Máy bơm là một trong những thiết bị vận hành liên tục nhiều nhất trong nhà máy công nghiệp, tòa nhà thương mại và hệ thống xử lý nước. Chính vì vận hành liên tục nên máy bơm cũng là thiết bị có tần suất hư hỏng cao nhất và chi phí bảo trì tốn kém nhất nếu không được giám sát đúng cách. Trong số các phương pháp giám sát tình trạng máy bơm hiện nay, theo dõi rung động là phương pháp nhạy nhất, sớm nhất và hiệu quả nhất để phát hiện các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng leo thang thành sự cố nghiêm trọng.

Bài viết này Sensors Việt Nam phân tích toàn diện tại sao cần giám sát độ rung máy bơm, cảm biến đo độ rung máy bơm mang lại lợi ích gì trong thực tế vận hành và giới thiệu giải pháp cụ thể được các kỹ sư tin dùng hiện nay.

VÌ SAO CẦN GIÁM SÁT ĐỘ RUNG CỦA MÁY BƠM?

Trong phần lớn các cơ sở công nghiệp và thương mại, máy bơm không có ngày nghỉ. Hệ thống bơm nước làm mát, bơm cấp nhiên liệu, bơm tuần hoàn hóa chất hay bơm cấp nước sinh hoạt đều vận hành 24 giờ mỗi ngày, 365 ngày mỗi năm. Cường độ vận hành cao kết hợp với tải trọng thủy lực thay đổi liên tục tạo ra áp lực cơ học tích lũy đáng kể lên các bộ phận bên trong, đặc biệt là ổ bi, trục, cánh bơm và vòng phớt cơ khí.

Thực tế thống kê trong ngành bảo trì công nghiệp cho thấy máy bơm ly tâm chiếm tỷ lệ hư hỏng cao nhất trong số các thiết bị quay tại nhà máy, và phần lớn các sự cố bơm đều có thể được phát hiện sớm thông qua thay đổi đặc tính rung động trước khi dẫn đến hỏng hóc thực sự.

Hiểu rõ nguồn gốc rung động bất thường giúp xác định đúng vị trí lắp đặt cảm biến và diễn giải chính xác dữ liệu thu được.

• Mất cân bằng rotor và cánh bơm là nguyên nhân phổ biến nhất, xảy ra khi cánh bơm bị mài mòn không đều, bị ăn mòn một phần hoặc tích tụ cặn lắng không đồng đều theo thời gian. 
• Lệch trục giữa động cơ và bơm là nguyên nhân thứ hai thường gặp, xảy ra do lắp đặt ban đầu không chính xác hoặc biến dạng nhiệt và cơ học theo thời gian vận hành. 
• Hư hỏng vòng bi là dấu hiệu có thể phát hiện sớm nhất qua phân tích tần số rung. Khi các phần tử lăn của ổ bi bắt đầu xuất hiện vết tróc rỗ hoặc mài mòn, chúng tạo ra các xung va chạm có tần số đặc trưng tính toán được từ kích thước hình học của ổ bi và tốc độ quay. 
• Xâm thực là hiện tượng đặc thù của máy bơm ly tâm xảy ra khi áp suất chất lỏng tại cửa vào cánh bơm giảm xuống dưới áp suất hóa hơi, tạo ra các bọt khí liên tục hình thành và vỡ ra với cường độ lớn. 
• Mài mòn vòng phớt cơ khí tạo ra rung động tần số thấp và thường đi kèm với rò rỉ chất lỏng qua phớt. Phát hiện sớm qua cảm biến rung cho phép thay thế phớt theo kế hoạch, tránh tình trạng rò rỉ nghiêm trọng đặc biệt nguy hiểm trong các hệ thống bơm hóa chất độc hại.
• Cộng hưởng thủy lực xảy ra khi tần số dao động của dòng chất lỏng trong đường ống trùng với tần số tự nhiên của kết cấu đỡ bơm, gây ra rung động khuếch đại đột ngột và không dự đoán được nếu không có hệ thống giám sát liên tục.

