1. Sơ bộ về hệ thống chẩn đoán tình trạng thiết bị dựa trên tín hiệu dao động máy và ứng dụng
1.1 Giới thiệu hệ thống chẩn đoán tình trạng thiết bị
Hệ thống chẩn đoán tình trạng thiết bị bằng dao động hoạt động dựa trên nguyên lý phân tích các thông tin dao động máy. Tất cả các máy quay đều phát ra dao động có chu kỳ ở các tần số và cường độ nào đó. Các dao động này phụ thuộc vào tình trạng của thiết bị. Thông thường, khi máy đang ở trạng thái tốt, các dao động có cường độ thấp và hạn chế ở một số tần số nhất định liên quan đến tốc độ làm việc của máy. Lúc này chỉ các thiết bị đo đủ nhạy mới ghi nhận được dao động máy. Khi máy xuống cấp, cường độ của các dao động tăng dần cùng với sự xuất hiện dao động ở các tần số khác. Sự tăng cường độ của dao động diễn biến tuyến tính trong một thời gian dài, chiếm hầu hết tuối thọ làm việc của máy. Sau đó, khi đạt đến một biên độ nhất định, gọi là “ngưỡng”, cường độ dao động tăng theo hàm mũ cho tới khi máy bị phá hủy. Khi cường độ đủ mạnh, các dao động trở thành những rung động con người có thể cảm nhận được. Đôi khi, các rung động mạnh đến nỗi có thể phá hủy các thiết bị và công trình xung quanh.
Trong một cơ sở công nghiệp điển hình, khoảng 70% số hỏng hóc và sự cố liên quan đến các máy quay như: động cơ, máy gia công, quạt, bơm, máy nén, các thiết bị công nghệ. Khoảng 90% các lỗi và sự cố của máy quay có có thể dự báo trước bằng công nghệ phân tích dao động máy. Các loại hỏng điển hình luôn đi cùng với các đặc điểm nổi bật về dao động: tần số, pha và biên độ. Nhờ phân tích các thông số dao động của một máy, kết hợp với các ghi chép bảo dưỡng khác, người ta có thể đánh giá được:
- Tình trạng “sức khỏe “ của máy và các bộ phận máy. Ví dụ: “máy đang hoạt động rất tốt” hay “đang có một số hỏng hóc phát triển trong máy, nếu không kịp thời xử lý, máy sẽ xuống cấp nhanh chóng”.
- Các lỗi chế tạo và lắp đặt của một máy mới hay các lỗi còn tồn tại của máy sau đại tu. Ví dụ: “trục động cơ và trục bơm lắp lệch nhau hay móng máy yếu.
- Các hỏng hóc đang phát triển và bộ phận máy đang bị hỏng. Ví dụ: Vòng ngoài của vòng bi số 2 có một vết nứt hay trục máy bị uốn cong.
- Các nguyên nhân nào gây ra các hỏng hóc đó. Ví dụ: “Vết nứt tại vòng bi số 2 là do thiếu bôi trơn” hay
“lực căng dây cua-roa quá lớn, gây uốn cong trục”.
- Độ tin cậy (sẵn sàng) của thiết bị, hay xác suất hỏng thiết bị tại một thời điểm nào đó trong tương lai. Ví dụ: “với diễn biến của biên độ dao động tại tần số 1X như hiện nay, độ sẵn sàng của tổ máy phát điện số 2 vào mùa khô năm 2007 là 85%”.
- Tuổi thọ còn lại của thiết bị hay bộ phận máy. Ví dụ: “Nếu không có can thiệp nào và duy trì vận hành ổn định, thời gian phục vụ còn lại (cho tới khi phải dừng để sửa chữa) của quạt là 2250 giờ, với xác suất đúng là 90%”, hoặc “tuổi thọ còn lại của gioăng chắn bụi là 150 giờ, với xác suất đúng là 95%”.
