Cách Lắp Đặt Động Cơ Đồng Bộ Cỡ Lớn Trong Các Dự Án Trọng Điểm?

Chuẩn bị trang web và thiết kế nền tảng cho sự ổn định động cơ đồng bộ lớn

Yêu cầu nền tảng chịu tải để ngăn chặn cộng hưởng và định cư

Để các động cơ đồng bộ lớn hoạt động đúng cách, chúng cần một nền tảng vững chắc có thể chịu được không chỉ trọng lượng tĩnh mà còn cả những lực động khó chịu do hiện tượng hài gây ra. Móng foundation cần phải chịu được tải trọng tĩnh trên 50 tấn cùng với tất cả các bộ phận chuyển động tạo ra rung động. Khi thiết kế các hệ thống này, kỹ sư phải tính đến cả khối lượng khổng lồ của thiết bị lẫn cách nó rung động trong quá trình vận hành. Nếu không chú ý đến tần số cộng hưởng, các ổ trục sẽ bị mài mòn nhanh hơn nhiều so với dự kiến. Trước khi đổ bất kỳ khối bê tông nào, các thử nghiệm đất sẽ cho biết loại tải trọng mà mặt đất thực sự có thể chịu được. Đầm nén kém? Điều đó dẫn đến các vấn đề khi các phần khác nhau bị lún với tốc độ khác nhau, tình trạng này trở nên rất nghiêm trọng khi chênh lệch vượt quá 0,1 mm trên mỗi mét. Kiểu lún không đều này về sau sẽ gây ra hiện tượng lệch trục. Hầu hết các hệ thống lắp đặt sử dụng móng bê tông cốt thép có kích thước lớn hơn khoảng 1,5 lần so với động cơ, với các tấm đệm đặc biệt được thêm vào để hấp thụ rung động. Ở những khu vực dễ xảy ra động đất, các cọc thép được đóng sâu xuống khoảng 30% so với độ sâu đóng băng để đảm bảo sự ổn định. Và cũng đừng quên các khe co giãn nhiệt. Những chi tiết nhỏ này cho phép mặt đất dịch chuyển theo mùa mà không làm lệch toàn bộ hệ thống, giữ cho mức độ rung động nằm trong giới hạn chấp nhận được theo tiêu chuẩn ISO 10816-3.

Lựa chọn Chiến lược Lắp đặt: Cứng, Mặt bích hoặc Đàn hồi—Ảnh hưởng đến Độ rung và Sự căn chỉnh

Cách lắp đặt thiết bị ảnh hưởng rất lớn đến việc kiểm soát độ rung và tần suất bảo trì. Đối với các động cơ nhỏ hơn 1000 kW trong những khu vực ít xảy ra rung động, giá đỡ cứng hoạt động rất tốt để giữ ổn định. Tuy nhiên cần lưu ý rằng chính những giá đỡ này có thể làm tăng thêm các rung động tần số cao gây khó chịu. Thiết kế giá đỡ mặt bích rất hiệu quả trong việc căn chỉnh khớp nối đúng vị trí ở những không gian chật hẹp, giúp tiết kiệm diện tích. Nhưng điều kiện đặt ra là chúng yêu cầu bề mặt lắp đặt phải cực kỳ phẳng, đôi khi đạt độ phẳng tới 0,05 mm trên toàn bộ diện tích. Khi nói đến các hệ thống đàn hồi sử dụng bộ giảm chấn bằng cao su, chúng giúp giảm đáng kể mức độ rung động theo tiêu chuẩn ISO 1940. Những hệ thống này có thể giảm rung động từ 60 đến 80 phần trăm, đó là lý do nhiều nhà máy ưa chuộng chúng cho các máy vận hành ở tốc độ thay đổi. Tuy nhiên cũng có nhược điểm: các hệ thống đàn hồi này cần được kiểm tra thường xuyên hơn khi nhiệt độ thay đổi trong ngày. Các yếu tố quan trọng cần xem xét bao gồm mô-men xoắn khi khởi động, ảnh hưởng của nhiệt độ lên vật liệu cao su theo thời gian, và liệu kỹ thuật viên có dễ dàng tiếp cận thiết bị để kiểm tra căn chỉnh bằng tia laser hay không. Mặc dù giá đỡ đàn hồi giúp kéo dài tuổi thọ bạc đạn khoảng 25% trong các trường hợp tải quán tính lớn, người vận hành nên chuẩn bị thực hiện kiểm tra chân không đồng phẳng thường xuyên hơn khoảng 30% so với loại giá đỡ cứng.