Hậu quả của việc không giám sát rung động máy bơm
Chi phí thực tế của một sự cố bơm không được phát hiện sớm thường gấp nhiều lần chi phí của toàn bộ hệ thống giám sát rung động. Vỡ ổ bi đột ngột không chỉ gây hỏng ổ bi mà thường kéo theo hỏng trục, hỏng cánh bơm, hỏng phớt cơ khí và trong nhiều trường hợp gây hỏng toàn bộ cụm bơm với chi phí thay thế từ vài chục đến vài trăm triệu đồng tùy công suất. Chưa kể chi phí dừng dây chuyền trong thời gian chờ sửa chữa và thay thế thiết bị có thể còn lớn hơn nhiều lần chi phí bản thân thiết bị.

Trong các hệ thống bơm hóa chất, dược phẩm hay thực phẩm, sự cố bơm còn có thể dẫn đến ô nhiễm sản phẩm, vi phạm tiêu chuẩn GMP và hủy toàn bộ lô sản xuất, gây thiệt hại nặng nề.

Xem thêm: Cảm biến đo độ rung động cơ

CẢM BIẾN ĐO ĐỘ RUNG MÁY BƠM HỮU ÍCH RA SAO?
Trong lĩnh vực công nghiệp, nơi sử dụng máy bơm vận hạnh liên tục với công suất cao, việc lắp đặt cảm biến rung là cần thiết với những lợi ích sau đây: 

• Giúp phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng của máy bơm trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng.
• Hỗ trợ chuyển từ bảo trì định kỳ sang bảo trì theo tình trạng thực tế của thiết bị.
• Giảm thời gian dừng máy ngoài kế hoạch và hạn chế gián đoạn sản xuất.
• Cho phép phát hiện và phân biệt nhiều loại lỗi cơ khí thông qua đặc tính rung động.
• Hỗ trợ giám sát từ xa và tích hợp dữ liệu vào hệ thống SCADA, BMS hoặc IIoT.
• Giúp đánh giá hiệu quả bảo trì bằng cách so sánh dữ liệu rung trước và sau sửa chữa.

CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CỦA CẢM BIẾN ĐO ĐỘ RUNG MÁY BƠM

Một cảm biến đo độ rung máy bơm công nghiệp hoàn chỉnh được cấu thành từ bốn thành phần chính phối hợp chặt chẽ với nhau.

• Vỏ bảo vệ: Thường làm từ thép không gỉ 316L, có khả năng chống nước, chống bụi và chống ăn mòn tốt trong môi trường công nghiệp.
• Phần tử cảm biến áp điện: Là bộ phận quan trọng nhất của cảm biến, có nhiệm vụ chuyển rung động cơ học của máy bơm thành tín hiệu điện.
• Khối lượng quán tính: Khi máy bơm rung, bộ phận này tạo ra lực tác động lên phần tử áp điện để cảm biến nhận biết mức độ rung động.
• Mạch xử lý tín hiệu: Tiếp nhận và xử lý tín hiệu rung, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra tiêu chuẩn để truyền về PLC, SCADA hoặc hệ thống giám sát.
• Đầu kết nối: Dùng để kết nối cảm biến với PLC, SCADA hoặc hệ thống giám sát. 

Nguyên lý vận hành theo từng bước

• Bước 1: Cảm biến được gắn chắc lên thân bơm để tiếp nhận rung động từ máy.
• Bước 2: Rung động tác động lên khối lượng quán tính và phần tử áp điện, từ đó chuyển đổi dao động cơ học thành tín hiệu điện.
• Bước 3: Mạch điện bên trong xử lý, lọc nhiễu và chuyển đổi tín hiệu rung thành giá trị vận tốc rung tiêu chuẩn mm/s.
• Bước 4: Tín hiệu sau xử lý được truyền về PLC, SCADA hoặc hệ thống giám sát thông qua ngõ ra chuẩn công nghiệp như 4-20 mA.

