Phát Hiện Hỏng Van Bơm Thể Tích Bằng Phân Tích Độ Rung: Case Study

Bối cảnh nhà máy và sự cố hỏng van bơm

Nhà máy đã đối mặt với rất nhiều thách thức lớn. Các thiết bị bơm thể tích hoạt động không ngừng nghỉ. Tuy nhiên, sự cố kỹ thuật lại thường xuyên xảy ra. Để hiểu rõ vấn đề, ta cần xem xét cơ sở vật chất. Đồng thời, các thuật ngữ liên quan cũng rất quan trọng.

Các thuật ngữ quan trọng trong nghiên cứu

Có một số thuật ngữ được dùng thường xuyên trong bài. Đầu tiên là thuật ngữ đo lường năng lượng cực đại. Nó được viết tắt tiếng Anh là Spike Energy hoặc gSE. Đây là một kỹ thuật xử lý tần số cao. Kỹ thuật này được phát triển vào cuối những năm 1970. Thứ hai là thuật ngữ dạng sóng thời gian. Thuật ngữ này được viết tắt bằng tiếng Anh là TWF.

Cơ sở vật chất tại nhà máy Yara Belle Plaine

Yara Belle Plaine là một nhà máy phân bón nitơ. Nó nằm ở khu vực Saskatchewan, thuộc đất nước Canada. Trong nhiều năm, đây là nhà máy lớn nhất thế giới. Nhà máy sử dụng một dây chuyền sản xuất nitơ đơn lẻ. Công nghệ bảo trì dự đoán đã được áp dụng từ lâu. Cụ thể là từ khi vận hành thiết bị vào năm 1992.

Đội ngũ nhân viên và quản lý

Các nỗ lực bảo trì dự đoán vẫn tiếp tục đến ngày nay. May mắn là nhà máy có đội ngũ nhân viên rất giỏi. Đội ngũ quản lý ở đây cũng cực kỳ giàu kinh nghiệm. Họ có nền tảng vững chắc về công tác bảo trì. Điều này giúp khởi động và vận hành nhà máy tốt hơn. Kiến thức về thiết bị ngày càng tăng theo thời gian.

Sự phát triển của giám sát di động

Vào đầu những năm 1990, giám sát độ rung di động tiến bộ. Các ngành công nghiệp nhận thấy tiềm năng to lớn của nó. Tuy nhiên, chỉ có một vài nhà cung cấp để lựa chọn. Công nghệ này chủ yếu dùng cho các thiết bị quay. Ví dụ như quạt, động cơ, máy nén và các tuabin. Nó cũng dùng cho băng tải và hộp số.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị

Thiết bị chính trong nghiên cứu là các máy bơm. Việc nắm rõ cấu tạo giúp phát hiện hỏng van bơm dễ hơn. Chúng ta sẽ xem xét cách chất lỏng được di chuyển. Quá trình hút và xả cũng sẽ được phân tích chi tiết.

Đặc điểm của máy bơm thể tích

Nghiên cứu này tập trung vào thiết bị bơm thể tích. Bơm piston pittông hoạt động trong nhiều ngành công nghiệp. Chúng di chuyển chất lỏng bằng các piston dao động. Một số loại dùng màng nhầy hoặc các pít tông. Các van ở đầu bơm giúp hạn chế chuyển động của chất lỏng. Điều này nhằm kiểm soát hướng dòng chảy theo ý muốn.

Quá trình hoạt động của hành trình hút

Trong hành trình hút, pít tông của máy bơm sẽ rút lại. Quá trình này làm giảm áp suất trong buồng chứa. Từ đó, van hút được mở ra một cách nhanh chóng. Chất lỏng sẽ lập tức đi vào bên trong xi lanh. Hoạt động này diễn ra liên tục theo nhịp của máy bơm. Nó đảm bảo lượng chất lỏng luôn được cung cấp đủ.

Quá trình hoạt động của hành trình xả

Ngược lại với hút, hành trình xả có áp suất tăng lên. Lúc này, pít tông sẽ tiến về phía trước mạnh mẽ. Nó đẩy chất lỏng ra ngoài qua hệ thống van xả. Chất lỏng đi vào ống xả với vận tốc rất cao. Áp suất dương lúc này cũng ở mức cực kỳ cao. Quá trình này đòi hỏi các van phải hoạt động hoàn hảo.