Lắp đặt Cơ khí Chính xác cho Động cơ Đồng bộ Lớn

Các Phương pháp Tốt nhất về Căn chỉnh Bằng Tia Laser để Kiểm soát Độ lệch Trục và Dung sai

Việc căn chỉnh chính xác đóng vai trò then chốt trong việc kéo dài tuổi thọ động cơ. Các công cụ căn chỉnh bằng tia laser hiện đại có thể đạt dung sai khoảng 0,05 mm trên các trục nối. Và thực tế là, ngay cả độ lệch nhỏ chỉ 0,1 mm cũng khiến vòng bi mài mòn nhanh gấp ba lần, theo các nghiên cứu gần đây từ tạp chí Machinery Lubrication. Phần lớn các xưởng hiện nay tuân theo quy trình cơ bản gồm ba bước. Trước tiên, họ kiểm tra nền móng trước khi tiến hành căn chỉnh. Tiếp theo là quá trình giám sát bằng tia laser trong lúc thiết bị đang quay. Cuối cùng là bước kiểm tra quan trọng sau khi đã áp lực căng nhưng chưa vận hành toàn tải. Kinh nghiệm cho thấy phương pháp này giúp giảm sự cố hỏng hóc sớm khoảng hai phần ba so với các kỹ thuật thủ công truyền thống. Ngoài ra, nó còn ngăn ngừa các vấn đề rung động nghiêm trọng có thể làm hư hại thiết bị theo thời gian.

Bù Trừ Dãn Nở Nhiệt và Xác Minh Tải Ổ Trục Trong Quá Trình Định Vị Cuối Cùng

Việc quản lý giãn nở nhiệt một cách phù hợp là rất cần thiết khi lắp đặt thiết bị. Đối với các trục bằng thép, chúng thường dãn dài khoảng 1,2 mm trên mỗi mét khi nhiệt độ tăng lên 100 độ C. Điều này có nghĩa là kỹ thuật viên cần tính toán sẵn các độ lệch căn chỉnh ở trạng thái nguội ngay từ đầu. Đồng thời, các cảm biến biến dạng (strain gauge) được dùng để kiểm tra đảm bảo tải trọng ổ trục không chệch quá 15% so với giá trị đã thiết kế ban đầu. Các con số cũng nói lên điều này – theo Tạp chí Thiết bị Quay năm ngoái, khoảng 42% sự cố dừng hệ thống bất ngờ xảy ra do bỏ quên các dịch chuyển nhiệt này. Khi định vị cuối cùng toàn bộ thiết bị, quy trình tốt nên bao gồm việc xem xét sự thay đổi từ điều kiện nhiệt độ phòng đến điều kiện vận hành, theo dõi thực tế tải trọng di chuyển như thế nào so với kế hoạch, và thực hiện các điều chỉnh tinh vi bằng các miếng đệm (shim) để đảm bảo mọi thứ hoạt động ổn định cả theo hướng trục lẫn hướng kính.

