Các lỗi và hư hỏng cơ khí thường gặp trên động cơ điện

Theo thống kê của IEEE thì hơn 50% các sự cố của động cơ điện liên quan đến thành phần cơ khí của động cơ. Các sự cố này thường bắt nguồn do khâu thiết kết và lắp đặt không phù hợp, hay không kiểm tra, bảo dưỡng máy móc trong thời gian dài,..

1. Lỗi lệch trục

Lệch trục xuất hiện khi trục truyền động động cơ không cân bằng theo tải hoặc cơ cấu kết nối từ động cơ đến tải bị lệch.

Hiện tượng lệch trục sẽ truyền lực phá hủy dọc theo trục và đến động cơ, dẫn đến việc mài mòn các chi tiết của động cơ cũng như tăng tải cơ khí trong quá trình động cơ hoạt động. Thêm vào đó, hiện tượng lệch trục còn gây nên rung động ở cả tải và trục truyền động của động cơ.

Các dạng lệch trục trên động cơ:

• Lệch góc- Đường nối tâm của trục cắt nhau và không không song song.
• Lệch theo song song- Đường tâm trục song song nhau và không đồng tâm.
• Lệch trục hỗn hợp- Trường hợp bị cả hai loại lệch góc và song song kể trên

Hình 1. Hiện tượng lệch trục động cơ

2. Lỗi mất cân bằng trục

Mất cân bằng trục xảy ra khi trọng tâm của chi tiết quay không trùng với tâm quay. Chính do vậy, khối lượng này cùng với khoảng cách từ khối lượng đến tâm quay sẽ gây ra lực ly tâm. Và lực ly tâm không mong muốn này sẽ hình thành nên rung động cao.

Khi động cơ hoạt động bị rung sẽ làm cho các chi tiết cơ khí và vòng bi bị hỏng, các đinh vít trên cơ cấu lắp đặt động cơ sẽ bị nới lỏng,hệ thống sẽ làm việc mất cân bằng và không an toàn,…

Mất cân bằng có thể gây ra bởi một số tác nhân, như:

• Tích tụ bụi bẩn.
• Khối lượng thành phần lắp đặt không cân bằng.
• Sự thay đổi trong quá trình sản xuất.
• Mất cân bằng khối lượng trong dây quấn động cơ và các yếu tố gây mòn khác.

Hình 2. Mất cân bằng trục động cơ

3. Lỏng trục

Lỏng trục xảy ra khi khe hở giữa các thành phần vượt quá mức có thể chấp nhận được. Hiện tượng lỏng có thể xuất hiện ở một số vị trí  như:

• Lỏng thành phần quay: được gây ra bởi việc tồn tại khi khe hở giữa các thành phần quay và thành phần tĩnh của thiết bị, chẳng hạn trong vòng bi.
• Lỏng thành phần không quay: xảy ra giữa hai thành phần tĩnh bình thường, như giữa chân đế và nền, hoặc giữa vỏ vòng bi và thiết bị máy.

Có nhiều nguồn gây ra rung động, do vậy phải xác định một cách thận trọng và giải quyết vấn đề nhằm tránh lãng phí tiền bạc cũng như tăng độ ổn định trong quá trình sản xuất. 

Hình 3. Sự cố ma sát gây lỏng trục

4. Mòn vòng bi

Theo thống kê, 13% lỗi hư hỏng động cơ đến từ lỗi vòng bi và hơn 60% các lỗi cơ khí trong nhà máy là do mòn vòng bi.

Lỗi vòng bi làm tăng lực cản, phát sinh ra nhiều nhiệt hơn và giảm hiệu suất do phần cơ khí, bôi trơn hoặc vấn đề mòn.

Lỗi vòng bi có thể gây ra bởi một số tác nhân phổ biến sau:

• Tải nặng hơn so với thiết kế.
• Mức độ bôi trơn không đúng hoặc không phù hợp.
  
• Vỏ bọc vòng bi không hiệu quả.
  
• Lệch trục.
  
• Kết nối thiết bị không đúng kỹ thuật.
  
• Mòn trong quá trình hoạt động.
• Vấn đề điện áp trục cảm ứng.
  

Hình 4. Vòng bi bị mòn và hư hỏng khi sử dụng

5. Những yếu tố gây ra hư hỏng do thiết lập không phù hợp

5.1. Chân đế mềm

Chân đế mềm là hiện tượng mà chân đế của động cơ hoặc thành phần truyền động không cân bằng hay bề mặt nền đỡ chân đế động cơ không đều.

Khi chân đế mềm sẽ sinh ra ứng suất bất thường tại vị trí có liên kết bulông gắn vào chân đế, vì thế gây ra hiện tượng lệch trục. Chân đế mềm thường biểu hiện giữa hai vị trí bulông chéo nhau.

Có hai dạng chân đế mềm:

• Chân đế mềm song song: xuất hiện khi một trong các chân đế đặt cao hơn các chân đế còn lại.
  
• Chân đế mềm dạng góc: xuất hiện khi một trong các chân đế không song song với bề mặt nền.

Trong cả hai trường hợp này, chân đế mềm có thể là mất cân bằng trên chân đế máy hoặc trên nền đỡ nơi đặt chân đế máy. Nên do đó, bất cứ điều kiện nào chân đế mềm cần phải được xử lý trước khi thực hiện cân chỉnh trục. 

Hình 5. Lỗi chân đế mềm

5.2. Lỗi biến dạng ống

Biến dạng ống là hiện tượng xuất hiện ứng suất, biến dạng hay lực tác động lên thành ống và các khớp nối khi lắp đặt, sửa chữa hay do sự cố,…đồng thời ảnh hưởng đến động cơ và cơ cấu truyền động gây ra hiện tượng lệch trục.

Ví dụ phổ biến cho cấu trúc đơn giản gồm: động cơ- bơm kết hợp nơi xuất hiện lực tác động vào đường ống như:

• Sự thay đổi ở nền đỡ thiết bị.
  
• Thiết lập van mới hoặc các thành phần khác.
  
• Đối tượng bị uốn cong hoặc đơn giản có lực ép tác động lên đường ống.
  
• Các móc đỡ, trợ lực đường ống bị thiếu hoặc hỏng.
  

Những lực tác động đó có thể tạo lực góc hoặc lực theo phương thẳng trên bơm có thể làm cho trục động cơ/ bơm bị lệch.

Hình 6. Đầu bơm và ống bị biến dạng khi lắp đặt

5.3. Điện áp trục

Khi điện áp trục động cơ vượt quá khả năng cách điện của mỡ bôi trơn vòng bi, dòng điện phóng đến mặt ngoài vòng bi gây ra hiện tượng rỗ và xẻ rãnh ở vòng bi.

Dấu hiệu đầu tiên của vấn đề này là xuất hiện tiếng ồn và quá nhiệt do vòng bi bắt đầu biến dạng và các mảnh vỡ kim loại bị trộn lẫn trong mỡ bôi trơn làm tăng ma sát vòng bi.

Hiện tượng này có thể dẫn đến sự phá hủy vòng bi trong vài tháng vận hành động cơ. Hư hỏng vòng bi là vấn đề gây tốn kém cả về thời gian dừng máy cũng như thời gian sửa chữa động cơ.

Điện áp trục chỉ xuất hiện khi động cơ được cấp điện và ở trạng thái quay. Đầu chổi than cho phép đo điện áp trục trong khi động cơ đang quay.

Hình 7. Điện áp trục xuất hiện trên động cơ