Chi tiết về vật liệu và ứng dụng

Nhà máy có nhiều bơm pít tông với kích cỡ khác nhau. Chúng hoạt động ở những mức áp suất rất cao. Các pít tông và phớt đều tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng. Van xả và van hút cũng ở trong tình trạng tương tự. Do đó, việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào chất lỏng. Công nghệ phân tích độ rung thường dùng để theo dõi chúng.

Những khó khăn khi phát hiện hỏng van bơm

Việc tìm ra dấu hiệu van bị lỗi rất khó khăn. Nhóm bảo trì đã áp dụng nhiều biện pháp khác nhau. Dù vậy, kết quả ban đầu không như mong đợi. Chúng ta sẽ xem xét các phương pháp đã được thử. Tình trạng thực tế của van cũng sẽ được làm rõ.

Tần suất xảy ra sự cố kỹ thuật

Sự cố hỏng van bơm xảy ra rất thường xuyên. Vấn đề này xuất hiện nhiều nhất trên các máy bơm cỡ trung. Dữ liệu phân tích độ rung được thu thập hai tuần một lần. Tuy nhiên, tình trạng van không hiển thị trong dữ liệu đó. Điều này khiến nhóm bảo trì gặp rất nhiều bế tắc. Họ không thể biết khi nào van sẽ gặp sự cố tiếp theo.

Các phương pháp đo lường đã thử nghiệm

Nhóm bảo trì đã cố gắng thử rất nhiều phương pháp. Họ thu thập độ rung tổng thể thông qua dữ liệu vận tốc. Họ cũng thu thập dữ liệu quang phổ bằng vận tốc và gia tốc. Dữ liệu đường bao tần số cao tổng thể cũng được dùng. Cụ thể là năng lượng cực đại dạng Spike Energy. Dạng sóng thời gian gia tốc và vận tốc cũng được thử nghiệm.

Các biện pháp thủ công truyền thống

Nhóm rất mong tìm thấy dấu hiệu van đang bị lỗi. Thậm chí, họ còn dùng phương pháp ống nghe công nghệ thấp. Thật ngạc nhiên, họ áp dụng cả tuốc nơ vít vào tai. Tình trạng mò mẫm này kéo dài suốt vài năm trời. Bất chấp nỗ lực, họ vẫn không tìm ra giải pháp khả thi. Các sự cố kỹ thuật bất ngờ vẫn cứ tiếp diễn.

Tình trạng thực tế của đĩa van bị hỏng

Hầu hết các trường hợp, đĩa van đều bị hỏng nặng. Đế van cũng trở nên biến dạng do hiện tượng bị kéo dây. Điều này tạo ra một đường rò rỉ rất nguy hiểm. Vấn đề này khiến cho máy bơm hoạt động kém hiệu quả. Việc tìm ra phương pháp giám sát đáng tin cậy là rất cần thiết. Nó giúp ngăn chặn tình trạng hỏng hóc thảm khốc xảy ra.

Khám phá phương pháp đo lường bằng Spike Energy

Spike Energy là một phương pháp đo lường đặc biệt. Nhóm bảo trì đã quyết định đi sâu vào kỹ thuật này. Nó hứa hẹn mang lại những tín hiệu tích cực hơn. Lịch sử của phương pháp này rất đáng chú ý. Các ứng dụng thực tế của nó cũng rất đa dạng.

Các dạng đo lường của Spike Energy

Ngoài phép đo tổng thể, phổ Spike Energy cũng ra đời. Dạng sóng thời gian Spike Energy cũng được phát triển theo. Chúng được dùng rất hiệu quả cho công việc phân tích độ rung. Có thể tái tạo kết quả này bằng máy đo rung di động. Chỉ cần tìm đúng sự kết hợp của các cài đặt. Điều này mở ra hướng đi mới cho nhóm kỹ thuật.

Đặc tính của dạng sóng thời gian gSE

Kiến thức của nhóm bảo trì ngày càng phát triển. Họ nhận ra dạng sóng thời gian gSE rất hữu ích. Nó có thể xác định rõ tần số lỗi vòng bi. Điều này áp dụng rất tốt cho các thiết bị quay. Dạng sóng gSE là một dạng sóng được chỉnh lưu. Nó nằm trong miền dương rất lý tưởng để phân tích. Nó giúp phát hiện các tần số không đồng bộ siêu âm.

