Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thủy - Lưu Minh Hải

i LỜI CAM ĐOAN Tôi là LƯU MINH HẢI, tác giả luận án tiến sĩ “Nghiên cứu giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ”. Tôi xin cam đoan bằng danh dự của mình, công trình khoa học này là do bản thân tôi thực hiện, không sao chép một cách bất hợp pháp bất kỳ nội dung nào từ các kết quả nghiên cứu của tác giả khác. Kết quả nghiên cứu, nguồn số liệu trích dẫn, tài liệu được dùng cho đề tài luận án này là trung thực, chính xác. Khánh Hoà, ngày tháng 10 năm 2021 Tác giả Lưu Minh Hải ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và viết luận án tiến sĩ này, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ, tạo nhiều điều kiện thuận lợi từ các cơ sở đào tạo và Quân chủng Hải quân.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Nha Trang (Ban Giám hiệu, Khoa Kỹ thuật giao thông, Khoa Sau đại học, Bộ môn Động lực); Trường Đại học Hàng hải Việt Nam (Viện Nghiên cứu KH & CN Hàng hải, Ban chủ nhiệm Đề tài cấp quốc gia mã số: ĐTĐL.CN 14/15); Quân chủng Hải quân (Khoa Cơ điện-Học viện Hải quân, Lữ đoàn 162, Phòng Kỹ thuật Vùng 4 Hải quân). Trong suốt quá trình nghiên cứu hoàn thành luận án, tác giả đã được các Thầy: PGS TSKH Đỗ Đức Lưu và TS Phùng Minh Lộc hướng dẫn tận tình. Nghiên cứu sinh xin thể hiện sự biết ơn sâu sắc và lòng kính trọng tới hai Thầy. Tác giả chân thành cảm ơn sự động viên, ủng hộ, chia sẻ từ người thân và gia đình, các đồng chí, đồng đội và đồng nghiệp.

Nội dung của bản luận án này đã hoàn thành, tuy nhiên sẽ còn những thiếu sót do kinh nghiệm, kiến thức, cũng như thời gian của nghiên cứu sinh còn hạn chế. Nghiên cứu sinh xin cảm ơn sự đóng góp của Quý thầy, cô, các nhà khoa học và đồng nghiệp để bản luận án này được hoàn chỉnh hơn. Tác giả luận án NCS. Lưu Minh Hải iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC.

iii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG. viii DANH MỤC CÁC HÌNH. ix MỞ ĐẦU.

TỔNG QUAN VỀ GIÁM SÁT DAO ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ TUA BIN KHÍ TÀU THUỶ. Tổng quan về giám sát dao động. Thuật ngữ và khái niệm cơ bản. Các công trình khoa học trong nước và quốc tế liên quan đề tài luận án.

Giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ. Nguyên nhân gây ra dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ. Quy định về GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ của các cơ quan chức năng. Giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ tại Việt Nam.

Xây dựng bài toán cho nghiên cứu. Kết luận chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIÁM SÁT DAO ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ TUA BIN KHÍ TÀU THUỶ. Mô hình động lực học dao động của động cơ tua bin khí tàu thuỷ.

Mô hình động học của ĐCTBK tàu thuỷ. Dạng dao động cơ bản của động cơ tua bin khí tàu thuỷ. Mô hình dao động của động cơ tua bin khí tàu thuỷ. Mô hình dao động ngang.

Mô hình DĐD của ĐCTBK tàu thuỷ. Mô hình dao động xoắn trên hệ trục ĐCTBK tàu thuỷ. Mô hình dao động bệ máy của động cơ tua bin khí tàu thuỷ. Cơ sở đo và biến đổi tín hiệu dao động.

Tín hiệu dao động của máy. Đo và lưu trữ các tín hiệu dao động. Một số vấn đề chính cho xử lý tín hiệu dao động. Quan hệ giữa chuyển vị, gia tốc và vận tốc dao động.

