Trong vận hành công nghiệp, nhiều hệ thống được thiết kế để bật tắt theo nhu cầu. Bơm bật khi cần, tắt khi đủ. Van mở khi cần lưu chất, đóng khi không cần. Nghe có vẻ hợp lý và tiết kiệm. Nhưng chu kỳ ON/OFF liên tục quá nhiều lần là một trong những nguyên nhân âm thầm phá hủy thiết bị nhanh hơn vận hành liên tục ổn định. Bài viết này phân tích cụ thể những ảnh hưởng đó và cách giảm thiểu.
Tại Sao ON/OFF Liên Tục Lại Nguy Hiểm?
Nhiều người nghĩ tắt thiết bị khi không cần là tốt. Đúng là tiết kiệm điện và giảm thời gian vận hành. Nhưng thời điểm nguy hiểm nhất với thiết bị không phải lúc đang chạy ổn định. Đó là lúc khởi động và lúc dừng.
Khi bơm khởi động, dòng điện khởi động tăng vọt lên 5 đến 7 lần dòng điện vận hành bình thường. Nhiệt độ cuộn dây động cơ tăng nhanh. Mỗi lần khởi động là một lần gây stress nhiệt cho cuộn dây.
Khi van đóng lại đột ngột, dòng lưu chất dừng lại và tạo ra sóng áp suất. Mỗi lần đóng là một lần đập lực lên đệm kín và bề mặt tiếp xúc bên trong van.
Khi hệ thống đường ống chuyển từ không có dòng chảy sang có dòng chảy đột ngột, nhiệt độ và áp suất thay đổi nhanh. Vật liệu giãn nở và co lại. Mỗi chu kỳ là một lần mỏi vật liệu.
Tích lũy đủ số chu kỳ như vậy, thiết bị hỏng dù giờ vận hành thực tế còn thấp.
Ảnh Hưởng Đến Động Cơ Và Bơm
Động cơ điện có giới hạn số lần khởi động cho phép mỗi giờ. Con số này thường từ 3 đến 6 lần khởi động mỗi giờ tùy công suất và loại động cơ. Vượt quá giới hạn này làm cuộn dây động cơ không kịp tản nhiệt giữa các lần khởi động.
Nhiệt độ tích lũy trong cuộn dây mỗi lần khởi động không kịp giải phóng. Cuộn dây bị quá nhiệt. Lớp cách điện lão hóa nhanh. Tuổi thọ cách điện giảm theo quy luật Arrhenius. Cứ mỗi 10 độ C nhiệt độ tăng thêm, tuổi thọ cách điện giảm đi một nửa.
Bơm chịu thêm stress cơ học mỗi lần khởi động và dừng. Trục bơm và vòng bi chịu tải trọng xung đột ngột khi khởi động. Cánh bơm chịu áp suất thay đổi đột ngột khi dừng. Mặt kín cơ học của bơm là bộ phận nhạy cảm nhất với chu kỳ ON/OFF. Mỗi lần dừng làm mặt kín tiếp xúc khô trong giây lát trước khi bơm dừng hoàn toàn. Tiếp xúc khô mài mòn mặt kín nhanh hơn vận hành ướt liên tục.
Bơm khởi động và dừng 20 lần mỗi ngày có thể hỏng mặt kín trong 3 đến 6 tháng. Bơm chạy liên tục có thể dùng mặt kín đó 2 đến 3 năm.
Ảnh Hưởng Đến Van Điện Từ Và Van Tự Động
Van điện từ là thiết bị chịu ảnh hưởng rõ rệt nhất từ chu kỳ ON/OFF. Mỗi lần đóng mở là một chu kỳ cơ học cho lò xo, piston và đệm kín.
Nhà sản xuất thường công bố tuổi thọ van điện từ theo số chu kỳ đóng mở. Thường từ vài triệu đến hàng chục triệu chu kỳ. Nghe có vẻ nhiều. Nhưng van đóng mở 60 lần mỗi phút trong hệ thống đóng gói tự động sẽ tiêu hao 86 nghìn chu kỳ mỗi ngày. Tuổi thọ 10 triệu chu kỳ chỉ tương đương khoảng 4 tháng vận hành.
Đệm kín cao su trong van điện từ chịu tác động mạnh nhất. Mỗi lần van đóng, đệm kín bị ép chặt lên đế van. Lực ép lặp lại nhiều triệu lần làm đệm kín mỏi dần. Cao su mất đàn hồi. Van bắt đầu rò rỉ khi đóng.
Cuộn dây điện từ cũng bị ảnh hưởng. Mỗi lần bật điện tạo ra xung dòng điện lớn hơn dòng vận hành ổn định. Xung lặp lại nhiều lần làm lão hóa cách điện cuộn dây theo cơ chế tương tự động cơ điện.
Van bi và van bướm dẫn động bằng actuator khí nén cũng chịu mài mòn tại gioăng cán van và đệm kín mỗi lần đóng mở. Tần suất đóng mở càng cao, mài mòn càng nhanh.