Áp dụng vào rò rỉ van lưu trình

Sự tự tin này thôi thúc nhóm thử nghiệm phép đo mới. Họ áp dụng nó cho các rò rỉ của van lưu trình. Nhà máy có một hệ thống đường ống cần được cách ly. Họ muốn tiến hành thử nghiệm thủy tĩnh cho hệ thống này. Hệ thống này có rất nhiều van cách ly phức tạp. Tuy nhiên, một hoặc nhiều van đã bị rò rỉ qua.

Thất bại với đo lường gSE tổng thể

Sự rò rỉ ngăn cản nhóm hoàn thành thử nghiệm thủy tĩnh. Giả thuyết là van mở hé sẽ phát ra tần số cao. Kích thước khe hở càng nhỏ thì tần số càng cao. Đo lường gSE tổng thể đã được đưa vào thử nghiệm. Kết quả cuối cùng lại không thành công như nhóm mong đợi. Nguyên nhân là do cần phải có phép đo đường cơ sở.

Thử nghiệm và phát hiện dạng sóng thời gian

Mặc dù thử nghiệm trên van lưu trình không thành công. Tuy nhiên, nó dẫn dắt nhóm quay lại với van bơm. Họ đã nghĩ ra một cách thử nghiệm cực kỳ sáng tạo. Thử nghiệm này diễn ra ngay trong xưởng bảo trì. Kết quả thu được đã mở ra một hướng đi tuyệt vời.

Thiết lập thử nghiệm với vòi xịt khí nén

Chỉ dạng sóng thời gian gSE mới cung cấp đủ tần số. Nhóm đã thử nghiệm với một vòi xịt khí nén. Một gia tốc kế có đế từ được gắn vào vòi xịt. Quá trình này diễn ra ngay tại xưởng bảo trì của nhà máy. Bộ thu thập dữ liệu được đặt ở chế độ trực tiếp. Nó tiến hành đo năng lượng tổng thể của gSE.

Quan sát sự thay đổi Spike Energy

Vòi phun được kích hoạt mở và đóng liên tục. Nhóm quan sát sự thay đổi mức Spike Energy tổng thể. Khi phản ứng này được xác nhận, máy đo được thiết lập. Nó lưu trữ dạng sóng thời gian gSE để phân tích thêm. Họ sử dụng nhiều bộ lọc thu thập khác nhau. Mục đích là tìm ra thông số tốt nhất cho thử nghiệm.

Kết quả từ biểu đồ dạng sóng gSE

Khi không khí đi qua vòi phun, sóng gSE thể hiện rõ. Nó có một mô hình cực kỳ độc đáo và riêng biệt. Có những vùng cao nguyên trong dạng sóng theo thời gian rò rỉ. Đây là cách họ liên kết rung động với tình trạng van. Dù là chất lỏng hay không khí đi qua khe hở nhỏ. Tần số rung động siêu âm luôn luôn được tạo ra.

Áp dụng phương pháp mới để theo dõi hỏng van bơm

Với thành công từ vòi xịt khí nén, nhóm tiếp tục. Họ áp dụng trực tiếp lên hệ thống máy bơm thực tế. Kết quả trả về rất rõ ràng và dễ dàng phân tích. Chúng ta sẽ so sánh dữ liệu lúc van tốt và xấu. Qua đó thấy rõ sức mạnh của phân tích độ rung.

Thu thập dữ liệu đường cơ sở

Việc thu thập dạng sóng gSE được thêm vào tuyến đo rung. Nó được áp dụng cho máy bơm pít tông cỡ trung. Điểm khác biệt ở đây là có dữ liệu đường cơ sở. Dữ liệu này được thu thập nhiều lần khi van còn tốt. Lần hỏng van tiếp theo sẽ giúp nhóm đối chiếu dữ liệu. Nó cho biết phép đo mới có thực sự giúp ích không.

Phân tích cơ học của van bơm

Trước khi có lỗi, nhóm đã tìm hiểu hoạt động của van. Có chuyển động trượt giữa đĩa bịt kín và thân van. Ngoài ra còn có hoạt động của lò xo trợ lực. Sự va chạm xảy ra khi đĩa tiếp đất trên đế van. Đĩa van di chuyển từ vị trí đóng hoàn toàn đến mở. Các lỗ hở của van cũng cho chất lỏng chảy qua.