Vận hành Điện và Đồng bộ Hóa Lưới cho Động cơ Đồng bộ Cỡ lớn

Tích hợp Hệ thống Kích từ và Giao thức Phối hợp Điện áp/Tần số

Hệ thống kích từ đóng vai trò then chốt trong việc điều tiết công suất phản kháng và duy trì điện áp đầu cực ổn định trên toàn mạng lưới. Việc duy trì dòng kích từ roto trong phạm vi dung sai khoảng một nửa phần trăm là rất quan trọng để tránh các sự cố như bão hòa từ hoặc những lỗi kích từ thấp gây gián đoạn hoạt động. Khi đấu nối vào lưới điện, việc thiết lập đúng điện áp cũng rất quan trọng – điện áp cần nằm trong phạm vi chênh lệch không quá một phần tư phần trăm so với điện áp thanh cái, trong khi tần số cần được đồng bộ trong khoảng 0,1 Hz để ngăn ngừa các xung lực xoắn có hại trong quá trình khởi động. Các hệ thống hiện đại ngày nay dựa vào các sơ đồ điều khiển vòng kín kết hợp với cảm biến vectơ liên tục theo dõi các góc pha, tự động điều chỉnh mức kích từ và tốc độ máy phát chính khi cần thiết. Việc đồng bộ hóa thủ công vẫn tiềm ẩn rủi ro – hãy nhớ rằng khi có sự chênh lệch góc pha lên đến 15 độ? Kiểu lệch pha này có thể tạo ra dòng điện quá độ tăng vọt hơn năm lần mức bình thường. Các nghiên cứu hình ảnh nhiệt đã chỉ ra hậu quả khi mọi thứ diễn ra sai lệch – việc phối hợp điện áp và tần số không đúng sẽ làm hao mòn vật liệu cách điện với tốc độ gấp ba lần bình thường chỉ trong 2.000 giờ vận hành. Tin tốt là đồng bộ hóa tự động giúp giảm thiểu gần 92% các lỗi hiệu chỉnh ban đầu và giữ các sóng hài khó chịu này nằm gọn trong giới hạn quy định bởi tiêu chuẩn IEEE 519-2022.

Các thông số đồng bộ hóa chính:

Việc đồng bộ hóa chỉ khởi động sau khi ba chu kỳ xác nhận liên tiếp xác minh sự phù hợp của các thông số, ngăn ngừa hiện tượng đóng lệch pha có thể gây hư hỏng cơ học nghiêm trọng. Điều này đảm bảo quá trình chuyển đổi êm ái từ chế độ hoạt động độc lập sang chế độ làm việc song song với lưới điện, đồng thời duy trì hệ số công suất trong phạm vi ±0,01 so với giá trị mục tiêu.

Quản lý nhiệt và tích hợp hệ thống làm mát để đạt hiệu suất tối ưu cho động cơ đồng bộ lớn

Lựa chọn phương pháp làm mát: Không khí, Hiđrô hoặc Nước — Dựa trên công suất định mức, chu kỳ làm việc và điều kiện môi trường

Làm mát tốt tạo nên sự khác biệt lớn về hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của thiết bị. Đối với các động cơ nhỏ hơn, dưới khoảng 20 megawatt, làm mát bằng không khí thường là lựa chọn kinh tế nhất tại những nơi có điều kiện thời tiết bình thường. Các hệ thống này dựa vào luồng không khí thông thường đi qua các kênh được thiết kế đặc biệt. Tuy nhiên, chúng lại không phù hợp với những máy vận hành liên tục ở công suất tối đa. Làm mát bằng hydro mang đến một tầm cao hoàn toàn mới. Khí hydro tản nhiệt khỏi thiết bị tốt hơn khoảng mười bốn lần so với không khí thông thường. Đó là lý do phương pháp này chủ yếu được sử dụng trong các động cơ công nghiệp lớn sản sinh trên năm mươi megawatt công suất. Nỗ lực bổ sung để chứa khí hydro là xứng đáng vì các hệ thống này chịu tổn thất năng lượng do ma sát ít hơn nhiều. Khi xử lý các hoạt động cực kỳ nặng như trong các cơ sở sản xuất thép, các vòng làm mát dùng nước trở nên cần thiết. Chúng xử lý lượng nhiệt tích tụ khổng lồ, đôi khi vượt quá 100 kilowatt mỗi mét khối, nhưng vẫn kiểm soát nhiệt độ bên trong ở mức đủ thấp để tránh hư hại linh kiện, thường duy trì dưới 130 độ Celsius. Việc lựa chọn phương pháp làm mát phù hợp thực sự phụ thuộc vào một số yếu tố quan trọng bao gồm...

• Công suất động cơ : Làm mát bằng nước thường được yêu cầu đối với công suất trên 60 MW
• Chu kỳ làm việc : Các hệ thống hydro hoạt động hiệu quả nhất trong các chế độ vận hành liên tục 24/7
• Điều kiện xung quanh : Làm mát bằng không khí khả thi ở nhiệt độ dưới 40°C với thông gió đầy đủ

Các kỹ sư phải cân bằng giữa chi phí ban đầu và hiệu suất nhiệt dài hạn, vì mỗi tăng 10°C so với nhiệt độ định mức có thể làm giảm một nửa tuổi thọ cách điện. Ngày càng phổ biến hơn, các giải pháp lai như bộ trao đổi nhiệt khí-nước được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất và thuận tiện bảo trì trong các môi trường công nghiệp bị giới hạn về không gian.