Nguyên lý giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị dựa trên dao động máy đã có từ lâu. Nhưng phải tới khi các công cụ đo, chuyển đổi và phân tích dữ liệu dao động đủ mạnh để xử lý lượng thông tin rất lớn về dao động, kỹ thuật này mới trở nên khả thi và được phổ biến. Hiện nay các hệ thống này rất đa dạng về chủng loại, giá cả và ứng dụng. Những thiết bị quan trọng và đắt tiền như turbine phát điện, hệ thống giám sát tình trạng on-line được tích hợp với hệ thống điều khiển. Với các thiết bị rẻ, ít quan trọng nhưng có số lượng lớn, chẳng hạn như các động cơ nhỏ, người ta sử dụng các hệ thống vạn năng off-line độc lập. Các hệ thống này cho phép giám sát diễn biến tình trạng thiết bị bằng các phép đo rời rạc cách nhau từ vài tuần đến vài tháng với chi phí thấp mà vẫn đảm bảo chất lượng bảo trì tốt.
Do số lượng lớn các thiết bị trong công nghiệp là máy quay, hiện nay các hệ thống chẩn đoán tình trạng thiết bị bằng dao động chiếm khoảng 60% thị phần các công nghệ và kỹ thuật phục vụ bảo dưỡng. Các kỹ thuật giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị khác: siêu âm, âm thanh, hồng ngoại, phân tích dầu bôi trơn, phân tích thông số vận hành (áp suất, nhiệt độ, điện áp, cường độ dòng điện..), kỹ thuật kiểm tra không phá hủy, phân tích lỗi sản phẩm.. chiếm 40% thị phần còn lại.
1.2. Ứng dụng Hệ thống chẩn đoán tình trạng thiết bị trong công nghiệp
Các hệ thống giám sát và chẩn đoán tình trạng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ở các nước công nghiệp phát triển, hầu hết các thiết bị quan trọng đều được áp dụng công nghệ bảo dưỡng dự báo (các quyết định bảo dưỡng được đưa ra trên cơ sở dự báo trước diễn biến tình trạng thiết bị). Các công nghệ này cho phép giảm các chi phí bảo dưỡng trực tiếp và các chi phí sinh ra do bảo dưỡng kém như tai nạn, thiệt hại do ngừng máy... Theo thống kê trong ngành công nghiệp Hoa Kỳ, chi phí cho bảo dưỡng dự báo là 6-8 USD/ Kw công suất thiết bị lắp đặt, trong khi chi phí trực tiếp cho bảo dưỡng hỏng máy (chi phí sửa chữa máy) là 17-18 USD/kw công suất thiết bị lắp đặt. Đó là chưa kể tới các chi phí gián tiếp khác như dừng máy hay tai nạn.
Các thiết bị công nghiệp có thể ứng dụng hiệu quả hệ thống giám sát và chẩn đoán tình trạng dựa trên phân tích dao động là:
-Động cơ: bao gồm tất cả các loại động cơ điện, động cơ nhiệt, động cơ khí nén và động cơ thuỷ lực có chuyển động quay, một số động cơ có chuyển động khứ hồi.
-Máy Bơm: bơm ly tâm, bơm hướng trục, bơm pit-tông các loại.
-Quạt: Quạt ly tâm, hướng trục, quạt cao áp
-Các thiết bị công nghệ: Tất cả các máy có chuyển động quay: máy gia công (tiện, phay, mài, gia công bánh răng..), sấy, nghiền, đập, cắt, dập, khoan, xeo, khuấy, phối liệu, cuộn, kéo sợi..
