Những nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hư hỏng động cơ

Trong quá trình vận hành các máy điện quay như là động cơ hoặc máy phát thì do một số nguyên nhân nào đó mà làm cho trục rotor bị lệch (không đồng trục) có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt là trong các nhà máy lớn.

Ví dụ trục rotor của máy phát điện thủy lực bị nghiêng, mà các trục này thường có trọng lượng rất lớn (tầm vài chục tấn) và hoạt động ở tốc độ định mức cao (từ 500-1000 rpm) sẽ dẫn tới việc tổ máy sẽ bị rung mạnh và gây ra hư hỏng tổ máy.

Vậy trong bài viết hôm nay chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về một số nguyên nhân gây ra việc lệch trục và hư hỏng ở động cơ điện và từ đó tìm ra các biện pháp khắc phục hiệu quả.

1. Các nguyên nhân dẫn đến hư hỏng động cơ.

1.1 Lệch trục

Lệch trục xuất hiện khi trục truyền động động cơ không cân bằng theo tải hoặc thành phần kết nối từ động cơ đến tải bị lệch (không cân). Các chuyên gia tin rằng việc sử dụng khớp nối mềm (flexible coupling) giúp hạn chế và bù cho phần lệch nhưng thật sự khớp nối mềm chỉ bảo vệ mất cân bằng (lệch) cho mỗi coupling mà thôi.

Kể cả khi sử dụng khớp nối mềm, hiện tượng lệch trục sẽ truyền lực phá hủy theo chu kỳ dọc theo trục và đến động cơ, dẫn đến hiện tượng mòn các thành phần của động cơ cũng như tăng tải cơ khí biểu kiến thực sự 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. Có một số dạng lệch trục sau:

Angular misalignment – Lệch góc- Đường nối tâm của trục cắt nhau và không song song
Parallel misalignment – Lệch theo song song– Đường tâm trục song song nhau và không đồng tâm
Compound misalignment – Lệch trục hỗn hợp- Trường hợp bị cả hai loại lệch góc và song song kể trên

Hình 1. Các dạng lệch trục.

Ghi chú: Trong thực tế đa phần đều gặp lệch trục hỗn hợp, việc phân loại giúp người quản lý dễ hình dung cũng như dễ dàng xử lý.

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

1.2. Shaft imbalance- Mất cân bằng trục

Mất cân bằng là một điều kiện của một phần thiết bị quay nơi mà tâm khối lượng không còn nằm trên trục quay nữa. Nói cách khác, nghĩa là có “điểm nặng- heavy spot” nằm đâu đó trên thiết bị quay (động cơ, cánh quạt…). Dù thực tế không thể nào loại bỏ hoàn toàn sự mất cân bằng động cơ, người dùng hoàn toàn có thể xác định rằng khi nào sự mất cân bằng nằm ngoài phạm vi cho phép (điều kiện đảm bảo thiết bị hoạt động bình thường) và có hành động đúng cũng như chủ động để khắc phục vấn đề.

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.

Một thiết bị kiểm tra rung động hoặc máy phân tích rung động có thể giúp người dùng xác định liệu thiết bị quay có ở trạng thái cân bằng hay không

Mất cân bằng là một điều kiện của một phần thiết bị quay nơi mà tâm khối lượng không còn nằm trên trục quay nữa.

1.3. Shaft looseness- Lỏng trục

Lỏng 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:

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 thật quan trọng để xác định lỏng và giải quyết vấn đề nhằm tránh lãng phí tiền bạc cũng như tăng độ ổn định trong quá trình sản xuất. Một thiết bị kiểm tra và phân tích rung động là cần thiết cho việc xác định liệu thành phần thiết bị quay có đang bị lỏng hay không.
Lỏng xảy ra khi khe hở giữa các thành phần vượt quá mức có thể chấp nhận được.

1.4. Bearing wear- 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

Khi lỗi vòng bi bắt đầu, nó đồng thời cũng tạo ra “hiệu ứng thác” làm tăng tốc độ hư hỏng động cơ

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, do đó hiểu và xử lý vấn đề này thực sự quan trọng.

Hình 2. Vòng bi bị mòn và lỏng.

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.

2. Hậu quả

Hư seal: khi trục bị lệch sẽ dẫn tới hở seal, gây rò rỉ dầu. Đồng thời bề mặt tiếp xúc giữa seal và trục không tốt gây ma sát lớn làm hư seal.
Hư hỏng vòng bi: với hư hỏng này, nhà máy sẽ phải tốn chi phí rất lớn vì vòng bi công nghiệp không hề rẻ. Đặc biệt làm tăng thời gian ngừng máy, gây tốn kém rất nhiều.
Mất năng lượng: tăng chi phí vận hành nhà máy.
Rung động mạnh: gây ra nhiều hư hỏng thứ cấp rất nguy hiểm, dẫn đến hư hỏng vòng bi, hộp số và các chi tiết khác.
Gây nhiệt độ cao: nguy hiểm đến tính mạng người vận hành máy móc, gây ra nhiều hư hỏng thứ cấp khác.

Ta có thể thấy nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hư hỏng động cơ là nằm ở phần trục, vì vậy mà khi lắp đặt, bảo trì sửa chữa ta phải kiểm tra độ nghiêng của trục, đảm bảo độ lệch trục phải nằm trong mức cho phép để máy có thể hoạt động ổn định, đạt hiệu suất cao nhất.