dụng rộng rãi trên tàu thủy, ví dụ tổ hợp<br /> tuabin - máy nén khí tăng áp trong động cơ<br /> diesel tàu thủy, tổ hợp máy nén khí - động<br /> cơ tuabin khí trong hệ động lực tuabin khí<br /> trên các tàu quân sự,... Việc nghiên cứu<br /> rung động cho lớp các máy rô to còn lại sẽ<br /> được đề cập trong các công trình khoa học<br /> sau này, vì chúng có nhiều tính chất phức<br /> tạp bổ sung thêm các nguồn lực cưỡng<br /> bức gây rung động, cũng như tạo thành cơ<br /> Hình 2. Mô hình động lực học rung động máy rô to cứng<br /> hệ rung động phi tuyến.<br /> 2. Xây dựng mô hình toán rung động<br /> máy rô to có trục tuyệt đối cứng, đặt nằm ngang trên hai gối đỡ đàn hồi (hình 2)<br /> Trên hình 2 đưa ra sơ đồ nguyên lý - mô hình động lực rung động máy rô to đặt trên hai gối<br /> đỡ trái và phải (Left and Right Bearings), còn các gối đỡ này được đặt trên hai bệ đỡ (Pedestals,<br /> Bearing supports). Gối đỡ và bệ đỡ đều được mô hình hóa thành các cấu trúc đàn hồi - cản, với các<br /> hệ số đàn hồi C (N/m) và hệ số cản K (Ns/m) [3].<br /> 2.1. Mô hình hóa lực cưỡng bức rung động quy đổi về gối đỡ trái và gối đỡ phải<br /> Lực cưỡng bức do các cánh công tác tại động cơ cũng như máy công tác sinh ra. Các lực<br /> này biến đổi theo chu kỳ công tác của máy, tần số là bội số của số cánh công tác. Giả thiết  (rad/s)<br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 49 - 01/2017 9<br />  CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017<br /> <br /> là vòng quay của trục rô to, Z1(2) - số cánh công tác tại mặt cắt 1 (2) thì lực cưỡng bức chiếu lên trục<br />