-Các thiết bị vận tải: băng tải, trục tải, gầu tải, vít tải, băng tải sắt
-Các thiết bị nâng hạ: cầu trục, cần trục, cần cẩu
-Máy nén: trục vít, rôto, cánh gạt
Tóm lại, tất cả các thiết bị có chuyển động quay và một số chuyển động tịnh tiến đều có thể được chẩn đoán tình trạng và phát hiện lỗi bằng hệ thống dựa trên dao động này. Ngoài ra, hệ thống chẩn đoán dao động còn có khả năng phát hiện một số khuyết tật và dạng hỏng của nền móng, kết cấu và hệ thống đường ống.
Sở dĩ hệ thống giám sát và chẩn đoán tình trạng dựa trên phân tích dao động được ứng dụng rộng rãi là nhờ khả năng phát hiện các dạng hỏng cơ bản của các máy quay. Các dạng hỏng có thể phát hiện gồm có:
-Mất cân bằng: hiện tượng trọng tâm của máy lệch khỏi trục quay, gây ra dao động bằng tần số quay của máy do tác động của lực ly tâm. Mất cân bằng làm cong, gãy trục, hỏng trục, vòng bi, vỡ vỏ máy và có thể gây tai nạn.
-Lệch trục: thường là hiện tượng lệch giữa trục động cơ và trục của thiết bị được dẫn động.
Lệch trục làm hỏng khớp nối, các trục dẫn và truyền động, vòng bi, giảm tuổi thọ của toàn máy.
Mất cân bằng và lệch trục được coi là nguyên nhân chủ yếu trong số các dạng hỏng của máy quay. Chúng chiếm tới 70% các sự cố và hỏng thiết bị trong các cơ sở công nghiệp điển hình.
Cộng hưởng: là hiện tượng tần số dao động riêng của máy trùng với tấn số dao động kích thích(thường là của động cơ dẫn). Cộng hưởng gây hỏng các chi tiết máy, kết cấu đỡ và móng máy.
- Hỏng vòng bi: dạng hỏng đặc thù chỉ xảy ra cho vòng bi, bao gồm vỡ, nứt vòng trong hoặc vòng ngoài; vỡ, mẻ con lăn; mòn đường lăn; vỡ vòng chắn dầu.
- Hỏng bánh răng: bao gồm vỡ, mẻ, tróc lan, mòn bề mặt răng.
- Hỏng bộ truyền động đai: đai trượt, bánh đai quá mòn, lực căng đai quá lớn hoặc quá nhỏ, mất ma-sát.
- Xâm thực: hiện tượng sinh bọt trong lòng chất lỏng trong buồng bơm ở nhiệt độ thường do tắc bộ lọc đầu vào hoặc cột áp hút quá lớn.
- Móng máy yếu: các dao động mạnh ở móng máy do móng quá yếu, nới lỏng bu-lông móng hoặc vật liệu làm móng máy không thích hợp.
- Dao động lan truyền: hiện tượng máy, thiết bị hoặc công trình bị hỏng do dao động từ các nguồnkhác truyền sang qua các trung gian: móng máy, đường ống.
2. Ví dụ về lựa chọn hệ thống chẩn đoán tình trạng thiết bị phù hợp với ứng dụng của Trung tâm
2.1 Chọn loại Hệ thống chẩn đoán tình trạng thiết bị
Như đã trình bày ở trên, trên thị trường hiện có rất nhiều loại thiết bị chẩn đoán dựa trên nguyên lý dao động máy với giá cả và ứng dụng rất đa dạng. Bộ thiết bị chẩn đoán của trung tâm cần đáp ứng các tiêu chí sau:
-Thân thiện người dùng: Các tính năng của thiết bị: phát hiện lỗi, lưu trữ và trao đổi dữ liệu, thư viện, hỗ trợ ra quyết định, cân bằng máy tại hiện trường cần được khai thác một cách dễ dàng. Quá trình đào tạo người sử dụng và chuyển giao không phức tạp, không đòi hỏi chuyên môn sâu.
-Tin cậy và ổn định : thiết bị phải làm việc tin cậy, các thông số đo phải chính xác và ổn định.
