Case Study giám sát quy trình vận hành máy sản xuất giấy

Máy làm giấy (máy sản xuất giấy) là một thiết bị mà bạn có thể bắt gặp trong ngành công nghiệp sản xuất giấy với số lượng lớn. Thiết bị này luôn làm việc với hiệu suất cao, điều này gây ra các thách thức về việc kiểm tra bảo trì thiết bị vì động cơ phải làm việc liên tục trong thời gian dài thường dễ xảy ra hỏng học đặc biệt là với các thiết bị cơ khí

Hư hỏng dễ bắt gặp nhất thường xảy ra với các vòng bi bên trong máy sản xuất giấy, điều này có thể dẫn đến hỏng hóc thiết bị trong quá trình vận hành, làm giảm chất lượng ép giấy, tăng chi phí bảo trì và vân hành để với các nhà máy sản xuất giấy

Để hạn chế hư hỏng xảy ra, bạn cần một “hệ thống theo dõi sức khỏe” cho máy ép giấy bao gồm các thiết bị giám sát điện, lực gia tốc. Bộ thiết bị này bao gồm những gì? Và cần được gắn như thế nào? Mời bạn theo dõi trong Case Study ngay dưới đây

Sơ lược về máy làm giấy 

Cách làm giấy hiện đại ngày nay hoạt động dựa trên nguyên tắc của máy Fourdrinier, sử dụng lưới dệt chuyển động để tạo ra mạng lưới giấy liên tục bằng cách lọc ra các xơ được giữ trong kho giấy để tạo ra một tấm xơ ướt chuyển động liên tục. Sau đó, tầm xơ ướt sẽ được làm khô trong máy để tạo ra một mạng giấy chắc chắn

(Cấu trúc máy nghiền giấyHình 1. Kiến trúc nhà máy giấy.)

Một bộ phận quan trọng của máy sản xuất giấy đó là bộ phận ép thủy lực, bộ phận này giúp loại bỏ phần lớn nước còn lại thông qua một hệ thống các chốt được hình thành bởi các cuộn ép vào nhau. 

Các cuộn nỉ ép sẽ đỡ và định hình tờ giấy được ép ra, đồng thời cũng có tác dụng hút lượng nước thừa sau quá trình ép Phần thép hình dập có tác động lớn đến các đặc tính của giấy như độ nhám và độ hấp thụ cũng như chi phí sản xuất. 

Việc loại bỏ lượng nước thừa trong giai đoạn này sẽ làm tăng lượng hơi tiêu thụ trong giai đoạn sấy khô - nơi chi phí năng lượng cao hơn - và giảm sản lượng do tốc độ của máy thấp hơn.

Lỗi hỏng bạc đạn máy sản xuất giấy

Một lỗi thường xuyên xảy ra nhất, trong các bộ phận của máy sản xuất giấy ở các nhà máy giấy là hỏng bạc đạn trên trục ép gây hư hỏng và tốn kém, ảnh hưởng đến chất lượng giấy. Đôi khi dẫn đến dây chuyền phải ngừng hoạt động. 

Trong nhiều trường hợp, hư hỏng ổ trục làm cho toàn bộ ổ trục ngừng hoạt động hoàn toàn, dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng trục cuộn. Các khuyết tật trong vòng bi lăn có thể xuất hiện vì nhiều lý do khác nhau:

- Thiết kế ổ trục không phù hợp hoặc sản xuất hoặc lắp đặt không đúng cách
- Lỗi đến từ các rãnh của bạc đạn
- Đường kính không bằng nhau của bi
- Bôi trơn không đúng cách
- Thiết bị hoạt động quá tải
- Làm việc trong thời gian dài
- Độ ăn mòn không đều của bạc đạn

Tuy có nhiều nguyên nhân dẫn đến hư hỏng máy sản xuất giấy, nhưng nếu có các biện pháp phòng ngừa, giám sát thường xuyên, có thể giữ cho vòng bi ở hiệu suất cao nhất. Quy trình bảo trì thường được tiến hành theo các bước sau:

- Tắt máy sản xuất giấy
- Chi tiết hư hỏng cần được loại bỏ và thay thế bằng chi tiết mới. 
- Chi tiết hư hỏng được gửi đến xưởng để thay thế bạc đạn hỏng bằng một bạc đạn mới. 