Ảnh Hưởng Đến Đường Ống Và Kết Cấu
Mỗi lần bơm khởi động, áp suất trong đường ống tăng từ không đến áp suất vận hành trong thời gian ngắn. Mỗi lần bơm dừng, áp suất giảm về không. Chu kỳ áp suất này tạo ra ứng suất lặp lại trong thành ống và các mối nối.
Mối hàn, mặt bích và điểm đổi hướng chịu ứng suất lớn nhất trong mỗi chu kỳ áp suất. Đủ số chu kỳ, vật liệu mỏi và nứt xuất hiện tại các điểm yếu này. Hiện tượng này gọi là mỏi áp suất hay pressure fatigue.
Hệ thống có chu kỳ áp suất thường xuyên cần được thiết kế với hệ số an toàn cao hơn so với hệ thống áp suất tĩnh. Nếu thiết kế ban đầu không tính đến chu kỳ ON/OFF thường xuyên, ống và mối nối có thể nứt vỡ sớm hơn nhiều so với tuổi thọ thiết kế.
Giá đỡ ống và bulông kẹp cũng bị ảnh hưởng. Rung động mỗi lần khởi động bơm làm bulông lỏng dần. Giá đỡ ống không còn giữ ống đúng vị trí. Ống dịch chuyển và tạo ra ứng suất tại điểm cố định.
Ảnh Hưởng Đến Thiết Bị Điện Và Điều Khiển
Contactor khởi động động cơ có giới hạn số lần đóng cắt. Tiếp điểm contactor bị ăn mòn bởi hồ quang điện mỗi lần đóng cắt dòng điện lớn. Sau đủ số lần đóng cắt, tiếp điểm mòn không còn tiếp xúc tốt. Điện trở tiếp xúc tăng. Contactor phát nhiệt và có thể cháy.
Relay và PLC nhận tín hiệu ON/OFF liên tục cũng bị ảnh hưởng theo cách tương tự. Các đầu vào số của PLC có giới hạn số chu kỳ đóng cắt nhất định.
Encoder và cảm biến vị trí trên van tự động chịu rung động mỗi lần van đóng mở đột ngột. Kết nối cáp lỏng dần theo thời gian. Tín hiệu phản hồi không ổn định gây khó khăn cho điều khiển.
Cách Giảm Thiểu Ảnh Hưởng Của Chu Kỳ ON/OFF
Thay thế điều khiển ON/OFF bằng điều khiển tốc độ biến đổi. Biến tần VFD cho phép bơm chạy ở tốc độ thấp hơn khi nhu cầu giảm thay vì tắt hoàn toàn rồi bật lại. Không còn dòng khởi động lớn. Không còn xung áp suất trong ống. Tuổi thọ thiết bị tăng đáng kể và tiêu thụ điện giảm thêm.
Lắp bình tích áp trong hệ thống thủy lực và khí nén. Bình tích áp duy trì áp suất trong thời gian ngắn khi nhu cầu nhỏ. Bơm hoặc máy nén không cần bật tắt liên tục mà chỉ bật khi bình tích áp cần nạp lại.
Điều chỉnh ngưỡng bật tắt hợp lý. Khoảng chết giữa ngưỡng bật và ngưỡng tắt đủ rộng để tránh bật tắt liên tục khi thông số vận hành dao động nhỏ quanh điểm đặt.
Dùng van điều tiết thay van ON/OFF trong các ứng dụng cần thay đổi lưu lượng thường xuyên. Van điều tiết duy trì ở vị trí mở một phần ổn định thay vì liên tục đóng mở hoàn toàn. Ít chu kỳ cơ học hơn nhiều.
Lắp van chậm đóng hoặc điều chỉnh tốc độ đóng mở của actuator. Đóng mở chậm hơn làm giảm xung áp suất và lực va đập mỗi chu kỳ. Tuổi thọ đệm kín và đường ống tăng lên.
Theo dõi và ghi nhận số chu kỳ ON/OFF thực tế của từng thiết bị quan trọng. So sánh với giới hạn thiết kế để lên kế hoạch bảo trì và thay thế phù hợp trước khi hỏng đột ngột.
Kết Luận
Chu kỳ ON/OFF liên tục không phải vấn đề nhỏ trong vận hành công nghiệp. Nó phá hủy động cơ, bơm, van và đường ống theo cơ chế mỏi tích lũy. Thiệt hại không lộ ra ngay mà âm thầm tích lũy cho đến khi thiết bị hỏng đột ngột vào đúng lúc không mong muốn nhất.
Xem thêm sản phẩm TẠI ĐÂY
FACEBOOK:https://web.facebook.com/Công Ty Tnhh Đầu Tư Và Thiết Bị Công Nghiệp ADM
Mọi nhu cầu tư vần hay báo giá sản phẩm liên hệ qua:
Điện thoại:0965.595.039
GMAIL: Vattunhamay01@gmail.com