-Tính năng: thiết bị chẩn đoán phải là loại đa năng, có thể phát hiện được tất cả các lỗi dao động ở tất cả các loại thiết bị công nghiệp phổ biến. Không dùng các thiết bị chẩn đoán chuyên dùng cho một loại thiết bị.
-Giá bán: giá thiết bị chẩn đoán bằng dao động máy rất đa dạng, từ gần 10.000 đến hàng triệu USD. Với ứng dụng của Trung tâm chủ yếu trong trình diễn kỹ thuật và tích hợp với đánh giá SXSH, giá thiết bị chỉ nên trong khoảng dưới 30.000 USD.
-Bảo trì thuận lợi: khi có sự cố, thiết bị chẩn đoán phải được bảo trì kịp thời, dễ dàng, với thời gian và chi phí hợp lý. Các nâng cấp phần mềm (nếu có) có thể thực hiện thuận lợi- tốt nhất là qua mạng Internet.
-Dễ mang vác: do đặc điểm sử dụng của trung tâm là phải đo ở nhiều nhà máy khác nhau, phải vận chuyển nhiều trong và ngoài nhà máy nên thiết bị phải gọn nhẹ.
-Hỗ trợ khách hàng: bao gồm chia sẻ kinh nghiệm, cập nhật thông tin, nâng cấp phần mềm.
Tương thích: các phần mềm ứng dụng, thư viện điện tử đi kèm phải tương thích với các máy tính, laptop đang được sử dụng của Trung tâm, không đòi hỏi cấu hình quá cao.
Với các tiêu chí trên, hệ thống thiết bị chẩn đoán thích hợp nhất là loại off-line, đa năng và nhẹ (por- table), có giá từ 15.000 - 30.000 USD toàn bộ (phần cứng, phần mềm, đào tạo sử dụng). Tuy nhiên thiết bị có giá dưới 20.000 USD là loại cấu hình cơ bản, không có hỗ trợ ra quyết định và cân bằng tại hiện trường nên khó sử dụng và tính năng bị hạn chế.
2.2 Chọn nhà cung cấp hệ thống chẩn đoán tình trạng thiết bị
Các yêu cầu cung cấp thiết bị của Trung tâm đã được gửi tới 4 nhà cung cấp thiết bị: GE-Bently Nevada (Mỹ), SKF (Thụy điển), Bruel&Kjar (Đan mạch), Columbia Research Labs. Inc. (Mỹ). Tuy nhiên đến nay chỉ nhận được thông tin từ GE-Bently Nevada và SKF.
Lý do Bruel&Kjar không trả lời có thể vì họ không thành công trong bán hàng ở Việt Nam (truớc đây công ty Thắng Lợi và Viện Nghiên cứu Cơ khí là nhà cung cấp thiết bị của họ tại Việt Nam, thiết bị của B&K cũng đã bán được cho Công ty Giấy Bãi Bằng và Nhiệt điện Phả Lại). B&K là công ty nhỏ nên không đầu tư mạnh trong phần mềm, do vậy hỗ trợ ra quyết định và giao diện không bằng các hãng khác. Thị trường chính của B&K là Châu Âu, Mỹ và Hàn Quốc nên họ tập trung hỗ trợ khách hàng ở các thị trường đó. Với Columbia Research Labs. Inc., lý do có lẽ vì Việt Nam là thị trường nhỏ và họ chưa có mạng lưới ở Việt Nam nên chưa quan tâm.