Để thực hiện thay thế và khởi động lại dầy chuyền sản xuất có thể tiêu tốn của bạn khoảng 80 giờ làm việc - chưa kể đến các chi phí liên quan đến việc ngừng sản xuất.

Những sự cố như vậy thường là một tín hiệu rõ ràng cho nhóm vận hành rằng việc triển khai hệ thống giám sát tình trạng máy dự đoán là bắt buộc ở mọi giai đoạn sản xuất của nhà máy giấy để tránh những hỏng hóc tốn kém trong tương lai. 

Các kỹ thuật bảo trì dự đoán và kỹ thuật theo dõi “tình trạng sức khỏe máy móc” sẽ giúp xác định tình trạng của thiết bị đang hoạt động, qua đó ước tính khi nào nên thực hiện bảo trì. Biết được thời điểm thiết bị bắt đầu có những hoạt động bất ổn sẽ giúp bạn lập kế hoạch bảo trì tốt nhất, ngăn ngừa các lỗi thiết bị không mong muốn

Giải Pháp Theo Dõi Tình Trạng Máy

Giám sát tình trạng máy móc (MCM - Machine Condition Monitorin) là một kỹ thuật bảo trì dự đoán theo dõi vĩnh viễn các thông số tình trạng của máy móc để thực hiện phân tích dữ liệu như độ rung hoặc nhiệt độ trong khi vận hành. Giám sát thường xuyên là cách duy nhất để hiểu chi tiết tình trạng của máy quay và để có thể thực hiện bảo trì đúng cách.

Có ba yếu tố cần phải đảm bảo là thu thập dữ liệu, chuẩn bị dữ liệu và kiểm tra chất lượng dữ liệu. Đây là đầu vào chính cho bất kỳ mô hình dự đoán và kiểm tra lỗi máy móc nào. Để thực hiện bảo trì dự đoán lỗi, trước tiên, bạn cần phải có các cảm biến phù hợp để tích hợp vào hệ thống theo dõi và thu thập dữ liệu 

Dữ liệu để bảo trì dự đoán là dữ liệu chuỗi thời gian. Dữ liệu bao gồm dấu thời gian, một tập hợp các chỉ số đo từ cảm biến được thu thập cùng lúc với dấu thời gian và số nhận dạng thiết bị.

Chọn cảm biến đo gia tốc để giảm sát

Trong tình huống cụ thể là giám sát máy sản xuất giấy, giải pháp tốt nhất và tiết kiệm chi phí nhất là sử dụng cảm biến gia tốc và cảm biến nhiệt độ nhúng, với băng thông càn thiết là 0-10 kHz trên mỗi cuộn

Các cảm biến nên được chọn phương pháp kết nối bằng tán có ren để đảm bảo đo lường chính xác giá trị rung động và không bị rớt ra khỏi thiết bị cần đo trong quá trình giám sát. Vịị trí lắp cảm biến càng gần ổ lăn càng tốt, điều kiện cho dữ liệu đo tốt nhất là gắn trực tiếp trên vỏ ổ trục. 

Để dữ liệu thu thập đủ cho phép phân tích, gia tốc kế cần phải được lắp đặt ở cả đầu truyền động và đầu không truyền động, cho các phép đo theo trục dọc và ngang. Mục đích chính là để giám sát vận tốc của trục ép và các bộ phận liên quan

Yêu cầu về cảm biến gia tốc

Do khu vực làm việc sự xuất hiện của nước, điều này dẫn đến độ ẩm khi hoạt động khá cao. Để duy trì khả năng làm việc ổn định cần chọn cảm biến, thiết bị giám sát, bộ khuếch đại có khả năng kháng nước và bụi bẩn tốt để đảm bảo trong điều kiện làm việc liên tục.