Cơ sở giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ. Cơ sở lý thuyết về GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ. Cơ sở pháp quy (tiêu chuẩn) cho GSDĐ của ĐCTBK tàu thuỷ. Cơ sở công nghệ và truyền tin cho giám sát dao động trên ĐCTBK tàu thuỷ.

Mô hình toán các đặc tính giới hạn dao động cho ĐCTBK tàu thuỷ. Mô hình thuật toán mô phỏng GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ. Mô hình hóa dao động và CBĐ rô to ĐCTBK tàu thuỷ đặt nằm ngang trên MCBĐ. Đánh giá độ tin cậy của dữ liệu đo (mô phỏng) và xây dựng mô hình hồi quy.

Đánh giá độ tin cậy của tín hiệu. Tổng hợp mô hình hồi quy và đánh giá độ tin cậy của mô hình. Mô hình hồi quy đa biến đánh giá kết quả của mô phỏng cân bằng động. Kết luận chương 2.

MÔ PHỎNG GIÁM SÁT DAO ĐỘNG NGANG TRÊN ĐỘNG CƠ TUA BIN KHÍ TÀU THUỶ DR76. Mô phỏng dao động của ĐCTBK tàu thuỷ. Thông số kỹ thuật ĐCTBK tàu thuỷ. Thuật toán chung mô phỏng dao động các phần tử chính của động cơ tua bin khí tàu thuỷ.

Mô phỏng dao động ngang của ĐCTBK tàu thuỷ. Mô phỏng DĐN đa điều hòa trên ĐCTBK tàu thuỷ. Mô phỏng CBĐ rô to ĐCTBK tàu thuỷ trên máy CBĐ. Mô phỏng dao động trên các gối đỡ của máy cân bằng động.

Mô phỏng CBĐ rô to đặt trên máy cân bằng động. Đánh giá độ tin cậy của phần mềm mô phỏng cân bằng động. Mô phỏng chẩn đoán MCB bằng mô hình hồi quy [60]. Mô phỏng giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ.

Mô phỏng dao động cho phép trên động cơ tua bin khí tàu thủy. Mô phỏng ra quyết định GSDĐ cho ĐCTBK tại từng tần số. Mô phỏng GSDĐ cho ĐCTBK trên tàu thực. Kết luận chương 3.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIÁM SÁT DAO ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ TUA BIN KHÍ TÀU THUỶ. Hệ thống đo, giám sát dao động trên ĐCTBK tàu thuỷ. Yêu cầu kỹ thuật. Kế hoạch thực nghiệm.

Sơ đồ khối hệ thống đa kênh đo, GSDD cho ĐCTBK tàu thuỷ. Lựa chọn cấu hình hệ thống GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ. Bố trí thiết bị GSDĐ tại các bệ đỡ ĐCTBK DR76 trên tàu 375. Kết quả thực nghiệm đo, GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ.

Kết quả đo và lưu trữ dữ liệu dao động trong thử nghiệm. Giám sát dao động ngoại tuyến trong thử nghiệm trên tàu 375. Phân tích kết quả. Kết luận chương 4.

105 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ. 106 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ. 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 119 vi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải thích ABS Đăng kiểm của Hoa Kỳ ADC Bộ chuyển đổi tương tự sang số BĐ Buồng đốt CĐDĐ Chẩn đoán bằng tín hiệu dao động CSCN Cơ sở công nghệ CSKH Cơ sở khoa học DAQ, cDAQ Bộ thu góp dữ liệu, khung (chasis) của DAQ ĐCTBK Động cơ Tua bin khí DĐD Dao động dọc DĐN Dao động ngang DĐX Dao động xoắn DNV-GL Quy phạm Đăng kiểm DNV-GL [57, 58] EU Đơn vị kỹ thuật, Engineering unit FFT Phân tích nhanh Fourie FP Front panel, giao diện chính (code trong Labview) GSDĐ Giám sát dao động HS Hộp số MDE Marine Diesel Engine – Động cơ diesel tàu biển MMQTKL Mô men quán tính khối lượng MN Máy nén MNCA Máy nén cao áp MNTA Máy nén thấp áp MP Mô phỏng (tiếng Anh: Simulation) MSVMM Multi-Channel System for Measurement and Vibro-Monitoring – Hệ thống đa kênh đo và GSDĐ dao động NCS Nghiên cứu sinh NI National Instruments (Tên hãng chế tạo thiết bị NI của Hoa Kỳ) NK Đăng kiểm Nhật Bản Peak to Peak Khoảng cách từ cực đại trên đến cực đại dưới.