Chào hàng của Công ty SKF:
SKF nằm trong số các công ty hàng đầu về bảo dưỡng và kỹ thuật duy trì độ tin cậy (reliability engineer- ing) do Công ty này bắt đầu từ sản xuất vòng bi- sản phẩm đòi hỏi độ tin cậy cao và chẩn đoán phức tạp. SKF đã kinh doanh vòng bi ở Việt Nam khoảng 15 năm nay. Gần đây họ triển khai thêm mảng bảo dưỡng, bao gồm đào tạo, dịch vụ bảo trì công nghiệp và thiết bị chẩn đoán bảo dưỡng. Đến nay SKF bán được khoảng 10 bộ thiết bị bảo dưỡng dòng Microlog tại Việt Nam. SKF chào hai loại thiết bị chẩn đoán là SKF Microlog MX và Microlog GX với các thông tin như sau:
Bently Nevada mới có văn phòng đại diện ở Việt Nam và bán hàng qua công ty đại lý là Viettech. Đến nay Công ty chưa có ghi nhận về bán hàng ở Việt Nam. Công ty cũng chưa có hệ thống hỗ trợ khách hàng riêng. Tuy nhiên, Bently Nevada là hãng rất nổi tiếng thế giới về công nghệ bảo dưỡng nói chung và dao động máy nói riêng.
Tiêu chí
|
Bently Nevada
Snapshot TM
|
Bently Nevada Snapshot
TM
|
32.520
|
Thân thiện người dùng
|
Giao diện trung bình, màn hình đơn sắc nên hiển thị không nét, các phím chức
năng không
nhiều nên thao tác không thuận
lợi.
|
Độ tin cậy
|
Tương đối tốt
|
Tính năng
(đa năng)
|
Các tính năng đo dao động
rộng, khả năng phát hiện tất cả các lỗi dao động phổ biến, kênh đo rộng và cân bằng động
2 mặt phẳng, màn hình
TFT, bộ nhớ trong 32MB, có khe cắm bộ nhớ ngoài.
|
Bảo trì
|
Thời gian bảo trì 12 tháng, thời gian sửa chữa hoặc calip 2 tuần. Sửa chữa tại
Singapore. Chi phí calip
(2-3 năm/lần) chưa
rõ.
|
Tính tương thích
|
Tương thích với các
phần cứng và phần
mềm thông dụng ở Việt Nam
|
Hỗ trợ khách hàng
|
Bently Nevada chưa có hệ thống hỗ trợ khách hàng riêng ở Việt Nam.
Thời gian đào tạo hướng dẫn sử dụng:
2 ngày
|
Gọn nhẹ
|
Kích thước DxRxC: 250
x 163 x 60 mm
Trọng lượng: chưa
rõ
Có dây đeo ngang
hông và quàng vai
|
-SKF chuyên sâu hơn về vòng bi, tuy nhiên Bently-Nevada nổi tiếng về các ứng dụng rộng trong công nghiệp. Tuy nhiên hiện chưa có đánh giá so sánh cụ thể nào giữa sản phẩm của các Công ty này với nhau.
-Hệ thống của SKF có ưu điểm hơn về tính năng và giá cả cũng như về chăm sóc sau bán
hàng.(Cần lấy thêm thông tin về số đầu đo vận tốc, tachometer, proximity sensor và ste - reo plug adapter)
Kiến nghị: Việc mua một hệ thống hỗ trợ chẩn đoán tình trạng thiết bị về lâu dài rất có ích cho hoạt động của trung tâm, cả trong tích hợp bảo dưỡng vào gói dịch vụ đánh giá SXSH lẫn trong cung cấp các dịch vụ hỗ trợ bảo dưỡng độc lập. Tuy nhiên, do chi phí mua sắm thiết bị lớn nên cần cân nhắc kỹ. Trước mắt trung tâm sẽ tổ chức khóa đào tạo về bảo dưỡng nên có thể mời các nhà cung cấp đến trình diễn thiết bị kết hợp với nội dung giảng dạy (các công ty này đều cung cấp các khóa học cơ bản về bảo dưỡng). Qua đó có thể hiểu rõ hơn về thiết bị và khả năng ứng dụng vào hoạt động của Trung tâm. Ngoài ra cũng có thể tham khảo thêm ý kiến của các chuyên gia Pháp đã giảng dạy cho CFMI tháng 4-2006.