Các thiết bị này cần kết nối với một cáp truyền dữ liệu duy nhất để giúp cung cấp năng lượng, đồng bộ hóa và truyền dữ liệu. Dữ liệu được gửi đến DAQ thu thập dữ liệu, để chuyển đổi tín hiệu thô đầu vào thành dữ liệu đo độ rung theo theo gian 

DAQ thu thập dữ liệu sẽ gửi kết quả đo đã tính toán lên đám mây cơ sở dữ liệu của nhà cung cấp thiết bị cho bạn. Trong trường hợp khách hàng không có đủ nguồn lực và kinh nghiệm để đọc kết quả phân tích dự đoán, Bạn có thể chọn các dịch vụ phân tích dữ liệu thu từ DAQ từ các nhà cung cấp dịch vụ uy tín trên thị trường

Để được tư vấn thêm về dịch vụ đo độ rung cho máy ép sản xuất giấy. Vui lòng liên hệ cho Lidinco đễ được tư vấn kỹ hơn

Các lỗi trên trục lăn là không thể tránh khỏi khi các máy làm giấy vận hành, nhiều con lăn ép sử dụng ổ lăn hình cầu và tốc độ xoay của con lăn dự kiến ​​sẽ nằm trong khoảng từ 70 đến 110 RPM. Để mô phỏng tình huống thực tế. 

Ví dụ thực tế: Vòng bi A bị hư hỏng với vết nứt vòng ngoài (xem hình 4). và vòng bi B, một vòng bi SKF 2232E hoàn hảo.

Để thử nghiệm, cả hai bạc đạn trên sẽ được lắp trên bệ thử nghiệm trong nhà. Sử dụng bộ truyền động biến tần VFD, với một động cơ được ghép nối với hộp số truyền động cuộn, chúng tôi đã đạt được các điều kiện thử nghiệm rất giống với máy ép làm giấy trong nhà máy giấy

Vòng bi có vết nứt vòng ngoàiHình 4. Vòng bi có vết nứt vòng ngoài.

Để xác định được vấn đề ở ổ trục bị lỗi, phần mềm trên DAQ sẽ thực hiện bằng cách lọc ra các thành phần tần số thấp hơn và cao hơn của tín hiệu, sau đó triển khai thuật toán phát hiện đường bao để chuyển tín hiệu sang phổ tần số thấp hơn (còn được gọi là giải điều chế). Điều này cho thấy rõ ràng rằng vấn đề là ở vòng bi bên ngoài của vòng bi A.

Hình 5. Phát hiện đường bao cho thấy lỗi Bóng chuyền tần số bên ngoài (BPFO) trên ổ trục A.

Làm cách nào để bạn biết được những gì đã xảy ra? Để phan tích rõ hơn thì thuật toán tính toán đường bao sử dụng hai dải tần số làm đầu vào

- Dải tần của tín hiệu thô mà kết quả của tín hiệu sẽ được bao quanh: thông thường sẽ là một tín hiệu có tần số cao, trong ví dụ cụ thể ở đây là 2500 Hz - 8000 Hz, nó cần bao gồm tần số mà bi bạc đạt bắt đầu nứt nhưng lọc các tín hiệu có thông thấp
- Băng thông của tín hiệu đường bao thu được, tín hiệu này cần bao gồm các tần số đặc trưng của thành phần mang được tìm kiếm.

Hình dưới đây cho thấy việc thiết lập thuật toán của phần mềm khá dễ cài đặt và sử dụng. Nó cũng cung cấp một cơ sở dữ liệu vòng bi toàn diện được tính toán từ dữ liệu của nhà sản xuất. Chúng tôi đã chọn loại ổ lăn SKF 22320E và phần mềm sẽ tự động tính toán Tần số chuyền tương ứng trong và ngoài (BPFI và BPFO), tần số của lồng và tần số con lăn

(Hình 6. Ví dụ thiết lập phát hiện đường bao Dewesoft với tính năng cơ sở dữ liệu ổ trục.)