QCVN Quy chuẩn Việt Nam REF Tham chiếu (viết tắt của từ Reference) RMR Đăng kiểm Hàng hải Nga vii RMS Căn bình phương trung bình (viết tắt của Root-Mean-Square) RT Thời gian thực (viết tắt từ Real – Time) SVMD Phần mềm giám sát và chẩn đoán dao động (Software for vibration monitoring and diagnostics) SVT Phần mềm ứng dụng của hãng NI dùng cho xử lý âm thanh và dao động (Viết tắt từ: Sound – Vibration –Toolkit) TB Tua bin TBCA Tua bin cao áp TBCV Tua bin chân vịt TBTA Tua bin thấp áp TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam THDĐ Tín hiệu dao động TTDĐ Trạng thái dao động TTKT Trạng thái kỹ thuật VI Mô đun, thiết bị mô phỏng, ảo (viết tắt từ: Visual Instruments) VR Đăng kiểm Việt Nam (Vietnam Register) viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. Mức dao động theo nội suy tuyến tính. Các vấn đề về khoa học cần giải quyết cho GSDĐ trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ. Các vấn đề công nghệ cần giải quyết cho GSDĐ trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ.

Chuyển đổi mức dao động cho phép đối với ĐCTBK tàu thuỷ. Tính năng kỹ thuật ĐCTBK DR76. Thông số kỹ thuật các thành phần chính của ĐCTBK DR76. Tần số dao động tự do của các rô to ĐCTBK DR76.

Lực mất cân bằng của các rô to ĐCTBK DR76. Thông số rô to máy nén thấp áp của ĐCTBK DR76. Tổng hợp kết quả đánh giá độ tin cậy của DBSS. Kết quả mô phỏng tính MCB dùng DBSS.

Mức cho phép đối với dao động trên ĐCTBK tàu thuỷ theo dạng gia tốc (m/s2) .85 ix DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Sơ đồ khối quá trình GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ. Mô hình động học động cơ tua bin khí tàu thuỷ. Sơ đồ động lực học phần máy nén – tua bin.

Sơ đồ động lực học phần tua bin – chân vịt. Mô hình DĐN của các gối đỡ trong cơ hệ máy nén – tua bin. Biểu diễn lực cưỡng bức quy đổi về các gối đỡ. Sơ đồ động lực học DĐD cơ hệ MN –TB – Ổ chặn.

Mô hình DĐX của cơ hệ MN –TB và TBCV-CV. Mô hình dao động trên bệ đỡ của động cơ tua bin khí tàu thuỷ. Biểu diễn dao động theo thời gian (1) và tần số (2) [79]. Các dạng sóng thời gian được đánh dấu với biên độ pk, pk-pk và RMS của dao động [93].

Sơ đồ khối lọc THDĐ theo thời gian. Giám sát mức dao động máy. Dự báo xu hướng dao động của máy. Giá trị khuyến cáo cho chuyển vị lớn nhất của trục là hàm số theo tần số quay của động cơ tua bin khí [72].

Các vùng dao động. Biểu đồ xác định eper theo tốc độ làm việc n và mức cân bằng G [76]. Các điểm đo dao động đối với động cơ tua bin khí [90]. Sơ đồ hệ thống tự động GSDĐ cho ĐCTBK tàu thuỷ.

Nguyên lý dòng thông tin trong GSDĐ trên ĐCTBKTT [15]. Cấu hình cân bằng động rô to trên máy cân bằng động. Sơ đồ mô hình hồi quy chẩn đoán mất cân bằng .