Rung động khi van đóng hoàn toàn

Rung động siêu âm mạnh nhất khi van gần đóng hoàn toàn. Khi đó, chất lỏng vẫn có thể rò rỉ qua bề mặt. Điều này tương đương với một khe hở rất nhỏ. Dạng sóng gSE được thu thập từ đầu bơm cỡ trung. Dữ liệu lấy từ từng vị trí van của máy bơm. Có tổng cộng ba van hút và ba van xả.

Dữ liệu đo lường khi van tốt

Khi van bơm ở tình trạng tốt, biểu đồ rất ổn định. Biểu đồ dạng sóng gSE hiển thị các gai rất hẹp. Nó đại diện cho các khe hở cực kỳ nhỏ bé. Các khe hở này xuất hiện khi van ở gần vị trí đóng. Các gai nhọn này là bức tranh chân thực về trạng thái. Nhóm có thể dựa vào đó làm đường cơ sở chuẩn.

Dấu hiệu nhận biết khi van bị rò rỉ

Tình hình khác hẳn khi có một van bị rò rỉ qua. Dạng sóng thời gian thể hiện những đặc điểm rất riêng biệt. Nó chứa các phát xạ siêu âm bình thường của van. Các phát xạ này xen kẽ với các vùng cao nguyên. Đó là các vùng rung động siêu âm cực kỳ cao. Sự khác biệt giữa hai dạng sóng thời gian là rất rõ ràng.

Kết quả thời gian của dạng sóng

Thời gian của vùng cao nguyên bằng thời gian pít tông chạy. Nó áp dụng cho một hướng xả hoặc là hướng hút. Nó cũng tương đương với nửa vòng quay của trục bơm. Việc chẩn đoán hỏng van bơm giờ đây trở nên dễ dàng. Nhóm có thể nhìn thấy sự cố đang dần diễn ra. Từ đó hiểu rõ hơn về các chế độ lỗi thiết bị.

Giải pháp khắc phục và lợi ích mang lại

Sau khi tìm ra nguyên nhân, hành động là điều tất yếu. Nhóm tập trung giải quyết triệt để sự cố máy bơm. Sự hợp tác với nhà sản xuất đã mang lại kết quả. Lợi ích thu được không chỉ ở mặt kỹ thuật. Nó còn đem lại những giá trị lớn về kinh tế.

Hợp tác với nhà cung cấp thiết bị

Nhóm tập trung sự chú ý vào các máy bơm cỡ trung. Sự cố hỏng van bơm ở đây là nhiều nhất. Các chế độ lỗi đã được nắm bắt rất rõ ràng. Điều này dẫn đến các cuộc thảo luận với nhà cung cấp. Họ cùng nhau tìm cách cải thiện độ tin cậy. Nhà cung cấp đã đưa ra một giải pháp tuyệt vời.

Áp dụng thiết kế van nâng cấp

Nhà cung cấp đề nghị cài đặt van được thiết kế nâng cấp. Thiết kế mới đã chứng minh được sự thành công rực rỡ. Kể từ đó, máy bơm rất hiếm khi bị hỏng hóc. Nhóm đã tự tin thêm phép đo rung này vào tuyến đường. Nó được dùng cho tất cả các máy bơm pít tông khác. Dù chúng có ít gặp sự cố hư hỏng van hơn.

Kiểm soát các chế độ lỗi

Các chế độ lỗi vẫn có thể được quan sát dễ dàng. Nó được theo dõi sát sao dọc theo đường cong P-F. Điều này giúp kiểm soát toàn diện hệ thống máy móc. Tình trạng hoạt động của toàn bộ nhà máy được nâng cao. Việc áp dụng bảo trì dự đoán đã chứng minh sự đúng đắn. Mọi diễn biến đều nằm trong tầm kiểm soát của nhóm.

Các lợi ích về bảo trì và vận hành

Phương pháp mới mang lại vô số lợi ích thiết thực. Đầu tiên là có thời gian lên kế hoạch sửa chữa. Việc chuẩn bị phụ tùng, lao động và công cụ tốt hơn. Hồ sơ trong hệ thống quản lý bảo trì cũng chính xác hơn. Hoạt động vận hành quy trình ít bị gián đoạn hơn. Việc thay van có thể kết hợp với các công việc khác.

Các lợi ích về kinh tế và an toàn

Ngoài ra còn có dữ liệu để phân tích nguyên nhân gốc rễ. Phân tích chế độ và tác động lỗi cũng được hỗ trợ. Các mối quan tâm về an toàn có thể được giải quyết. Vấn đề môi trường cũng được xử lý một cách triệt để. Việc lên kế hoạch và sắp xếp lịch trình được cải thiện. Tránh được việc tổn thất sản xuất do thiết bị ngừng chạy.