Tại sao trong một số trường hợp sử dụng sơ đồ trên hông phát hiện được lỗi?

Nếu bạn đã lắp đặt mọi thứ đúng với yêu cầu, tuy nhiên khi chạy phần mềm bạn vẫn không thể phát hiện được lỗi, điều này có thể xảy ra do sử dụng gia tốc kế có độ thấp hoặc không có tính năng phát hiện đường bao

Tần số âm thanh phát ra từ vòng bi có năng lượng rất thấp. Để phân tích nó một cách chính xác, trước tiên bạn cần lọc ra các tần số thấp hơn và cao hơn của tín hiệu, sau đó đưa nó vào một phổ tần số thấp hơn (còn được gọi là giải điều chế).

Tín hiệu thô, như trong hình 7, đã xác định bằng một đường tín hiệu ở tần số cao trên tín hiệu miền thời gian thô, tuy nhiên, lúc này chúng ta không biết nguyên nhân gây ra điều này

Hình 7. Tín hiệu miền thời gian thô và xung tần số cao.

Để hiểu rõ hơn, chúng tôi cũng đã biểu diễn FFT của tín hiệu thô (xem hình 8) cho thấy các đỉnh năng lượng rất thấp ở 1 x RPM, 2 x RPM và đặc biệt là ở tần số 1 x BPFO.

Hình 8. Phân tích rung động - Biểu diễn FFT của tín hiệu thô.

Lý do không có biên độ lớn ở 1x BPFO của tín hiệu gia tốc thô có thể được giải thích như sau. 

Khi một viên bi trong vòng bi chạm vào vết nứt ở vòng bên ngoài, rung động thực tế xảy ra do cú va chạm có tần số cao hơn nhiều so với BPFO. Vòng bên ngoài của bạc đạn và bi về cơ bản tạo ra tín hiệu rung chuông tần số cao (còn được gọi là âm thanh) trong một khoảng thời gian ngắn. Mẫu tín hiệu này tái diễn mỗi khi một viên bi chạm vào vết nứt, do đó, mẫu đang lặp lại ở tần số BPFO, nhưng bản thân tiếng chuông có tần số cao hơn nhiều. 

Phần kết luận

Bằng cách thực hiện cài đặt giải pháp giám sát tình trạng máy ép giấy, các nhà máy giấy sẽ có được một giải pháp bảo vệ đáng tin cậy để phát hiện các vấn đề về bạc đạn cho các cuộn phần ép của máy. Ngoài loại máy sử dụng trong bài viết, việc phát hiện sớm lỗi hỏng hóc ổ trục cũng áp dụng cho các loại máy móc khác trong ngành như máy thổi, băng chuyền, máy băm, máy phân loại phôi, máy lọc, sàng lọc áp suất, băng tải trục vít, máy khuấy, giám sát nip, con lăn nỉ, v.v.

Giải pháp giám sát tình trạng máy móc còn cho phép phát hiện các lỗi ổ trục, quá nhiệt, mất cân bằng trục, tháo lắp, hỏng bánh răng, lệch tải và lệch tâm stato.

Bộ giải pháp này sẽ giúp giảm đáng kể chi phí và thời gian bảo trì cũng như loại bỏ thời gian ngừng hoạt động do hỏng vòng bi ở bộ phận ép. Tuy nhiên, nhiều tính năng của phần mềm cho phép giám sát người vận hành rõ ràng cũng như phân tích tình trạng máy chuyên sâu phù hợp với các chuyên gia PDM. 

Để được tư vấn mua thiết bi hoặc để giám sát các loại động cơ trong nhà máy giấy. Vui lòng liên hệ Lidinco để được tư vấn kỹ thuật tốt nhất

Thông tin liên hệ

CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ PHÁT TRIỂN CUỘC SỐNG 
HCM: 028.39778269 – 028.36016797 – (Zalo) 0906.988.447
Skype: Lidinco – Email: sales@lidinco.com
Bắc Ninh: 0222.7300180 – Email: bn@lidinco.com