Xem thêm: Cảm biến độ rung và 4 phân loại phổ biến

VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CỦA CẢM BIẾN ĐỘ RUNG TRÊN MÁY BƠM
Vị trí lắp đặt quyết định trực tiếp đến chất lượng và tính đại diện của dữ liệu đo. Đối với máy bơm ly tâm thông thường, cần lắp cảm biến tại bốn vị trí chính: ổ trục phía truyền động của động cơ, ổ trục phía đối diện truyền động của động cơ, ổ trục phía truyền động của bơm và ổ trục phía đối diện truyền động của bơm. Tại mỗi vị trí, nên đo theo ít nhất hai phương là phương ngang và phương đứng để phát hiện đầy đủ các loại lỗi khác nhau.

Bề mặt lắp đặt phải phẳng, sạch, không có sơn dày hay gỉ sét và tiếp xúc trực tiếp với kim loại thân bơm để đảm bảo truyền rung chính xác. Cảm biến cần được bắt vít với lực mô-men đúng theo hướng dẫn của nhà sản xuất, không chặt quá gây ứng suất lên phần tử cảm biến và không lỏng quá làm giảm chất lượng truyền rung.

CẢM BIẾN ĐO ĐỘ RUNG MÁY BƠM ECO-VS: GIẢI PHÁP ĐƯỢC TIN DÙNG NHẤT HIỆN NAY
Trong số các dòng cảm biến đo độ rung máy bơm công nghiệp hiện có trên thị trường Việt Nam, ECO-VS của ECOSENSE (Đức) được đánh giá cao với chất lượng kỹ thuật, độ bền vận hành và hiệu quả chi phí. 

Dòng ECO-VS cung cấp bốn model với dải đo khác nhau để phù hợp với từng loại bơm và điều kiện vận hành cụ thể. 

• ECO-VS10 (0 đến 10 mm/s RMS) phù hợp cho bơm nhỏ và bơm dân dụng, vận hành êm ái trong môi trường sạch.
• ECO-VS25 (0 đến 25 mm/s RMS) là lựa chọn phổ biến nhất cho bơm ly tâm công nghiệp thông thường. 
• ECO-VS50 (0 đến 50 mm/s RMS) phù hợp cho bơm công suất lớn hoặc bơm vận hành trong điều kiện rung động cao hơn bình thường. 
• ECO-VS100 (0 đến 100 mm/s RMS) dành cho các ứng dụng đặc biệt với mức rung cường độ cao như bơm pittong và bơm màng công suất lớn.

Ứng dụng thực tế của ECO-VS trong giám sát máy bơm

• Hệ thống bơm tuần hoàn nước làm mát trong các nhà máy sản xuất và trung tâm dữ liệu là ứng dụng phổ biến nhất. ECO-VS lắp đặt tại ổ trục bơm và động cơ, truyền dữ liệu liên tục về hệ thống BMS để theo dõi xu hướng và cảnh báo tự động.
• Hệ thống bơm cấp hóa chất trong nhà máy dược phẩm và hóa chất yêu cầu giám sát liên tục 24/7 với khả năng ghi nhật ký đầy đủ phục vụ yêu cầu GMP. ECO-VS kết hợp với hệ thống SCADA đáp ứng hoàn toàn yêu cầu này.
• Hệ thống bơm cấp và hồi trong các tòa nhà thương mại cao tầng cần đảm bảo vận hành liên tục không gián đoạn. ECO-VS tích hợp vào hệ thống BMS cho phép bộ phận kỹ thuật tòa nhà theo dõi từ xa và lên lịch bảo trì có kế hoạch.
• Hệ thống bơm nước cứu hỏa yêu cầu độ tin cậy tuyệt đối vì đây là thiết bị an toàn quan trọng bậc nhất. Giám sát rung động liên tục đảm bảo bơm luôn trong trạng thái sẵn sàng vận hành khi cần thiết.

Xem thêm: Cảm biến độ rung ECO-VS

ECO-VS hiện được phân phối chính hãng bởi Sensors Việt Nam với đầy đủ chứng từ CO/CQ, bảo hành theo nhà sản xuất và dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật toàn diện. Nếu bạn còn đang phân vân chưa biết chọn loại cảm biến nào cho phù hợp, liên hệ ngay với đội ngũ kỹ thuật của Sensors Việt Nam để được tư vấn nhanh chóng.