Hạn chế rủi ro cho nhà máy

Nhà máy tránh được việc không đáp ứng cam kết khách hàng. Nguy cơ mất an toàn từ các sản phẩm độc hại giảm thiểu. Môi trường làm việc của công nhân trở nên an toàn hơn. Chi phí bảo trì tổng thể đã được cắt giảm đáng kể. Đó là một thành công lớn của toàn bộ đội ngũ kỹ thuật. Sự đầu tư vào công nghệ đã sinh lời xứng đáng.

Thông tin về tác giả nghiên cứu

Để hiểu rõ hơn, ta cần biết về người thực hiện nghiên cứu. Tác giả là một chuyên gia thực thụ trong ngành. Những đóng góp của ông đã thay đổi toàn bộ nhà máy. Dưới đây là những thông tin chi tiết về chuyên gia này.

Chuyên môn của chuyên gia Gary Einarson

Gary Einarson là tác giả của nghiên cứu điển hình này. Ông làm việc tại nhà máy Yara Belle Plaine ở Canada. Vị trí của ông là một kỹ thuật viên độ rung. Ông có 40 năm kinh nghiệm trong ngành khai thác mỏ. Ông cũng có kinh nghiệm phong phú trong ngành hóa dầu. Ông là kỹ thuật viên kỹ thuật cơ khí chuyên nghiệp.

Sự cống hiến cho công tác bảo trì

Gary đạt chứng chỉ chuyên nghiệp với hiệp hội AScTT. Ông đã hoàn thành khóa Phân tích độ rung Cấp 4. Ông cũng hoàn thành chứng chỉ Đo nhiệt độ Cấp 1. Gần 30 năm ông cống hiến cho chương trình giám sát tình trạng. Gary làm việc tại nhà máy từ tận năm 1991. Lúc đó nhà máy vẫn đang trong quá trình xây dựng.

Phát triển văn hóa độ tin cậy

Ông thiết lập và duy trì chương trình giám sát độ rung. Chương trình này sử dụng các thiết bị đo lường di động. Ông thúc đẩy những nỗ lực và văn hóa tin cậy. Nhờ ông, nhà máy đã đạt được nhiều thành tựu lớn. Nghiên cứu của ông là tài liệu quý giá cho mọi người. Nó giúp các kỹ sư khác học hỏi và áp dụng theo.

Kết luận về cách phát hiện hỏng van bơm

Tóm lại, việc theo dõi tình trạng van bơm là rất cần thiết. Dù mất nhiều năm để nghiên cứu, kết quả rất xứng đáng. Nhóm bảo trì đã chứng minh tư duy sáng tạo xuất sắc. Phần kết luận sẽ tóm lược lại các giá trị cốt lõi. Đồng thời khẳng định vai trò của phương pháp luận này.

Tầm quan trọng của tư duy sáng tạo

Việc học cách sử dụng công nghệ rung mất nhiều năm. Áp dụng nó vào ứng dụng này không hề dễ dàng. Nhưng phần thưởng thu được hoàn toàn xứng đáng với nỗ lực. Nhóm bảo trì đã học được cách suy nghĩ vượt ra ngoài. Họ sử dụng công nghệ phân tích độ rung rất khéo léo. Công nghệ này được áp dụng cho ứng dụng phi tiêu chuẩn.

Giá trị lâu dài của phương pháp

Lợi ích của việc biết sớm lỗi van rất đa dạng. Nó kéo dài từ lợi ích kinh tế cho đến an toàn. Các máy bơm thể tích thường có áp suất rất cao. Lưu lượng của các thiết bị này cũng cực kỳ lớn. Càng biết nhiều về tình trạng máy bơm thì càng tốt. Nó giúp các thiết bị hoạt động an toàn và tin cậy.

Sự cố hỏng van bơm đã bị đẩy lùi một cách hiệu quả. Đây là bài học quý báu cho các kỹ sư bảo trì. Phương pháp theo dõi dạng sóng tiếp tục khẳng định giá trị. Nó mở ra hướng đi mới cho công tác chẩn đoán lỗi. Độ tin cậy của máy móc được đưa lên một tầm cao mới. Các nhà máy khác hoàn toàn có thể học hỏi cách làm này.

Nguồn: How to Detect Pump Valve Failures in Positive Displacement Pumps: Case Study