Luận án tiến sĩ Khánh Hoà - Nghiên cứu giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thủy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG LƯU MINH HẢI NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT DAO ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ TUA BIN KHÍ TÀU THỦY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÁNH HÒA - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG LƯU MINH HẢI NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT DAO ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ TUA BIN KHÍ TÀU THỦY Chuyên ngành đào tạo: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số: 9 52 01 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Phùng Minh Lộc Phản biện 1: GS. Chu Văn Đạt Phản biện 2: GS. Lê Anh Tuấn Phản biện 3: PGS.

Lê Hữu Sơn KHÁNH HÒA - 2021 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 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. Tính cấp thiết của luận án Động cơ tua bin khí (ĐCTBK) với ưu điểm vượt trội về mặt công suất và kích thước, trọng lượng nhỏ nên được dùng rộng rãi trên tàu thuỷ cao tốc đặc chủng với yêu cầu công suất hệ động lực lớn.

Đối tượng nghiên cứu kết hợp với máy công tác tạo thành một cơ hệ máy rô to làm việc trong điều kiện đặc thù: tốc độ làm việc rất lớn (thường trên 10.000 vòng/phút), ĐCTBK rất nhạy cảm với dao động ngang1 (DĐN) do mất cân bằng (MCB). Thực tế đã chỉ ra: nhiều sự cố hư hỏng nghiêm trọng của ĐCTBK thường gắn liền với DĐN quá lớn trên đối tượng. Trong các tài liệu hướng dẫn khai thác vận hành ĐCTBK [31, 32] có đưa ra các yêu cầu các biện pháp hạn chế dao động của động cơ, nhưng trên thực tế việc đo đạc, đánh giá mức độ dao động cho ĐCTBK trên tàu thuỷ Việt Nam chưa được quan tâm đầu tư thích đáng. Ngoài ra, cơ hệ của ĐCTBK khi làm việc cũng đồng thời chịu tác động của các lực dọc trục và mô men xoắn do ĐCTBK tạo ra cũng như từ máy công tác, nên cơ hệ của tổ hợp thực hiệc các dao động dọc (DĐD) và dao động xoắn (DĐX).

Giám sát dao động (GSDĐ) trên ĐCTBK tàu thuỷ nhằm: phát hiện và ngăn ngừa sớm những nguy cơ gây hư hỏng cho động cơ do dao động quá mức cho phép; tiết kiệm chi phí trong duy tu bảo dưỡng; tăng thời gian khai thác. Từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng cường an toàn cho hệ thống năng lượng dùng ĐCTBK tàu thuỷ, cũng như cho thuyền viên trên tàu. Kết quả GSDĐ được dùng cho dự báo sự cố trong khai thác ĐCTBK tàu thuỷ, gắn liền với sự cần thiết và ý nghĩa thực tiễn của vấn đề nghiên cứu. Một số hãng nước ngoài: B&K (Đan Mạch), Rion (Nhật Bản), Fluke (Mỹ)… đã chế tạo và đưa ra thị trường các thiết bị dùng để đo các tín hiệu dao động (THDĐ) và GSDĐ.

Theo thông tin giới thiệu, sản phẩm của các hãng trên chủ yếu là loại đo cầm tay, một đến hai kênh cùng dạng dao động – dùng cùng loại cảm biến [96, 97]. Các thiết bị trên có thể lắp đặt cố định hoặc tháo rời di động (xách tay) trên máy cần giám sát. Việc áp dụng để triển khai GSDĐ cho một số dạng máy rô to như hộp số, gối đỡ, cân chỉnh đường tâm trục. được một số hãng xây dựng cơ sở dữ liệu tham chiếu cho chẩn đoán.

Tuy nhiên, các thiết 1 Dao động được chia thành dao động thẳng (Linear vibration) và dao động góc (angle vibration). Dao động nằm trong mặt phẳng nằm ngang, vuông góc với trục quay động cơ nên ta gọi là dao động ngang. 2 bị này không thực sự phù hợp để GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ và cần có các nghiên cứu chuyên sâu bổ sung, hoàn thiện việc GSDĐ cho đối tượng phức tạp này. Chi phí nhập khẩu các hệ thống, thiết bị GSDĐ có sẵn trên thị trường thế giới rất đắt và không phù hợp để nghiên cứu làm chủ công nghệ.

Lý do bởi các hãng chế tạo giữ bí mật công nghệ, đặc điểm GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ rất phức tạp. Bên cạnh đó, GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ là vấn đề có thể nói là khá mới ở nước ta. Hiện nay, hầu như chưa tìm thấy công trình nghiên cứu đầy đủ về GSDĐ cho đối tượng máy chuyên biệt này. Như vậy, luận án với tiêu đề “Nghiên cứu giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ” có tính thực tiễn cao, nhằm làm chủ công nghệ, hướng tới thiết kế hệ thống, xây dựng phần mềm để có thể giám sát, chẩn đoán và làm chủ trang thiết bị đặc biệt là các thiết bị quân sự.

Mục tiêu nghiên cứu 2. Mục tiêu chung Giám sát được dạng dao động đặc trưng trên động cơ tua bin khí trong khai thác kỹ thuật của máy tại Việt Nam. Mục tiêu đó chính là xây dựng được cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để giám sát mức độ dao động trên ĐCTBK tàu thuỷ tại Việt Nam cho hai bài toán giám sát dao động ngang cơ bản: Bài toán 1 - Giám sát cân bằng động rô to của ĐCTBK (trong bảo dưỡng, sửa chữa); Bài toán 2 - Giám sát dao động ngang của tại các bệ đỡ ĐCTBK trong khi ĐCTBK hoạt động trên tàu thực. Mục tiêu thành phần - Mô hình hóa (MHH) các dạng DĐN, DĐD và DĐX trên ĐCTBK tàu thuỷ; - Tổng hợp cơ sở lý thuyết cho GSDĐ ngang, tập trung vào nguyên nhân MCB mà các quy phạm, tiêu chuẩn, hoặc các hãng chế tạo đưa ra.

Cơ sở đó gồm: toán học, và thuật giải cho GSDĐ; mô hình hoá (MHH), mô phỏng các tín hiệu, mức giới hạn, biến đổi tín hiệu và ra quyết định GSDĐ.